【干貨】3D打印技術(shù)在規(guī)劃建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用初探

中國建筑設(shè)計院•城鎮(zhèn)規(guī)劃設(shè)計研究院的城市規(guī)劃師王帥撰寫的《3D打印技術(shù)在規(guī)劃建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用初探》一文被中國城市規(guī)劃年會收錄，并有幸在中國城市規(guī)劃年會上宣讀。本文是南極熊小編通過在大會上演講的演講詞以及PPT整理而成，全文呈現(xiàn)給大家。

南極熊科普：中國城市規(guī)劃年會是我國城市規(guī)劃領(lǐng)域規(guī)模最大、水平最高的學(xué)術(shù)盛會，每年舉辦一次，被譽(yù)為“規(guī)劃師的節(jié)日”。2015年9月19日至21日，中國城市規(guī)劃年會于貴陽召開，會議主題為“新常態(tài)：傳承與變革”。

對于《3D打印技術(shù)在規(guī)劃建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用》，當(dāng)然只是“初探”，因?yàn)楝F(xiàn)在的3D打印技術(shù)可以說是仍處在初步發(fā)展的時期，今天的研究也只是起到拋磚引玉的作用，希望日后能與大家進(jìn)行深入的研究和探討。

從題目中可以看的出，作者研究的是兩項技術(shù)的結(jié)合，那么為什么要將3D打印技術(shù)與規(guī)劃建筑技術(shù)進(jìn)行結(jié)合呢？也就是本次研究的背景。

規(guī)劃建筑行業(yè)作為文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)可以稱得上是真正的智本主義，在經(jīng)歷了快速城鎮(zhèn)化浪潮和城鎮(zhèn)建設(shè)粗放式增長后，我們迎來了工業(yè)4.0和大數(shù)據(jù)時代，這是個快速變革的時代，轉(zhuǎn)型的方向有很多，著眼點(diǎn)也各有不同，如多規(guī)合一、存量規(guī)劃、創(chuàng)新鄉(xiāng)村建設(shè)和規(guī)劃體制變革等，但有時我們也需要跳出行業(yè)看發(fā)展，站在圈外談變革。從未來著眼，3D打印技術(shù)也許真的會為我們帶來一場顛覆性的革命，重新定義規(guī)劃建筑行業(yè)。

去年的8月21日，李克強(qiáng)總理攜副總理、國務(wù)委員、各部部長、央企、金融機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人等主持召開國務(wù)院專題講座，專門討論加快發(fā)展3D打印等問題，這表明，3D打印技術(shù)的發(fā)展已上升至國家層面，受到高度重視。

準(zhǔn)備從以下七個方面來探討這個話題。既要立足于現(xiàn)實(shí)需求，更要著眼于未來發(fā)展。

3D打印技術(shù)的學(xué)名叫快速成型技術(shù)，它的原理說白了就是通過XYZ軸將物體堆疊出來，與傳統(tǒng)制造方式最大的不同點(diǎn)，它是增材制造，幾乎不浪費(fèi)一點(diǎn)材料，而傳統(tǒng)制造方式是減材制造。

比如我想做一個頭盔模型，那么我需要一塊剛好能將頭盔容納下的立方體材料，將多余的材料去掉，剩下的才是頭盔模型，那么這些去掉的材料就浪費(fèi)了。
由于3D打印是一體成型，不需要任何組裝程序，所以也節(jié)省了時間。同時，由于它完全是機(jī)器操作，極大地節(jié)省了人力，精度還比人工高、失誤率也比人工低很多。

對于企業(yè)而言，材料、時間、人力都是成本，降低成本、提高效益恰恰是一個企業(yè)永恒的話題。

立體平板印刷技術(shù)是最早誕生的3D打印的技術(shù)路線，兩年后，第一臺3D打印機(jī)出世，大概十年后，相對成熟的技術(shù)體系形成，可以看出，這項技術(shù)的歷史比較短，但發(fā)展十分迅猛，目前正處在穩(wěn)步爬升的時期。

