約爾格·羅梅爾

汽車制造等行業(yè)早就在依賴自動(dòng)化，建筑業(yè)的工作方式卻仍然傳統(tǒng)得令人吃驚。通過(guò)在建筑工地投入自動(dòng)駕駛工作車、三維打印機(jī)和機(jī)器人，研究人員希望在數(shù)字時(shí)代節(jié)省原材料、提高效率、解放人力，并解鎖全新的建筑樣式。

在德國(guó)巴伐利亞州一間不起眼的大廳中，擺放著混凝土、小礫石和一些化學(xué)制品，一臺(tái)三維打印機(jī)正在制造全新的建筑材料，研究人員正研究如何借助自動(dòng)駕駛車輛實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化?？梢韵胂?，總有一天，自動(dòng)機(jī)器人會(huì)代替普通建筑工人獨(dú)立建起高墻。

實(shí)際上，汽車制造等行業(yè)早就在依賴自動(dòng)化，而建筑業(yè)的工作方式卻仍然傳統(tǒng)得令人吃驚。“雖然建筑師在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到了數(shù)字化的可能性，”慕尼黑工業(yè)大學(xué)材料和材料檢測(cè)學(xué)教授克里斯多夫·格倫說(shuō)，“但在施工現(xiàn)場(chǎng)，數(shù)字化始終停滯不前，目前房屋建造仍然依靠大量手工勞動(dòng)?！?/p>

混凝土三維打印機(jī)是新型建筑工地的核心。在北威州貝庫(kù)姆，有一座兩層的灰色混凝土獨(dú)棟住宅，總面積160平方米。這棟建筑是從噴頭中噴出來(lái)的，一共只花了100小時(shí)，是德國(guó)第一座三維打印住宅。在巴伐利亞州，人們用同樣的技術(shù)建成了一棟公寓樓。

可以確定的是，在建筑行業(yè)，三維打印正變得越來(lái)越重要。借助它，能設(shè)計(jì)出更加復(fù)雜的建筑樣式，更快地建造墻體，降低勞動(dòng)力成本及勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以更好地在路況不好、經(jīng)濟(jì)落后或沖突不斷的地區(qū)建房。

在城市，人們迫切需要平價(jià)房屋和社會(huì)保障性住房，對(duì)于可持續(xù)住宅和環(huán)保建筑的討論也變得越發(fā)熱烈。相比全球航空交通，混凝土生產(chǎn)排放的二氧化碳量更大。建筑業(yè)占據(jù)了全球38%的二氧化碳排放量，而且多年來(lái)混凝土的消費(fèi)量一直在增加。如何節(jié)省混凝土并讓建筑工地進(jìn)入數(shù)字時(shí)代，成了一個(gè)急需解決的問(wèn)題，而三維打印機(jī)就為這個(gè)問(wèn)題提供了答案?！笆褂萌S打印機(jī)，可以節(jié)省50%到70%的原材料。而且，新技術(shù)解鎖了新的建筑樣式，三維打印機(jī)讓建筑形狀不再受限。”格倫說(shuō)。貝庫(kù)姆和巴伐利亞的三維打印房子還離這樣的創(chuàng)造力遠(yuǎn)得很，它們?nèi)砸罁?jù)最簡(jiǎn)單的方案建成：三維打印噴頭噴出能迅速硬化的特制混凝土，噴頭由計(jì)算機(jī)控制，逐層涂抹混凝土，直至墻體完工。

操作混凝土三維打印機(jī)只需要兩名工作人員，打印一平方米的墻壁大約需要五分鐘。這種技術(shù)目前仍然十分昂貴，三維打印機(jī)的售價(jià)在30萬(wàn)到50萬(wàn)歐元之間。

在世界范圍內(nèi)，建筑領(lǐng)域的三維打印技術(shù)有不同的工藝，但大多十分類似。在德累斯頓工業(yè)大學(xué)，科學(xué)家們將打印噴頭掛在一條長(zhǎng)長(zhǎng)的機(jī)械臂上四處移動(dòng)，這樣打印出一棟房子的速度是蓋傳統(tǒng)磚房的三倍，是傳統(tǒng)鋼筋混凝土建筑的五到六倍。目前，研究者正在研究和打印機(jī)兼容的特制混凝土配方，同時(shí)希望能盡可能少地排放二氧化碳。對(duì)新型混凝土的要求非常復(fù)雜，復(fù)合材料必須有一定的剛度，不能潮解或在多層壓力下斷裂。

有些技術(shù)問(wèn)題只會(huì)影響美觀，比如造成墻壁隆起，有些則嚴(yán)重得多，比如目前三維打印機(jī)還無(wú)法將鋼筋納入制作過(guò)程?；炷岭m然耐壓，但不耐拉。因此，在傳統(tǒng)建筑施工中，會(huì)在屋頂?shù)炔课磺度脘摻?，以增加穩(wěn)定性。在貝庫(kù)姆三維打印房子的建造過(guò)程中，工作人員只打印了墻壁，屋頂仍按照傳統(tǒng)方式建造，未來(lái)可能有相關(guān)解決方案。在德累斯頓，研究者們則寄希望于碳纖維材料。

