从步行桥到公交站台 3D打印离大规模应用还有多远

1月12日,世界最大规模3D打印混凝土步行桥在上海宝山智慧湾启用;1月16日,江苏省内首个混凝土3D打印的装配式公交站台在南京江北新区研创园内投用……新年伊始,市政工程领域接连传出有关3D打印的好消息。人们在感叹科技进步的同时,不由充满期待。3D打印是不是啥都能打?打印的房屋、桥梁等大型建筑和设施,距离大规模应用还有多远?

混凝土3D打印技术有着潜力巨大的应用空间。作为智能建造的重要方式,它对中国工程建设的智能化发展及推动建筑工业的转型升级有着重要作用。例如,传统建筑技术会产生很高比例的建筑垃圾,而3D打印混凝土技术在建筑过程中实现了材料的充分利用,减少了建筑垃圾的产生。南京江北新区研创园内的这座3D打印公交站台,更是直接以南部新城建设中产生的建筑垃圾为主要打印材料,非常符合当下的绿色发展理念。

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记者了解到,近年来,国内外很多团队都在筹划批量快速打印更便宜的住宅、更高的楼房。去年,美国一家公司对外宣布仅耗资人民币6万多元就打印了一座小别墅,并计划在18个月内为无房住的人打印100间住房。但到目前为止,这一设想没有更多进展披露。上海3D打印步行桥的建成,被认为是混凝土打印材料技术从研发到实际应用迈出了可喜的一步,也标志着中国3D混凝土打印建造技术已跨入世界先进水平。据悉,该工程使用了两台机器臂3D打印系统,耗时450小时打印完成全部混凝土构件。与同等规模的普通桥梁相比,它的造价只有三分之二。   

张亚梅是东南大学材料科学与工程学院副院长,她经常在朋友圈分享学生打印的混凝土构件。自去年开始,东大就指导本科生探索3D打印混凝土技术,大二还开设了3D打印混凝土创新体验课等。张教授告诉记者,3D打印技术在土木工程领域是对传统混凝土建造技术的很好补充。但目前这一技术运用到高楼等大型建筑,尚有很多结构和材料等关键问题要解决。

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张亚梅认为,3D打印混凝土技术首先需要有适合的设计方案,南京的3D打印公交站台就是结合了安全技术、显示技术、网络技术交叉集成应用的结果。其次,打印大型建筑,需要有与之匹配的建筑规范,特别是梁柱节点的处理等。她强调,最为关键的是,现有的建筑标准是根据常规混凝土建造工艺制定的,大规模推广打印大型建筑,先要从顶层设计一系列与3D打印混凝土建造技术相关的标准。

南京嘉翼增材制造技术研究院有限公司正在参与此类标准的制定。公司负责人李进表示,人们必须要对3D打印有正确的认识,在现阶段,3D打印不是万能的,它打印的不是房子整体结构,而是打印可装配的建筑构件,工厂打印加工、现场组装,通过装配式规范,实现建房子的理想。因为一幢房子的结构是复杂的,材料也是多元的,还要考虑梁柱结构与其他结构的衔接、保温层材料、防火性、透气性等问题,3D打印不能包纳所有的功能。另外,高楼大厦等大型建筑的各种结构体系如何与3D打印结合,都需要进一步研究。

张亚梅教授及团队承担了国家重点研发计划科研课题,正在开展3D打印混凝土材料、工艺和性能的系统研究。她表示,3D打印为未来的建造模式带来无限可能,相信随着标准的完善、技术的进步,生活中很多建筑都可以实现3D打印。

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