李有觀

在國際上，3D打印技術(shù)已經(jīng)成為一種潮流，在設(shè)計(jì)領(lǐng)域尤其是工業(yè)設(shè)計(jì)上被廣泛應(yīng)用。從運(yùn)動鞋、iPhone 模型，到能幫助殘疾人的機(jī)械手臂以及會飛的飛機(jī)等，3D 打印都在大顯身手。

現(xiàn)在，3D打印技術(shù)甚至可以用于建造房屋。美國南加利福尼亞大學(xué)的工業(yè)與系統(tǒng)工程教授貝洛克·霍什內(nèi)維斯，一直在研究快速成型工藝在建筑上的應(yīng)用，也就是，如何像造模型那樣建造房屋。英國拉夫堡大學(xué)的索爾教授也在進(jìn)行類似的研究。而意大利米蘭設(shè)計(jì)周的Hacked lab實(shí)驗(yàn)室，則展示了一幢打印組裝的房屋。

“打印”房屋

從原理上來看，“打印”房屋和打印其他的東西并無二致，只不過材料不同，尺度變大了。按照貝洛克·霍什內(nèi)維斯的說法：現(xiàn)在衣服、鞋子和汽車都已經(jīng)可以自動生產(chǎn)了，房屋如果仍舊需要人們按照之前的方法去建造，未免太落后了。

用傳統(tǒng)的方法完整地建造一棟房屋，需要眾多步驟，而使用 3D 打印技術(shù)就容易得多。

霍什內(nèi)維斯教授將他的研究項(xiàng)目稱為“輪廓建筑工藝”。據(jù)他介紹，房屋是這樣被“打印”出來的：首先在要建造房子的空地上，安裝巨大的“打印”設(shè)備，而這一過程只需要兩三位工人花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)。這個(gè)設(shè)備的外觀，有點(diǎn)像建筑行業(yè)中使用的兩邊有滑軌的巨大行車，只不過行車橫梁上通常用來裝吊貨物的部分，裝有巨大的給料器。將事先設(shè)計(jì)好的立體模型載入3D打印系統(tǒng)，裝載在行車上的“打印”設(shè)備通過一個(gè)可移動的噴嘴噴射出特殊的水泥，在建筑場地上勾畫出一個(gè)整體輪廓，接著一層一層地疊加建筑墻體，打印機(jī)會根據(jù)規(guī)劃圖自動留出門窗的位置。然后，蓋上第一層天花板，在頂上澆灌出第二層的地面，直到完成屋頂和外部結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。和傳統(tǒng)的建造過程類似，墻體建設(shè)完成后添加電氣、管道和通信等基礎(chǔ)設(shè)施。搭建完成后，剩下的只是安裝門窗和內(nèi)部裝修了。

不需要磚瓦、木材、腳手架和施工隊(duì)，20小時(shí)內(nèi)，利用 3D 打印機(jī)就能建造出幾幢簡單的毛坯房。據(jù)專家預(yù)測，最多需要一天時(shí)間，它就可以建成一座 185 平方米的房屋，速度是人工建房的幾百倍。而且用這種方式建造房屋，不會發(fā)生任何安全事故。

霍什內(nèi)維斯教授研發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的最初動力，來自1994年發(fā)生的一次地震。他在修復(fù)自家受損房屋的過程中，感受到種種人力所不及：速度慢、不安全、成本高。他想，這樣危險(xiǎn)、辛苦的工作，為什么不能完全由機(jī)器來完成呢？

通過多年的潛心研究，霍什內(nèi)維斯教授研發(fā)出了“輪廓建筑工藝”技術(shù)，2004年，該項(xiàng)技術(shù)就已經(jīng)能夠“打印”出5英尺（約合1.52米）長、3英尺（約合0.91米）高、6英寸（0.15米）厚的建筑部件。隨著近年來的技術(shù)改進(jìn)，該技術(shù)不僅能夠“打印”方形、圓形、環(huán)形甚至不規(guī)則形狀的房屋部件，也有能力“打印”一整棟房屋，還能夠建起一整片房屋群落，而且能夠使得同一個(gè)群落內(nèi)的房屋呈現(xiàn)不同的樣貌。

“輪廓建筑工藝”技術(shù)能夠建造不同功能的房子

霍什內(nèi)維斯教授的研究項(xiàng)目，大致分為以下兩類：

第一類是緊急用房，即給遭受自然災(zāi)害的災(zāi)民或者被迫逃離家園的難民居住的房屋?！拜喞ㄖに嚒奔夹g(shù)建造出來的是真正的房屋，還能安裝各種設(shè)施，強(qiáng)度和功能性都要優(yōu)于現(xiàn)有的救災(zāi)帳篷或者活動板房，而且速度更快。

