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用3D打印技能建造房屋

发布时间:2019-01-03 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    用3D打印技能建造房屋作者: 李有观   在国际上,3D打印技能已经成为一种潮流,在设计领域尤其是工业设计上被广泛应用。从运动鞋、iPhone 模型,到能帮助残疾人的机械手臂以及会飞的飞机等,3D 打印都在大显身手。
  如今,3D打印技能甚至能够用于建造房屋。美国南加利福尼亚大学的工业与系统工程教授贝洛克・霍什内维斯,一直在研讨快速成型工艺在建筑上的应用,也便是,如何像造模型那样建造房屋。英国拉夫堡大学的索尔教授也在进行类似的研讨。而意大利米兰设计周的Hacked lab实验室,则展示了一幢打印组装的房屋。
  “打印”房屋
  从原理上来看,“打印”房屋和打印其他的东西并无二致,只只是材料不同,尺度变大了。按照贝洛克・霍什内维斯的说法:如今衣服、鞋子和汽车都已经能够自动生产了,房屋如果仍旧需要人们按照之前的方法去建造,未免太落后了。
  用传统的方法完整地建造一栋房屋,需要众多步骤,而使用 3D 打印技能就容易得多。
  霍什内维斯教授将他的研讨项目称为“轮廓建筑工艺”。据他介绍,房屋是这样被“打印”出来的:最初在要建造房子的空地上,安装巨大的“打印”设备,而这一过程只需要两三位工人花费几个小时。这个设备的外观,有点像建筑行业中使用的两边有滑轨的巨大行车,只只是行车横梁上常常用来装吊货物的局部,装有巨大的给料器。将事先设计好的立体模型载入3D打印系统,装载在行车上的“打印”设备通过一个可移动的喷嘴喷射出特殊的水泥,在建筑场地上勾画出一个总体轮廓,接着一层一层地叠加建筑墙体,打印机会根据规划图自动留出门窗的位置。然后,盖上第一层天花板,在顶上浇灌出第二层的地面,直到完成屋顶和外部结构的细节。和传统的建造过程类似,墙体建设完成后添加电气、管道和通讯等基础设施。搭建完成后,剩下的不过安装门窗和内部装修了。
  不需要砖瓦、木料、脚手架和施工队,20小时内,利用 3D 打印机就能建造出几幢大略的毛坯房。据专家预测,最多需要一天时间,它就能够建成一座 185 平方米的房屋,速度是人工建房的几百倍。而且用这种方式建造房屋,不会发生任何平安事故。
  霍什内维斯教授研发这项技能的首先动力,来自1994年发生的一次地震。他在修复自家受损房屋的过程中,感受到种种人力所不及:速度慢、不平安、成本高。他想,这样危险、辛苦的事务,为什么不能完全由机器来完成呢?
