3D打印技术+集约化建筑在当前农村的发展前瞻性探讨

李仕川　陆薪宇　李欢　杨琴

摘要：第三次科技革命方兴未艾，当国前际竞争的实质仍是以经济和科技为核心的综合国力的较量。随着3D打印技术快速发展，3D打印建筑的理念应运而生。与此同时，另一种高效率的建筑生产模式—工业化建筑也不断发展。为此，本文主要探索将二者相结合的建筑新模式，并将此模式率先运用于农村，探究其发展前景。

关键词：3D打印技术；工业化；建筑；农村

笔者设想，将3D打印技术与工业化建筑相结合，探索“建筑3D+”的新模式，为此建筑新模式的广泛应用打下基础，以此推动建筑行业的大革命。从理论角度看，3D打印技术又称“快速成型”技术，其主要由快速成型技术发展而来；是一种以数字模型为基础，运用粉末状金属、特殊蜡材或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式來对目标物体进行构造[1]。3D打印机的材料主要是金属、陶瓷、塑料、砂等粉末，是实实在在的原材料，其原理是通过电脑控制把打印材料用喷头一层层叠加起来[2]，最终把计算机上的设计图变成现实。而工业化建筑即将整个建筑生产活动系统化、集约化、标准化，同时将建筑物各部件进行预制后直接装配的建筑模式。工业化建筑正在逐步走向建筑行业之中。

一、国内外3D打印技术发展现状

近几年，3D打印技术正在逐渐被运用到各个行业，3D打印技术运用于建筑领域开创了建筑业技术创新的先河，这项技术在建筑领域的运用将彻底颠覆传统的建筑行业，一种新型的建筑模式正在悄然兴起。

近年来，3D打印建筑在国内受到高度青睐，并在多地成功运用到实际建造过程中。2014年4月全国首批3D打印建筑物在上海高新青浦园区亮相，仅花费24小时就成功的打印出10幢小屋；2015年1月，在苏州成功地打印出别墅；在山东，计划运用3D打印技术建造世界上最大的3D打印建筑群—月亮湾湿地公园；同样在山东，将利用三维彩色打印机打印出第一个彩色的创意建筑。2016年3月，盈创建筑科技（上海）有限公司在苏州的工厂内，运用3D技术打印出两幢苏州园林般的中式庭院，受到了参观者高度的赞誉；据中国3D打印网报道，北京通州区耗时45天，打印出了一幢两层高、400平米、可抗八级地震的别墅。

据报道，荷兰的建筑师简加普·鲁基森纳斯（JanjaapRuijssenaars）与意大利发明家EnricoDini（D-Shape3D打印机发明人）一同合作，3D打印全球首个商业建筑----别墅式酒店；美国教授比赫洛克·霍什内维斯成立的3D打印技术项目——“轮廓工艺”欲进军房屋建造领域；2016年5月全球首座3D打印办公室在迪拜开幕，这一办公室建设时间仅17天；“3D打印建筑和新打印材料”成为2017年美国科学促进会（AAAS）讨论的重点。近日硅谷公司公布的一项3D打印技术，将过去逐层堆叠打印方式改变为在液体中直接打印。其速度不仅提高了25-100倍，而且可以打印出高强度、形状各异的更加细腻精致的物品。这恰好迎合了当下人们多样化的审美需要，也为3D技术的发展开拓了更为广阔的前景。

二、工业化建筑方面的发展现状

我国已成为全球第二大经济体，但我们的发展却是以环境和能源为代价的粗放式发展。为此，转变建筑发展方式已成为建筑业的必经之路。2006年国家住建部就首次提出建筑工业化，自此以来，国家不断鼓励建筑工业化、产业化。在欧美，建筑工业化率已经达到70%-80%以上，在国内则刚刚起步。根据住建部公布的数据显示，2014在全国新开工的建筑中，产业化建筑面积仅占新开工总面积的0.34%，此后两年在此基础上小幅上升。所以加快建筑工业化已成为我国建筑业发展的迫切需要。

2016年我国的建筑工业化趋势正在逐步形成，湖南长沙远大可建集团和中南集团的NPC体系（预制装配技术体系）技术研究正在逐渐向建筑工业化靠拢。国家也出台了相关政策引导建筑工业化，而且整个社会对建筑工业化的认知度也提高了，处于整条产业链上下游的公司也都争先搭上这一发展快车，积极向工业化靠拢和转型。

2017年，举办的中国国际建筑工业化及装配式建筑产业博览会上，展览了大批装配式建筑样板房和装配式结构系统；在北京开展的以“共筑明日之家，发展低碳经济”为主体的第十六届中国国际住宅产业博览会上，展出的也多为装配式结构的建筑；杭州、宁波和绍兴等地的相关部门甚至要求在中心城区出让或划拨的土地上新建的项目，全部实施装配式建造。一时之间，我国掀起了一股发展工业化建筑的热潮。

