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" 按照每天工作 8 小時計算，一台 3D 打印機設備每天可以打出 32 平方米牆體，按照這樣的效率，打印一套一層高建築面積 100 平方米的住宅，需要 8 天。"
這是一台 3D 打印設備的 " 工作效率 "，盈創建築科技（上海）有限公司（以下簡稱 " 盈創 "）日本事業部經理左磊如是告訴 36 氪。
2022 年 12 月，開展 3D 打印球體住宅業務的日本初創公司 Serendix 宣布，2023 年将着手開發建築面積爲 100 平方米的住宅，而技術提供方就是來自中國的盈創。Serendix 在 2022 年接受了盈創的 3D 打印建築技術出資。即将開發的 100 平方米的住宅，将采用盈創的大型打印機設備打印完成。
近年來，随着技術不斷成熟，3D 打印的應用場景越來越多，出現了 " 萬物皆可打印 " 的趨勢。2022 年 10 月的巴黎時裝周上，國際超模貝拉 - 哈迪德（Bella Hadid）在 Coperni 品牌的秀場作爲壓軸嘉賓，在短短幾分鍾内展示了一條禮服裙是如何通過 3D 打印技術噴繪完成的。這條現場噴繪而成的裙子是品牌與高科技材料公司 Fabrican 耗時六個月的合作成果。
在住宅和公共建築領域，3D 打印技術已經逐漸滲透到人們生活中的更多空間。前不久，清華大學徐衛國教授團隊爲 70 後鄉村夫婦打印了一棟 3D 住宅的新聞登上熱搜，全程僅用 160 小時，成本約 20 萬。國内外 3D 打印建築技術提供方均表示，這些 3D 打印住宅與傳統鋼筋混凝土住宅的壽命幾乎無異。
目前來看，相較低廉的成本、更短的建造周期、更具藝術感和科技感的外形，是 3D 打印建築的優勢。但長遠來看，這項技術能否改變普通人的居住困境？随着技術門檻的降低，3D 打印建築技術在未來會取代傳統的房地産建造方式嗎？
3D 打印房屋交付潮
2021 年 6 月，特斯拉 CEO 馬斯克在推特宣布：賣掉所有房産，住進 " 集裝箱公寓 "，一棟價值 4.95 萬美元、隻有 36 平方米的小房子。
馬斯克住進的是 " 附屬住宅單元 "（ADU），在 " 出廠 " 之前，ADU 就已經是一棟标準住宅，家居、廚衛樣樣俱全，就連空調、暖氣、USB 充電口的位置，都會爲住客預留出來，在售價上主打性價比。
爲馬斯克 " 蓋房 " 的公司是 Boxabl，有媒體指出，馬斯克突然爲 ADU" 帶貨 "，是在爲開發火星住宅做準備。在馬斯克購買之前，Boxabl 一共賣出了三套房，在 " 網紅效應 " 帶動下，Boxabl 官網報名買房的人已經排了五萬号，而 Boxabl 的年産量是 3000 套。
據了解，Boxabl 的産品可批量生産、安裝快捷方便，又能靈活拆卸和搬運，很适合作爲火星居民的基地。與 ADU 的功能類似，3D 打印房屋也具備相似特點且應用場景更廣泛，在美國，這一賽道的代表公司之一，是來自加利福尼亞州的 Mighty Buildings。
在 " 火星移民熱 " 階段，Mighty Buildings 在 2021 年共拿到兩輪融資，融資總額達到 1 億美元。該公司的技術優勢之一是可以精确計算所需建材的數量，從而幾乎不産生建築垃圾。同年，Mighty Buildings 還與房地産開發商 Palari Group 合作，在一塊 5 英畝土地上打印 15 棟住宅，以 59.5 萬 -95 萬美元不等的價格進行銷售。這些房子将采用質感較好的外石牆，并設計寬大的落地窗，同時，開發商還規劃了帶有遊泳池、戶外淋浴等設施的公共空間。
