近5年來(lái)，清華大學(xué)徐衛(wèi)國(guó)教授和團(tuán)隊(duì)，

用“機(jī)器人3D打印混凝土”技術(shù)

陸續(xù)“打印”了一座橋、一座書屋、數(shù)個(gè)公園，

還為一對(duì)70后鄉(xiāng)村夫婦打出一棟住宅——

“打印”全程僅160小時(shí)，20多萬(wàn)成本，

全國(guó)唯一。

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武家莊3D打印農(nóng)宅室內(nèi)外

徐衛(wèi)國(guó)是改革開放后的第一屆清華學(xué)生，

畢業(yè)即留校任教，后在日本拿了博士學(xué)位，

自2003年起，扎根在智能建造領(lǐng)域，

從學(xué)習(xí)西方到形成自己的理論、技術(shù)體系，

20年來(lái)，始終是國(guó)內(nèi)前沿建筑學(xué)的先行者。

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徐衛(wèi)國(guó)教授接受一條采訪

1月底，

一條來(lái)到清華大學(xué)未來(lái)人居實(shí)驗(yàn)室，

實(shí)地探訪打印現(xiàn)場(chǎng)，采訪徐衛(wèi)國(guó)，

他篤定地預(yù)測(cè)，再過5到8年，

3D打印建筑將會(huì)逐漸普及，

未來(lái)一定會(huì)成為最普及的建造手段，

快速且便宜地改善普通人的日常居住。

01

3臺(tái)機(jī)械臂，

在河北鄉(xiāng)下“打印”了一棟住宅

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武家莊3D打印農(nóng)宅

今年春節(jié)前夕，河北鄉(xiāng)村武家莊，娟子的家，評(píng)上了省里的“十佳百優(yōu)美麗家園”，她第一時(shí)間，把消息告訴了房子的建筑師徐衛(wèi)國(guó)。

娟子住的這棟農(nóng)宅，106㎡，是全國(guó)第一棟完全由“3D混凝土打印”建造的房子。

住宅坐落在武家莊村村道邊，拱形房頂、灰色墻體，在一眾磚土色的簡(jiǎn)易農(nóng)房中，格外顯眼。

這塊祖?zhèn)鞯恼厣?，原?lái)的老房子用磚頭砌成，木屋頂。

有一年春節(jié)，徐衛(wèi)國(guó)走進(jìn)村子調(diào)研，“風(fēng)都是從窗戶縫和墻的縫里，直接呼呼往屋里吹， 室內(nèi)溫度極低?！?/p>

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上：3D打印農(nóng)宅西立面

下：院墻細(xì)節(jié)

為此，在為娟子一家蓋房的時(shí)候，建筑的墻體，做了精心的設(shè)計(jì)。外墻用了編織紋理作為裝飾，與結(jié)構(gòu)墻一體化打印而成。

墻的內(nèi)側(cè)，裝修表層和墻之間，是空心的，灌注了泡沫保溫材料，滿足節(jié)能的要求。

整個(gè)建筑非常堅(jiān)固，夏天保冷，冬天保暖，還扛住了抗震測(cè)試。

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3D打印農(nóng)宅臥室

室內(nèi)共有5個(gè)房間，兩間臥室，一個(gè)客廳，外加衛(wèi)生間、廚房，一家人非常滿意。室內(nèi)因?yàn)樽龅氖枪绊?，特別敞亮。

新居完工不到一年，但想來(lái)參觀娟子家的人，已經(jīng)在她那排上了號(hào)，“還有人問我要不要改成民宿哩”。

娟子夫婦都是1970年生的武家莊人，曾多年在外打工，現(xiàn)在娟子回到村委會(huì)工作。

為什么愿意嘗試一個(gè)全國(guó)都沒有過先例的3D打印房子？會(huì)不會(huì)覺得房子太出挑了？

娟子提到一個(gè)細(xì)節(jié)，有一次，徐衛(wèi)國(guó)夫婦倆一起來(lái)村子，給她看過他們?cè)谏虾Ｓ?D打印的橋，她心一下就踏實(shí)了，“我有地，他有想法，我們是一拍即合！我們家大家伙都想試試新鮮事物?！?/p>

3D打印農(nóng)宅鳥瞰，比周圍農(nóng)房堅(jiān)固很多

機(jī)器人混凝土3D打印過程

3D打印編織紋理墻面

建造的時(shí)候，因?yàn)榇謇锏穆氛罂ㄜ囘M(jìn)不去，團(tuán)隊(duì)就發(fā)明了小車，智能機(jī)械臂裝在小車上，就這樣運(yùn)進(jìn)農(nóng)家院。

