導(dǎo)讀：近日，第十七屆土木、結(jié)構(gòu)和環(huán)境工程計(jì)算國(guó)際會(huì)議（Civil-Comp 2023）在匈牙利召開(kāi)。上海建工集團(tuán)工程研究總院數(shù)字化建造研究室主任左自波，受邀在會(huì)上作題為《大尺度3D打印建筑（Large-scale 3D printing of buildings）》的演講，從戰(zhàn)略意義、打印工藝、打印材料、打印裝備等方面分享了建筑3D打印關(guān)鍵技術(shù)，并以國(guó)內(nèi)首個(gè)現(xiàn)場(chǎng)3D打印可居住可交付兩層建筑為案例介紹了3D打印自動(dòng)化建造工程應(yīng)用技術(shù)。

       左自波，1986年8月生，上海交通大學(xué)船建學(xué)院巖土工程碩士、根特大學(xué)工程與建筑學(xué)院土木工程在讀博士研究生，2013年4月參加工作?，F(xiàn)任上海建工集團(tuán)工程研究總院數(shù)字化建造研究室主任，上海市科技專(zhuān)家?guī)鞂?zhuān)家，上海市增材制造協(xié)會(huì)專(zhuān)家委員會(huì)專(zhuān)家委員，上海市建筑學(xué)會(huì)數(shù)字建筑分會(huì)委員，同濟(jì)大學(xué)校外導(dǎo)師，上海理工大學(xué)碩士生導(dǎo)師，國(guó)際電氣電子工程師學(xué)會(huì)IEEE會(huì)員，JOM等多個(gè)SCI期刊審稿人。主持或參與了上海建工3D打印科技試驗(yàn)樓等30余項(xiàng)工程的建設(shè)或策劃。主持或參與完成國(guó)家級(jí)及上海市科研項(xiàng)目10余項(xiàng)。曾入選上海市科技啟明星計(jì)劃、飛翔計(jì)劃。

     CIVIL-COMP國(guó)際會(huì)議致力于推動(dòng)土木建筑行業(yè)與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的深度融合，1983年首次召開(kāi)，40年來(lái)已在倫敦、布拉格、愛(ài)丁堡、里斯本、馬德拉群島、維也納、那不勒斯、蒙彼利埃、加爾達(dá)湖濱、豐沙爾、雅典、羅馬、布達(dá)佩斯、魯汶、卡利亞里、哈尼亞、杜布羅夫尼克、阿雅克肖、巴倫西亞、拉斯帕爾馬斯等城市成功舉辦。

      本次國(guó)際會(huì)議由歐洲最古老的大學(xué)之一匈牙利佩奇大學(xué)（創(chuàng)建于1367年）承辦，會(huì)議設(shè)置15個(gè)分會(huì)場(chǎng)，來(lái)自29個(gè)國(guó)家的近110個(gè)學(xué)者分享了報(bào)告。出席本次會(huì)議并發(fā)表演講的中國(guó)專(zhuān)家學(xué)者還有歐洲科學(xué)與藝術(shù)院院士、同濟(jì)大學(xué)袁勇教授，中國(guó)工程院院士、重慶大學(xué)楊永斌教授等。
以下是左自波演講的主要內(nèi)容：

大尺度3D打印建筑

      根據(jù)國(guó)家工信部定義，3D打?。ɑ蛟霾闹圃欤┦且詳?shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的顛覆性技術(shù)，將對(duì)傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線(xiàn)、工廠(chǎng)模式和產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生重大的影響。3D打印在建筑業(yè)的應(yīng)用將引發(fā)行業(yè)發(fā)展理念和模式發(fā)生重大而深刻的變革。上海建工集團(tuán)總工程師陳曉明說(shuō)“在智能建造探索之路上，大尺寸3D打印建造是上海建工優(yōu)先發(fā)展的技術(shù)方向”。

1、當(dāng)前建筑業(yè)的形勢(shì)和發(fā)展趨勢(shì)

