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「华联控股股份有限公司」“印刷的”房子是什么样子的

样子,房子,印刷时间:2021-04-17 03:57:39浏览:194
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随着3D打印施工技术的不断发展,其对整个建筑行业的影响也在不断加深。近日,“世界首个原位3D打印双层示范楼”主体结构在广东顺利竣工,这意味着中国的建筑3D打印技术在某些应用上已经超越了国外同行,有望在未来深刻改变我们的生活。

两层楼,高7.2米,墙壁叠放,颜色是灰色和突突。今天,随着摩天大楼从地面升起,许多标志性建筑显示出它们的特点,这样的小建筑很常见。

但是如果这个小楼是“3D打印”的呢?

这座小楼不寻常

11月17日,中建二局广东建设基地。一个高大的金属框架立在地上,上面挂着喷射混凝土材料的“打印头”,可以实现XYZ轴三个方向的自由运动。这时,已经连续“喷墨”了几十个小时的建筑3D打印机已经完成了它的工作——这个外观很差的小建筑就是它的工作。

小楼有个很有名的名字——“世界上第一座原位3D打印双层示范楼”。它的特殊性在于它是一个“原地3D打印”的建筑,一个不需要组装,主体直接现场打印成型的建筑,也是第一次使用这种技术成功完成的两层建筑。同时也意味着中国的建筑3D打印技术已经与国际同步发展,甚至在某些应用上已经超过了国外同行。从这个角度看,这个小楼不一般。

3D打印技术诞生于90年代中期。一般认为,这种技术是基于数字模型文件,使用粉末金属或塑料等粘合材料,通过逐层打印来构建对象。它在航空航天、医疗行业等领域都有应用,但在建筑中很少使用。

中国建筑技术中心材料工程研究所副所长霍亮说:“3D打印架构的基本原理和一般打印机一样。它必须有印刷体、喷嘴、油墨和纸。”如果把建在建筑物周围的金属框架看作打印机主体,那么喷射混凝土的“打印头”就相当于打印机喷头。建筑印刷所用的“墨水”不是普通的混凝土,而是专门为印刷建筑而准备的印刷材料。当然,纸张也很重要。施工前,工人在地面预埋钢筋,相当于“纸”。打印头不断喷射宽度为5厘米、厚度为2.5厘米的圆形、圆形的打印材料,一层又一层地构筑墙面,不到30小时就能打印出一个占地约120平方米的地面的墙面。而且在印刷过程中,随着墙面的上升,需要根据图纸安装钢筋,让“纸”可以动态延伸。

当混凝土灰浆还没有凝固时,工人们可以在墙的底部开孔,这样就有空间把钢筋笼焊接在墙上,把钢筋焊接在地基上中建二局广东建设基地有限公司科技部副经理黄云补充说,“感觉就像切蛋糕一样,操作起来还挺方便的”。

印刷技术不同寻常

且不说对场景的感知,从技术层面描述建筑的“印刷”过程并不复杂:首先,模型分割由计算机软件完成;然后,将三维图形信息转换成打印路径,同时计算打印速度。然后输送泵将打印材料送到打印头,打印头按照设定的程序三维移动,建筑构件被“打印”。占地约120平方米的一楼墙面,不到30个小时就印好了。

但是,新技术的简约背后,是科技力量的强大支撑。

首先,印刷材料不同寻常。宽度为5厘米、厚度为2.5厘米的混凝土材料覆盖一层。如果下层混凝土凝结缓慢,强度不够,将无法支撑上层材料的重量,可能导致墙体变形甚至倒塌;如果设定太快,很难实现每层材料与上层材料之间的有效粘合。如何让混凝土满足3D打印建筑的需求,本身就是一个难题。“我们通过反复试验,在普通混凝土中加入添加剂,通过调整材料的粘度和凝结时间,解决了这个问题。”霍亮说。

二是原位3D打印的施工技术不一般。客观来说,建筑行业引入“3D打印”技术是有先例的,但大部分应用都是在工厂完成的。工厂打印出各种可以组装成型的建筑构件,然后运送到建筑工地进行组装。原位3D打印施工技术可以实现原位打印,即主体可以直接在现场打印成型,无需二次组装,需要克服室外环境变化带来的一系列挑战。为此,施工人员在建筑周围配备了喷涂设施,用于印刷时保湿和印刷后养护混凝土。“饭要一个一个吃,地板要一个一个印。第一面墙印刷完成后,我们需要至少维持3天,以确保材料强度满足下一阶段施工的条件。”中建二局广东建设基地有限公司总工程师苏凯说。

第三,施工难度异常。在这个实践中,他们使用了轮廓技术,分为内层和外层,印刷的墙壁是“中空的”,这使得它很容易添加温暖的填充物。将该技术成功应用于难度更大的双层建筑施工是一个突破。

在不寻常中寻找“不寻常”

开发3D打印建筑的意义是什么?

苏轼告诉记者:与传统施工技术相比,3D打印技术机械化程度更高,成本更低;而且整个施工过程不需要模板,不仅可以节省60%左右的材料,还可以减少施工过程中的工艺损失和能耗;由于3D技术印刷厂都是用机械自动化作业,过去十几个工人操作的项目完全可以减少一半人力;尤其重要的是,整个施工过程更加安全,工人的劳动强度降低了很多。

从更大的角度来看,建筑3D打印技术对整个建筑行业的影响也在不断加深。一方面,这种技术的应用可以实现更高的设计自由度,为建筑师自由创作提供了更多的可能性;另一方面,该技术可以实现更高的定制要求,促进建筑标准化和个性化的更好结合。“这将是一个打破传统束缚、使建筑结构适应个人需求的过程。”霍亮说。

技术再好,能否大规模应用才是关键。因此,建筑3D打印技术研发团队一直注重在一系列不寻常的事物中寻找“不寻常”。现场3D打印技术的成功应用克服了大量预制构件需要机械吊装和重新运输的问题,为3D打印技术在建筑领域的推广奠定了基础。

现实地说,从技术突破到应用推广还有很长的路要走,还有一些难题需要解决。比如3D打印有无模板的优点,但打印墙中横向筋、竖向筋、箍筋的布置和连接在目前的工艺中无法有效解决;再比如,不同的建筑环境对印刷材料有不同的要求。开发强度和耐久性优越的建筑3D打印材料也是更好推广建筑3D打印技术的重要基础;再比如,建筑3D打印机还需要进一步增强能力,实现更多功能,可以根据建筑尺寸、建筑工地附近的施工条件、施工进度要求,进行全尺寸打印、分段组装打印、群体机器人集合打印等。

因此,霍亮强调:“建筑3D打印技术与现有建筑技术是相辅相成、相互依存的。这项技术的研发和应用并不是为了取代现有的施工技术,而是作为现有施工技术的有力补充。”

虽然未来有很多不确定性,但可以预见,随着建筑3D打印技术的不断发展,整个建筑行业的设计、施工思路和方法都会发生变化。建筑师、工程师和建筑工人将利用科技的力量,将建筑与3D打印结合起来,完成对现有建筑技术的改造。


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