但总体来说我国的建筑工业化起步晚于西方一些国家，发展规模与速度也是远不如这些国家。二战后，在西方国家亟需解决大量的住房问题，然而劳动力却严重缺乏的情况下，就开始推行建筑工业化，如日本、美国、英国很早就开始积极推动建筑工业化。占相当大的市场份额的模块化建筑是英国住宅产业化的主要模式，世界上率先在工厂生产住宅的国家当属日本。总之，中国与发达国家在建筑工业化方面相差逾10倍。

三、我国建筑业现状

近年来，我国经济不断发展，城市化进程加速推进，与此同时，政府大力加强基础设施的建设，因此建筑行业也取得举世瞩目的成就。

进入21世纪，我国建筑业总产值和增加值都实现了飞跃式的发展。2015年，我国的国内生产总值为67.67万亿元，同比增长6.9%，建筑业总产值为18.07万亿，同比增长却只有2.3%。这足以证明建筑业在整个国民经济中的分量，但其发展速度却不利于整个国民经济的发展。这更加说明了我国建筑业转型升级的必要性。

我国的建筑业总产值不断增大，劳动生产率也在逐步提高，但其经济效益却一直稳步不前。如何提升我国建筑行业市场同世界市场竞争力，使其更好地促进我国经济持续健康发展，是我国建筑行业必须解决的一大难题。因此，转变建筑业的发展方式，提升其科技竞争力，推动传统建筑模式的改革，走绿色、工业化建筑之路已成为建筑行业健康发展的迫切需要。

综合上述因素，本文们提出的3D打印+集约化建筑正好顺应了建筑业发展的趋势，为推动建筑行业的革新提供了契机。

四、农村建筑发展现状

在国家新一轮改革浪潮的推动下，农村改革更是上升到了历史的新高度，国家要求全面推动农村改革，以实现全面建成小康社会的目标。众所周知，改善农村住房条件，是建设社会主义新农村的必经之路。另一方面，许多农村大力发展乡村旅游业，风格各异的观光建筑也成为农村建筑的一大方面。农村广阔的建筑市场也为3D打印建筑走进农村提供了价值支撑。

然而农村住房建设却面临着许多问题，建筑结构粗略，质量差，采光、通风等没有得到较好的处理，保温隔热效果较差，房屋性能差；另外，由于许多农村地处山区，运输不便，建筑成本高。再者由于农村住房建设较为粗放，滥砍乱伐的现象依然十分突出，因此对环境的威胁依旧十分严峻。恰好，3D打印建筑能满足农村建筑风格多样的需求，并且有利于改善建筑物的性能和优化建筑物的结构，提高建筑物的质量。另外，农村多为低矮的单体建筑，这也这正好解决了3D打印机体积上的难题。

五、发展前景

虽然3D打印建筑的理念才诞生度短短的几年，但許多国家纷纷进行试验和探究，欲占领这一发展先机。迪拜市政府欲制订新法例以规范3D打印技术在建筑领域的应用，希望到2030年之前使迪拜成为全球主要3D打印技术的中心之一；韩国直接对3D打印实行减免税，以鼓励其发展；2016年8月23日，国家住建部发布《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》，规定积极开展建筑业3D打印设备及材料的研究。由此，不难看出3D打印建筑的重要性和战略性，所以尽快抓住3D技术的发展机遇，必将对社会产生重大的影响。

3D打印技术不仅可以降低成本，绿色环保、高性能；更重要的是可以打印出复杂、特殊、个性化的建筑产品。但由于现在3D打印只能断续打印大的构件再拼接。对于高层住房的应用有一定困难，所以，农村低矮建筑是优先进行实践的最优方向。但是随着相关难题的攻克，3D打印将使建筑风格更加多样化，结构更加稳定合理。

装配式建筑实现设计模数化、标准化[3]。不仅户型优化设计，极大提高了效率；而且预制建筑构件工厂化、标准化生产质量保证。节省了大量的人力、物力、原材料、时间等，省去了许多工序，同时也符合国家节能、低碳、节约经济的发展要求，顺应了住宅产业现代化和人居质量提升的发展方向。

通过将3D打印技术与工业化建筑相结合的模式，率先在农村发展，也为其进一步推广到整个建筑行业做了充分的实践基础和理论来源，这一模式必将被广泛运用于建筑行业，甚至于其它制造业。为此将推动整个社会生产力的大变革。

结语

总之，推动建筑行业的革新，创新建筑模式和建筑生产方式已成为建筑发展的必然。而“3D打印+集约化”的建筑模式正好代表了建筑行业的最新发展方向。目前，有必要群策群力，解决好这一模式的难题，成功的运用并推广这一模式必将引领建筑行业走向新的高度，从而推动整个生产力的变革，进而推动人类文明的进步。

参考文献：

[1]方兴未艾的3D打印[J].安徽科技，2015，5；55-56.

[2]高峰.可能改变世界工业格局的打印技术[J].高中生之友（青春版），2013，5；45-46.

[3]崔璐.预制装配式钢结构建筑经济性研究[D].山东；山东建筑大学，2015.

作者简介：李仕川，陆薪宇，李欢，杨琴，皆为重庆工商大学管理学院2015级工程管理专业一班学生。

注：本文是重庆工商大学2016年度学生科技创新基金项目《探究“3D打印技术+集约化建筑”在农村的发展》（编号：163010）相关成果。