李仕川　陸薪宇　李歡　楊琴

摘要：第三次科技革命方興未艾，當(dāng)國(guó)前際競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)質(zhì)仍是以經(jīng)濟(jì)和科技為核心的綜合國(guó)力的較量。隨著3D打印技術(shù)快速發(fā)展，3D打印建筑的理念應(yīng)運(yùn)而生。與此同時(shí)，另一種高效率的建筑生產(chǎn)模式—工業(yè)化建筑也不斷發(fā)展。為此，本文主要探索將二者相結(jié)合的建筑新模式，并將此模式率先運(yùn)用于農(nóng)村，探究其發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；工業(yè)化；建筑；農(nóng)村

筆者設(shè)想，將3D打印技術(shù)與工業(yè)化建筑相結(jié)合，探索“建筑3D+”的新模式，為此建筑新模式的廣泛應(yīng)用打下基礎(chǔ)，以此推動(dòng)建筑行業(yè)的大革命。從理論角度看，3D打印技術(shù)又稱(chēng)“快速成型”技術(shù)，其主要由快速成型技術(shù)發(fā)展而來(lái)；是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬、特殊蠟材或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行構(gòu)造[1]。3D打印機(jī)的材料主要是金屬、陶瓷、塑料、砂等粉末，是實(shí)實(shí)在在的原材料，其原理是通過(guò)電腦控制把打印材料用噴頭一層層疊加起來(lái)[2]，最終把計(jì)算機(jī)上的設(shè)計(jì)圖變成現(xiàn)實(shí)。而工業(yè)化建筑即將整個(gè)建筑生產(chǎn)活動(dòng)系統(tǒng)化、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)將建筑物各部件進(jìn)行預(yù)制后直接裝配的建筑模式。工業(yè)化建筑正在逐步走向建筑行業(yè)之中。

一、國(guó)內(nèi)外3D打印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，3D打印技術(shù)正在逐漸被運(yùn)用到各個(gè)行業(yè)，3D打印技術(shù)運(yùn)用于建筑領(lǐng)域開(kāi)創(chuàng)了建筑業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的先河，這項(xiàng)技術(shù)在建筑領(lǐng)域的運(yùn)用將徹底顛覆傳統(tǒng)的建筑行業(yè)，一種新型的建筑模式正在悄然興起。

近年來(lái)，3D打印建筑在國(guó)內(nèi)受到高度青睞，并在多地成功運(yùn)用到實(shí)際建造過(guò)程中。2014年4月全國(guó)首批3D打印建筑物在上海高新青浦園區(qū)亮相，僅花費(fèi)24小時(shí)就成功的打印出10幢小屋；2015年1月，在蘇州成功地打印出別墅；在山東，計(jì)劃運(yùn)用3D打印技術(shù)建造世界上最大的3D打印建筑群—月亮灣濕地公園；同樣在山東，將利用三維彩色打印機(jī)打印出第一個(gè)彩色的創(chuàng)意建筑。2016年3月，盈創(chuàng)建筑科技（上海）有限公司在蘇州的工廠內(nèi)，運(yùn)用3D技術(shù)打印出兩幢蘇州園林般的中式庭院，受到了參觀者高度的贊譽(yù)；據(jù)中國(guó)3D打印網(wǎng)報(bào)道，北京通州區(qū)耗時(shí)45天，打印出了一幢兩層高、400平米、可抗八級(jí)地震的別墅。

據(jù)報(bào)道，荷蘭的建筑師簡(jiǎn)加普·魯基森納斯（JanjaapRuijssenaars）與意大利發(fā)明家EnricoDini（D-Shape3D打印機(jī)發(fā)明人）一同合作，3D打印全球首個(gè)商業(yè)建筑----別墅式酒店；美國(guó)教授比赫洛克·霍什內(nèi)維斯成立的3D打印技術(shù)項(xiàng)目——“輪廓工藝”欲進(jìn)軍房屋建造領(lǐng)域；2016年5月全球首座3D打印辦公室在迪拜開(kāi)幕，這一辦公室建設(shè)時(shí)間僅17天；“3D打印建筑和新打印材料”成為2017年美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（AAAS）討論的重點(diǎn)。近日硅谷公司公布的一項(xiàng)3D打印技術(shù)，將過(guò)去逐層堆疊打印方式改變?yōu)樵谝后w中直接打印。其速度不僅提高了25-100倍，而且可以打印出高強(qiáng)度、形狀各異的更加細(xì)膩精致的物品。這恰好迎合了當(dāng)下人們多樣化的審美需要，也為3D技術(shù)的發(fā)展開(kāi)拓了更為廣闊的前景。