8月4日，美國FDA（食品藥品監(jiān)督管理局）批準(zhǔn)了首款3D打印的抗癲癇藥物SPRITAM（左乙拉西坦）速溶片，就是圖上的這款藥物。

美國一位槍械發(fā)燒友用3D打印機(jī)打出一部槍并累計射擊二百余次。

3D打印技術(shù)與規(guī)劃建筑技術(shù)的結(jié)合主要體現(xiàn)在兩個層面，其中之一就是我們常接觸的實(shí)體模型。一直以來我們都是靠手工來制作模型的，并且多數(shù)是在成品階段。

相比之下，3D打印模型要更加堅固、精細(xì)、準(zhǔn)確、快速、成本低，最關(guān)鍵的是方便，再也不用往模型公司跑了。而且這種模型打印可以貫穿項目的各個階段，推敲方案、完善細(xì)節(jié)、成果展示等，最后還可以作為紀(jì)念品送給甲方，相信甲方一定喜歡。

3D打印模型真正的優(yōu)勢在打印復(fù)雜地形和異形建筑上。像這種山地地形、復(fù)雜的鋼構(gòu)架建筑和曲面弧線較多的異形建筑，手工制作費(fèi)時、費(fèi)力，還很難做到精確，但3D打印就可以做到非常的精細(xì)、精確，這也是3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)勢之一。

3D打印與規(guī)劃建筑相結(jié)合的另一個層面就是實(shí)用建筑打印。大家可能會有兩個疑問：一個是有沒有必要，另一個是到底行不行。

千百年來，人類都是用雙手來蓋房子的，無論哪個國家、哪個朝代都是如此，從未變過，那為什么現(xiàn)在就要變呢？在座的各位一定深有體會，無論你是生活在鄉(xiāng)村還是城市，房子都是一生當(dāng)中的大事，為什么是大事？原因之一就是貴！一個農(nóng)民蓋一座民宅幾乎會耗掉他一輩子的積蓄，其實(shí)城市也差不多。另一個原因是費(fèi)時還費(fèi)事，一棟民宅需要木瓦匠幾十號人干上一兩個月，城市的期房至少要等上一兩年。而且，受現(xiàn)有的材料、結(jié)構(gòu)限制，建筑的結(jié)構(gòu)、外形缺乏個性。

然而，這些問題在不久的將來會被3D打印技術(shù)迎刃而解，由于是一體化成型，不受現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)和材料的限制，建筑的空間、結(jié)構(gòu)和形態(tài)會更加的自由，幾乎不需要施工人員，節(jié)省了時間和人力，成本自然就降下來了。還有一點(diǎn)就是節(jié)能環(huán)保，因?yàn)?D打印建筑不會產(chǎn)生任何的揚(yáng)塵，也不會產(chǎn)生任何建筑垃圾。

不僅可以打印建筑主體，還可以打印室內(nèi)裝飾品，如石膏吊頂、桌椅、擺件等。

關(guān)于打印工藝和技術(shù)路線這里就不具體展開了，我的論文里有詳細(xì)的解釋。這里特別提一下，年初的時候盈創(chuàng)公司3D打印了一棟5層住宅和一棟1100平方米的精裝別墅，隨后萬科的老總王石也表示萬科的研發(fā)中心也將要用3D打印。

除了打印建筑以外，還可以3D打印市政管道、園林景觀小品等設(shè)施。

在此特別說明一下，目前國內(nèi)外3D打印建筑的材料多半是以現(xiàn)有建材為主、加以粘合劑等形成的混合物。打印出的建筑是否對人身體有害、是否堅固、是否抗震、是否保暖防潮等都有待檢測。同時，還要考慮地基和屋頂?shù)膯栴}。

對于現(xiàn)階段而言，使用最多的可能還是模型打印這一塊，所以這里簡單講一下打印過程和需要注意的事項。

在建模階段一定要要注意模型各個部分、零件、面的厚度和比例，因?yàn)榇蛴∧Ｐ拖喈?dāng)于把實(shí)物等比例縮小，如果模型的面過薄或者過細(xì)，就很有可能打印不出來，這個時候就要適當(dāng)?shù)膶γ孢M(jìn)行加厚，對窗格、欄桿、柱子進(jìn)行加粗處理，保證打印出來的厚度不小于0.5毫米，真正意義上的點(diǎn)、線、面只存在于軟件當(dāng)中，現(xiàn)實(shí)中是不存在的，也是不可能打印出來的，這點(diǎn)要注意。