建筑業(yè)依然是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在國(guó)家建設(shè)中發(fā)揮了極其重要作用。但是，隨著我國(guó)人口、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，建筑業(yè)的發(fā)展速度不得不由高速發(fā)展回歸于理性、趨于平穩(wěn)良性發(fā)展，建筑業(yè)發(fā)展模式不得不由傳統(tǒng)粗放模式轉(zhuǎn)向高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展。

為加快推動(dòng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、促進(jìn)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，2020年7月，國(guó)家住建部等13個(gè)部門(mén)聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，2022年10月，住建部選定24個(gè)城市開(kāi)展智能建造試點(diǎn)，把智能建造的需求推向了新的高度。

2、發(fā)展3D打印的戰(zhàn)略意義

3D打印作為智能建造的重要方向之一，是促進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的一種重要手段，是追求舒適工作環(huán)境的必然選擇。3D打印的出現(xiàn)，為建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了新的契機(jī)。

發(fā)展3D打印是擁抱新一代信息化技術(shù)、順應(yīng)國(guó)際潮流提升我國(guó)建筑業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的必然之舉。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)布了《德國(guó)工業(yè)4.0計(jì)劃》《中國(guó)制造2025》《先進(jìn)制造業(yè)美國(guó)領(lǐng)導(dǎo)力戰(zhàn)略》等綱領(lǐng)性文件都把3D打印技術(shù)作為本國(guó)優(yōu)先發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略，美國(guó)、中國(guó)將一些3D打印列為限制性出口技術(shù)。

在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下建筑業(yè)亟需快速調(diào)整戰(zhàn)略規(guī)劃、尋找新的核心技術(shù)作為行業(yè)發(fā)展的新增長(zhǎng)點(diǎn)，3D打印等新興技術(shù)有望引領(lǐng)建筑業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)的前沿賽道，市場(chǎng)巨大。3D打印還能夠改變工程建造的產(chǎn)業(yè)鏈，與其他產(chǎn)業(yè)融通發(fā)展空間廣闊。

3、我們?yōu)槭裁催x擇3D打印

建筑3D打印是從1:1模型到裝備、可以無(wú)人干預(yù)的自動(dòng)加工建筑產(chǎn)品的顛覆性技術(shù)。

3D打印原理

當(dāng)前階段無(wú)論是3D打印還是機(jī)器人，建筑行業(yè)人力成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于機(jī)器的綜合成本，當(dāng)未來(lái)人力成本高于機(jī)器的綜合成本，行業(yè)將沒(méi)有選擇、不得不使用這些自動(dòng)化技術(shù)。

人力成本高于機(jī)器的綜合成本時(shí)不得不選擇3D打印等

2014年，3D打印一些核心專(zhuān)利到期，自此之后引起各行各業(yè)更加廣泛關(guān)注，得到了快速發(fā)展；作為自動(dòng)化、信息化程度相對(duì)不高的建筑行業(yè)，更需要擁抱這一類(lèi)技術(shù)。

3D打印受到各行各業(yè)高度關(guān)注

4、建筑3D打印關(guān)鍵技術(shù)

3D打印工藝

目前常用的建筑3D打印工藝包括材料擠出、粘合劑噴射、直接能量沉積和熔融沉積（FDM）。材料擠出是指通過(guò)3D打印設(shè)備的噴嘴選擇性地?cái)D出材料；粘合劑噴射是指通過(guò)3D打印設(shè)備選擇性地噴射液體粘合劑和粘結(jié)粉末材料；直接能量沉積是指通過(guò)3D打印設(shè)備聚集熱能熔化材料后逐層沉積；熔融沉積是指通過(guò)3D打印設(shè)備噴頭加熱熔化材料后擠壓堆積凝固成型。

建筑3D打印常用工藝

材料擠出在建筑3D打印工藝應(yīng)用中占比最高，其次是熔融沉積，最后是粘合劑噴射和直接能量沉積。

3D打印材料



     材料擠出所使用的材料有混凝土、泡沫、復(fù)合粘土、輕質(zhì)石材、玄武巖及生物塑料等；熔融沉積所使用的材料為熱塑塑料、樹(shù)脂和工程塑料等聚合物；粘合劑噴射所使用的材料為砂或石等及膠合劑；直接能量沉積所使用的材料為不銹鋼。建筑3D打印材料主要使用混凝土和聚合物，其次是金屬和砂及粘合劑。