兩個(gè)人操作，一臺(tái)機(jī)械臂就可以開始自己打印，三臺(tái)機(jī)械臂同時(shí)開工。

機(jī)械臂前端的打印嘴會(huì)吐出纖維混凝土材料，一層一層地疊層，從建筑的基礎(chǔ)開始打，打到墻，建造過程全部現(xiàn)場(chǎng)完成，一度引來(lái)全村人圍觀。

房子的建造工期很短，“打印”全程是160個(gè)小時(shí)，大概兩個(gè)星期就能完工，未來(lái)如果批量建造，一個(gè)月，就能建兩棟房。

造價(jià)也很便宜，包括簡(jiǎn)易的室內(nèi)裝修在內(nèi)，差不多2000到2500塊錢一平米，100㎡的房子只要20來(lái)萬(wàn)，比鋼結(jié)構(gòu)裝配式的建筑還要便宜。

徐衛(wèi)國(guó)感慨，“這種技術(shù)，是非常值得在國(guó)內(nèi)大量農(nóng)宅建設(shè)中推廣的?！?/p>

02

“打印”一座橋，一座公園

廉價(jià)、智能、快速

混凝土3D打印橋

徐衛(wèi)國(guó)團(tuán)隊(duì)的第一個(gè)落成項(xiàng)目，就很“炸”：他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)打了一座橋。

這座步行橋位于上海寶山區(qū)，橋長(zhǎng)26.3米、寬3.6米，像一抹灰色飄帶架在河面，坡度陡峭。橋欄板呈流線形，渾然一體。

兩臺(tái)3D打印機(jī)械臂，450小時(shí)，完成全部混凝土構(gòu)件。再將構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，組裝。造價(jià)只有普通橋梁的三分之二。

打印材料主要是聚乙烯纖維混凝土，外加添加劑，是團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的新型復(fù)合材料

3D打印的橋面，現(xiàn)場(chǎng)組裝

這座橋借鑒的是中國(guó)古代“第一橋”趙州橋的單拱結(jié)構(gòu)，做過破壞試驗(yàn)，確保絕對(duì)可以站滿行人。

這座步行橋的智能之處還在于，橋內(nèi)預(yù)埋了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠即時(shí)收集橋梁受力和變形狀態(tài)的數(shù)據(jù)，有助于后續(xù)跟蹤。

2020年，《自然》雜志的新聞專欄發(fā)文，探討3D打印技術(shù)的最新進(jìn)展，把打印得“更大、更快、更堅(jiān)固”作為三個(gè)方向，其中就提到這座“世界最大的3D混凝土打印橋”。

3D打印書屋

在3D打印橋的附近，2021年，團(tuán)隊(duì)還嘗試建起了一座不到30平方米的公共書屋，可以容納15人。兩臺(tái)機(jī)械臂連續(xù)工作，5天完工。

深圳3D打印公園

3D打印景觀小品

各種造型的景觀小品，3D打印也非常有優(yōu)勢(shì)。

2022年，深圳3D打印公園落成，地形高低起伏，座椅都是流線型的，就像從地面直接“生長(zhǎng)”出來(lái)一樣。一組組曲線，就像形成了山谷、溪流一樣，模擬的都是自然形態(tài)。

3D打印景觀小品過程

如今，徐衛(wèi)國(guó)帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，有20多個(gè)人，不少是90后。建筑師之外，還有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，機(jī)械設(shè)計(jì)師，專門研究機(jī)器人的博士，程序工程師，材料工程師……

團(tuán)隊(duì)分散三地，在深圳搞研發(fā)，在無(wú)錫搞生產(chǎn)，北京則是部分設(shè)計(jì)成員的辦公地。

工作流程，團(tuán)隊(duì)先在電腦里把房子建一遍，然后規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂的路徑，再把路徑轉(zhuǎn)成代碼，輸入到機(jī)械臂的控制端。這樣，只需要一兩人到打印現(xiàn)場(chǎng)。

03

20年，扎根建筑學(xué)前沿

早期數(shù)字建筑設(shè)計(jì)作品

徐衛(wèi)國(guó)是改革開放的第一批大學(xué)生，1978年考入清華大學(xué)學(xué)習(xí)建筑。一方面，進(jìn)清華，留清華，在清華讀書、教書、寫書；另一方面，他的博士學(xué)位是在日本拿的，在歐美交流訪學(xué)，還在南加州建筑學(xué)院及南加州大學(xué)建筑學(xué)院教書。

