3d打印建築流程?來源:解放日報9名工人都嫌多，馬義和決定把工人減少到5人，今天小編就來說說關于3d打印建築流程?下面更多詳細答案一起來看看吧!

3d打印建築流程

來源:解放日報

9名工人都嫌多，馬義和決定把工人減少到5人。

7月19日，在上海青浦區滿是近半人高野草的園區裡，石子路被太陽曬得滾燙，上海盈創建築科技有限公司董事長馬義和戴着安全帽走在前面。他皮膚黝黑，這是時常守在工地的結果。他計劃要在這裡建4幢小高層樓房，其中一幢已初具規模。

與普通工地不一樣的是，這裡沒有堆放的建材，工人們也不需要在現場砌築。工地旁邊，是一個被白色巨幕圍擋起來的大型廠棚，裡面才是真正幹活的家夥——一台有半個籃球場大小的3D打印機器。

“28日，我們就在建好的這幢樓裡舉行發布會，給大家身臨其境地感受3D打印房子！”馬義和語氣堅定。

100多公裡外的烏鎮西栅景區，另一個工地上，也有兩台機器人。它們在為建造新一屆世界互聯網大會的場館助力。承建者是同濟大學建築與城市規劃學院教授袁烽的團隊。他設計的機器人并不僅僅做3D打印，還展開了機器人木構、磚構等多種實驗性建造實踐。

兩個工地本沒有交集，但在國家對智能建築的引導下以及工業4.0來臨之際，卻有着相近的意義。兩者都是上海企業及科研團隊介入建築業轉型升級的嘗試——機器替換工人，成為“機器匠人”。

為了突破勞動力短缺以及傳統建築行業工作環境差等瓶頸，全球建築界把目光投向智能建造領域。袁烽認為，中國建築業機器換人的拐點正在到來。

拐點

7月28日，遠離城區的青浦區新金路，平時難見一輛車的小路兩旁停滿了車。長龍綿延數百米，其中不乏豪車身影。

進入會場，找座位很難；幾百人的會場還設置了同聲傳譯的工作間，現場有來自非洲、歐洲、中東、南亞等的出席者。

這場面與5年前那場發布會的情形，不相上下。

2014年就在這個園區内，盈創在24小時内打印出了10幢灰色矮房，宣稱是全球第一次用3D打印技術造出供人居住的建築。

“以前都是我到國外去（學習），後來是一車一車的外國人到我這裡參觀。”馬義和說，公司在蘇州工業園區接待了數以千計的參觀者。因為需求過于旺盛，他按人頭收費，一人300元，參觀費就收了幾十萬元，“全部用于科研”。

即使如今，坐在人群當中，依然可以感受到人們對3D打印技術的追逐。到場者裡有産業上下遊的廠家，有結構工程師，還有高校負責人。一所上海高校計劃開設建築專業，希望把3D打印作為亮點。

但記者同時也能感受到不少人依然對此概念模糊。一位出席者戲谑地形容：“知道它好，又不知道它好在哪裡。”

在過去的5年，3D打印建築始終進入不了主流。馬義和想不通。

他做建築材料起家，1993年在老家湖北襄陽創業。據他介紹，原先建造房屋需要先制作模闆再澆灌水泥，而現在的3D打印技術模闆用量及鋼筋綁紮的工作量大大減少，縮短一半以上工期，降低50%-80%人工；此外，油墨（即混凝土材料）原料是改造後的建築垃圾、工業垃圾、礦山尾礦，還能省下30%至60%的建材。

2015年1月，盈創宣布打印出了全球最高的3D打印建築“6層樓居住房”和全球首個帶内裝、外裝一體化的1100平方米精裝别墅。通過與海外設計公司Gensler合作打印迪拜辦公樓項目，盈創還成為全國第一家在海外運用3D打印建築技術打印辦公樓項目的企業。

放眼全國，北京、廣東等地近年來也正在進行類似探索——将人工智能等創新成果運用于建築領域，讓機器真正滲透進工地各生産環節，讓人成為管理者，進而将中國制造推向智能化。

袁烽提供了一組數據：業内有個共識，當一個地區的建築工程中勞動力成本占建築成本總額比例超過35%時，會出現“機器換人”。在發達地區，比如中國香港，這個數字已超50%；在内地，這個數字多在30%以下，而上海略為特殊，這個數字剛過33%。

多數勞動力成本高的地區，主要采用預制建築構件、推廣裝配式建築發展的方式。上海此前也緊跟步伐，市裡規定2016年起外環線以内新建民用建築應全部采用裝配式建築；外環線以外不少于50%，并逐年增加。

彎道超車？中國并非沒有可能。

機器

與馬義和認為3D打印“全是優點，找不出一個缺點”的情感有着極大不同，袁烽很少使用3D打印的标簽來描述自己的工作。3D打印技術，更專業的說法應為“增材制造”，指通過逐層增加材料的方式将數字模型制造成三維實體物件的過程。“但機器智能建造也可以做減材，比如機器人可以銑削加工木材。”

