建筑機(jī)器人3D打印混凝土建造技術(shù)是一種新型智能建造技術(shù)，其建造工藝流程包括算法生成創(chuàng)意設(shè)計(jì)、數(shù)字形態(tài)建模、打印路徑規(guī)劃、打印程序編碼、虛擬打印建造模擬、現(xiàn)場(chǎng)原位打印，或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制打印及裝配。
建筑機(jī)器人3D打印混凝土農(nóng)宅 徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目/供圖
建筑機(jī)器人3D打印混凝土建造技術(shù)將房屋或基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)全過程進(jìn)行了數(shù)字化集成，并分為虛擬建造及實(shí)物打印建造兩大部分。虛擬性建造即在計(jì)算機(jī)內(nèi)的建筑建造過程，形成數(shù)字信息流。物質(zhì)性建造以虛擬性建造形成的信息為依據(jù)，展開部件的加工與現(xiàn)場(chǎng)施工，同時(shí)與數(shù)字信息相交互、繼續(xù)優(yōu)化修正已有數(shù)字信息，延續(xù)數(shù)字信息流，直至項(xiàng)目建成交付使用，建造過程中連續(xù)的數(shù)字信息流及物質(zhì)性建造流相輔相成，形成了一體化智能建造流程。這項(xiàng)技術(shù)有不同行業(yè)參與，包括基于算法生成的建筑創(chuàng)意設(shè)計(jì)、路徑規(guī)劃及控制軟件的開發(fā)、機(jī)器人及打印設(shè)備的集成制造、打印材料的混合生產(chǎn)、建筑施工的數(shù)字工地等。本項(xiàng)技術(shù)的推廣使用不僅實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)房屋建設(shè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，還將帶動(dòng)一個(gè)新的數(shù)字建造產(chǎn)業(yè)鏈的形成。
建筑機(jī)器人3D打印建造具有如下諸多優(yōu)點(diǎn)。
節(jié)省人力——由于有智能機(jī)器臂替代了人工勞動(dòng)，整個(gè)建設(shè)過程可節(jié)約60%的人力，這將有效解決勞動(dòng)力缺乏及勞動(dòng)力價(jià)格不斷上漲的問題。
提高效率——由于有了電腦里的虛擬建造過程，實(shí)際的物質(zhì)性建造準(zhǔn)確率大大提高，可以避免各種不必要的浪費(fèi)和返工；同時(shí)智能機(jī)器臂可以連續(xù)不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)，每天的工作時(shí)間可以大大加長，這樣將縮短建設(shè)周期。
降低造價(jià)——從直接投入來說，由于減少了人力、縮短了周期、避免了浪費(fèi)，其工程造價(jià)比傳統(tǒng)的工程造價(jià)要節(jié)省10%～20%；另一方面，打印混凝土建筑體系不用鋼筋、不用模板，這也節(jié)省了材料的投入。
保證質(zhì)量——由于使用了智能系統(tǒng)及智能設(shè)備，其建造精度大大提高，從而能夠保證建造質(zhì)量。
環(huán)保生態(tài)——由于建造工藝進(jìn)行了有效合理的組織規(guī)劃，建造過程沒有污染；打印材料由于使用循環(huán)材料，保證了整個(gè)建設(shè)過程節(jié)能環(huán)保。
創(chuàng)造新形象——由于基于算法生成創(chuàng)意設(shè)計(jì)，同時(shí)使用了可空間運(yùn)動(dòng)的智能機(jī)器臂進(jìn)行建造，使得該技術(shù)不僅可以建設(shè)傳統(tǒng)的建筑形體，還可以建造各種豐富的有機(jī)建筑形態(tài)，給生活環(huán)境帶來嶄新的面貌。
建筑業(yè)3D打印建造起步階段的研究重點(diǎn)為機(jī)械設(shè)備與材料技術(shù)，較少與建筑設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，可打印形態(tài)和受力合理均缺少科學(xué)基礎(chǔ)及系統(tǒng)研究，很多實(shí)驗(yàn)成果難以與實(shí)際建造接軌，在空間及形態(tài)上的不足限制了3D打印建造技術(shù)在建筑業(yè)的推廣。近年來，隨著數(shù)字建筑設(shè)計(jì)、參數(shù)化結(jié)構(gòu)計(jì)算、機(jī)械、材料、軟件等不同行業(yè)專家的參與，建筑3D打印建造得以實(shí)際應(yīng)用。目前，3D打印技術(shù)已應(yīng)用于裝配式建筑構(gòu)件的打印，市政設(shè)施的打印（如隔音墻、護(hù)坡，各類建筑），如鄉(xiāng)村住宅新建或改造，應(yīng)急住宅，旅游度假建筑，園林飾品的打印如雕塑、座椅、花池、燈具等。（徐衛(wèi)國）
作者單位：清華大學(xué)
責(zé)編：丁濤
校對(duì)：張健
監(jiān)審：韓鳳鳳
