干貨——楊繼全：3D打印建筑與傳統(tǒng)建筑將會融為一體

3D打印應用在建筑領域的時間還比較短，也就是最近幾年才開始。近期，媒體有關3D打印建筑的相關報道不斷走進人們的視野。但是，專業(yè)研究3D打印的資深專家的采訪中獲悉，現(xiàn)在關于一些3D打印在建筑上的工作絕大部分還是處于一個探索性的初創(chuàng)期，是屬于概念性的建筑模型，還沒有一個具有功能性的、真正實際意義上的實體建筑。

南極熊認為，近來，雖然建筑3D打印行業(yè)的發(fā)展勢頭相當不錯 ，建筑3D打印機的性能越來越好，已經(jīng)可以建造出實用的房屋了，而且世界多國對這個行業(yè)的支持都在加大。但是由于技術(shù)不成熟，而且有局限性，材料等也沒有達到行業(yè)標準的認可，3d打印建筑還有很長的一段路要走。

中國3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟顧問、江蘇省三維打印裝備與制造重點實驗室主任、南京師大電氣與自動化工程學院副院長楊繼全認為，要想3D打印在建筑領域中大顯身手，實現(xiàn)未來生態(tài)化建設中不可或缺的得力助手這個終極目標。

3D打印對建筑領域是一種革命還是“曇花一現(xiàn)”的新技術(shù)？

目前，中外有一種聲音，認為3D打印對于建筑領域來說具有一種革命性的意義。楊繼全認為，3D打印對于建筑領域而言，它是有一定的創(chuàng)新性，但是否如外界所說的那樣真正具有革命性的意義，還要取決于今后在技術(shù)上的發(fā)展趨勢。比如，能否在關鍵核心技術(shù)上有所突破，能否同時推進相關產(chǎn)業(yè)化政策的出臺，能否在推廣和普及化的實際應用中有所進展等等因素，都決定了3D打印對建筑領域到底是一種革命，還是一種“曇花一現(xiàn)”的新技術(shù)。

從總體上而言，3D打印出來的建筑相對于傳統(tǒng)的建筑，楊繼全認為具有以下幾大突出的優(yōu)勢。

第一、打印出來的建筑，從理論上說，它比傳統(tǒng)的建筑抗沖擊度會更強。因為打印出來的建筑從頭到尾只是相當于一個“零件”，而傳統(tǒng)建筑則是由千百萬個（或者塊）不同的磚頭、混凝土以及石塊等“零件”組成。

第二、打印出來的建筑是自由式的。它在設計以及打印的時候，給予了設計師在創(chuàng)作思路上很大的自由發(fā)揮空間。比如內(nèi)部中空的，中間做成一些孔洞的，任意形狀的管道等等。

第三、打印出來的建筑具備功能與藝術(shù)融于一體的特點。比如說，打印出來的房子，它不是一個傳統(tǒng)的四四方方的建筑，而是一種看上去充滿了藝術(shù)感的造型。在藝術(shù)體現(xiàn)上發(fā)揮打印建筑的所長，楊繼全覺得這也許是未來發(fā)展的一個方向或者重點。

第四、在建造時間、成本控制、環(huán)保性、節(jié)能方面，打印的建筑都比傳統(tǒng)的建筑具有一定的優(yōu)勢。


盡管3D打印的建筑比傳統(tǒng)的建筑具有以上這些理論優(yōu)勢，但是，在真正實際應用上，楊繼全坦言，它還需要一個驗證的過程。而且，雖然3D打印出來的建筑相對于傳統(tǒng)建筑而言，它的劣勢目前還不太明顯，但是，它畢竟還沒形成一個產(chǎn)業(yè)化，從理論上而言，它還是具有以下一些劣勢：

第一、抗拉性弱。從理論上而言，因為沒有鋼筋，它的抗拉性相對于有鋼筋的傳統(tǒng)建筑而言，可能會比較弱。目前媒體報到的中外一些通過3D打印出來的建筑，基本上用的都是特種的混凝土。我們都知道，特種的混凝土在受壓上具有比較好的承受力，但是在受拉方面的承受力就比較弱。

第二、沒有一套非常成熟的工藝與質(zhì)量評價標準。我們都知道，傳統(tǒng)建筑在整個建設過程中，有一套非常成熟的工藝，比如從前期的圖紙設計、審核、施工以及到后期的驗收等。相比之下，3D打印建筑的整個建設過程，目前還沒有形成類似傳統(tǒng)建筑方面一樣的很完善的標準化工藝。另外，3D打印的建筑，它的安全和可靠性也沒有一個完整的評價體系，即使打印出來了一個模型或者實物，它在穩(wěn)定性、可靠性、安全性等方面還沒有相關的法律法規(guī)、行業(yè)標準去保證。這對于3D打印建筑未來的普及和應用，還是存在著一定的障礙。

