3D打印建筑已成真：7个案例展现未来建造趋势
3D打印建筑已成真：7个案例展现未来建造趋势
房子、公园、桥梁……城市中的这些建筑物，都能进行3D打印！作为快速成型的建筑构筑技术，3D打印技术以数字模型文件为基础，通过运行程序将材料分层打印输出并逐层叠加，最终让计算机上的三维模型变成实体建筑。
经过不断进步和拓展，如今3D打印技术已较为成熟地应用在建筑行业，打印一座小房子，最快只需要花费几十个小时。这种新型技术不仅极大地缩短了工期，让施工过程更加安全、环保，而且打造出来的建筑既实用又美观，甚至具备防震功能，使其成为城市中的一道靓丽风景。
本文梳理了7个国内外3D打印建筑案例，与读者一起感受3D打印技术与建筑的奇妙碰撞。
火星巢穴居所：模拟火星环境设计的3D酒店
位于甘肃省金昌市火星1号基地的火星巢穴居所酒店于2023年7月开放，该建筑完全模拟火星环境进行设计，并将最新型的3D打印技术、建筑新材料及可持续发展技术相结合，游客可在其中沉浸式体验火星的生活方式。
该建筑利用基地内的材料，进行能源的分子解构重组，聚合物混合并加热，形成一种比混凝土强度高出50%的3D打印建筑材料。这种材料不仅能保护住户免遭火星上辐射和极端温度的影响，还兼顾美观实用性、防御太阳风暴和对寒冷环境的超强抵抗能力等特点。
在建筑设计方面，火星巢穴居所采用双壳设计，在蛋形外壳的里面再造一层壳，双壳之间留出空隙。这种设计既可以平衡内外气压，又可以起到更好的隔热效果，再加上建筑外部不规则的景观窗，可以导引外部光线下行，从而使居住空间更加舒适。
在内部设计方面，将具有艺术美学的房屋设计和全屋一键智能产品注入建筑中，通过与空间的完美结合，赋予火星巢穴居所体验的无限可能性，使居住者充分感受未来科技生活方式。同时，在住所功能划分上，该建筑兼顾了品质与环保节能，一层规划配有客厅及卫生间和淋浴室，二层为睡眠区，可居住1-3人。
河北武家庄农宅：墙体原位一体化打印的百平住宅
与传统建造方式不同，清华大学建筑学院教授徐卫国团队为河北张家口市武家庄村民建设的房子，从墙体、屋顶再到院落，没用一砖一瓦，全部采用3D打印混凝土材料，通过机械臂完成施工。这座房子外观呈灰色，采用窑洞式的拱形屋顶，一共106平方米，包含起居室、卧室、厨房和厕所。其因独特的建造方式吸引了不少关注。
在打印施工过程中，团队使用了3套机器臂3D打印混凝土移动平台，直接进行基础及墙体的原位打印。同时，在建筑室外预制打印了所有筒拱屋顶，并用吊机装配到墙体上。外墙则采用编织纹理作为装饰，与结构墙体一体化打印，并灌注保温材料，形成一体化外墙体系。整个打印过程仅需两人在移动平台上操作按钮即可完成，极大地简化了混凝土3D打印的工艺，减少了人力投入。
房子设计的初衷是给予建筑与传统居住方式一种连接和延续，让建筑密闭保暖且坚固，再结合当地住宅本身，以窑洞的传统建筑风格设计。住宅建成之后，徐卫国做了抗震试验，在国家地震局地震平台把建筑做成缩值模型，在震动台上震动，测试结果能够抗八级地震。
南京欢乐谷主题乐园东大门：由改性塑料打印的高维几何建造体
2020年11月，采用改性塑料进行3D打印的南京欢乐谷主题乐园东大门亮相，成为乐园的新地标。
设计团队与建筑机器人紧密合作，彻底改变了传统设计与建造的流程。他们运用高效、精准的3D打印技术，完成了超尺度、高维几何建造体的改性塑料打印工作。大门以多维双曲面为设计基础，多孔性穿透与三维空间内外折叠的巧妙运用，赋予建筑流动与连续的空间感，使其成为南京欢乐谷独特的欢迎之门。