2022 年底，MightyBuildings 交付出第一棟淨零能源住宅，位于加利福尼亞州蘭喬米拉奇（Rancho Mirage）。這座兩室兩廳的獨棟住宅配置了太陽能、風能等清潔能源，可以實現自給自足，60% 的牆壁材料也由回收材料組成，且熱傳導率更低，使房屋具有更好的隔熱和保溫性能。
和建造更高品質住房的 " 路線 " 不同，美國另外一家 3D 打印建築技術公司 ICON 選擇與墨西哥的社會住房公司 Échale 合作，在墨西哥的納卡茹卡地區，爲當地一些掙紮在溫飽邊緣的貧困家庭提供租金低廉、設計美觀、功能齊全的社區。納卡茹卡地區位于地震帶，這些 3D 打印住宅能夠承受 7.4 級地震。
在陸續交付這些建築的過程中，ICON 還宣布，公司即将推出的項目涵蓋了從社會保障房、救災房到适合長期居住和使用的住宅，甚至還與美國國家航空航天局（NASA）展開了太空建築系統的合作。
據外媒 ArchDaily 報道，NASA 與 ICON 簽訂一份持續至 2028 年的合作，ICON 的 Olympus 建造系統，将幫助在月球表面和火星上建造基礎設施，如着陸墊、栖息地、太空艙和道路，同時支持阿耳忒彌斯登月計劃（美國國家航空航天局的登月項目）。ICON 打印了一個約 158 平方米的模拟火星栖息地，将在 CHAPEA 任務期間使用，CHAPEA 是一項在 NASA 約翰遜航天中心執行的爲期一年的模拟任務，任務于 2023 年開始。
在中國，首例有居民入住的 3D 打印建築出自清華大學徐衛國教授及團隊，位于河北鄉武家莊，建築面積 106 平方米，使用 " 機器人 3D 打印混凝土技術 "。與農村自建房的外觀不同，該棟房屋采用拱形房頂、灰色牆體，使其比較突出。打印全程耗時 160 個小時，造價大約爲 20 萬，相當于每平方米的建造成本區間爲 2000-2500 元。據了解，這個價格水平高于目前鄉村地區的自建房。
徐衛國教授團隊打印民房
盡管如此，3D 打印建築的前景依舊被看好。因爲長久以來，建築依然沒有改變項目周期長、高度依賴人工、無法規模化批量制造的現狀。3D 打印建築的具體優勢是在工藝上，追求機械施工、施工快，操作簡便的方式；在材料上，尋找輕質、堅固、價廉、環保、耐用的建材。如果将大量的生産、拼接、搭建工作前置，盡量減少建築施工現場的作業。既可以加快現場施工的速度，也能通過化簡施工流程和難度，讓蓋房子變得更容易。
中國 3D 打印出海
盈創日本事業部總經理左磊對 36 氪表示，日本建築行業已面臨用工荒的困境，加之自建房的成本較高，是比較适合發展 3D 打印建築的國家。盈創與 Serendix 的合作模式，是盈創以價值 1 億日元（約 510 萬人民币）的設備和技術入股，相當于持有 5% 的 Serendix 的股份。
2022 年，Serendix 從盈創購買一座 3D 打印球體住宅，将其展示至日本高島屋百貨商場，房屋建築面積爲 10 平方米，打印耗時不到 24 小時。左磊告訴 36 氪，該款住宅于 1 月 1 日以抽簽的方式對外售賣，預定庫存僅 1 套，售價 330 萬日元（約 17 萬人民币），盈創已于近日完成交付。
球體 3D 打印住宅
Serendix 将在 2023 年推出另一個 3D 打印 " 豪華版 " 住宅，面積爲 49 平方米，提供設備的是荷蘭 TAM 公司，除提供電力、水和煤氣外，還會配備衛生間，方便拎包入住，公司的目标是 " 像買車一樣買房，讓每個人都能從抵押貸款中解脫出來。"
除此之外，Serendix 也将着手開發建築面積爲 100 平方米的住宅，因爲面積較大，Serendix 将在這一系列住宅引入盈創的大型打印機。2022 年 11 月，盈創首次推出最新研發成功的可移動的大型懸臂式 3D 打印機，長 12 米，高 12 米，臂展 12 米。新設備的投入與使用，将提升 3D 打印建築的面積和高度。