慕尼黑實(shí)驗(yàn)室中的三維打印模型機(jī)可以將原材料變成具有最奇特幾何形狀的預(yù)制件，比如繩結(jié)的形狀甚至球形。全新的復(fù)合材料也應(yīng)運(yùn)而生，例如把木片加入混凝土來(lái)提升隔熱性能，建造出冬天不冰、夏天不燙的墻面。

此外，這些慕尼黑研究者還在開(kāi)發(fā)一種木頭打印機(jī)。經(jīng)電腦操控，打印機(jī)噴頭能在壓力作用下將薄薄的云杉木變成一種比刨花板穩(wěn)固得多的膠合木。格倫希望這種技術(shù)幾年后就能成熟。

數(shù)字化不僅會(huì)讓建筑行業(yè)變得更加環(huán)保，還將影響行業(yè)形象。投入頂端技術(shù)后，建筑業(yè)會(huì)變得更具吸引力。建筑工人不再需要拼命干活，而只需要指揮機(jī)器人手臂就行了。

12個(gè)三維打印房屋項(xiàng)目

如今，一些三維打印的房子已經(jīng)陸續(xù)完工，第一批家庭已入住。目前還很難評(píng)估這些建筑的耐久性，只有時(shí)間能告訴我們這一建造方式是否切實(shí)可行。

日本塞倫迪克斯公司用三維打印的墻壁建造出了這座面積10平方米的蜂窩形小房子，耗時(shí)不到24小時(shí)，花費(fèi)不到25500美元。該公司的目標(biāo)是設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)危急時(shí)刻的臨時(shí)簡(jiǎn)易住房——在日本，地震和臺(tái)風(fēng)頻繁來(lái)襲，此類住房的需求很大。

2022年，美國(guó)阿爾奎斯特公司宣布將在弗吉尼亞州啟動(dòng)一個(gè)全新的三維打印項(xiàng)目，建造200棟房子，以降低經(jīng)濟(jì)衰落地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施總支出。

這是愛(ài)彼迎民宿租賃平臺(tái)上第一座完全用三維打印技術(shù)建造的房子，位于加拿大不列顛哥倫比亞省普羅克特，兩晚起租、每晚租金約128美元?；炷寥S打印領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊屯特三維打印公司將這所房子設(shè)計(jì)成了符合斐波那契數(shù)列的螺旋形。

“木爾花園”是一個(gè)由52棟房屋組成的社區(qū)，是非洲最大的三維打印經(jīng)濟(jì)適用房項(xiàng)目。該項(xiàng)目由可持續(xù)建筑解決方案全球引領(lǐng)者霍爾希姆公司和英國(guó)聯(lián)邦投資集團(tuán)的合資企業(yè)“14樹(shù)”建造，希望解決肯尼亞的住房短缺問(wèn)題。

這是阿澤三維打印房屋公司利用回收廢料，借助大型三維打印機(jī)，在24小時(shí)內(nèi)打印出的一座環(huán)保房屋。

2021年，致力于解決貧困人群住房問(wèn)題的非營(yíng)利組織“仁人家園”使用三維打印技術(shù)，耗時(shí)28小時(shí)，在美國(guó)弗吉尼亞州威廉斯堡造出了一座房屋，面積約為111平方米，設(shè)有廚房、三間臥室和兩間浴室。

“房屋1.0”是歐洲第一座三維打印的小房子，由丹麥一家三維打印初創(chuàng)公司制作而成。該公司的目標(biāo)是建得更好、更快、更環(huán)保，減少建造過(guò)程中所需的工作量。這座小房子雖然面積僅37平方米，但被設(shè)計(jì)得十分合理，能為業(yè)主提供所有必要的便利設(shè)施。

這座位于美國(guó)紐約的三維打印房屋完全在現(xiàn)場(chǎng)打印和建造，面積約為180平方米，僅用48小時(shí)打印完成，建造過(guò)程中使用的材料總價(jià)值不到6000美元。

這座名為普爾沃克的三維打印房屋位于捷克共和國(guó)，打印時(shí)間僅22小時(shí)，面積43平方米，共有三個(gè)房間：一間帶衛(wèi)生間的浴室、一間帶廚房區(qū)域的客廳和一間臥室。這座建筑甚至可以固定在浮體上，讓人們一年四季都居住在水上。

這個(gè)名為“菲利亞打印”的建筑項(xiàng)目將三維打印和傳統(tǒng)建房技術(shù)結(jié)合起來(lái)，于2022年6月在法國(guó)蘭斯市一共建成五棟房屋，每棟的居住空間從77平方米到108平方米不等。它們并非直接在現(xiàn)場(chǎng)打印完成。設(shè)計(jì)師特別強(qiáng)調(diào)，打印中使用的混凝土能迅速干燥，可以很好地承受自重。

這座面積為160平方米的雙層單戶住宅位于北威州萊茵蘭地區(qū)，建于2020年，是德國(guó)第一座三維打印房屋。

這座三維打印房屋位于荷蘭埃因霍溫市，由24個(gè)獨(dú)特的混凝土部件組成，花費(fèi)120小時(shí)逐層打印，然后被移至當(dāng)前位置，安裝好屋頂、窗戶和門(mén)。這一未來(lái)主義風(fēng)格的建筑屬于一個(gè)包含五座三維打印房屋在內(nèi)的項(xiàng)目。這些房屋都以可持續(xù)和節(jié)能的方式建造而成，能滿足終極的舒適需求。房屋周邊明亮而安靜，適合放松身心。