其實(shí)，3D打印機(jī)的精度是沒有問題的，我們用的這臺3D打印機(jī)最小精度可以達(dá)到50微米，理論上什么模型都可以打印出來，但物體都會受到重力的作用，太細(xì)、太薄的物體即便是打印出來了，它自己也支撐不了自己，會彎曲變形，甚至斷裂，這就好比是頭發(fā)絲，因?yàn)樘��?xì)了，所以立不住。

同時屋頂和墻面一定要連接在一起，保證是無縫模型。在對模型文件處理的時候，需要加支撐，打印結(jié)束后再將支撐去掉。

全彩打印在技術(shù)上是沒問題的，只不過成本會提高很多，性價比不高，所以現(xiàn)在常用的還是單色打印，后期可以手工上色，也不麻煩。這個別墅打印出來是半透明的，旁邊這張是上了乳白色漆的，對比一下。

關(guān)于3D打印機(jī)，國內(nèi)的市場剛起步，比較混亂，有點(diǎn)劣幣驅(qū)逐良幣的感覺。最終選擇了這款中科院研發(fā)的機(jī)器，性價比非常的高�，F(xiàn)在北大口腔醫(yī)院已經(jīng)在用這款機(jī)器打印牙齒了，還有珠寶商和電子元件廠商也在用，也建立了長期的合作關(guān)系。

這次原本準(zhǔn)備了中國建筑設(shè)計院建筑七室的五個最新的設(shè)計作品，五個項目方案和打印模型，也都是方案比較特殊的，能體現(xiàn)3D打印特點(diǎn)的。但由于時間關(guān)系，有些項目正處在方案的過程階段，沒有形成相對完整的成果和模型。有些是投標(biāo)方案，現(xiàn)階段還在保密，所以，今天只帶來了這個相對比較完整的方案，呼和浩特市昭君博物院提升擴(kuò)建方案。

這個方案的主題是和，外形上最復(fù)雜的部分是頂部的木架構(gòu)，呈網(wǎng)格狀大面積排開，這種木構(gòu)架與建筑主體的結(jié)合也是一個復(fù)雜點(diǎn)，3D打印的效果和效率還是不錯的。

這兩個模型其實(shí)不大，寬度10厘米，右面這個長20厘米，最長可以打出30厘米，我們認(rèn)為這個尺度比較合適，性價比也比較高，如果再大的話，速度就會降低，成本也會提高。

對前景的展望一定是基于現(xiàn)實(shí)的，但也一定是高于現(xiàn)實(shí)的，還是那句老話：前途是光明的，道路是曲折的。有人也許會提出質(zhì)疑，說3D打印真的能顛覆我們這個行業(yè)嗎？我現(xiàn)在不敢給予肯定的回答，我想第一臺大型計算機(jī)誕生的時候沒有幾個人看好它，又大、又笨，可能連它的設(shè)計者也沒想到幾十年后會變得這么小巧、快速、方便、普及。下面我就通過未來的三個場景來加以描繪。

前景展望場景一：農(nóng)民伯伯李老漢，他要蓋房子，如果用現(xiàn)在的方法他要請十來個木瓦匠，干上一個多月才能完工，但未來就不這么麻煩了。首先，李老漢在網(wǎng)上商城挑選了一個民宅模型，并付款、下載下來，然后呢，他租了一臺3D打印機(jī)，并購買了打印材料，最后一步，連接打印機(jī)開始打印。無需任何人工，一體成型。

前景展望場景二：我國某地發(fā)生八級地震，各級展開搶險救援。如果是現(xiàn)在，運(yùn)過去的一定是好多帳篷，但帳篷遮風(fēng)避雨效果很差，而且也不防潮保暖，又不堅固，災(zāi)后用完了也沒法再利用，就變成了垃圾。災(zāi)后重建一般需要一到兩年時間，帳篷絕非最佳選擇。未來只需運(yùn)過去幾臺3D打印機(jī)，就地取材直接打印出臨時安置房，災(zāi)后再用特殊的降解劑分解，低成本、高效率、又環(huán)保。