第二類是低成本住房，用于給貧困群體居住，以改善他們的居住條件。這類房屋的強(qiáng)度要比第一類更高，工序更多，所需要的建造時(shí)間也更長一些。

在一次演講中，霍什內(nèi)維斯教授認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)將比所有傳統(tǒng)的建造方式都更高效、便宜而且節(jié)能。它幾乎能打印出人們設(shè)計(jì)的任何方案，不論是堅(jiān)硬的直角，柔軟的曲線，古怪的造型，都不是施工難題。霍什內(nèi)維斯稱，3D打印機(jī)的可貴之處在于它可以聽從電腦程序，打印完一層自動爬上另一層，非常有次序，甚至比人工的更加準(zhǔn)確，一磚一瓦都不會遺漏，這樣就保證了它的穩(wěn)定性；而且會依據(jù)精確的幾何計(jì)算，采用堅(jiān)固的材料，來保證幾年到更多的時(shí)間內(nèi)，房屋不會有質(zhì)量問題。

霍什內(nèi)維斯教授表示，該項(xiàng)技術(shù)將比現(xiàn)在的建筑技術(shù)更加安全。在美國每年有數(shù)千名建筑工人死亡，數(shù)萬名建筑工人受傷，使用3D打印機(jī)建造房屋將會終結(jié)這個(gè)歷史并大幅度減少建成一棟房屋的時(shí)間。

據(jù)霍什內(nèi)維斯教授介紹，除了更加安全和節(jié)約時(shí)間外，“輪廓建筑工藝”還有一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)，就是可以大幅度降低建筑成本。

霍什內(nèi)維斯教授打了這樣一個(gè)比方：就像用機(jī)器來制鞋和純手工制鞋子一樣，當(dāng)然是機(jī)器制造的鞋子比手工制的鞋子便宜。在美國目前的建筑成本中，45%～55%是人力成本，25%～30%是材料成本，而如果使用“輪廓建筑工藝”來建造房子，那么人力成本幾乎為零。成本的降低并不等于質(zhì)量的下降，根據(jù)測算，“輪廓建筑工藝”建造出來的建筑的最高強(qiáng)度能達(dá)到10000PSI（約合69.0MPa），而人工建成的建筑強(qiáng)度一般只有3000PSI（約合20.7MPa）。

霍什內(nèi)維斯教授說，這種技術(shù)十分適合于災(zāi)后應(yīng)急建筑和臨時(shí)性住房，也很有希望走向太空，它能建造安全、可靠、成本低廉的月亮和火星建筑，為人類移民太空鋪平道路。

霍什內(nèi)維斯教授領(lǐng)導(dǎo)的“輪廓建筑工藝”項(xiàng)目組一位成員表示：據(jù)先前一項(xiàng)估算，如果該項(xiàng)技術(shù)能夠普及，機(jī)器的造價(jià)大約在10萬到15萬美元左右，一般的小型建筑公司完全能夠負(fù)擔(dān)得起。

英國拉夫堡大學(xué)的索爾教授也在進(jìn)行類似的研究，不過他的打印機(jī)器更加細(xì)致，除了能夠打印出毛坯房的基本結(jié)構(gòu)，還能打印出整體浴室的結(jié)構(gòu)、壁爐和簡單的裝潢設(shè)施，甚至能直接繪制出精美的壁畫。他的靈感來源于撒哈拉南部地區(qū)的一種白蟻，它們能將巢穴筑成2至3米高的“大型建筑”，在建造巢穴時(shí)，用自己的排泄物和唾液構(gòu)建框架，并填充進(jìn)去。

下載房屋

和3D打印技術(shù)連接在一起的是社會化生產(chǎn)模式。原先，制造業(yè)在大工廠里進(jìn)行，需要將大量人力、資金、設(shè)備集中到一起，通過物流和分銷，輾轉(zhuǎn)到達(dá)消費(fèi)者手中?，F(xiàn)在，隨著3D打印技術(shù)的不斷普及，制造業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楦屿`活、投入更少的生產(chǎn)方式，甚至變得有條件按需生產(chǎn)。一切都可以用數(shù)據(jù)傳輸，虛擬的數(shù)字傳送和實(shí)體經(jīng)濟(jì)結(jié)合在一起。

意大利米蘭設(shè)計(jì)周的Hacked lab 實(shí)驗(yàn)室里，展示了一幢可以下載的房屋。這是一個(gè)名為 wikihouse 項(xiàng)目的產(chǎn)品。這座房屋采用 3D 技術(shù)打印，不需要正規(guī)的建筑技能，只需要經(jīng)過簡單的培訓(xùn)，就可以組裝構(gòu)件。

Wikihouse項(xiàng)目是由英國建筑師阿拉斯泰爾·帕爾文設(shè)計(jì)的。電腦系統(tǒng)里面有多種固定結(jié)構(gòu)和尺寸的房屋構(gòu)件，設(shè)計(jì)師可以利用這些構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果想建造一幢房屋，可以從電腦里下載需要的構(gòu)件，打印出來組裝就行了。帕爾文希望能在災(zāi)后重建領(lǐng)域推廣這樣的建筑理念，以便快速、高效、低成本地建造房屋。

需要指出的是，到目前為止，所有和建造房屋相關(guān)的3D打印技術(shù)，都處于試驗(yàn)階段。不過可以肯定的是，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們不久就可以住上采用3D打印技術(shù)建造的房屋了。

（作者為自由撰稿人）