建筑3D打印常用材料

3D打印裝備


建筑3D打印裝備根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型劃分，常用的類(lèi)型包括機(jī)械臂、龍門(mén)式、桁架式和塔式4類(lèi)。龍門(mén)式更適合室內(nèi)打印，機(jī)械臂和桁架式適用于現(xiàn)場(chǎng)或室內(nèi)打印，塔式更適合現(xiàn)場(chǎng)打印。

建筑3D打印常用裝備

5、建筑3D打印發(fā)展的技術(shù)路線(xiàn)


建筑3D打印發(fā)展的技術(shù)路線(xiàn)可概括3個(gè)階段：

第1階段，將3D打印應(yīng)用于打印模板及節(jié)點(diǎn)和異形非承重結(jié)構(gòu)。例如，通過(guò)打印復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)模具進(jìn)行鑄造，得到鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，也可直接打印鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)；通過(guò)打印異形結(jié)構(gòu)模板進(jìn)行澆筑，實(shí)現(xiàn)異形結(jié)構(gòu)建造。也可將3D打印直接應(yīng)用于裝飾結(jié)構(gòu)和景觀(guān)結(jié)構(gòu)等異形非承重結(jié)構(gòu)的建造。

第2階段，將3D打印應(yīng)用于打印輕質(zhì)承重結(jié)構(gòu)。豎向功能構(gòu)件和水平輕質(zhì)構(gòu)件，構(gòu)件打印完成后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝配，完成建（構(gòu)）筑物的建造。豎向功能構(gòu)件包括輕質(zhì)墻體、保溫隔熱墻體和異形輕質(zhì)柱等；水平輕質(zhì)構(gòu)件包括輕質(zhì)拓?fù)鋬?yōu)化梁、輕質(zhì)板等，水平結(jié)構(gòu)打印通常采用打印構(gòu)件加組裝或預(yù)應(yīng)力張拉的方式，金屬打印采用一次打印的方式。

第3階段，將3D打印直接用于異形房屋、異形建（構(gòu)）筑物的現(xiàn)場(chǎng)或整體打印。依次用于低層、多層、高層和超高層3D打印的建（構(gòu)）筑物，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印將從異形個(gè)性化建（構(gòu)）筑物的打印建造向通用建（構(gòu)）筑物的打印建造發(fā)展。

建筑3D打印發(fā)展技術(shù)路線(xiàn)

6、上海建工對(duì)建筑3D打印技術(shù)的研究與工程實(shí)踐

多年來(lái)，上海建工集團(tuán)以及旗下工程研究總院、建材科技集團(tuán)、機(jī)施集團(tuán)、五建集團(tuán)、園林集團(tuán)等依托多項(xiàng)國(guó)家級(jí)重大科研項(xiàng)目課題，致力于高分子材料及高性能混凝土材料3D打印工藝、裝備和材料等方面的深入研究和工程實(shí)踐。

在科研項(xiàng)目方面，主持完成了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“建筑工程現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)化建造集成平臺(tái)與裝備關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)（課題6為3D打?。薄懊嫦蚪ㄖ袠I(yè)典型應(yīng)用的機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)（課題3為3D打?。薄俺擎?zhèn)建筑垃圾智能精細(xì)分選與升級(jí)利用技術(shù)（課題3涉及3D打印）”和上海市科研項(xiàng)目“建筑工程現(xiàn)場(chǎng)3D打印建造關(guān)鍵技術(shù)研究”等研發(fā)，多項(xiàng)成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

在3D打印裝備方面，研發(fā)出超大型高分子材料3D打印裝備（25米×4米×2.5米）和大型混凝土3D打印移動(dòng)平臺(tái)（6米×2.4米×2.6米）。

