3D打印建筑 离我们还有多远？

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第三次工业革命：3D打印改变世界

　　2012年4月，英国著名财经杂志《经济学人》报道称“3D打印将推动第三次工业革命”；同年，美国著名科技杂志《连线》十月刊则将《3D打印机改变世界》作为封面报道，在杂志主编安德森看来，这是比互联网革命更大的事儿，他甚至辞职参与3D打印创业去了。

　　那什么是3D打印？维基百科上的解释：“这是快速成形技术的一种，它运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过一层又一层的多层打印方式，来构造零物件。模具制造、工业设计常将此技术用于建造模型，现在正向产品制造的方向发展，形成‘直接数字化制造’”。简单来说，3D打印，就是在普通的二维打印的基础上再加一维。打印机先像普通打印一样在一个平面上将塑料、金属等粉末状材料打印出一层，然后在将这些可黏合的打印层一层一层的粘起来。通过每一层不同的“图形”的累积，最后就形成了一个三维物体。

3D打印示意图

　　3D打印的概念最早出现在上个世纪80年代。发明人是美国加州一家名为紫外线产品制造公司的工程师查克·赫尔，主要是开发用于家具保护涂层的紫外线固定树脂胶技术。现年已经70多岁的赫尔回忆说：“那时我已经当了20年工程师，深知制造塑料模具有多麻烦。一旦设计有问题需要修改，一切都得重来。我很想拥有一台机器自己制造模具。”几经努力，在紫外线产品公司楼顶的一间密室里，赫尔研制出第一台3D打印机。当时是1986年，到今天，3D打印技术走过了—条不算漫长却令人振奋的发展之路：

　　1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利；

　　1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机；

　　2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功；

　　2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世；

　　2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼；

　　2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机；

　　2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机；

　　2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。

　　2012年5月30日，“国际3D打印技术与应用大会”在中国上海的环球金融中心召开，多位国际著名应用案例当事人应邀担任演讲嘉宾，比如，比利时钛下颌骨手术主刀医生，意大利建筑打印机发明人，英国3D打印陶瓷艺术家等。大会首次全面、系统、深入地向各界介绍3D打印技术，展示世界最新3D打印设备、软件和材料，以及应用3D打印技术创造出的最新产品和成功案例，令人大开眼界。其中，意大利建筑打印机发明人恩里克·迪尼的演讲给国内建筑业造成了不小的震动。这个被称为“3D打印房子的人”以他极大的热情和坚定的信念描绘了建筑业和3D打印技术融合的未来。

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3D打印建筑：从实验走向现实

　　2012年，在恩里克·迪尼描述3D打印建筑的未来时，它还只是实验室里的一个实验和构想。在此之前的2005年，迪尼曾成功打印一个小“石”柱，之后不久，他就用打印机打印出了世界上第一个叠层建筑结构——Andrea Morgante设计的“放射虫”。迪尼因此受到了建筑界的注意。2013年1月，来自荷兰的宇宙建筑公司的建筑师简加普·鲁基森纳斯表示，他将与迪尼合作，用3D打印机打印他设计的作品“莫比乌斯环屋”，工程预计在2014年完工。

莫比乌斯环屋效果图

　　当然，世界上还有除了迪尼之外的3D打印建筑的梦想家，他们也都在努力。

　　2012年，美国南加州大学工业与系统工程系的比洛克·霍什内维斯教授做了一个3D打印技术应用在建筑领域的电脑模拟展示，运用“轮廓工艺”系统在不到20小时的时间内能够建造一幢面积2500平方英尺的建筑。比洛克.霍什内维斯教授说，做这项研究的最初目的只是想给穷人们又快又好地盖房子。他的这项技术创新早在2006年就被美国发明家名人堂和现代奇迹栏目评为年度最佳发明。但遗憾的是，这项发明却一直没能走出实验室。

比洛克·霍什内维斯教授的“轮廓工艺”

　　2013年2月，英国伦敦Softkill Design建筑设计工作室首次建立了一个3D打印房屋概念，它并非采用固体墙壁建造，而是在骨骼基础上建造纤维尼龙结构。它被命名为“打印房屋2.0”，采用相同的极简抽象派工艺，使用足够的塑料来保证结构的完整性。但至今，这个概念的3D打印房屋还只有模型而已。

