中國網(wǎng)9月14日訊 機器人3D打印混凝土建造技術(shù)是清華大學(xué)建筑學(xué)院科研成果之一，已通過評估，并進入產(chǎn)業(yè)化推廣階段，該項技術(shù)已在多個實際項目中實驗性應(yīng)用。目前，河北下花園武家莊農(nóng)戶住宅已通過3D打印建成，該農(nóng)宅功能合理、形象美觀、結(jié)構(gòu)堅固、生態(tài)節(jié)能。
該項技術(shù)由徐衛(wèi)國教授跨學(xué)科團隊自主研發(fā)，它基于數(shù)字建筑設(shè)計方法及機器人自控系統(tǒng)、將3D打印技術(shù)與特種混凝土材料技術(shù)相結(jié)合，是一種創(chuàng)新型房屋智能建造技術(shù)，這一技術(shù)的優(yōu)勢在于省人力、高效率、造價低、高質(zhì)量，并且在實現(xiàn)傳統(tǒng)房屋造型設(shè)計建造的同時，還能實現(xiàn)各種優(yōu)美的不規(guī)則曲面形體的建造。
武家莊農(nóng)宅106平方米，采用了當?shù)貍鹘y(tǒng)的窯洞形式，它是一個“3大、2小、5開間”住宅，3大間分別為起居室和臥室，上屋頂為筒拱結(jié)構(gòu)；2小間分別為廚房和廁所。
該農(nóng)宅的打印施工，使用了3套機器臂3D打印混凝土移動平臺，分別放置在3大開間中央，直接進行基礎(chǔ)及墻體的原位打印，同時在建筑室外的機器臂軌道兩側(cè)，現(xiàn)場預(yù)制打印了所有筒拱屋頂，并用吊機將筒拱屋頂裝配到打印的墻體上面。建筑的外墻采用了編織紋理作為裝飾，它與結(jié)構(gòu)墻體一體化打印而成，墻體中央灌注保溫材料，形成裝飾、結(jié)構(gòu)、保溫一體化的外墻體系。
農(nóng)宅采用全數(shù)字化工作流的方式進行設(shè)計，其建筑方案以參數(shù)化數(shù)字設(shè)計的方法生成，并在設(shè)計初期就考慮結(jié)構(gòu)的合理性及打印施工的可行性；建筑的形體設(shè)計及結(jié)構(gòu)計算、水暖電設(shè)計及打印路徑規(guī)劃、室內(nèi)全裝配化裝修設(shè)計等，均在同一個三維數(shù)字模型上完成，這確保了設(shè)計全過程中信息傳遞的連貫性，以及各專業(yè)間信息交換的有效協(xié)同性。
建筑結(jié)構(gòu)安全是3D打印這一新的建造方法的重要內(nèi)容，在這一項目中，結(jié)構(gòu)工程師采用了Midas軟件對三維形體模型進行整體計算和分析，首先根據(jù)節(jié)材的要求，將拱形屋頂及墻體設(shè)計成帶truss的空心墻，結(jié)合3D打印設(shè)備前端材料出口的尺寸，分別對拱和墻等構(gòu)件的truss排布進行深入分析與比較，從而確定構(gòu)件的最終尺寸；接著將確定的構(gòu)件實際尺寸反饋到整體模型上，對其進行構(gòu)件內(nèi)力分析；最后進行施工吊裝分析，確定合理的施工吊裝方案。結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程與建筑形體建模能夠緊密配合，是因為參數(shù)化數(shù)字模型為實現(xiàn)建筑與結(jié)構(gòu)專業(yè)之間的數(shù)字信息交流提供了流暢的途徑。此外，為確保結(jié)構(gòu)的可靠性，分別對重要構(gòu)件如墻、拱頂、平屋頂分別進行了構(gòu)件破壞試驗，并對該農(nóng)宅整體結(jié)構(gòu)進行了縮尺的振動臺試驗，從而驗證了該3D打印混凝土建筑項目的安全性。
“機器臂3D打印混凝土移動平臺”的組成包括可移動機械臂及3D打印設(shè)備、軌道及可移動可升降平臺、拖掛平臺等。在3D打印設(shè)備中，機械臂及打印前端被安置在升降平臺上、并可在該平臺上移動，而打印材料、上料攪拌泵送一體機則安置在拖掛平臺上。該打印平臺只需2人在移動平臺上操作按鈕，即可完成整棟房屋的打印建造，充分集成并簡化了混凝土3D打印的工藝，最大可能減少了打印建造過程中所需的人力投入。
實施鄉(xiāng)村建設(shè)行動，提升鄉(xiāng)村建設(shè)水平，推動鄉(xiāng)村振興，事關(guān)社會經(jīng)濟發(fā)展大局，事關(guān)鄉(xiāng)村居民切身利益；持續(xù)改善農(nóng)村人居環(huán)境，提升農(nóng)房現(xiàn)代化水平，提高農(nóng)房品質(zhì)，需要明確具體的建造方法和途徑，機器人3D打印混凝土建造技術(shù)的推廣使用，或?qū)⒊蔀榫唧w的措施和有效的方法。
該農(nóng)宅項目的團隊成員包括徐衛(wèi)國、高遠、孫晨煒、崔方、張志齡、韓冬、何雨婷、林志鵬、左杰、梅玥、吳文劍、黃舒弈、毛宇軒等。清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司王昊、清華大學(xué)土水學(xué)院土木系馮鵬（顧問）和張道博負責結(jié)構(gòu)設(shè)計。無錫荷清數(shù)字建筑科技有限公司負責該項目的建造。