前景展望場景三：小張是一名設(shè)計師，城市規(guī)劃師、建筑師、室內(nèi)設(shè)計師、景觀設(shè)計師、平面設(shè)計師等等吧，都可以。如果是現(xiàn)在的話，他的生活一定跟熬夜趕圖、甲方催圖、不停地改圖這些情景密不可分，沒時間約會，沒時間陪家人，年紀(jì)輕輕未老先衰等等。但作為未來的設(shè)計師小張，他的生活不是這樣子的，他的生活是快樂的，為什么呢？比如有個開發(fā)商想要開發(fā)個小區(qū)，他通過網(wǎng)絡(luò)商城找到設(shè)計師小張，小張呢就做了一個小區(qū)的方案模型，然后開發(fā)商支付寶付款，ok！當(dāng)然，到了那個時候報規(guī)、報建也不用那么復(fù)雜了，一個模型就ok了。然后，開發(fā)商將這個模型連上3D打印機(jī)，一個小區(qū)就這么打印出來啦！

為了實(shí)現(xiàn)剛才設(shè)想的場景，仍然有很多事情要做。

第一點(diǎn)就是完善功能。目前的3D打印技術(shù)還沒有做到什么材料都能打、什么效果都能打，未來一定要逐步實(shí)現(xiàn)多材料打印、全彩打印，突破體積限制，真正實(shí)現(xiàn)納米級打印，并大幅提高打印速度�，F(xiàn)在3D打印模型的速度是每小時400cm3，打印建筑的速度是每小時10m2。建筑材料方面也需要不斷地革新，多維材料、復(fù)合材料、化學(xué)材料、智能材料等特殊材料將替代以往的磚石、水泥等，也會擁有更高的性能和質(zhì)量。

第二點(diǎn)就是降低成本。需要進(jìn)一步降低機(jī)器成本還有材料成本。

第三點(diǎn)就是健全體制。如果按照現(xiàn)有的體制，設(shè)計師小張的快樂生活肯定不會實(shí)現(xiàn)，需要一套全新的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)來定義、評價、規(guī)范3D打印建筑這種革命性的技術(shù)行為。
不僅僅是在建筑領(lǐng)域，其他方面也是一樣的，比如槍支。我們國家是嚴(yán)格管控槍支的，但隨著3D打印的普及，問題就來了——我有一個槍支的模型數(shù)據(jù)，還有一臺3D打印機(jī)，那我就隨時隨地都可以打印槍支，而且金屬槍、塑料槍都可以，國家怎么監(jiān)管？如果被恐怖分子利用了呢？他再打印出幾千條槍，組建個軍隊，這麻煩事可大了！所以，管理體制、監(jiān)管體制一定要隨著發(fā)展而改變。

3D打印作為一項革命性的技術(shù)將在模型制作、實(shí)體建造等方面促進(jìn)規(guī)劃建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展和變革。未來，它將以更加低廉的成本、豐富的功能、可靠的保障進(jìn)入我們的領(lǐng)域，使大規(guī)模個性化的建造成為可能，并在低成本建筑和災(zāi)后臨時安置點(diǎn)的建造上有望率先獲得大規(guī)模應(yīng)用。

對于3D打印技術(shù)這個新事物，隨著這項技術(shù)的發(fā)展成熟，它在規(guī)劃建筑領(lǐng)域的應(yīng)用會更加廣闊，在此也誠邀對這方面感興趣或者有需求的同仁們，聯(lián)系作者，一道進(jìn)行深入的研究和探討！謝謝大家！

作者簡介：

王帥，1986年生，遼寧沈陽人，現(xiàn)今30歲，漢族。2012年畢業(yè)于沈陽建筑大學(xué)城市規(guī)劃與設(shè)計專業(yè)，碩士研究生學(xué)歷，英語六級，中國共產(chǎn)黨員。

現(xiàn)工作于中國建筑設(shè)計院•城鎮(zhèn)規(guī)劃設(shè)計研究院，任工種負(fù)責(zé)人一職，主要從事城市規(guī)劃與設(shè)計以及國家部委課題研究工作。目前，參與研究的科技部“十二五”國家科技支撐計劃課題包括：《傳統(tǒng)村落規(guī)劃改造及功能綜合提升技術(shù)集成與示范》、《鄉(xiāng)村社區(qū)環(huán)境優(yōu)化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究》等。

2015年，在中國科學(xué)院自動化研究所研究員沈震等人的協(xié)助下，撰寫的《3D打印技術(shù)在規(guī)劃建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用初探》一文被中國城市規(guī)劃年會收錄。

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