文│沈浩浩

打印建筑2014年見

2013年1月，來自荷蘭的宇宙建筑公司的荷蘭建筑師Janjaap Ruijssenaars與意大利發(fā)明家Enrico Dini一同合作，他們計(jì)劃使用砂和無機(jī)粘合劑將54個(gè)單獨(dú)的建筑模塊結(jié)合在一起，Ruijssenaars也擔(dān)心打印的沙層不能支撐整個(gè)結(jié)構(gòu)，因此打算一次只打印部分建筑，組成外部輪廓，并用鋼筋混凝土加固。預(yù)計(jì)該項(xiàng)目需耗時(shí)約18個(gè)月，有望于2014年完工。最終的成品建筑會(huì)采用單流設(shè)計(jì)，由上下兩層構(gòu)成。這個(gè)建筑被稱之為“單片式景觀別墅”。

Enrico Dini是D-Shape 3D打印機(jī)的發(fā)明人，最后他發(fā)明了世界首臺(tái)大型建筑3D打印機(jī)。3D打印技術(shù)只有25年歷史，被英國(guó)的《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》周刊評(píng)價(jià)為“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動(dòng)第三次工業(yè)革命的實(shí)現(xiàn)”，美國(guó)《時(shí)代》周刊已將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“十大增長(zhǎng)最快的工業(yè)”。

3D打印技術(shù)早已能實(shí)現(xiàn)小件物體的產(chǎn)品打印，比如飛機(jī)模型、DIY的家居物品等。最早在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用則是在建筑模型領(lǐng)域。由于建筑設(shè)計(jì)的日益復(fù)雜，傳統(tǒng)的模型制作已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)師的需求。在國(guó)外，快速成型技術(shù)已經(jīng)成為建筑設(shè)計(jì)師不可缺失的工具。雖然許多人不愿承認(rèn)，但一般來說，人們需要花費(fèi)大量的時(shí)間看圖紙以了解一項(xiàng)建筑設(shè)計(jì)。而通過平面圖紙想像出建筑的三維形象的能力卻往往需要大量的訓(xùn)練和經(jīng)驗(yàn)才能獲得。一個(gè)3D打印模型則可以實(shí)現(xiàn)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中實(shí)時(shí)交流想法并改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)，這在與客戶溝通的過程中是非常必要的。

三維數(shù)字化的研究永遠(yuǎn)是當(dāng)代建筑中的追求。日新月異的建模軟件、參數(shù)/手寫輸入的結(jié)合，讓建筑師有足夠自由，來設(shè)計(jì)空前復(fù)雜的形狀；高速的樣張打印機(jī)又能幫忙，展示其視覺效果。不過，許多設(shè)計(jì)，不可避免地停留在紙上，或只做成模型，展覽一下而已。

這種打印機(jī)的原料主要是沙子。當(dāng)打印機(jī)開始工作時(shí)，它的上千個(gè)噴嘴中會(huì)同時(shí)噴出沙子和一種鎂基膠。這種特制的膠水會(huì)將沙子在24小時(shí)內(nèi)粘成像巖石一樣堅(jiān)固的固體，并形成特定的形狀，打印從建筑物底部開始，逐層往上，每次升高5-10毫米。一層進(jìn)入固化階段后，就能在其上添加新的一層。沒有澆灑到黏結(jié)劑的砂石暫時(shí)支撐著結(jié)構(gòu)，這部分材料以后可以重復(fù)使用。

工作狀態(tài)下三維打印機(jī)沿著水平軸梁和4個(gè)垂直柱往返移動(dòng)，打印機(jī)噴頭每打印一層時(shí)僅形成5-10毫米的厚度。打印機(jī)操作可由電腦CAD制圖軟件操控，建造完畢后建筑體的質(zhì)地類似于大理石，比混凝土的強(qiáng)度更高，并且不需要內(nèi)置鐵管進(jìn)行加固。目前，這種打印機(jī)已成功地建造出內(nèi)曲線、分割體、導(dǎo)管和中空柱等建筑結(jié)構(gòu)。

這種三維打印機(jī)制造建筑物的速度比普通建筑方法快4倍，并且減少一半的費(fèi)用成本。它很少浪費(fèi)材料，并且對(duì)環(huán)境十分環(huán)保，它能夠很容易地“打印”其他方式很難建造的高成本曲線建筑。 巨型3D打印機(jī)盡管尺寸龐大，結(jié)構(gòu)卻非常輕盈，能方便地運(yùn)送、裝配，并能由2名工人在幾小時(shí)內(nèi)拆除。

新技術(shù)采用的是新材料，即砂或大理石粉塵加上無機(jī)黏結(jié)劑，后者在化學(xué)上百分之百的“環(huán)境友好”。它們混合后形成的人造砂巖經(jīng)測(cè)試表明，強(qiáng)度和牽拉力優(yōu)于硅酸鹽水泥。固化的過程，也不需要使用任何熱力來增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。研究人員自豪地說，我們將砂石粉塵自然地變回到它們本來的狀態(tài)——石頭。

顛覆未來

新技術(shù)的意義不言而喻。它打印出來的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自支持，舍棄建筑物常用的鋼材增強(qiáng)，這給設(shè)計(jì)師帶來無盡的設(shè)計(jì)自由。建造過程流暢，不需要模板，也是革命性的進(jìn)步。要知道，模板價(jià)格昂貴，工藝繁復(fù)，用完后可能毫無用處，連丟棄都成難題。打印建筑物新工藝，應(yīng)該預(yù)示著更多自由構(gòu)思和自然模擬設(shè)計(jì)的出現(xiàn)。

美國(guó)南加州大學(xué)工業(yè)與系統(tǒng)工程教授比洛克·霍什內(nèi)維斯一直在研究一種新工藝。這種新工藝使打印技術(shù)在不到20小時(shí)的時(shí)間內(nèi)建造一幢面積230平方米的建筑。

目前，該項(xiàng)目獲得美國(guó)宇航局和美國(guó)軍方的支持和資助?；羰矁?nèi)維斯相信他的項(xiàng)目可以幫助全大約10億世界急需改善住房條件的人提供足夠住房。他把該工藝稱為“輪廊工藝”，并且很希望在將來某天看到成為現(xiàn)實(shí)。

“輪廊工藝“的概念在設(shè)計(jì)上很簡(jiǎn)單，但是實(shí)施起來相當(dāng)復(fù)雜。該工藝由一個(gè)巨型的三維擠出機(jī)械構(gòu)成。它的操作很像我們見到的打印機(jī)操作原理，不過有一個(gè)明顯不同的地方：它擠出是混凝土。在”輪廊工藝“系統(tǒng)的擠壓頭上使用齒輪傳動(dòng)裝置來為房屋創(chuàng)建基礎(chǔ)和墻壁。它的原理跟多年前使用泥造磚極為相似，建成的建筑能夠抵擋地震和其他自然災(zāi)害。霍什內(nèi)維斯稱使用該工藝不僅造價(jià)便宜、快速建造，而且對(duì)環(huán)境友好。因?yàn)樗慕ㄔO(shè)造價(jià)和材料大幅度降低。如果你現(xiàn)在出去想走一家以這樣方式打印房子的公司之前，應(yīng)該清楚這種工藝仍然在研發(fā)中，相當(dāng)一大部分必需的機(jī)械仍然停留在設(shè)計(jì)圖紙之中?；羰矁?nèi)維斯和他的學(xué)生確實(shí)創(chuàng)造了幾種能夠建墻的原型打印機(jī)，但沒有那一種足以建造一個(gè)全尺寸的房子。