二、工業(yè)化建筑方面的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)已成為全球第二大經(jīng)濟(jì)體，但我們的發(fā)展卻是以環(huán)境和能源為代價(jià)的粗放式發(fā)展。為此，轉(zhuǎn)變建筑發(fā)展方式已成為建筑業(yè)的必經(jīng)之路。2006年國(guó)家住建部就首次提出建筑工業(yè)化，自此以來(lái)，國(guó)家不斷鼓勵(lì)建筑工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化。在歐美，建筑工業(yè)化率已經(jīng)達(dá)到70%-80%以上，在國(guó)內(nèi)則剛剛起步。根據(jù)住建部公布的數(shù)據(jù)顯示，2014在全國(guó)新開(kāi)工的建筑中，產(chǎn)業(yè)化建筑面積僅占新開(kāi)工總面積的0.34%，此后兩年在此基礎(chǔ)上小幅上升。所以加快建筑工業(yè)化已成為我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的迫切需要。

2016年我國(guó)的建筑工業(yè)化趨勢(shì)正在逐步形成，湖南長(zhǎng)沙遠(yuǎn)大可建集團(tuán)和中南集團(tuán)的NPC體系（預(yù)制裝配技術(shù)體系）技術(shù)研究正在逐漸向建筑工業(yè)化靠攏。國(guó)家也出臺(tái)了相關(guān)政策引導(dǎo)建筑工業(yè)化，而且整個(gè)社會(huì)對(duì)建筑工業(yè)化的認(rèn)知度也提高了，處于整條產(chǎn)業(yè)鏈上下游的公司也都爭(zhēng)先搭上這一發(fā)展快車(chē)，積極向工業(yè)化靠攏和轉(zhuǎn)型。

2017年，舉辦的中國(guó)國(guó)際建筑工業(yè)化及裝配式建筑產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上，展覽了大批裝配式建筑樣板房和裝配式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；在北京開(kāi)展的以“共筑明日之家，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)”為主體的第十六屆中國(guó)國(guó)際住宅產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上，展出的也多為裝配式結(jié)構(gòu)的建筑；杭州、寧波和紹興等地的相關(guān)部門(mén)甚至要求在中心城區(qū)出讓或劃撥的土地上新建的項(xiàng)目，全部實(shí)施裝配式建造。一時(shí)之間，我國(guó)掀起了一股發(fā)展工業(yè)化建筑的熱潮。

但總體來(lái)說(shuō)我國(guó)的建筑工業(yè)化起步晚于西方一些國(guó)家，發(fā)展規(guī)模與速度也是遠(yuǎn)不如這些國(guó)家。二戰(zhàn)后，在西方國(guó)家亟需解決大量的住房問(wèn)題，然而勞動(dòng)力卻嚴(yán)重缺乏的情況下，就開(kāi)始推行建筑工業(yè)化，如日本、美國(guó)、英國(guó)很早就開(kāi)始積極推動(dòng)建筑工業(yè)化。占相當(dāng)大的市場(chǎng)份額的模塊化建筑是英國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)化的主要模式，世界上率先在工廠生產(chǎn)住宅的國(guó)家當(dāng)屬日本?？傊?，中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在建筑工業(yè)化方面相差逾10倍。

三、我國(guó)建筑業(yè)現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程加速推進(jìn)，與此同時(shí)，政府大力加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，因此建筑行業(yè)也取得舉世矚目的成就。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)建筑業(yè)總產(chǎn)值和增加值都實(shí)現(xiàn)了飛躍式的發(fā)展。2015年，我國(guó)的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值為67.67萬(wàn)億元，同比增長(zhǎng)6.9%，建筑業(yè)總產(chǎn)值為18.07萬(wàn)億，同比增長(zhǎng)卻只有2.3%。這足以證明建筑業(yè)在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的分量，但其發(fā)展速度卻不利于整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。這更加說(shuō)明了我國(guó)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必要性。

我國(guó)的建筑業(yè)總產(chǎn)值不斷增大，勞動(dòng)生產(chǎn)率也在逐步提高，但其經(jīng)濟(jì)效益卻一直穩(wěn)步不前。如何提升我國(guó)建筑行業(yè)市場(chǎng)同世界市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，使其更好地促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展，是我國(guó)建筑行業(yè)必須解決的一大難題。因此，轉(zhuǎn)變建筑業(yè)的發(fā)展方式，提升其科技競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)傳統(tǒng)建筑模式的改革，走綠色、工業(yè)化建筑之路已成為建筑行業(yè)健康發(fā)展的迫切需要。

綜合上述因素，本文們提出的3D打印+集約化建筑正好順應(yīng)了建筑業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，為推動(dòng)建筑行業(yè)的革新提供了契機(jī)。