在3D打印工藝方面，創(chuàng)新研發(fā)了適合建筑工程現(xiàn)場(chǎng)3D打印建造的工藝；首創(chuàng)研發(fā)了框架+磚混+疊合板3D打印建筑結(jié)構(gòu)及工藝，解決自由化設(shè)計(jì)和交付使用難題；研發(fā)了超大尺度3D打印成型成套工藝。

在3D打印材料方面，研發(fā)了高分子材料制備及自動(dòng)化輸送技術(shù)，研發(fā)出高性能混凝土3D打印材料及輸送技術(shù)。

在3D打印重大工程方面，牽頭完成了中國(guó)首座高分子3D打印橋普陀橋（15m）、泉州3D打印橋（17.5m）、世界上最長(zhǎng)3D打印橋成都橋（3D打印部分長(zhǎng)21.58m）、中國(guó)首個(gè)現(xiàn)場(chǎng)3D打印可交付二層建筑等工程的建造。

中國(guó)首個(gè)現(xiàn)場(chǎng)3D打印可交付二層建筑

世界上最長(zhǎng)的3D打印橋位于成都驛馬河公園內(nèi)

7、3D打印在建筑工程的應(yīng)用效果和優(yōu)勢(shì)


設(shè)計(jì)靈活創(chuàng)意增加：幾何自由，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D可視化、個(gè)性按需定制；

機(jī)械化自動(dòng)化程度高、安全高效：最大限度地改善作業(yè)環(huán)境，大幅度降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少高風(fēng)險(xiǎn)、高強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員50%以上；

材料效率高：無(wú)模板（節(jié)約材料30%），實(shí)體可優(yōu)化為空心結(jié)構(gòu)（節(jié)約材料50%）；

智能化運(yùn)維：3D設(shè)計(jì)模型可直接用于運(yùn)維，打印嵌入傳感，可實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)營(yíng)維護(hù)；

綠色環(huán)保：無(wú)污染，減少碳排放。

上海建工將繼續(xù)積極探索新型設(shè)計(jì)和施工方式，為智能建造和精益建造提供新的范式，促進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。


來(lái)源：上海建工

導(dǎo)讀：近日，第十七屆土木、結(jié)構(gòu)和環(huán)境工程計(jì)算國(guó)際會(huì)議（Civil-Comp 2023）在匈牙利召開(kāi)。上海建工集團(tuán)工程研究總院數(shù)字化建造研究室主任左自波，受邀在會(huì)上作題為《大尺度3D打印建筑（Large-scale 3D printing of buildings）》的演講，從戰(zhàn)略意義、打印工藝、打印材料、打印裝備等方面分享了建筑3D打印關(guān)鍵技術(shù)，并以國(guó)內(nèi)首個(gè)現(xiàn)場(chǎng)3D打印可居住可交付兩層建筑為案例介紹了3D打印自動(dòng)化建造工程應(yīng)用技術(shù)。

       左自波，1986年8月生，上海交通大學(xué)船建學(xué)院巖土工程碩士、根特大學(xué)工程與建筑學(xué)院土木工程在讀博士研究生，2013年4月參加工作?，F(xiàn)任上海建工集團(tuán)工程研究總院數(shù)字化建造研究室主任，上海市科技專(zhuān)家?guī)鞂?zhuān)家，上海市增材制造協(xié)會(huì)專(zhuān)家委員會(huì)專(zhuān)家委員，上海市建筑學(xué)會(huì)數(shù)字建筑分會(huì)委員，同濟(jì)大學(xué)校外導(dǎo)師，上海理工大學(xué)碩士生導(dǎo)師，國(guó)際電氣電子工程師學(xué)會(huì)IEEE會(huì)員，JOM等多個(gè)SCI期刊審稿人。主持或參與了上海建工3D打印科技試驗(yàn)樓等30余項(xiàng)工程的建設(shè)或策劃。主持或參與完成國(guó)家級(jí)及上海市科研項(xiàng)目10余項(xiàng)。曾入選上海市科技啟明星計(jì)劃、飛翔計(jì)劃。