东大门的整体结构采用钢结构骨架，外表皮则采用3D改性塑料打印技术，实现个性化定制。为营造欢乐氛围，设计团队特别研发了户外抗紫外线彩色改性塑料材料，并运用彩色像素化拼贴算法，将6种深浅不一的红色精准赋予不同样板段，展现出丰富多彩的视觉效果。
深圳宝安3D打印公园：独具观赏性的城市智能化建造
位于深圳国际会展中心片区的宝安3D打印公园，是宝安区探索城市智能化建造的重要项目。作为数字设计与3D打印技术的创新应用典范，该公园引入了机器人3D打印混凝土技术，这是一种融合数字设计与自控系统的创新建筑方式。通过精确的数字模型与先进的打印设备，特种混凝土材料被逐层打印，形成了既实用又美观的建筑结构。
公园内的3D打印景观，以“水”为主题，突出了机器人3D打印混凝土技术在建造特殊曲面造型时的优势。在绿意盎然的草地上，通过算法生成的3D打印道路如同水流活泼奔涌，自然地将游人引向各个景观点；在高低起伏的道路之间，有机地形成大大小小的“岛屿”，有些是3D打印的雕塑景观平台，有些是3D打印的花坛与座椅结合的休闲空间，有些布置了3D打印的环境饰品，例如公园北侧的三叶草雕塑，南端的簕杜鹃花。这些景观不仅提升了公园的观赏性，也体现了3D打印技术在建筑艺术创作上的无限可能。
成都驿马河公园流云桥：高分子材料3D打印桥
位于成都驿马河公园的流云桥，是3D打印技术在我国建筑行业的又一杰出应用。整桥全长66.8米，其中3D打印部分桥长21.58米、最宽处8米、最高处2.68米。桥梁设计灵感来源于驿马河自由奔腾的形态，以及舞动的丝绸。这座高分子材料3D打印桥于2021年2月落成，为公园卧云泽景观湖增添了一抹亮色。
流云桥采用了分段打印、现场拼装的施工方式，在系统中输入指令，高分子材料打印智能装备就可以24小时不间断打印，无需人工值守。在打印过程中，采用了三维激光点云扫射检测技术，以保证成型和拼接安装的精度。最终12吨材料，仅用了35天就完成桥体打印。
为了提高通行的舒适度，设计团队在3D打印桥梁的下方增设了钢梁作为叠合支撑受力，提高了桥梁的稳定性。两端的栏杆采用轻质航空材料，通过数字化数控雕刻成形，表面进行特种涂层处理，以满足使用要求。对于桥面的排水和照明，则通过预留孔位、埋设管道的方法进行处理。
美国Chicon House：由混凝土和木头制成的原型住宅
作为美国第一个获得许可的3D打印房屋，Chicon House这座32平方米的住宅，使用第一代Vulcan打印机用大约47小时的时间打印出来，打印成本约为10000美元。该住宅由混凝土和木头制成，设有2间卧室、1间浴室和一个厨房区，周围环绕着一个带顶棚的大型门廊区。
据悉，这是ICON与非营利组织New Story合作的原型住宅项目，也是解决美国经济适用房需求的一种方案。实际上，Chicon House还是美国早期的3D打印试验房屋，现在美国已经有正式出售的3D打印房屋，且获得了入住证明。
日本3dpod：多层墙体3D打印防震建筑
“3dpod”是日本第一个获得建筑许可的3D打印防震建筑。3dpod由一种特殊的砂浆——超高强度纤维增强混凝土打印而成，这种材料既作为内外部的装饰面，也是承重结构的框架，这种施工方法不需要放置钢筋或钢架，且不限制3D打印的美学潜力。
该建筑墙体是多层的，结合了承重结构和用于绝缘材料、设备布线和辐射供暖和冷却系统的空腔，以提高传统建筑的宜居性水平。曲面形状来源于最大化内部空间和墙面面积之间的比例，采用最少的材料实现最大的内部容积。地上的所有结构元素都是用3D打印技术生成的，包括可行走的屋顶板和楼梯，而绝缘和完整的MEP设备则集成到临时的墙腔中。