3D打印房屋概念

　　今年3月末，在荷兰海牙核安全峰会期间，美国总统奥巴马兴致浓厚地参观了荷兰DUS公司的3D打印展览馆。正是这家公司的建筑师宣称将利用一台名为KamerMaker的大型3D打印机“建造”全球首栋3D打印住宅建筑，代号“运河屋”（CANal House），这个项目目前已经在阿姆斯特丹北部运河的一块空地上“奠基”，有望3年内构建完成。

荷兰“运河屋”项目

　　缺席前两轮工业革命的我国这次没有落于人后。在国外的3D打印建筑梦想家们还在构想、实验、开始动工的时候，我国“3D打印狂人”马义和直接带着他的10幢3D打印建筑，作为当地动迁工程的办公用房，在上海张江高新青浦园区内交付使用了。基于目前已披露的信息，这是全世界第一批通过3D打印技术制造的实体建筑。

全世界首批3D打印建筑

　　而据9月15日的最新消息，美国明尼苏达州一名工程师安德烈·卢金科及其团队用3D打印机在自家的后院打印出一座中世纪城堡。据称该城堡是世界上首个3D打印的混凝土城堡。虽然城堡大小只能容人站在里边，但这无疑是3D打印技术的一个分水岭。卢金科认为自己的作品仍有不足之处，但已经预见了利用3D打印技术房屋的前景。

世界上首个3D打印的混凝土城堡

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革命之路：3D打印对建筑业意味着什么

　　正如比洛克.霍什内维斯教授所说，他做3D打印建筑研究的最初目的只是想给穷人们又快又好地盖房子。梳理3D打印建筑的发展史，这些3D打印建筑梦想家们几乎一致的初衷都是为了解决民众的住房问题。我们致敬这个纯粹而崇高的理想，但3D打印建筑的发展对建筑业而言并不仅仅是解决住房问题那么简单，可以说3D打印正在指引建筑业走上一条革命之路。

　　关于3D打印建筑的意义，荷兰正在建设中的“运河屋”放在官网上的一段话挺有意思：“就象400多年前，我们修筑的阿姆斯特丹运河一样，3D打印运河屋也将会成为阿姆斯特丹的标志性创新符号，每一间3D打印的房间都是独特的，具有交易、储藏、居住、工艺展示等功能，充满了可识别性与吸引力。3D打印房屋让我们知道，在21世纪，传统的建筑可以有什么样的表现形式，传统文化价值与创新理念可以如何融为一体。”

　　这是从文化的角度对3D打印建筑的意义做了一个浪漫的阐释。而马义和在接受媒体采访时，以他创立的盈创建筑科技有限公司（以下简称盈创科技）为例，列举的3D打印对于建筑行业的三大改变显然更具现实和产业的参考价值：打印异型建筑、减少建筑成本、环保节能。

　　打印异型建筑。传统的建造方法是用砖头一层层堆积，砖头可以变换大小，但是房屋整体的形状变化还是非常有限。“3D打印首先是一个数字化制造，一个曲面的墙，双曲的墙，都可以随心所欲地去做。”马义和说。像简加普·鲁基森纳斯设计的“莫比乌斯环屋”，以莫比乌斯环为原型，没有起点也没有终点，就是一个传统建造方法几乎不可能实现的建筑。

　　减少建筑成本和环保节能。传统建造经常需要改变原材料的形状，产生大量建筑垃圾。而3D打印建筑的“油墨”实质是建筑垃圾的再利用，包括工业垃圾、尾矿等，并可就地取材，回收建筑垃圾，通过技术处理、加工分离使之成为3D打印建筑“油墨”的一部分原材料，让建筑垃圾回到建筑中。3D打印可以充分利用打印智能控制，使建筑一次成型，减少建筑中的材料损耗和工艺损耗，让建筑能耗大幅度降低，有效地改善施工粉尘和噪音的影响，避免对环境造成污染。而机械是对人力的解放，可大大减轻建筑业日益高涨的劳动力成本压力。

