萬科3D打印建筑藍圖

3D打印：從工業(yè)到建筑
如今，在3D打印在產(chǎn)品制造領(lǐng)域已有較為廣泛的應(yīng)用：客戶在網(wǎng)上下載商品的3D模型，根據(jù)個人需求修改模型，再把模型數(shù)據(jù)發(fā)送到3D打印機，當場就可以制造出獨一無二的產(chǎn)品。這種方式特別適合于生產(chǎn)規(guī)模較小且復雜度高的醫(yī)療（牙科移植)、航空、汽車領(lǐng)域。
設(shè)計師都有類似的經(jīng)歷，為了尋找一件能夠完美融入環(huán)境的家具而遍訪各處，好不容易看到一件想要的，但形狀大小不合適或色彩稍差一點。這時候如果能從廠家網(wǎng)站上下載模型，用簡單易學的軟件修改其顏色或材質(zhì)，調(diào)整形狀或縮放，然后廠家根據(jù)調(diào)整后的產(chǎn)品方案為你量身定制，那該多好啊。3D打印家具在理論上其實已經(jīng)能做到這一步，那么房屋呢？

MIT教授Neri Oxman設(shè)計的仿生吸音躺椅，由Stratasys采用橡膠質(zhì)合成材料打印

同樣以CAD數(shù)據(jù)承載“打印信息”，也同樣是一個將材料層層疊加的形態(tài)生成過程，3D打印建筑與3D打印工業(yè)品的區(qū)別，在于由建筑的結(jié)構(gòu)安全、性能與造型需求所帶來的打印機技術(shù)提升，打印材料的研發(fā)，以及建筑設(shè)計方法的創(chuàng)新。

3D打印技術(shù)也稱作“增材制造”，通過一層層疊加材料來形成產(chǎn)品，原材料一般是粉末狀或液態(tài)的，前者結(jié)合的方式是膠粘，后者在工業(yè)領(lǐng)域則是熱熔再固化。樹脂粉末每一層的厚度最小可達4微米，因此可以制造出分辨率超高的精細產(chǎn)品。
在建筑領(lǐng)域，我們需要制造混凝土的建筑主體構(gòu)件，以及人造石、碳纖維等材料的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。這不僅需要尺寸足夠大的打印機器，還要想辦法提高打印的“分辨率”，改進打印材料以提高打印速度，并確保從打印噴嘴中擠壓出的材料能夠快速硬化成型，雖然前路漫漫，但相信越來越多的人會加入到這項為建筑領(lǐng)域帶來革命性轉(zhuǎn)變的技術(shù)開發(fā)隊伍中。

制造優(yōu)勢
比起傳統(tǒng)建筑制造方式，未來的3D打印建筑具有以下四個突出優(yōu)勢：
經(jīng)濟環(huán)保，減少建筑垃圾，減少運輸及庫存的成本。由于不再需要模板進行混凝土澆鑄，可最大限度節(jié)約木模、鋼模等材料，減少浪費；若能實現(xiàn)在施工現(xiàn)場即時生產(chǎn)，則大大降低現(xiàn)有預制構(gòu)件生產(chǎn)體系所需的庫存及運輸費用。
高精度高質(zhì)量的構(gòu)件生產(chǎn)。與當今世界預制建造體系一樣，3D打印建筑技術(shù)也是在現(xiàn)場將打印出的構(gòu)件進行拼裝的建造過程。它能夠簡化工地現(xiàn)場施工的復雜程度，減少對天氣、用工等條件的依賴，因此能夠強有力地保證建筑質(zhì)量。相信在不久的將來，當“分辨率”終于趕上工業(yè)打印時，3D打印的建筑構(gòu)件一定能夠發(fā)揮出巨大價值。
可實現(xiàn)批量定制。與工業(yè)產(chǎn)品的個性化定制原理相同，未來的住宅建造商能夠為客戶提供各類標準居住單元的選擇清單，客戶可在一定范圍內(nèi)修改居住單元的造型，增減使用功能，調(diào)整色彩與材質(zhì)，下單付款后，組成居住單元的各個模塊就在附近的生產(chǎn)中心被打印出來，運送到指定地址進行拼裝。
自由形態(tài)與仿生結(jié)構(gòu)，超越現(xiàn)有技術(shù)局限。建筑愛好者們一定欣賞過扎嬸(Zaha Hadid)設(shè)計的極具未來感的建筑作品吧？為了實現(xiàn)那些單雙曲造型的內(nèi)外墻面，可能需要預制昂貴的鋼模板并搭建復雜的腳手架來澆鑄混凝土，或如下圖扎哈哈迪德設(shè)計的阿利耶夫文化中心：先搭建一個傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主體，再用一層鋼網(wǎng)架來塑造所需的復雜造型，最后，內(nèi)外各貼一層“皮”，可算是為了建筑的“形式美”付出了極高的代價。

傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)+內(nèi)外雙層皮：扎哈2011年設(shè)計的阿利耶夫文化中心

然而3D打印建筑將不再受模具工藝和人力的限制，未來建筑師在電腦軟件上設(shè)計出的建筑模型，無論結(jié)構(gòu)再復雜再精細，分層成型的3D打印技術(shù)都能實現(xiàn)，所見即所得。不僅如此，建筑界日漸成熟的參數(shù)化設(shè)計和仿生建筑設(shè)計，也終于因著3D打印技術(shù)的發(fā)展朝著可實施的方向邁進。

仿生參數(shù)化設(shè)計+一體制造：3D Printing by Monolite UK Ltd. & Faan Studio, 2012

處于3D打印的前沿
目前，歐洲多國、美國、日本都有相關(guān)院校、機構(gòu)和企業(yè)在探索這項技術(shù)，但大部分還停留在小型非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、家具和景觀部品的打印領(lǐng)域，真正在建筑上的應(yīng)用仍處于非常初步的階段。據(jù)我們了解，較為領(lǐng)先的意大利、荷蘭、美國都是沿著“打印非承重構(gòu)件”的路線在進行，其中荷美屬于一種 “構(gòu)件外殼打印+現(xiàn)場澆注”的工藝，構(gòu)件外殼沿輪廓線可連續(xù)疊加打印成型，具備作為建筑構(gòu)件的永久性模具(外殼)的條件，但現(xiàn)在其強度、安裝工藝及其他相關(guān)性能尚不能達到居住建筑規(guī)范要求，因此不能作為結(jié)構(gòu)(承重)構(gòu)件。

意、荷、美、英四國的打印方式、材料及配套設(shè)計原理不盡相同。
意大利Enrico Dini發(fā)明的D-shape打印機，原料為砂和無機粘結(jié)劑。

荷蘭DUS建筑事務(wù)所與Ultimake合作開發(fā)的Kamermaker打印機，原料為生物塑料外殼和回填混凝土。

荷蘭DUS事務(wù)所3D打印的運河屋局部構(gòu)件，具有蜂巢結(jié)構(gòu)的塑料外殼。

美國USC大學 Behrokh Khoshnevis 教授發(fā)明的“輪廓工藝”，原料為纖維加強混凝土外殼和可選擇性填充混凝土。

英國Louphborough大學的自由形式建造，原料為纖維加強混凝土。

萬科3D打印住宅進行時
3D打印作為一個擁有光明前景的技術(shù)方向，將在建筑工業(yè)化的下一個產(chǎn)品實現(xiàn)階段中發(fā)揮重要作用，這與萬科一直推行的產(chǎn)業(yè)化方向十分契合。萬科建筑研究中心已開始著手3D打印技術(shù)的探索，并與最前沿的3D打印技術(shù)專家資源建立了聯(lián)系，共同開展一些課題研究。針對萬科目前主流產(chǎn)品---高層居住建筑，用3D打印實現(xiàn)滿足高層住宅結(jié)構(gòu)、品質(zhì)、工藝等要求的構(gòu)配件，還需經(jīng)過小試，中試等步驟的研究、論證和檢測。
為了實現(xiàn)生產(chǎn)與工業(yè)化技術(shù)相匹配的高層部品或構(gòu)件，并實現(xiàn)功能復合化，如墻體+保溫+管線+內(nèi)外飾面一體化等，充分利用3D打印技術(shù)的材料和工藝優(yōu)勢建造出結(jié)構(gòu)受力更合理、建筑形式更生態(tài)、材料更少浪費、形態(tài)自由度更高的未來住宅。