使用机器人3D打印混凝土建造技术

导读：在中国的建筑领域，有一支科研团队，正在不断刷新人们对建筑3D打印的认知。他们就是来自清华大学建筑学院的徐卫国教授团队。

2021年9月11日，徐卫国教授团队使用机器人3D打印混凝土建造技术，为河北下花园武家庄农户打印了几座住宅。农宅功能合理、形象美观、结构坚固、生态节能。看完，南极熊直呼，也想打印几套。

▲清华大学建筑学院徐卫国教授团队3D打印的农户住宅

01、河北武家庄农宅

武家庄农宅106平方米，其形态采用了当地传统的窑洞形式，它是一个3大2小5开间住宅，3大间分别为起居室及卧室、其上屋顶为筒拱结构，2小间分别为厨房及厕所。

▲清华大学建筑学院徐卫国教授团队3D打印的农户住宅

该项技术由徐卫国教授跨学科团队自主研发，它基于数字建筑设计方法及机器人自控系统、将3D打印技术与特种混凝土材料技术相结合，是一种创新型房屋智能建造技术，这一技术的优势在于省人力、高效率、造价低、高质量，并且在可实现传统的房屋造型设计建造的同时，还可实现各种优美的不规则曲面形体的建造。

▲农宅西立面

▲农宅西南视角照片

▲农宅鸟瞰

02、机器人建筑3D打印技术

▲移动打印平台施工现场

▲拱顶预制打印现场

▲打印编织纹理墙

农宅的设计采用全数字化工作流的方式进行，建筑方案以参数化数字设计的方法生成，并在设计初期就考虑结构的合理性及打印施工的可行性；建筑的形体设计及结构计算、水暖电设计及打印路径规划、室内全装配化装修设计等均在同一个三维数字模型上完成，确保了设计全过程信息传递的连贯性，以及各个专业之间信息交换的有效协同性。

▲结构计算

此外，为确保结构的可靠性，分别对重要构件如墙、拱顶、平屋顶分别进行了构件破坏试验，并对该农宅整体结构进行了缩尺的振动台试验，从而验证了该3D打印混凝土建筑项目的安全性。

▲3D打印混凝土墙体的结构破坏试验

“机器臂3D打印混凝土移动平台”的组成包括可移动机械臂及3D打印设备、轨道及可移动可升降平台、拖挂平台等。3D打印设备中，机械臂及打印前端被安置在升降平台上、并可在该平台上移动，而打印材料、上料搅拌泵送一体机则安置在拖挂平台上。该打印平台只需2人在移动平台上操作按钮，即可完成整栋房屋的打印建造，它充分集成并简化了混凝土3D打印的工艺，最大可能地减少了打印建造过程中的人力投入。

▲西南角细节

▲室内-客厅

▲室内-卧室

▲农宅及南院

▲院墙细节

▲打印过程

▲平面图

03、徐卫国教授团队其他项目

1）上海智慧湾3D打印混凝土步行桥

该步行桥全长26.3米，宽度3.6米，桥梁结构借取了中国古代赵州桥的结构方式，采用单拱结构承受荷载，拱脚间距14.4米。在该桥梁进入实际打印施工之前，进行了1:4缩尺实材桥梁破坏试验，其强度可满足站满行人的荷载要求。

2）3D打印图书屋

2021年3，位于上海市宝山区智慧湾科创园内的3D打印图书屋正式建成，并对外亮相。南极熊之前也报道过这间采用混凝土3D打印的图书屋，建成后的面积不到30平米，可容纳15人。

从远处看，3D打印的图书屋像一个堡垒，图书屋的外墙表面有比较明显的纹路和花纹图案。从顶部看像一个贝壳或者反写的逗号。

3D打印的图书屋内部是一个拱形空间，墙壁为白色，有一排圆弧形的座位，可以供人坐下。

图书屋顶部有一个透光的穹顶，顶部安装了自动的天窗，按下门口开关按钮，天窗可以打开通风。除此之外，屋内还安装了地暖，冬天可以实现供暖。