建築機器人3D打印混凝土建造技術是一種新型智能建造技術，其建造工藝流程包括算法生成創意設計、數字形态建模、打印路徑規劃、打印程序編碼、虛拟打印建造模拟、現場原位打印，或現場預制打印及裝配。

建築機器人3D打印混凝土農宅 徐衛國教授團隊項目/供圖

建築機器人3D打印混凝土建造技術将房屋或基礎設施建設全過程進行了數字化集成，并分為虛拟建造及實物打印建造兩大部分。虛拟性建造即在計算機内的建築建造過程，形成數字信息流。物質性建造以虛拟性建造形成的信息為依據，展開部件的加工與現場施工，同時與數字信息相交互、繼續優化修正已有數字信息，延續數字信息流，直至項目建成交付使用，建造過程中連續的數字信息流及物質性建造流相輔相成，形成了一體化智能建造流程。這項技術有不同行業參與，包括基于算法生成的建築創意設計、路徑規劃及控制軟件的開發、機器人及打印設備的集成制造、打印材料的混合生産、建築施工的數字工地等。本項技術的推廣使用不僅實現了傳統房屋建設的産業升級，還将帶動一個新的數字建造産業鍊的形成。

建築機器人3D打印建造具有如下諸多優點。

節省人力——由于有智能機器臂替代了人工勞動，整個建設過程可節約60%的人力，這将有效解決勞動力缺乏及勞動力價格不斷上漲的問題。

提高效率——由于有了電腦裡的虛拟建造過程，實際的物質性建造準确率大大提高，可以避免各種不必要的浪費和返工；同時智能機器臂可以連續不斷地運轉，每天的工作時間可以大大加長，這樣将縮短建設周期。

降低造價——從直接投入來說，由于減少了人力、縮短了周期、避免了浪費，其工程造價比傳統的工程造價要節省10%～20%；另一方面，打印混凝土建築體系不用鋼筋、不用模闆，這也節省了材料的投入。

保證質量——由于使用了智能系統及智能設備，其建造精度大大提高，從而能夠保證建造質量。

環保生态——由于建造工藝進行了有效合理的組織規劃，建造過程沒有污染；打印材料由于使用循環材料，保證了整個建設過程節能環保。

創造新形象——由于基于算法生成創意設計，同時使用了可空間運動的智能機器臂進行建造，使得該技術不僅可以建設傳統的建築形體，還可以建造各種豐富的有機建築形态，給生活環境帶來嶄新的面貌。

建築業3D打印建造起步階段的研究重點為機械設備與材料技術，較少與建築設計及結構設計相結合，可打印形态和受力合理均缺少科學基礎及系統研究，很多實驗成果難以與實際建造接軌，在空間及形态上的不足限制了3D打印建造技術在建築業的推廣。近年來，随着數字建築設計、參數化結構計算、機械、材料、軟件等不同行業專家的參與，建築3D打印建造得以實際應用。目前，3D打印技術已應用于裝配式建築構件的打印，市政設施的打印（如隔音牆、護坡，各類建築），如鄉村住宅新建或改造，應急住宅，旅遊度假建築，園林飾品的打印如雕塑、座椅、花池、燈具等。（徐衛國）

作者單位：清華大學

責編：丁濤

校對：張健

監審：韓鳳鳳

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