3D打印技術(shù)在裝配式建筑的應(yīng)用

劉東浩 牛紫曼

摘要：眾所周知，建筑與人們的生產(chǎn)活動(dòng)有著十分密切的關(guān)系，在人們心中有著不可替代的重要作用。在可持續(xù)發(fā)展理念的倡導(dǎo)下，綠色建筑已成為現(xiàn)代主流建筑形式，不僅降低了建筑能耗，而且節(jié)約了建筑成本，受到建筑企業(yè)的高度贊揚(yáng)和青睞。綠色建筑的興起為建筑業(yè)的發(fā)展指明了新的方向。我們必須注意施工模式的轉(zhuǎn)變，3D打印施工技術(shù)的應(yīng)用正符合這一理念。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的研究，明確其優(yōu)缺點(diǎn)，揚(yáng)長避短，引導(dǎo)建設(shè)項(xiàng)目順利高效發(fā)展，對(duì)提高建設(shè)項(xiàng)目的綜合效益有很大幫助。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);裝配式建筑;應(yīng)用

前言：3D打印是世界建筑業(yè)的一場革命，它打破了建筑業(yè)的構(gòu)件設(shè)計(jì)完全依賴于生產(chǎn)過程的局面，使施工現(xiàn)場可以在不考慮生產(chǎn)過程的情況下生產(chǎn)任何形狀和復(fù)雜的建筑。3D打印作為現(xiàn)代社會(huì)的重要發(fā)明，在建筑領(lǐng)域占據(jù)了重要的地位，解決了許多人力難以解決的問題，將建筑帶入了一個(gè)新的階段。為此，本文簡要論述了三維技術(shù)的概念，分析了3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以期使三維打印技術(shù)在建筑工程中得到更廣泛的應(yīng)用，為建筑工程的建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)。

一.3D打印技術(shù)的基本概述

3D打印為我國建筑施工行業(yè)帶來了一種新的現(xiàn)代建筑施工方式，可以充分說明它是對(duì)我國傳統(tǒng)現(xiàn)代建筑施工模式的一次顛覆。雖然目前建筑3D新型打印系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用研究還只是處于早期起步研究階段，但利用建筑新型打印機(jī)技術(shù)可以幫助實(shí)現(xiàn)更高的建筑施工管理效率、節(jié)約人工成本、減少使用建筑材料垃圾和清除建筑材料粉塵、節(jié)約使用建筑材料[1]。

在現(xiàn)代建筑中，3D材料打印制造技術(shù)，也可以稱為附加材料制造打印技術(shù)，是一種可以從頭開始直接添加打印材料的制造方法。其主要操作過程也就是首先準(zhǔn)備好需要進(jìn)行打印的建筑原型，用公司專用3D大型打印機(jī)進(jìn)行打印，最后進(jìn)行加工即可得到所有必需的大型建筑主體構(gòu)件。通過將3D格式打印與數(shù)字計(jì)算機(jī)打印相結(jié)合，將施工所需的建筑構(gòu)件打印模型直接輸入打印計(jì)算機(jī)，添加合適的打印材料，可以直接完成打印和輸出施工所需的各種建筑物，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和材料工期。3d碳碳打印材料技術(shù)產(chǎn)品具有綠色環(huán)保性和安全性。

二.3D打印技術(shù)的發(fā)展

目前3D型打印技術(shù)正處于快速成熟發(fā)展的新階段。從打印技術(shù)應(yīng)用角度分析來看，3D打印技術(shù)可以輕松滿足大多數(shù)大型工業(yè)塑料應(yīng)用不同場景的打印需求，可以輕松實(shí)現(xiàn)有色金屬和各種塑料相關(guān)零部件及加工成品的規(guī)模制造。其操作性能與中國傳統(tǒng)機(jī)械制造機(jī)的工藝相當(dāng)。金屬構(gòu)件的機(jī)械強(qiáng)度雖然優(yōu)于其他鑄件，但強(qiáng)度低于其他鍛件。所有這種可提高焊接性的金屬都同樣可以直接使用3D級(jí)全打印技術(shù)。從企業(yè)成本控制角度看，3D打印已經(jīng)在我國航空航天、軍事、醫(yī)療等高技術(shù)價(jià)值服務(wù)行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了巨大經(jīng)濟(jì)效益。國產(chǎn)大型飛機(jī)采用機(jī)翼整體鈑金件的3D鍛造打印多層制造技術(shù)彌補(bǔ)了國產(chǎn)機(jī)翼鈑金件多層鍛造打印技術(shù)的不足。通過3D型全打印門鉸技術(shù)的廣泛應(yīng)用，a30客機(jī)采用鈦合金整體門鉸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了不規(guī)則門鉸結(jié)構(gòu)件的整體輕量化生產(chǎn)設(shè)計(jì)和規(guī)模制造。