袁烽的看法是，3D打印建築最重要的意義是機器換人，但3D打印并非機器換人的唯一方式。他更傾向于解釋自己的領域是數字化設計與智能建造，即通過算法實現機器比人更為精準和節能的建造。

7月26日，烏鎮的工地上，最高氣溫直逼40攝氏度。工人們每天下午不得不等到3時多才能開工。

但兩台會砌磚的機器人不受影響：每天工作16個小時，工期緊張時，24小時也不成問題。

相比普通工人，這兩名“工人”無疑擁有整個工地最好的工作環境——獨立工棚、地面幹淨，還有電風扇散熱。

隻見機器人用手臂抓磚、抹漿、砌牆，動作一氣呵成，砌到邊緣部分，還會聰明地隻抹半邊砂漿。機器人砌出的牆面也不一般，每塊磚的角度不一，最終形成波浪般的視覺效果。

“機器适合做漸變的非線性梯度變化。一般人砌磚間隔都是一緻的，但是機器砌出來的，單獨看一片看不出什麼，組合到一起就能看到韻律感。”袁烽指着波浪般的牆面說。

十年前，他也運用數字化軟件設計過一面擁有綢緞般流動肌理的“綢牆”，但當時沒有機器人，全部使用定制模具和人工砌築完成。他記得那面不算大的牆，砌了兩個月之久。而這次，長40多米、高2米多的複雜牆體，兩周就可完工。

距離驗收時間隻剩一個多月，施工方有些着急，袁烽則沉着許多：“兩台機器相當于以前兩個班組，差不多二三十人，但現在（機器之外）隻需要四個人，人的勞動強度大大減少。”

和記者每說起一個作品，袁烽總會報出建造時間——上海思南書局裡的書報亭，從策劃到建成用了21天；世界人工智能大會場館中近9000平方米面積，100天完成施工……

2008年，袁烽去麻省理工學院當了一年訪問學者，其間選擇了數字化設計與建造方向，歸來後就專心于此。他初中學過編程，拿過全市競賽一等獎，但上大學後沒再繼續，直到去了麻省理工，才發現“人家是學科之間互相打通”，于是将編程重新撿起。

從2011年研發出第一代建築業機器人開始，袁烽團隊已研究8年之久，其中移動現場式機器人已經更新到第5代，可以完成3D打印、砌磚、銑削、彎折金屬、切割石塊等12項工藝。

在上海徐彙西岸一個項目中砌再生磚牆時，他們甚至給機器裝上“眼睛”，讓機器判斷磚的大小以及放置的位置。

烏鎮工地上來自上海的項目經理姜濱，在這行幹了10來年，但機器人做出來的造型，他從未見過。

據國際機器人聯盟（IFR）的統計，2017年中國機器人需求增長速度達到58%之高，全球有三分之一的機器人銷往中國。中國正逐漸成為世界最大工業機器人市場。

掣肘

顧慮并非沒有。

馬義和快被“标準”的問題問膩了。7月28日的發布會現場，依然有人追問相關問題。

3D打印建築目前沒有專業規範，在設計建造時隻能參考相近的結構和外觀建築标準，并通過實驗設計來确保其結構等方面的安全可靠。

“創新的東西哪裡有标準呢？都按标準的話，還會有創新嗎？”馬義和大聲說。

話是不錯。但涉及到人住的房子，哪一方都不敢怠慢。

發布會上，葉蓓紅發言時，起身拍幻燈片的人明顯增多。翻頁快時，還有人互相叮囑：“都拍下來了嗎？”

葉蓓紅是上海建築科學研究院教授級高級工程師，其發言題目為“3D打印材料（油墨）及3D打印産品标準研究”。

“所有人都在關注标準的問題。”葉蓓紅介紹，國家标準體系分為政府标準、團體标準、企業标準。

2017年，住房和城鄉建設部發布過一個關于工程建設标準體制改革方案的征求意見稿，明确提到：“經合同約定，團體和企業标準可作為設計、施工、驗收依據。”

這條方案的提出給盈創這樣的企業發展找到了突破口。背後是政府釋放的善意——“既要體現政府的監管要求，又要滿足設計施工等單位的需求；既要确保管住管好，做到‘兜底線、保基本’，又不能管多管死，限制企業創新。”

基于此，葉蓓紅團隊目前已對盈創的油墨強度，牆體材料抗震、抗凍、放射性、防火等方面做出了企業标準，并在國家質量技術監督局網站上備案。下一步的目标是制定協會标準，這需要更多企業參與。

葉蓓紅的發言博得了持久掌聲。但仍舊有人質疑，“3D打印建築的安全性因素除了材料、牆體，還有建造結構。結構怎麼檢測呢？”

還有人說，盈創當前打印的更多為基礎設施，說明結構還是短闆，因為結構需要大量複雜的算法驗證。

“數字建造的難點并不在現場，而在前期設計。”袁烽說，最難的部分就是生成形式、計算優化、驗證。結構設計師的任務就是對結構負責，出了圖、簽了名字，如果出問題會被吊銷執照，這是行業規則。

