未来城市智能化建造｜清华大学教授3D打印了住宅、桥、公园

全国唯一。

 

武家庄3D打印农宅室内外

20年来，始终是国内前沿建筑学的先行者。

快速且便宜地改善普通人的日常居住。

责编：陈子文

 

武家庄 3D打印农宅

今年春节前夕，河北乡村武家庄，娟子的家，评上了省里的“十佳百优美丽家园”，她第一时间，把消息告诉了房子的建筑师徐卫国。

娟子住的这栋农宅，106㎡，是全国第一栋完全由“3D混凝土打印”建造的房子。

住宅坐落在武家庄村村道边，拱形房顶、灰色墙体，在一众砖土色的简易农房中，格外显眼。

这块祖传的宅基地上，原来的老房子用砖头砌成，木屋顶。有一年春节，徐卫国走进村子调研，“风都是从窗户缝和墙的缝里，直接呼呼往屋里吹， 室内温度极低。”

上：3D打印农宅西立面

下：院墙细节

为此，在为娟子一家盖房的时候，建筑的墙体，做了精心的设计。外墙用了编织纹理作为装饰，与结构墙一体化打印而成。墙的内侧，装修表层和墙之间，是空心的，灌注了泡沫保温材料，满足节能的要求。

整个建筑非常坚固，夏天保冷，冬天保暖，还扛住了抗震测试。

 

室内共有5个房间，两间卧室，一个客厅，外加卫生间、厨房，一家人非常满意。室内因为做的是拱顶，特别敞亮。

新居完工不到一年，但想来参观娟子家的人，已经在她那排上了号，“还有人问我要不要改成民宿哩”。

娟子夫妇都是1970年生的武家庄人，曾多年在外打工，现在娟子回到村委会工作。为什么愿意尝试一个全国都没有过先例的3D打印房子？会不会觉得房子太出挑了？

娟子提到一个细节，有一次，徐卫国夫妇俩一起来村子，给她看过他们在上海用3D打印的桥，她心一下就踏实了，“我有地，他有想法，我们是一拍即合！我们家大家伙都想试试新鲜事物。”

 

3D打印农宅鸟瞰，比周围农房坚固很多

 

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机器人混凝土3D打印过程

 

3D打印编织纹理墙面

建造的时候，因为村里的路窄，大卡车进不去，团队就发明了小车，智能机械臂装在小车上，就这样运进农家院。

两个人操作，一台机械臂就可以开始自己打印，三台机械臂同时开工。

机械臂前端的打印嘴会吐出纤维混凝土材料，一层一层地叠层，从建筑的基础开始打，打到墙，建造过程全部现场完成，一度引来全村人围观。

房子的建造工期很短，“打印”全程是160个小时，大概两个星期就能完工，未来如果批量建造，一个月，就能建两栋房。

造价也很便宜，包括简易的室内装修在内，差不多2000到2500块钱一平米，100㎡的房子只要20来万，比钢结构装配式的建筑还要便宜。

 

 

混凝土3D打印桥

徐卫国团队的第一个落成项目，就很“炸”：他带领团队打了一座桥。

这座步行桥位于上海宝山区，桥长26.3米、宽3.6米，像一抹灰色飘带架在河面，坡度陡峭。桥栏板呈流线形，浑然一体。

两台3D打印机械臂，450小时，完成全部混凝土构件。再将构件运到现场，组装。造价只有普通桥梁的三分之二。

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这座桥借鉴的是中国古代“第一桥”赵州桥的单拱结构，做过破坏试验，确保绝对可以站满行人。

这座步行桥的智能之处还在于，桥内预埋了实时监测系统，能够即时收集桥梁受力和变形状态的数据，有助于后续跟踪。

2020年，《自然》杂志的新闻专栏发文，探讨3D打印技术的最新进展，把打印得“更大、更快、更坚固”作为三个方向，其中就提到这座“世界最大的3D混凝土打印桥”。

 

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3D打印书屋

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各种造型的景观小品，3D打印也非常有优势。

2022年，深圳3D打印公园落成，地形高低起伏，座椅都是流线型的，就像从地面直接“生长”出来一样。一组组曲线，就像形成了山谷、溪流一样，模拟的都是自然形态。

 

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3D打印景观小品过程

如今，徐卫国带领的团队，有20多个人，不少是90后。建筑师之外，还有结构设计师，机械设计师，专门研究机器人的博士，程序工程师，材料工程师……

团队分散三地，在深圳搞研发，在无锡搞生产，北京则是部分设计成员的办公地。

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早期数字建筑设计作品

徐卫国是改革开放的第一批大学生，1978年考入清华大学学习建筑。一方面，进清华，留清华，在清华读书、教书、写书；另一方面，他的博士学位是在日本拿的，在欧美交流访学，还在南加州建筑学院及南加州大学建筑学院教书。