三.在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中3D打印技術(shù)的應(yīng)用

隨著我國現(xiàn)代工業(yè)建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，裝配式建筑產(chǎn)品如雨后春筍般不斷出現(xiàn)在現(xiàn)代人們的生活視野中。與其他傳統(tǒng)的建筑施工生產(chǎn)方法工程相比，裝配式建筑工程具有施工生產(chǎn)過程周期短、人員少、節(jié)省所用建筑材料等幾大優(yōu)點(diǎn)[2]。

（一）預(yù)制裝配式建筑

目前，我國正在采用的新型裝配式高層建筑大多仍然是沿用我國原有的傳統(tǒng)施工工藝，而只是將材料加工后的場地全部進(jìn)行了二次轉(zhuǎn)移。以中國建筑板材作為其范例，其主要生產(chǎn)加工過程主要包括加工制作建筑模型、固定建筑鋼筋、凝結(jié)水泥和脫模。相應(yīng)的建筑構(gòu)件以類似的施工方式進(jìn)行制作并被輸送至建筑施工現(xiàn)場，房屋結(jié)構(gòu)以"重疊漢"的整體形式進(jìn)行建造。與普通結(jié)構(gòu)建筑使用相比，預(yù)制結(jié)構(gòu)建筑大大減少了使用時(shí)間管理成本和使用勞動(dòng)力，減少了所受氣候變化影響，提高了預(yù)制建筑的使用安全性。然而，預(yù)制式的建筑也仍然有一定的技術(shù)局限性。當(dāng)所有打印組件都必須進(jìn)行打印和直接組裝時(shí)，組件的信息數(shù)據(jù)需要完全準(zhǔn)確。否則，組件的安裝將變得非常困難。一旦發(fā)生錯(cuò)誤，組件需要重新制作，這會(huì)增加生產(chǎn)成本。但是，如果在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上增加3D打印技術(shù)，不僅可以解決數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等問題，還可以節(jié)約資源，更加環(huán)保，在一定程度上提高房屋的穩(wěn)定性和安全性。

（二）BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了3D打印建筑構(gòu)件的價(jià)值

BIM技術(shù)是基于建筑物的所有數(shù)據(jù)構(gòu)建原型。通過數(shù)字技術(shù)模擬建筑信息。在設(shè)計(jì)和施工階段，該技術(shù)可用于建立原型和創(chuàng)建施工圖。在BIM技術(shù)生成的圖紙中，每個(gè)構(gòu)件都標(biāo)有相應(yīng)的尺寸、屬性參數(shù)等信息，所有構(gòu)件都是密切相關(guān)的。如果任何組件的參數(shù)發(fā)生變化，相關(guān)組件參數(shù)也會(huì)相應(yīng)變化。這樣生成的三維模型比手工生成的模型更嚴(yán)格.它密集準(zhǔn)確，從肉眼的角度可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)模型中的不足，從而提高建筑物的準(zhǔn)確性和市場接受度。此外，只要在規(guī)定范圍內(nèi)任意改變參數(shù)，就可以制造不同空間的建筑，而無需重新建立任何模板，節(jié)省材料和勞動(dòng)力。它還可以為建筑設(shè)計(jì)師提供更廣闊的設(shè)計(jì)思路，滿足不同人群的需求。

四.結(jié)束語

3D裝配式建筑在建筑領(lǐng)域尚處于初步應(yīng)用階段，但其成果不容忽視。3D打印技術(shù)作為一種應(yīng)用廣泛的技術(shù)，在未來仍有良好的發(fā)展趨勢(shì)。利用3D打印技術(shù)對(duì)建筑進(jìn)行全方位模擬，以其生產(chǎn)速度快、材料環(huán)保、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在建筑領(lǐng)域顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。3D技術(shù)是智能建筑，促進(jìn)我國建筑業(yè)的發(fā)展，對(duì)工程建設(shè)的智能化發(fā)展有著特別的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]金曉菁;陳繼民;.3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的發(fā)展及應(yīng)用[C]// 特種加工技術(shù)智能化與精密化——全國特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議.2017.

[2]潘建，袁雷，吳薇薇.裝配式建筑在我國的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].住宅與房地產(chǎn)，2017（24）：143+295.

[3]謝英杰.3D打印技術(shù)在裝配式建筑的應(yīng)用[J].現(xiàn)代物業(yè)（中旬刊），2018（12）.

作者簡介：

劉東浩（2001.11），男，漢族，山東汶上人，本科在讀。單位：山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，

研究方向：工程管理，單位所在省市及郵編：山東省淄博市 255000

牛紫曼（2002.12），女，漢族，山東成武人，本科在讀。單位：山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，

研究方向：工程管理，單位所在省市及郵編：山東省淄博市 255000