一、3D打印建筑的缘起
2013年,NASA(美国宇航局)出资赞助了一项名为Contour crafting(轮廓工艺)的项目,该项目的目的是在外太空建造正常的房屋,让宇航员可以长期生活,科学家们试图寻找一种非传统的施工技术,能够让人类在月球火星上建造第一批房屋,其中最被大家看好的就是3D打印技术。
美国南加州大学快速自动制造技术中心霍什内维斯(Khoshnevis)博士担任了该项目负责人,“轮廓工艺”的雏形类似于一台超级打印机器人,其外形像一台悬停于建筑物之上的桥式起重机,两边是轨道,而中间的横梁则是“打印头”. 3D打印技术用水泥混凝土为材料,按照设计图的预先设计,用3D打印机喷嘴喷出高密度、高性能混凝土,逐层打印出墙壁和隔间、装饰等,再用机械手臂完成整座房子的基本架构。
二、3D打印建筑技术在世界和中国的发展
由于3D打印技术可以极大提高建筑的建造速度,降低建筑成本。因此3D打印建筑技术在世界许多国家正取得飞速发展。
在中国,2014年3月一家名叫盈创建筑科技(上海)有限公司,宣布成为全球第一家真正实现建筑 3D 打印房子的高科技企业。
三、盈创的3D打印建筑结构特点
盈创的建筑梁板结构,最初楼板部分全部采用现浇楼板,目前个别项目开始采用叠合楼板,即工厂生产的预制板,现场现浇面层。梁构件,最初也是全部现浇,为提高预制化率,先后开发了两种梁构件,一种是早期的空芯梁模中间加斜撑,另一种是外部梁模,中间现浇框架梁,框架梁配筋完全按照普通现浇混凝土结构。
墙柱构件,最初墙柱是采用现场预制件(部品柱),由于墙柱构件是结构体系中集中承受竖向荷载,地震力的核心构件,要求很高的整体性,目前的产品主要采用3D打印的外部柱模,内部还是按照传统剪力墙的暗柱配筋来实施。
四、3D打印结构体系分析
五、盈创的3D打印建筑产品利弊
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优点
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缺点
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成本
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厂家称可节约建筑材料30%-60%,减少人工50%-80%,整体建筑成本降低50%以上
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一台建筑3D打印机花费不菲,有欧洲公司推出的房屋3D打印机报价1.2万欧元,且规格较上海此批房屋的打印机要小,其他成本未知
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时间
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厂家称可缩短工期50%-70%;南加州大学教授比赫洛克。霍什内维斯曾展示24小时打印出约232平米的两层楼
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环保
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材料来自建筑垃圾回收处理
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有专家介绍,打印“油墨”主要由高标号水泥和玻璃纤维构成,但某些国家禁止建筑大量使用玻璃纤维,因为会影响人体呼吸系统;高强度水泥未来的回收也有困难
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1.盈创3D打印产品对于结构主体的墙柱没有采用3D打印的方式去 实现,只是在墙柱外围提供了浇筑混凝土的“模板”,中间的钢筋也全部是手工绑扎好,再放到柱模或墙模中,这与我们通常想象的钢筋混凝土结构完全3D打印差距较远。
2.3D打印的墙体采用C80的高强混凝土,抗压强度很高,但不能制作梁板这类产生拉应力的抗弯构件,由于内部没有钢筋承受拉应力,因此高强混凝土用于梁板打印实际上是很大浪费。
3.3D打印材料的安全性、房子的抗震效果都需要时间检验,在承载数据、舒适性、标准化、验收标准等方面也缺少有说服力的信息。
4.成本方面:在传统建筑中,有一个很完善的成本核算标准,3D打印建筑在扣除设备本身与其它研发成本,仅仅是建筑物施工、
耗材、人工等费用,和传统建筑的成本是相近的,没有特别大的差异。
5.相关行业标准:3D打印建筑的整个建设过程,目前还没有形成类似传统建筑一样的很完善的标准化工艺。3D打印的建筑,它的安全和可靠性也没有一个完整的评价体系,即使打印出来一个模型或者实物,它在稳定性、可靠性、安全性等方面还没有相关的法律法规、行业标准去保证。
6.盈创目前只是作为建材供应商参与项目,没有一个完善的类似于远大工厂化的总承包资质。
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