     CIVIL-COMP國(guó)際會(huì)議致力于推動(dòng)土木建筑行業(yè)與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的深度融合，1983年首次召開(kāi)，40年來(lái)已在倫敦、布拉格、愛(ài)丁堡、里斯本、馬德拉群島、維也納、那不勒斯、蒙彼利埃、加爾達(dá)湖濱、豐沙爾、雅典、羅馬、布達(dá)佩斯、魯汶、卡利亞里、哈尼亞、杜布羅夫尼克、阿雅克肖、巴倫西亞、拉斯帕爾馬斯等城市成功舉辦。

      本次國(guó)際會(huì)議由歐洲最古老的大學(xué)之一匈牙利佩奇大學(xué)（創(chuàng)建于1367年）承辦，會(huì)議設(shè)置15個(gè)分會(huì)場(chǎng)，來(lái)自29個(gè)國(guó)家的近110個(gè)學(xué)者分享了報(bào)告。出席本次會(huì)議并發(fā)表演講的中國(guó)專(zhuān)家學(xué)者還有歐洲科學(xué)與藝術(shù)院院士、同濟(jì)大學(xué)袁勇教授，中國(guó)工程院院士、重慶大學(xué)楊永斌教授等。
以下是左自波演講的主要內(nèi)容：

大尺度3D打印建筑

      根據(jù)國(guó)家工信部定義，3D打?。ɑ蛟霾闹圃欤┦且詳?shù)字模型為基礎(chǔ)，將材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的顛覆性技術(shù)，將對(duì)傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線(xiàn)、工廠(chǎng)模式和產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生重大的影響。3D打印在建筑業(yè)的應(yīng)用將引發(fā)行業(yè)發(fā)展理念和模式發(fā)生重大而深刻的變革。上海建工集團(tuán)總工程師陳曉明說(shuō)“在智能建造探索之路上，大尺寸3D打印建造是上海建工優(yōu)先發(fā)展的技術(shù)方向”。

1、當(dāng)前建筑業(yè)的形勢(shì)和發(fā)展趨勢(shì)

建筑業(yè)依然是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在國(guó)家建設(shè)中發(fā)揮了極其重要作用。但是，隨著我國(guó)人口、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，建筑業(yè)的發(fā)展速度不得不由高速發(fā)展回歸于理性、趨于平穩(wěn)良性發(fā)展，建筑業(yè)發(fā)展模式不得不由傳統(tǒng)粗放模式轉(zhuǎn)向高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展。

為加快推動(dòng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、促進(jìn)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，2020年7月，國(guó)家住建部等13個(gè)部門(mén)聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，2022年10月，住建部選定24個(gè)城市開(kāi)展智能建造試點(diǎn)，把智能建造的需求推向了新的高度。

2、發(fā)展3D打印的戰(zhàn)略意義

3D打印作為智能建造的重要方向之一，是促進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的一種重要手段，是追求舒適工作環(huán)境的必然選擇。3D打印的出現(xiàn)，為建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了新的契機(jī)。

發(fā)展3D打印是擁抱新一代信息化技術(shù)、順應(yīng)國(guó)際潮流提升我國(guó)建筑業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的必然之舉。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)布了《德國(guó)工業(yè)4.0計(jì)劃》《中國(guó)制造2025》《先進(jìn)制造業(yè)美國(guó)領(lǐng)導(dǎo)力戰(zhàn)略》等綱領(lǐng)性文件都把3D打印技術(shù)作為本國(guó)優(yōu)先發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略，美國(guó)、中國(guó)將一些3D打印列為限制性出口技術(shù)。

在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下建筑業(yè)亟需快速調(diào)整戰(zhàn)略規(guī)劃、尋找新的核心技術(shù)作為行業(yè)發(fā)展的新增長(zhǎng)點(diǎn)，3D打印等新興技術(shù)有望引領(lǐng)建筑業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)的前沿賽道，市場(chǎng)巨大。3D打印還能夠改變工程建造的產(chǎn)業(yè)鏈，與其他產(chǎn)業(yè)融通發(fā)展空間廣闊。