3D打印建筑的成本與壽命

正如我們很關注傳統(tǒng)建筑的建造成本以及使用壽命一樣，3D打印出來的建筑它的成本與壽命也是很多人所關注的方向。

我們都知道，在傳統(tǒng)建筑中，有一個很完善的成本核算標準。但是，目前國內(nèi)外在3D打印建筑的技術(shù)上還不成熟，不管是成本核算標準還是具體到某一個項目、某一類產(chǎn)品上，它都沒有一個統(tǒng)一、科學的核算標準。目前，一些企業(yè)處于宣傳的目的，他們可能有意識和選擇性地羅列出一些成本數(shù)據(jù)，這并不具有科學的說服力以及代表性。所以，在這種情況下，非常迫切需要我們在這個行業(yè)里設立一個科學和標準的核算方法或體系，然后我們根據(jù)這個統(tǒng)一的核算標準去測算，到底3D打印建筑的成本是多少，這樣才更有說服力。據(jù)楊繼全的研究團隊在目前實踐過程中所得出的實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，扣除設備本身與其它研發(fā)成本，僅僅是建筑物施工、耗材、人工等費用，3D打印建筑和傳統(tǒng)建筑的成本是相近的，沒有特別大的差異。

3D打印出來的建筑，它到底有多長的使用壽命，這不是以目前業(yè)內(nèi)個別公司或者企業(yè)他們公布那些標準來判定，它應該是在一個科學和統(tǒng)一的標準下才能具體地估算出。楊繼全表示，從理論上說，雖然3D打印建筑的壽命會比傳統(tǒng)的建筑在使用壽命上有一定的延長性，但是，不同的建筑物造型它的使用壽命也是不一樣的。如果是一棟幾米的小高層范圍內(nèi)的房子，3D打印出來的建筑和傳統(tǒng)建筑相比，兩者之間的使用壽命時間相差不大。

3D打印建筑的壁壘亟待打破

楊繼全表示，從目前了解以及研究的情況來看，無論是國內(nèi)還是國外，3D打印建筑在技術(shù)上有幾個核心的部分還未能得到有效的突破：

第一、關鍵核心部分

1、軟件方面
首先是面向3D打印的建筑物造型設計軟件，如何才能讓一個普通的設計師輕松地設計出符合打印要求的一個建筑實物？其次就是結(jié)構(gòu)設計軟件，僅有一個很好的外觀造型軟件還不夠，在墻體、內(nèi)部管道、電線的布置等屬于功能性的東西，還需要一個結(jié)構(gòu)性的設計軟件來做支撐。最后就是數(shù)據(jù)處理軟件，當設計師把造型和結(jié)構(gòu)都設計好后，他（她）怎么去打印，這中間的數(shù)據(jù)處理應該怎么做？

2、專業(yè)的打印裝備
未來，3D打印建筑的設備與現(xiàn)在我們傳統(tǒng)建筑當中所使用的各種吊車、輸送、攪拌等都不一樣，需要有一個全新的、適合打印建筑的設備及裝備。現(xiàn)在我們看到媒體報道的正在打印或者已經(jīng)打印完成的設備，都是從傳統(tǒng)設備當中做出改進的，還比較粗糙，無論是精度還是運行速度以及效率上，在我們看來，它們還不具備真正意義上的3D打印建筑設備的相關功能和特點。所以，專業(yè)的建筑打印設備這一空白，亟需填補。

3、建材耗材
相對于關鍵核心技術(shù)中的軟件和裝備部分而言，材料比較成熟一些�，F(xiàn)在打印建筑的材料大部分都是基于傳統(tǒng)的建材去做出改進，比如說常用的混凝土的改進，材質(zhì)比較單一。雖然也有一些相關報道采用了玻璃纖維、廢塑料、廢垃圾等，但是楊繼全認為這些材料不具備代表性，以后也不太可能有很好的普及性。

另外，相對于傳統(tǒng)建筑材料而言，3D打印建筑材料的也有劣勢：為了保證效率和實踐，往往要求相關耗材要有非�？斓哪�固速度，但這樣一來就會造成一些隱患。我們都知道，傳統(tǒng)的建筑材料凝固的過程比較長，能夠有效的釋放建筑本身的內(nèi)應力。3D打印的建筑因為耗材凝固時間過快，自身所形成的建筑內(nèi)應力沒有得到有效釋放，時間長了，當這些內(nèi)應力釋放出來后，可能就會造成建筑墻壁的損傷以及建筑整體性能的降低。如何讓打印建筑的耗材能夠迅速和有效地釋放掉這些內(nèi)應力，也是未來業(yè)界需要研究和解決的問題。