左磊對 36 氪表示，100 平方米的 3D 打印住宅，實際需要打印的牆體面積是 250 平方米，一台 3D 打印機設備每天可以打出 32 平方米牆體面積，再以每天 8 小時工作時長計算，打印一棟一層高、建築面積爲 100 平方米的住宅需要 8 天。如果确定成規模開發 100 平方米的 3D 打印住宅社區，還需要盈創從上海再運送幾套設備到日本。
實際上，早在 2015 年，盈創就打印出了全球首棟 6 層樓建築，位于盈創蘇州廠區。該房屋以每天打印一層，每兩天安裝一層的建造方式，耗時半個月完成，突破了 3D 打印技術不能打印高層樓宇的難題。該棟樓接受了同濟大學房屋安全性、質量等方面的檢測，檢測報告顯示，它符合國家建築标準。同期，盈創還采用内外裝飾一體化打印的方式，在蘇州打印了全球首幢 3D 打印别墅，層高 3 層、面積爲 1100 平方米。
6 層建築
1100 平方米别墅
不過，徐衛國教授在武家莊的 3D 打印住宅問世之前，國内還沒有 3D 打印建築用于實際居住。盈創的 3D 打印住宅類房屋目前處于對外展示的狀态。2022 年底，南京嘉翼、上海建工集團、東南大學聯合打造出一棟符合居住标準的住宅，但建成後用于南京市靈岩社區衛生服務中心的院史展覽館，而非居住。
爲什麽國内沒有實現 3D 打印住宅的民用或商用普及？盈創公司相關負責人從市場、技術發展等方面解釋了原因。
首先，目前國内關于 3D 打印住宅的規範和标準還沒建立起來，相較國外寬松的建築驗收規範和标準，國内對 3D 打印住宅以傳統建築标準進行驗收，增加了 3D 打印建築技術使用難度，限制了 3D 打印建築的推廣，進而導緻國内對 3D 打印建築接受程度沒有國外高。如别墅和六層樓的 3D 打印住宅，因體量大，結構複雜，導緻其在國内的驗收更加困難。盈創于 2017 年開啓 3D 打印建築标準制定工作，2019 年與上海建築科學研究院推出了 3D 打印建築油墨和牆體以及部分建築構件的企業标準。
截至目前，盈創 3D 打印建築技術多用于高速公路建設、航道建設、藝術建築裝置等市政領域。
其次，技術發展需要，2022 年之前，3D 打印建築大部分流程是工廠打印，運輸後現場拼裝完成，這意味着 3D 打印房屋的落地将受限于工廠與房屋建造地的距離，這也是盈創在國内的産品大多數落地長三角的原因。鑒于此，盈創最新研發的車載懸臂 3D 打印機已經開啓現場打印，突破了這一限制，例如，日本 SERENDIX 合作生産的 3D 打印住宅就将在當地完成。
盈創在 2016 年爲迪拜打印了全球首個辦公用房，通過跨洋運輸的方式抵達國外，此後陸續開啓了沙特、阿曼、日本、澳大利亞、美國的試運營，前期隻有花壇等建築構件出口。随着 3D 打印設備的研發和生産，盈創已通過技術輸出與上述國家的企業達成合作，将 3D 打印設備運到國外，準備試打印。
另據盈創透露，鄉村住宅領域也是公司未來在國内嘗試的方向，且正與深耕鄉村建設的鄉伴文旅集團嘗試合作。鄉村建築因爲地塊的碎片化和施工環境的多樣化，在各個環節都需要個性化處理，導緻整體設計成本和施工成本不可控。而 3D 打印可以使建築品質保持一緻性，同時可充分利用就地取材，如夯土、竹木和舊建築拆遷的固廢材料。
使用耐久性挑戰
國内目前掌握 3D 打印技術的建造企業，還将技術應用到了建築領域的藝術裝置上。
2023 年元旦，規劃十年的上海徐家彙書院亮相，其一樓中庭處，是上海一造科技有限公司完成的 3D 打印藝術裝置 " 光啓之門 "。該裝置基于土山灣中國牌樓的形象進行藝術化再造，一造科技選用大尺度改性塑料 3D 空間打印工藝，通過網格疏密變化将原始牌樓的空間形制和比例呈現，打印出不同的空間單元 4 萬餘個，打印路徑長達 17000 米，消耗材料 1.8 噸。
徐家彙書院 " 光啓之門 "
