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11月17日，一棟7.2米高的雙層辦公樓在中建二局廣東建設(shè)基地完成主體結(jié)構(gòu)打印，這是“世界首例原位3D打印雙層示范建筑”，標(biāo)志著原位3D打印技術(shù)在我國建筑領(lǐng)域的取得突破性進(jìn)展，為“基建狂魔”的中國再添利器。

這棟原位3D打印的雙層小樓位于工廠的鋼材鍛造車間旁，建成后將用于辦公和展示。它所采用的原位3D打印建造技術(shù)較過去的3D打印技術(shù)有三方面突破：一是原位打印，即現(xiàn)場直接將主體打印成型，無需二次拼裝；二是采用輪廓工藝，即打印出的墻體是為中空的，方便添加保暖填充物；三是首次將這項技術(shù)運用到雙層建筑上，結(jié)構(gòu)難度更大。

“3D打印建筑的基本原理與一般打印機(jī)一樣，要有打印機(jī)體、噴頭、油墨、紙張。”中國建筑技術(shù)中心材料工程研究所所長助理霍亮介紹說。如果把建筑四周搭建的金屬框架視作打印機(jī)的機(jī)體，那么噴吐混凝土的打印頭就相當(dāng)于一般打印機(jī)的噴頭，但它噴出的“油墨”卻不是一般的混凝土，而是需要特別配制的。有了打印機(jī)、打印頭和打印材料，“紙張”當(dāng)然也是必不可少的。“在施工前，我們在地下預(yù)埋了鋼筋籠，這就相當(dāng)于‘打印紙’。”中建二局廣東建設(shè)基地有限公司科技部副經(jīng)理黃云說，“在打印過程中，隨著墻體的不斷長高，還得按照圖紙去加裝鋼筋。”

3D打印建筑噴吐混凝土和傳統(tǒng)施工澆筑混凝土一樣，要一次完成，不能間斷。打印頭通過一圈一圈連續(xù)噴吐寬5厘米、厚2.5厘米的打印材料，經(jīng)過層層堆積建造墻面。如果下層混凝土砂漿凝結(jié)慢，沒有形成足夠的硬度，就無法支撐上層材料的重量，導(dǎo)致墻面變形甚至垮塌；如果凝結(jié)太快，又會出現(xiàn)和上層材料的黏合問題。“我們通過反復(fù)試驗，在一般的混凝土砂漿中添加了外加劑，通過調(diào)節(jié)材料粘稠度和凝結(jié)時間，終于開發(fā)出了3D打印所需要的混凝土，而且它的強(qiáng)度能達(dá)到C40-C60，完全滿足建筑強(qiáng)度的要求。”霍亮說。

從傳統(tǒng)工藝特點來說，對曲面造型設(shè)計的建筑來說，不論是現(xiàn)場澆注成型，還是工廠預(yù)制構(gòu)件，模具工程及其成本高且不宜實現(xiàn)。“建筑3D打印技術(shù)是基于計算機(jī)智能控制實現(xiàn)建筑構(gòu)件及建筑免模板的施工工藝，在曲面建筑和穹頂式建筑建造上具有明顯優(yōu)勢，同時為設(shè)計師自由創(chuàng)作提供了可能。”中國建筑技術(shù)中心材料所所長張濤說。3D打印技術(shù)無疑將推動制造業(yè)的數(shù)字化發(fā)展，在3D打印的世界里，建筑師、工程師和建筑工人將借助科技之力，將建筑與3D打印結(jié)合，完成對現(xiàn)有建筑技術(shù)的再造。

3D打印建筑還可大大節(jié)省建筑用料，降低施工成本。建筑3D打印可以充分利用打印智能控制，使建筑一次成型，節(jié)約材料60%，同時可減少建造過程中的工藝損耗和能源消耗。“我們這個項目建筑面積約230平方米，分為上下兩層，打印部分為墻體和構(gòu)造柱，主體打印部分僅需3天。”霍亮說，“由于3D技術(shù)打印房屋全部使用機(jī)械自動化操作，以往要十二三名工人操作的項目少一半人完全沒問題”。

這棟“世界首例原位3D打印雙層示范建筑”，是由中建股份技術(shù)中心和中建二局華南公司聯(lián)合立項課題《建筑 3D打印技術(shù)研究與應(yīng)用示范》的展示工程。經(jīng)過3年的技術(shù)攻關(guān)已經(jīng)完成了多種3D打印材料體系、架體結(jié)構(gòu)、輸料系統(tǒng)、控制軟件的開發(fā)工作，獲得建筑3D打印材料、設(shè)備類專利13項，軟件著作權(quán)4項，專業(yè)著作1部，外觀專利1項?；袅琳f：“目前，國內(nèi)外建筑3D打印技術(shù)同步發(fā)展，中國建筑行業(yè)在某些應(yīng)用方面甚至已經(jīng)超越國外同行。”

人民日報客戶端 趙展慧