所以，要讓這些打印建筑的材料形成系列化、多樣的產(chǎn)品，業(yè)界的工作還有很長的路要走。

第二、關鍵核心部分以外相關行業(yè)標準

目前，3D打印建筑在技術(shù)、質(zhì)量以及成本等方面，相關評判標準的空白對于整個行業(yè)來說都是一個很大的欠缺。如何形成一套科學可靠的標準體系對于3D打印建筑在未來實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展至關重要。

3D打印建筑設計師的影響

從楊繼全的研究團隊現(xiàn)在做的工作來看，建筑打印對傳統(tǒng)設計師職業(yè)所造成的影響還是很明顯的。首先，因為現(xiàn)在很多設計師在創(chuàng)作過程中，往往只考慮結(jié)構(gòu)、施工以及造價等工程性因素，所以用的都是一種平面的設計工具以及思維。但是3D打印建筑在設計的過程中就已經(jīng)考慮到未來整個建筑物的功能、材料、美學、力學、生態(tài)、環(huán)保、施工以及造價等各方面的因素，所以，它會要求設計師在設計過程中要考慮得更多、更全面。其次，現(xiàn)在3D打印建筑還沒有專門的相關軟件，往往需要通過其他行業(yè)的一些軟件去做一些轉(zhuǎn)接和借鑒，這對于傳統(tǒng)的設計師來說是一個挑戰(zhàn)。包括現(xiàn)在用的一些3D打印的軟件，它不是專門針對建筑設計的，幾乎沒有太多直接就能用的功能，設計師還需要花時間去熟悉。

盡管3D打印建筑給設計師帶來了不少煩惱，但不可否認，它還是有其積極性的一面的。使用3D打印建筑會對設計師的設計理念起到了一個很好的提升作用，他們知道可能這樣設計出來的造型也很漂亮，還能與用戶、媒體或者接收方共同去討論這個作品。

所以，未來在建筑實體打印的真正普及上，不但給設計師的就業(yè)和工作內(nèi)容帶來很大的改變，還會給他們帶來更高的要求。

從三個方面著手推動3D打印建筑的普及和推廣

如果真的想讓3D打印建筑這個還在搖籃中的行業(yè)最終能形成產(chǎn)業(yè)化，而不是“曇花一現(xiàn)”，未來就必須要對3D打印建筑進行推廣和普及。楊繼全認為，目前不妨從以下幾個方面著手：

第一、在關鍵核心技術(shù)方面，要真的靜下心來踏踏實實的攻克一些技術(shù)難關。包括相關專用設計軟件、成型的建筑打印裝備、真正適用于打印建筑的材料等，要取得突破性的進展。

第二、政府要出臺一系列相關產(chǎn)業(yè)扶持政策，鼓勵創(chuàng)新。俗話說得好，市場有需求，行業(yè)才能發(fā)展。能不能有一些示范性以及推廣型的項目去促進新的技術(shù)在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)里面的應用，哪怕是一些點上的應用與創(chuàng)新，從而形成“以點帶面式”的推廣，這是值得政府聯(lián)合企業(yè)以及科研院所一起去做的事情。

第三、政府有關部門以及科研院所要聯(lián)合起來制定3D打印建筑的國家或者行業(yè)標準。如果我們國家不走在外國的前面，那么3D打印建筑這個對于中外差距相對較小的新興市場，就會被別人所占領。

3D打印建筑未來的發(fā)展趨勢

居住對于人來說，還是一個基本的需求。而對于3D打印建筑而言，楊繼全表示，它未來發(fā)展的重點不僅僅是一個居住，更多的方向，可能還是在個性化的藝術(shù)上。比如說大型的城市雕塑、自然景觀、甚至是酒店，它們都會有不同的特征，它希望能給人們營造一種更好的理念，而這恰恰也是3D打印建筑更多的應用，遠比我們打印一棟房子的普及量和需求量會更大一些。這個也是現(xiàn)在業(yè)內(nèi)逐漸形成的一個概念：未來3D打印在建筑領域不僅僅是只能打印一些小的、精密性的東西以及房子，它還會朝著打印大型的雕塑、模型、藝術(shù)體等方向發(fā)展。