3、我們?yōu)槭裁催x擇3D打印

建筑3D打印是從1:1模型到裝備、可以無(wú)人干預(yù)的自動(dòng)加工建筑產(chǎn)品的顛覆性技術(shù)。

3D打印原理

當(dāng)前階段無(wú)論是3D打印還是機(jī)器人，建筑行業(yè)人力成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于機(jī)器的綜合成本，當(dāng)未來(lái)人力成本高于機(jī)器的綜合成本，行業(yè)將沒(méi)有選擇、不得不使用這些自動(dòng)化技術(shù)。

人力成本高于機(jī)器的綜合成本時(shí)不得不選擇3D打印等

2014年，3D打印一些核心專(zhuān)利到期，自此之后引起各行各業(yè)更加廣泛關(guān)注，得到了快速發(fā)展；作為自動(dòng)化、信息化程度相對(duì)不高的建筑行業(yè)，更需要擁抱這一類(lèi)技術(shù)。

3D打印受到各行各業(yè)高度關(guān)注

4、建筑3D打印關(guān)鍵技術(shù)

3D打印工藝

目前常用的建筑3D打印工藝包括材料擠出、粘合劑噴射、直接能量沉積和熔融沉積（FDM）。材料擠出是指通過(guò)3D打印設(shè)備的噴嘴選擇性地?cái)D出材料；粘合劑噴射是指通過(guò)3D打印設(shè)備選擇性地噴射液體粘合劑和粘結(jié)粉末材料；直接能量沉積是指通過(guò)3D打印設(shè)備聚集熱能熔化材料后逐層沉積；熔融沉積是指通過(guò)3D打印設(shè)備噴頭加熱熔化材料后擠壓堆積凝固成型。

建筑3D打印常用工藝

材料擠出在建筑3D打印工藝應(yīng)用中占比最高，其次是熔融沉積，最后是粘合劑噴射和直接能量沉積。

3D打印材料



     材料擠出所使用的材料有混凝土、泡沫、復(fù)合粘土、輕質(zhì)石材、玄武巖及生物塑料等；熔融沉積所使用的材料為熱塑塑料、樹(shù)脂和工程塑料等聚合物；粘合劑噴射所使用的材料為砂或石等及膠合劑；直接能量沉積所使用的材料為不銹鋼。建筑3D打印材料主要使用混凝土和聚合物，其次是金屬和砂及粘合劑。

建筑3D打印常用材料

3D打印裝備


建筑3D打印裝備根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型劃分，常用的類(lèi)型包括機(jī)械臂、龍門(mén)式、桁架式和塔式4類(lèi)。龍門(mén)式更適合室內(nèi)打印，機(jī)械臂和桁架式適用于現(xiàn)場(chǎng)或室內(nèi)打印，塔式更適合現(xiàn)場(chǎng)打印。

建筑3D打印常用裝備

5、建筑3D打印發(fā)展的技術(shù)路線(xiàn)


建筑3D打印發(fā)展的技術(shù)路線(xiàn)可概括3個(gè)階段：

第1階段，將3D打印應(yīng)用于打印模板及節(jié)點(diǎn)和異形非承重結(jié)構(gòu)。例如，通過(guò)打印復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)模具進(jìn)行鑄造，得到鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，也可直接打印鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)；通過(guò)打印異形結(jié)構(gòu)模板進(jìn)行澆筑，實(shí)現(xiàn)異形結(jié)構(gòu)建造。也可將3D打印直接應(yīng)用于裝飾結(jié)構(gòu)和景觀(guān)結(jié)構(gòu)等異形非承重結(jié)構(gòu)的建造。

第2階段，將3D打印應(yīng)用于打印輕質(zhì)承重結(jié)構(gòu)。豎向功能構(gòu)件和水平輕質(zhì)構(gòu)件，構(gòu)件打印完成后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝配，完成建（構(gòu)）筑物的建造。豎向功能構(gòu)件包括輕質(zhì)墻體、保溫隔熱墻體和異形輕質(zhì)柱等；水平輕質(zhì)構(gòu)件包括輕質(zhì)拓?fù)鋬?yōu)化梁、輕質(zhì)板等，水平結(jié)構(gòu)打印通常采用打印構(gòu)件加組裝或預(yù)應(yīng)力張拉的方式，金屬打印采用一次打印的方式。