但在新興領域，确實有一些容易被忽視的因素。

前年8月，一座外表黝黑、以全新改性塑料打印的實驗作品步行橋成為同濟大學校園一景。42天之後，橋卻塌了。

“我們最初隻關注到它可以承載多少人，卻忽視了溫度帶來的改變。”袁烽說，“當時有位材料學教授提醒我注意它在極端溫度下的表現。”果不其然，持續多日高溫後，變形導緻壓力産生，最終橋塌了。袁烽據此寫了一篇報告在國際會議上發表。

此次烏鎮項目難度最大的是智慧亭，智慧亭的最終效果是一個非線性殼狀結構，這個形狀在學術上叫作“自由重力拱結構”，力不是垂直傳遞，而是完全軸向傳遞。袁烽團隊曾做過一個六分之一大小的殼體，這次雖然隻是變了尺寸，但結構邏輯全都要變。

負責智慧亭項目的博士後王祥介紹，智慧亭的現場建造過程和搭積木很像。塑料模闆先在工廠用3D打印技術預制好，運到現場後，工人拼裝、用螺栓固定。然後，在模闆上鋪設三層薄磚，最後撤掉現有鋼架支撐。

但問題接踵而來。比如，機器3D打印出來的構件存在誤差，盡管在工廠經過預拼裝，但到了現場，還是有部位無法契合。工人們必須先用鋼構腳手架把結構架高，等表面磚結構成型再撤走。

異形建築，工程驗收也是難題。袁烽打算邀請上海和浙江兩地的專家到烏鎮現場開會論證，盡管這方面的專家很少。

到時候，現場會采用堆載的方法，用沙袋把殼體堆滿。“均布式它是不怕的，所以我們會讓它一半負荷，以及最不利點集中堆載，驗證最不利的條件，還會做材料檢驗等。”袁烽很有信心。

機器與人

智能建造以後，需要什麼樣的人？

應是兩種人：一類是操作機器的人，一類是設計機器工具的人。

記者曾在青浦觀摩了一次打印過程：90後楊慶（化名）當天16時30分就完成了那天所有建築構件的打印工作。機械專業大專畢業的他到盈創工作至今，一開始還感到新奇，現在已經習慣。他甚至可以在空閑時打手機遊戲，“打印太快的話，工人來不及裝”。

人們可以将打印過程想象成做蛋糕，噴頭就像裱花袋，調配的混凝土“油墨”就像奶油，根據設定路徑，一層層堆疊。

“工作環境完全不是一個概念了。”一位工人說，工作強度也低了很多，隻需要把搬來的構件“扶一下，往那一擱就結束了”。

袁烽說起去貴州參與扶貧時的感受：“現在的工地，40歲以下的工人很少。新一代年輕人，即使家裡條件不好，下工地也是不肯的。”

在烏鎮工地上，22歲的操作工張運（化名）大專畢業，學的是機電一體化，從未砌過牆，隻用兩個星期就學會了操作這台機器人。

包括建築機器人在内的現今大多數工業機器人，都是一種可編程機器，通常隻能被編程為執行重複的一系列運動。但要真正代替一線工人，建築機器人遇到的複雜挑戰，并非僅僅實現“速度”或者“效率”就大功告成。

對于設計機器人的人，袁烽還是感覺缺人，“一般學設計的做不來”。

今年7月，袁烽在上海做了一個關于數字建造算法的彙報，聽衆幾乎都是建築行業專家，最後不少人的反饋是“聽不懂”。

機器人建造早已開始跨界：建築學、結構學、機械學、材料學、人工智能……以前，同濟建築系學生是基本不需要編程的。而今，袁烽帶的碩士生周轶凡，每天最主要的工作就是寫程序、調試機器人。

“建築學是偏美學與人文的教育，要會畫畫、做手工、做模型、做設計。而編程是代碼，是純理性的。我們把兩者混合，就引出一個全新的建築數字未來。”袁烽說。

比如砌磚機器人，除了運用建築設計知識，還涉及到自動化、機械、電氣等專業知識。其核心功能都是袁烽和學生們琢磨出來的。直到原型機做出後，袁烽才找了機械和自動化專業的朋友幫忙進行專業提升。

“用機器代替人工，不單單是把人減掉，而是把新的人工用在計算賦能上。智能化時代，生産的所有東西都可以有微差。比如我們3D打印的構件，每個都不一樣，砌的牆面、每個磚頭的位置都不一樣，這是自動化程序做不了的。”袁烽說，機器人加入建築業的意義，還在于提升建築的性能和美感。

有多少智能建造，就意味着背後有多少“人”的參與。

盡管發布會開得紅火，但值得注意的是，發布會所在的樓房并沒有實現馬義和9天前期待的“完工”。

馬義和解釋：包工頭對3D打印技術認知不統一，停工3天，等他回來拍闆時，已經無論如何趕不上了。

最終他們隻完成了一樓的布置，3D打印了進門一小塊的水磨石地面，供參觀者“感受一下”。

或許這也意味着，機器再如何智能，沒有“人”的參與，也終究不過是機器。（記者 王潇 殷夢昊）

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