　　3D打印对于建筑业的革命性意义基本上是能够获得公众和商业人士认可的，万科董事长王石就曾公开表示：万科将在3年内运用3D打印技术建造房子。但不可否认的是，3D打印建筑仍然处于实验阶段，其目前所引起的争议也是巨大的。正如盈创科技的10幢3D打印建筑亮相上海的时候，虽然国内3D打印界为之沸腾，但在不少业内人士看来，这并不意味着3D技术已为建筑行业带来了巨大变革与重大突破。

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盈创科技：3D打印建筑的观察样本

　　9月9日，亚厦股份发布公告称，拟以自有资金1.54亿元，通过受让股权和增资方式，取得盈创科技（对，就是这个盈创科技建造了亮相上海的10幢3D打印建筑）26%的股权。这一公告再次将盈创科技和3D打印建筑推向了舆论关注的焦点。

　　对于亚厦股份的这一举措，资本市场予以了热情的回应，在亚厦股份复牌后，股价就一字涨停。当天，中金公司最新报告评论就认为，亚厦股份快速切入建筑3D打印领域，颠覆了依赖手工作业、品质不均衡、工效不高、污染严重的传统施工模式，“为最困难的施工环节提供了重要解决方案”。不过，它对于盈创科技的股权投资前景表示了质疑，除了盈创科技处于技术和商业模式的重要转型期外，最为重要的问题是，建筑3D打印技术真的已经成熟了吗？

　　3D打印建筑面临的最大挑战就是：打印建成的房屋能否达到目前的建筑质量标准？地基是否够扎实？有没有达到防火、隔音、防火标准？所用的打印材料有没有经过研究、调查、论证，以确保符合人类生活的标准？就盈创科技的10幢3D打印建筑来说，现场参观的大多数人都对房屋的安全性能表示担忧，认为这种房屋最多只能作为临时建筑或是救灾用房。

　　上海易居房地产研究院副院长杨红旭认为建百年稳固的建筑应该是建筑的目标，混凝土、钢筋地基、框架、承重墙、钢结构等传统工艺已经形成了一个完整的安全分控体系，而3D打印这种有点像堆蛋糕一样堆出来的房子，可能可以完成单个的单层房，但如果要建几十层的高楼，房屋的结构、材料的坚固性、抗压性、坚固性、抗震性等都是值得探讨的。

　　中国3D打印技术产业联盟3D打印在线运营总监吴志坤也担忧，目前3D打印建筑的技术处于试验阶段，所使用的材料能够建造一两层楼的小别墅，但打印几十层的高楼就未必足够安全，而且，目前国家尚未对3D打印建筑出台相关标准，这使得3D打印房的安全性、抗震性等性能无法得到检验。

　　另外，同济大学建筑系教授来增祥表示，作为一项新技术，3D打印在建筑材料和建筑工艺上有了创新的探索，但是盈创科技3D打印的“油墨”构成主要是高标号水泥和玻璃纤维，而某些国家禁止建筑大量使用玻璃纤维，因为玻璃纤维会影响人体呼吸系统，“油墨”的承载力强度、耐久性等各项指标是否符合标准，还有待专家部门的权威检测和认证。

　　其实，就目前来看，盈创科技收入的60%是来源于建筑相关部品部件3D打印业务，它们已成功应用于400多项知名建筑项目，包括水立方、世博会大会堂、青奥会议中心等。因此，亚厦股份参股盈创科技旨在“跨入建筑行业、建筑装饰品部件行业、全异性、多曲面型建筑行业（包括幕墙）和城市建筑拆借余料和石材尾料的循环再生行业”，而不是用3D技术来打印房子，这是理智的选择，也是值得期待的。或许，3D打印建筑成熟之前的未来一段时间内，建筑装饰领域才是3D打印在建筑业的革命之路上最合适和热闹的战场。

结语近日，王石在接受采访时表示万科将与美国宇航局(NASA)合作3D打印房子，他坦言，这项新技术的实验室研究成果可能在3年后才能进行实践，而要推广到一线，则可能需要10年以上的时间。承认建筑3D打印技术“还是存在一些技术障碍”的比洛克.霍什内维斯教授则表示截止到2050年，3D打印房子将不再是一个稀奇事。3D打印建筑，离我们还有多远？时间终将给我们答案。