2020 年，一造科技還參與了南京歡樂谷大門的設計建造過程，結合參數化設計、改性塑料 3D 打印技術，完成高維度的幾何建造體。對于這類建築裝置，傳統建造工藝的實施成本巨大，不僅需要大量模具，對工人的施工技術也有極高考驗。
雖然 3D 打印技術在異形建築體的構建上，可以适當降低建築難度和造價成本，但是在結構增強設計層面，還需論證研究，3D 打印技術還有很多 " 卡脖子 " 難點。
一位主攻結構工程的博士與 36 氪分享稱，關于 3D 打印住宅的普及推廣問題，相關規範的欠缺也是原因之一，目前沒有一套工人的标準可以衡量房屋的安全性。
面對這一欠缺，業内人士透露，學術界、技術企業都在積極推進國家和國際 3D 建築标準制定。
浙江大學建築工程學院于 2021 年出版的研究報告顯示，混凝土 3D 打印能夠實現空間自由設計、制造複雜幾何造型的新興智能建造技術。該技術不僅可提高建築材料利用率、縮短建造周期、減少碳排放量和勞動力成本，還可顯著提升設計的數字化智能化水平和建造施工的裝配化精細化程度與傳統施工方式相比，混凝土 3D 打印技術可減少 30% — 60% 的建築垃圾，50% — 80% 的人工成本和 50% — 70% 的生産時間。
雖然現階段 3D 打印混凝土材料可滿足工作性能的技術要求，但其抗拉強度低和脆性破壞的材料缺陷阻礙了其在建築工程中的應用和發展。而且無筋空間建造也難以滿足現代工業和民用建築的服役和使用要求。由于傳統結構增強方式難以與 3D 打印工藝相融合，探求與混凝土 3D 打印相協調的增強方式尤爲重要。
還是以盈創與 Serendix 合作的 3D 打印火星移民屋爲例，如果完成房屋設計師設計的傾斜度牆體，在打印過程中不出現坍塌、陷落等狀況，是個巨大挑戰。盈創解決方案的關鍵，在于特殊材料——盈創 3D 打印 " 油墨 "。這是一種經過特殊玻璃纖維強化處理的混凝土材料，其強度和使用年限高于鋼筋混凝土，同時具有速幹的性能，也就是說，在設備泵送擠出、逐層打印的過程中，這種材料在擠出後會很快凝固，能夠保證打印機連續打印。
這也代表着，除了 3D 打印機設備，3D 打印材料是基于擠壓的生産技術的核心。據了解，這些原材料來自傳統建築行業、建築固廢行業。前述結構工程專業博士表示，土木工程的創新，基本就是在材料創新的基礎上去推進的，隻有材料可以達到一些特定的需求性能，結構才能有創新。
盈創相關負責人也表示，3D 打印建築材料是生産的關鍵，現在全球已經有很多企業可以生産 3D 打印機，但可以打印出房子的還是少數，盈創的 3D 打印油墨原料可以吸納多種材料，比如建築再生的石料等；盈創的優勢是 3D 打印建築技術（包括設備和建築材料的研發），而市場開發，盈創更希望與傳統建築行業或者固廢行業的企業合作，這些企業在市場和銷售渠道上有很大優勢，盈創負責技術，市場和營銷可以交給他們，從而形成合力，推進 3D 打印建築的運用與發展。
浙大研究報告顯示，通過摻入纖維的方式對打印混凝土進行增強與增韌還不算是完美的解決辦法，這種方式可提高打印混凝土的力學性能，但纖維的非連續分布對結構整體受力和抗震性能不利。
與此同時，其他方法例如 " 打印後增強 "" 打印混凝土同時布置筋、線、纜予以同步增強 " 都有各自缺點，因此，這一領域亟待建立新的設計分析理論以保障安全服役。
此前，仲量聯行負責建築技術研究的 Henry D ’ esposito 認爲，獨棟住宅是測試 3D 打印建築耐久性很好的方式，因爲它們體積小、高度低且設計構造相似。
Henry D ’ esposito 認爲這項技術不适用于商業地産，" 我們不知道這些建築在未來幾十年的表現如何，也不知道它們的長期價值能保持多少。如果你正在考慮投資相關項目，應當充分認識到這些潛在風險。"
畢竟，世界上已經存在很多保存 60 年以上的鋼筋混凝土建築，但還沒有一座建成 60 年以上的 3D 打印建築。