因此，楊繼全認為，3D打印建筑在未來會朝著以下3個趨勢發(fā)展：

1、要和傳統(tǒng)建筑融為一體

從長遠的趨勢上來說，3D打印建筑經(jīng)過現(xiàn)在的創(chuàng)新階段、未來的補充階段、并存階段以及主流階段，最終將會和傳統(tǒng)的建筑融為一體，因為這個趨勢在現(xiàn)在已經(jīng)開始逐漸露出端倪了。比如說現(xiàn)在的一些傳統(tǒng)的通用建筑，它們更多地是采用相關機器來建造，而3D打印的建筑，也是通過相關機器來建造。兩者的建造機器之間，只是運作的原理和方式不太一樣而已。所以，楊繼全表示，經(jīng)過若干年的發(fā)展，傳統(tǒng)建筑和3D打印建筑是會融為一體的，而且還會催生出更多的相關新型裝備、建材、設計方法與方案。

2、在個性化與藝術(shù)化方向，與人的生活和工作融為一體

以后，我們居住的一個環(huán)境可能不再是現(xiàn)在一個呆板、單調(diào)的混凝土建筑，而是一個內(nèi)外都處充滿著各種豐富的藝術(shù)感的空間。比如說，不管是建筑外表還是內(nèi)部構(gòu)造，只要您能想得到的，哪怕是稀奇古怪的各種造型，3D打印出來的建筑都能讓你夢想成真。

3、朝著建筑的生態(tài)化方向發(fā)展

我們現(xiàn)在也在探索和研究“生態(tài)化在未來或?qū)⒊蔀榻ㄖ�的一個使命”的理念。如果未來的建筑在設計的過程中（包括建材在研發(fā)的過程中），都去塑造一種生態(tài)的概念，那么3D打印出來的建筑就不會是一棟房子，可能是一棵與自然景觀融為一體的巨型的生態(tài)型的樹。另外，生態(tài)型的建筑不僅僅體現(xiàn)在材料的可回收利用上，還體現(xiàn)在材料可生長方面（類似現(xiàn)在的樹）——這也是我們和很多建筑設計師在交流與探討的時候所認同的結(jié)論。大家都認為，如果我們能在建材上做更多的文章，就能夠賦予這棟外表像樹一樣、能夠吸入二氧化碳并且吐出氧氣的建筑一個“生命”。雖然這個路還很長，但是，很多設計師和研發(fā)人員還是希望未來能實現(xiàn)這個終極目標。

作者簡介：楊繼全
1973年9月出生，江蘇省三維打印裝備與制造重點實驗室主任，江蘇敦超電子科技有限公司董事長，南京寶巖自動化有限公司董事長，南京師范大學電氣與自動化工程學院副院長、副教授、碩士生導師，獲南京理工大學機械電子工程專業(yè)博士學位，美國Clemson大學機械工程系訪問教授，南京市科技領軍人才計劃（“321”計劃）重點扶持項目獲得者，江蘇省“青藍工程”優(yōu)秀青年骨干教師培養(yǎng)對象，江蘇省“333”工程第3層次人才培養(yǎng)對象，江蘇科技創(chuàng)業(yè)導師，第十一屆南京好市民，江蘇省三維打印產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副理事長兼技術(shù)專家委員會副主任，中國3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟顧問。

自1996年起一直從事三維打印技術(shù)（也稱快速成型技術(shù)、快速成形技術(shù)、迭層制造、增材制造等）的基礎研究、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化與應用工作，在數(shù)字化設計建模、微滴噴射成型、高性能復合材料設計與制備、三維打印成型工藝等方面積累了較為豐富的成果與經(jīng)驗。

現(xiàn)擔任Journal of Materials Processing Technology、中國科技論文在線等雜志的評審專家、國家自然科學基金評審專家、江蘇省科技計劃函評專家、中國電機工程學會會員。

近五年先后主持了國家自然科學基金項目、江蘇省科技創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化（重大科技支撐）項目、江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項資金項目、江蘇省科技支撐重大專項、江蘇省高技術(shù)攻關計劃項目、江蘇省高校自然科學基金、“211”工程項目、國家財政部項目等多項課題，總經(jīng)費超過3000萬元。發(fā)表論文40余篇，出版著作四部，獲得授權(quán)專利及軟件著作權(quán)40余項。主持研發(fā)的多個三維打印成型系統(tǒng)、自動化裝備等分別獲得了全國大學生創(chuàng)業(yè)大賽銀獎、江蘇省大學生創(chuàng)業(yè)大賽金獎、江蘇省青年科技創(chuàng)業(yè)大賽二等獎、全國青年科技博覽會銅獎。獲得2008年度江蘇省科技進步二等獎1項、2013年度南京市科技進步三等獎1項。

來源：暢言網(wǎng)