四、農(nóng)村建筑發(fā)展現(xiàn)狀

在國(guó)家新一輪改革浪潮的推動(dòng)下，農(nóng)村改革更是上升到了歷史的新高度，國(guó)家要求全面推動(dòng)農(nóng)村改革，以實(shí)現(xiàn)全面建成小康社會(huì)的目標(biāo)。眾所周知，改善農(nóng)村住房條件，是建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的必經(jīng)之路。另一方面，許多農(nóng)村大力發(fā)展鄉(xiāng)村旅游業(yè)，風(fēng)格各異的觀光建筑也成為農(nóng)村建筑的一大方面。農(nóng)村廣闊的建筑市場(chǎng)也為3D打印建筑走進(jìn)農(nóng)村提供了價(jià)值支撐。

然而農(nóng)村住房建設(shè)卻面臨著許多問(wèn)題，建筑結(jié)構(gòu)粗略，質(zhì)量差，采光、通風(fēng)等沒(méi)有得到較好的處理，保溫隔熱效果較差，房屋性能差；另外，由于許多農(nóng)村地處山區(qū)，運(yùn)輸不便，建筑成本高。再者由于農(nóng)村住房建設(shè)較為粗放，濫砍亂伐的現(xiàn)象依然十分突出，因此對(duì)環(huán)境的威脅依舊十分嚴(yán)峻。恰好，3D打印建筑能滿(mǎn)足農(nóng)村建筑風(fēng)格多樣的需求，并且有利于改善建筑物的性能和優(yōu)化建筑物的結(jié)構(gòu)，提高建筑物的質(zhì)量。另外，農(nóng)村多為低矮的單體建筑，這也這正好解決了3D打印機(jī)體積上的難題。

五、發(fā)展前景

雖然3D打印建筑的理念才誕生度短短的幾年，但許多國(guó)家紛紛進(jìn)行試驗(yàn)和探究，欲占領(lǐng)這一發(fā)展先機(jī)。迪拜市政府欲制訂新法例以規(guī)范3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，希望到2030年之前使迪拜成為全球主要3D打印技術(shù)的中心之一；韓國(guó)直接對(duì)3D打印實(shí)行減免稅，以鼓勵(lì)其發(fā)展；2016年8月23日，國(guó)家住建部發(fā)布《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，規(guī)定積極開(kāi)展建筑業(yè)3D打印設(shè)備及材料的研究。由此，不難看出3D打印建筑的重要性和戰(zhàn)略性，所以盡快抓住3D技術(shù)的發(fā)展機(jī)遇，必將對(duì)社會(huì)產(chǎn)生重大的影響。

3D打印技術(shù)不僅可以降低成本，綠色環(huán)保、高性能；更重要的是可以打印出復(fù)雜、特殊、個(gè)性化的建筑產(chǎn)品。但由于現(xiàn)在3D打印只能斷續(xù)打印大的構(gòu)件再拼接。對(duì)于高層住房的應(yīng)用有一定困難，所以，農(nóng)村低矮建筑是優(yōu)先進(jìn)行實(shí)踐的最優(yōu)方向。但是隨著相關(guān)難題的攻克，3D打印將使建筑風(fēng)格更加多樣化，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定合理。

裝配式建筑實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化[3]。不僅戶(hù)型優(yōu)化設(shè)計(jì)，極大提高了效率；而且預(yù)制建筑構(gòu)件工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)質(zhì)量保證。節(jié)省了大量的人力、物力、原材料、時(shí)間等，省去了許多工序，同時(shí)也符合國(guó)家節(jié)能、低碳、節(jié)約經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，順應(yīng)了住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和人居質(zhì)量提升的發(fā)展方向。

通過(guò)將3D打印技術(shù)與工業(yè)化建筑相結(jié)合的模式，率先在農(nóng)村發(fā)展，也為其進(jìn)一步推廣到整個(gè)建筑行業(yè)做了充分的實(shí)踐基礎(chǔ)和理論來(lái)源，這一模式必將被廣泛運(yùn)用于建筑行業(yè)，甚至于其它制造業(yè)。為此將推動(dòng)整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)力的大變革。

結(jié)語(yǔ)

總之，推動(dòng)建筑行業(yè)的革新，創(chuàng)新建筑模式和建筑生產(chǎn)方式已成為建筑發(fā)展的必然。而“3D打印+集約化”的建筑模式正好代表了建筑行業(yè)的最新發(fā)展方向。目前，有必要群策群力，解決好這一模式的難題，成功的運(yùn)用并推廣這一模式必將引領(lǐng)建筑行業(yè)走向新的高度，從而推動(dòng)整個(gè)生產(chǎn)力的變革，進(jìn)而推動(dòng)人類(lèi)文明的進(jìn)步。

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作者簡(jiǎn)介：李仕川，陸薪宇，李歡，楊琴，皆為重慶工商大學(xué)管理學(xué)院2015級(jí)工程管理專(zhuān)業(yè)一班學(xué)生。

注：本文是重慶工商大學(xué)2016年度學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目《探究“3D打印技術(shù)+集約化建筑”在農(nóng)村的發(fā)展》（編號(hào)：163010）相關(guān)成果。