第3階段，將3D打印直接用于異形房屋、異形建（構(gòu)）筑物的現(xiàn)場(chǎng)或整體打印。依次用于低層、多層、高層和超高層3D打印的建（構(gòu)）筑物，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印將從異形個(gè)性化建（構(gòu)）筑物的打印建造向通用建（構(gòu)）筑物的打印建造發(fā)展。

建筑3D打印發(fā)展技術(shù)路線(xiàn)

6、上海建工對(duì)建筑3D打印技術(shù)的研究與工程實(shí)踐

多年來(lái)，上海建工集團(tuán)以及旗下工程研究總院、建材科技集團(tuán)、機(jī)施集團(tuán)、五建集團(tuán)、園林集團(tuán)等依托多項(xiàng)國(guó)家級(jí)重大科研項(xiàng)目課題，致力于高分子材料及高性能混凝土材料3D打印工藝、裝備和材料等方面的深入研究和工程實(shí)踐。

在科研項(xiàng)目方面，主持完成了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“建筑工程現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)化建造集成平臺(tái)與裝備關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)（課題6為3D打?。薄懊嫦蚪ㄖ袠I(yè)典型應(yīng)用的機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)（課題3為3D打?。薄俺擎?zhèn)建筑垃圾智能精細(xì)分選與升級(jí)利用技術(shù)（課題3涉及3D打印）”和上海市科研項(xiàng)目“建筑工程現(xiàn)場(chǎng)3D打印建造關(guān)鍵技術(shù)研究”等研發(fā)，多項(xiàng)成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

在3D打印裝備方面，研發(fā)出超大型高分子材料3D打印裝備（25米×4米×2.5米）和大型混凝土3D打印移動(dòng)平臺(tái)（6米×2.4米×2.6米）。

在3D打印工藝方面，創(chuàng)新研發(fā)了適合建筑工程現(xiàn)場(chǎng)3D打印建造的工藝；首創(chuàng)研發(fā)了框架+磚混+疊合板3D打印建筑結(jié)構(gòu)及工藝，解決自由化設(shè)計(jì)和交付使用難題；研發(fā)了超大尺度3D打印成型成套工藝。

在3D打印材料方面，研發(fā)了高分子材料制備及自動(dòng)化輸送技術(shù)，研發(fā)出高性能混凝土3D打印材料及輸送技術(shù)。

在3D打印重大工程方面，牽頭完成了中國(guó)首座高分子3D打印橋普陀橋（15m）、泉州3D打印橋（17.5m）、世界上最長(zhǎng)3D打印橋成都橋（3D打印部分長(zhǎng)21.58m）、中國(guó)首個(gè)現(xiàn)場(chǎng)3D打印可交付二層建筑等工程的建造。

中國(guó)首個(gè)現(xiàn)場(chǎng)3D打印可交付二層建筑

世界上最長(zhǎng)的3D打印橋位于成都驛馬河公園內(nèi)

7、3D打印在建筑工程的應(yīng)用效果和優(yōu)勢(shì)


設(shè)計(jì)靈活創(chuàng)意增加：幾何自由，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D可視化、個(gè)性按需定制；

機(jī)械化自動(dòng)化程度高、安全高效：最大限度地改善作業(yè)環(huán)境，大幅度降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少高風(fēng)險(xiǎn)、高強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員50%以上；

材料效率高：無(wú)模板（節(jié)約材料30%），實(shí)體可優(yōu)化為空心結(jié)構(gòu)（節(jié)約材料50%）；

智能化運(yùn)維：3D設(shè)計(jì)模型可直接用于運(yùn)維，打印嵌入傳感，可實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)營(yíng)維護(hù)；

綠色環(huán)保：無(wú)污染，減少碳排放。

上海建工將繼續(xù)積極探索新型設(shè)計(jì)和施工方式，為智能建造和精益建造提供新的范式，促進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。


來(lái)源：上海建工