  通过多年的潜心研讨,霍什内维斯教授研发出了“轮廓建筑工艺”技能,2004年,该项技能就已经可以“打印”出5英尺(约合1.52米)长、3英尺(约合0.91米)高、6英寸(0.15米)厚的建筑部件。随着近年来的技能改进,该技能不但可以“打印”方形、圆形、环形甚至不准则形状的房屋部件,也有能力“打印”一整栋房屋,还可以建起一整片房屋群落,而且可以使得同一个群落内的房屋呈现不同的样貌。
  “轮廓建筑工艺”技能可以建造不同功能的房子
  霍什内维斯教授的研讨项目,大致分为以下两类:
  第一类是紧急用房,即给遭受自然灾害的灾民或者被迫逃离家园的难民居住的房屋。“轮廓建筑工艺”技能建造出来的是真正的房屋,还能安装各种设施,强度和功能性都要优于现有的救灾帐篷或者活动板房,而且速度更快。
  第二类是低成本住房,用于给贫困群体居住,以改善他们的居住条件。这类房屋的强度要比第一类更高,工序更多,所需要的建造时间也更长一些。
  在一次演讲中,霍什内维斯教授认为,这项技能将比所有传统的建造方式都更高效、便宜而且节能。它几近能打印出人们设计的任何方案,不论是坚硬的直角,柔软的曲线,古怪的造型,都不是施工难题。霍什内维斯称,3D打印机的可贵之处在于它能够听从电脑程序,打印完一层自动爬上另一层,相当有次序,甚至比人工的更加正确,一砖一瓦都不会遗漏,这样就保证了它的稳定性;而且会依据精确的几何计算,选取坚固的材料,来保证几年到更多的时间内,房屋不会有质量问题。
  霍什内维斯教授表示,该项技能将比如今的建筑技能更加平安。在美国每年有数千名建筑工人死亡,数万名建筑工人受伤,使用3D打印机建造房屋将会终结这个历史并大幅度削减建成一栋房屋的时间。
  据霍什内维斯教授介绍,除了更加平安和节约时间外,“轮廓建筑工艺”还有一个主要的优点,便是能够大幅度降低建筑成本。
  霍什内维斯教授打了这样一个比方:就像用机器来制鞋和纯手工制鞋子一样,当然是机器制造的鞋子比手工制的鞋子便宜。在美国目前的建筑成本中,45%~55%是人力成本,25%~30%是材料成本,而如果使用“轮廓建筑工艺”来建造房子,那么人力成本几近为零。成本的降低并不等于质量的降落,根据测算,“轮廓建筑工艺”建造出来的建筑的最高强度能达到10000PSI(约合69.0MPa),而人工建成的建筑强度一般惟有3000PSI(约合20.7MPa)。
  霍什内维斯教授说,这种技能十分符合于灾后应急建筑和暂时性住房,也很有希望走向太空,它能建造平安、可靠、成本低廉的月亮和火星建筑,为人类移民太空铺平道路。
  霍什内维斯教授领导的“轮廓建筑工艺”项目组一位成员表示:据先前一项估算,如果该项技能可以普及,机器的造价大约在10万到15万美元左右,一般的小型建筑公司完全可以负担得起。
  英国拉夫堡大学的索尔教授也在进行类似的研讨,只是他的打印机器更加细致,除了可以打印出毛坯房的基本结构,还能打印出总体浴室的结构、壁炉和大略的装饰设施,甚至能直接绘制出精美的壁画。他的灵感来源于撒哈拉南部地区的一种白蚁,它们能将巢穴筑成2至3米高的“大型建筑”,在建造巢穴时,用自己的排泄物和唾液构建框架,并填充进去。
  下载房屋
  和3D打印技能连接在一同的是社会化生产模式。原先,制造业在大工场里进行,需要将大量人力、资金、设备集中到一同,通过物流和分销,辗转抵达消费者手中。如今,随着3D打印技能的不时普及,制造业转变为更加灵活、加入更少的生产方式,甚至变得有条件按需生产。一切都能够用数据传输,虚拟的数字传送和实体经济联合在一同。
  意大利米兰设计周的Hacked lab 实验室里,展示了一幢能够下载的房屋。这是一个名为 wikihouse 项目的产品。这座房屋选取 3D 技能打印,不需要正规的建筑技术,只需要经过大略的培训,就能够组装构件。
  Wikihouse项目是由英国建筑师阿拉斯泰尔・帕尔文设计的。电脑系统里面有多种固定结构和尺寸的房屋构件,设计师能够利用这些构件进行设计。如果想建造一幢房屋,能够从电脑里下载需要的构件,打印出来组装就行了。帕尔文希望能在灾后重建领域推广这样的建筑理念,以便快速、高效、低成本地建造房屋。
  需要指出的是,到目前为止,所有和建造房屋相关的3D打印技能,都处于试验阶段。只是能够肯定的是,随着科学技能的快速发展,人们未几就能够住上选取3D打印技能建造的房屋了。
  (作者为自由撰稿人)
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