2003年，他作为中国建筑艺术双年展的策展人之一，出国考察。行至巴黎蓬皮杜艺术中心，一场名为“非标准建筑”的大展，触动了他。

全球12位先锋建筑师，以数字技术设计的未来建筑，在这场展览上亮相，作品全都是不规则型、非标准几何型，有的呈有机形态，更像雕塑、艺术，“跟传统建筑很不一样”。

他本来就对最新的建筑思潮非常感兴趣，当时就有强烈预感，“这将是一个新的建筑探索的方向”。

 

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回到国内，徐卫国立即着手邀请这个领域的前沿建筑师、学者，来中国办展、开讲座。

2004年起，连着举办5届中国建筑双年展，每次都有全球50来家年轻事务所参与，也邀请了20多个世界上最先锋的建筑学校，把学生作品拿到北京来展出。

当时受邀前来合作的英国学者，曾对他说，目前在中国大地上，可能只有他一个人知道，什么是数字设计，什么是算法设计。

“了解了这个领域，扎进去以后，就没有出来，”徐卫国这样形容20多年来的经历。

前10来年，主要就是搞研究，在智能建造领域，逐渐形成自己的理论和结构体系。

2017年，两位早年的学生回国，加入他的团队，开始将技术产业化，近5年的工作，就是着重于把“机器人3D混凝土打印”这项技术，应用于实际建设。

 

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徐卫国在工作中

 

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最近3年，徐卫国在清华大学深圳国际研究生院，组建“未来人居研究院”，带的学生多是95后、00后一代。

他给学生们出的设计题目也另类，比如：在火星上盖房子。

“回想人类最初，用自然材料建造家园，首要目标是经济适用，跟我们现在做火星居留地的设计，是相似的，用智能化的3D打印方式，在火星上把建筑外壳连同室内一次成型，应该是我们看得见的未来。”

 

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为非洲低收入家庭研发3D打印住宅

电脑生成、机器人盖的房子，会不会显得冰冷、少了一些人文的温度？

在徐卫国眼中，机器比人更亲切，更懂人。

“机器智能，是把不同类型的人类智能，都统统集中在一块，就像阿尔法狗之所以能够战胜对手，是因为它集中了众多人的智慧。”

“机器看起来是冷冰冰的，但它也把不同人的亲切感凝聚，形成了一种新的亲切感，比单一维度的人，想得更细腻，考虑得更周全。”

 

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观众在今年“深双”现场，体验混凝土3D打印作品

3D打印建筑的发展前景如何？

回答这个问题的时候，徐卫国的语气笃定、眼里有光，“未来，它一定会成为一个最普及的建造手段，”他顿了顿补充，“这是毫无疑问的。这也是思考多年，我们坚定的信念。”

“目前，‘机器人3D混凝土打印’这项技术所处的发展阶段，如果把它比作400米跑，现在大概跑到150米，技术还在不断地开发。要完全开发到像砖木结构、砖混结构，或者钢筋混凝土结构那么成熟，还需要一些时间。”

 

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为什么如此看好？

他认为，一方面，我们现在已经在逐渐告别工业社会，走向智能社会，3D打印建筑与智能社会的生产模式、建造模式匹配，有很强的生命力，且能为每个人的生活量身定制，就像可穿戴设备一样。

另一方面，建筑工人越发稀缺，如果能让机器人替代一部分建造的活儿，只留编程、控制操作的少量人工，就能让人从繁重的体力劳动中解放出来。

畅想得更天马行空一点，全球各地的先锋建筑师开始拿各种新旧材料做实验，结合3D打印技术，创造出外观新奇、体验独到的小建筑，也回应着后疫情时代，人们渴望住得更舒适、更贴近自然、更节能环保。

1、球形3D打印住宅

坐标：日本

 

图源：Serendix

“我们的目标是像买车一样买房，让每个人都能从抵押贷款中解脱出来。”

图源： ICON

这一片区的打印施工，仅耗时7天。自从竣工以来，这些混凝土打印住宅经受住了7.4级地震和强风暴的考验。

 

这个项目是世界上第一个3D打印出租屋开发项目，也是欧洲第一个供长期居住的3D打印住宅。

 

 

图源：Peri

这个项目的特别之处在于，使用了一种名为BOD2的新型3D打印机，由丹麦制造商COBOD首创，在打印建筑结构的过程中，添加管道和其他内部构件，打印效率也很高，短短5分钟，就能打印出1平方米的双层墙。

 

图源：WATG

房子的面积约为90㎡，建筑设计是WATG团队，一个成立超70年的老牌国际化团队，建筑结构使用了Branch Tecnchology开发的自由形态打印工艺，在建筑技术领域有突破性的创新。同时，整个结构净零能耗。

 

图源：DUS Architects

用于打印的材料，可被完整回收，反复重新打印，意味着整座小房子可以被完全粉碎，100%循环再利用。

坐标：美国

 

图源：Emerging Objects

这座小住宅是在新冠疫情发生后，应社交隔离的需求，而诞生的小型实验建筑，适合两人入住。

部分图片由徐卫国工作室提供