2003年，他作為中國(guó)建筑藝術(shù)雙年展的策展人之一，出國(guó)考察。行至巴黎蓬皮杜藝術(shù)中心，一場(chǎng)名為“非標(biāo)準(zhǔn)建筑”的大展，觸動(dòng)了他。

全球12位先鋒建筑師，以數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)的未來(lái)建筑，在這場(chǎng)展覽上亮相，作品全都是不規(guī)則型、非標(biāo)準(zhǔn)幾何型，有的呈有機(jī)形態(tài)，更像雕塑、藝術(shù)，“跟傳統(tǒng)建筑很不一樣”。

他本來(lái)就對(duì)最新的建筑思潮非常感興趣，當(dāng)時(shí)就有強(qiáng)烈預(yù)感，“這將是一個(gè)新的建筑探索的方向”。

2006年，徐衛(wèi)國(guó)策展的中國(guó)建筑藝術(shù)雙年展中部分青年建筑師作品

回到國(guó)內(nèi)，徐衛(wèi)國(guó)立即著手邀請(qǐng)這個(gè)領(lǐng)域的前沿建筑師、學(xué)者，來(lái)中國(guó)辦展、開講座。

2004年起，連著舉辦5屆中國(guó)建筑雙年展，每次都有全球50來(lái)家年輕事務(wù)所參與，也邀請(qǐng)了20多個(gè)世界上最先鋒的建筑學(xué)校，把學(xué)生作品拿到北京來(lái)展出。

當(dāng)時(shí)受邀前來(lái)合作的英國(guó)學(xué)者，曾對(duì)他說(shuō)，目前在中國(guó)大地上，可能只有他一個(gè)人知道，什么是數(shù)字設(shè)計(jì)，什么是算法設(shè)計(jì)。

“了解了這個(gè)領(lǐng)域，扎進(jìn)去以后，就沒有出來(lái)，”徐衛(wèi)國(guó)這樣形容20多年來(lái)的經(jīng)歷。

前10來(lái)年，主要就是搞研究，在智能建造領(lǐng)域，逐漸形成自己的理論和結(jié)構(gòu)體系。

2017年，兩位早年的學(xué)生回國(guó)，加入他的團(tuán)隊(duì)，開始將技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，近5年的工作，就是著重于把“機(jī)器人3D混凝土打印”這項(xiàng)技術(shù)，應(yīng)用于實(shí)際建設(shè)。

徐衛(wèi)國(guó)在工作中

徐衛(wèi)國(guó)指導(dǎo)的學(xué)生設(shè)計(jì)作品

最近3年，徐衛(wèi)國(guó)在清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院，組建“未來(lái)人居研究院”，帶的學(xué)生多是95后、00后一代。

他給學(xué)生們出的設(shè)計(jì)題目也另類，比如：在火星上蓋房子。

“回想人類最初，用自然材料建造家園，首要目標(biāo)是經(jīng)濟(jì)適用，跟我們現(xiàn)在做火星居留地的設(shè)計(jì)，是相似的，用智能化的3D打印方式，在火星上把建筑外殼連同室內(nèi)一次成型，應(yīng)該是我們看得見的未來(lái)。”

為非洲低收入家庭研發(fā)3D打印住宅

電腦生成、機(jī)器人蓋的房子，會(huì)不會(huì)顯得冰冷、少了一些人文的溫度？

在徐衛(wèi)國(guó)眼中，機(jī)器比人更親切，更懂人。

“機(jī)器智能，是把不同類型的人類智能，都統(tǒng)統(tǒng)集中在一塊，就像阿爾法狗之所以能夠戰(zhàn)勝對(duì)手，是因?yàn)樗辛吮姸嗳说闹腔?。?/p>

“機(jī)器看起來(lái)是冷冰冰的，但它也把不同人的親切感凝聚，形成了一種新的親切感，比單一維度的人，想得更細(xì)膩，考慮得更周全。”

觀眾在今年“深雙”現(xiàn)場(chǎng)，體驗(yàn)混凝土3D打印作品

3D打印建筑的發(fā)展前景如何？

回答這個(gè)問題的時(shí)候，徐衛(wèi)國(guó)的語(yǔ)氣篤定、眼里有光，“未來(lái)，它一定會(huì)成為一個(gè)最普及的建造手段，”他頓了頓補(bǔ)充，“這是毫無(wú)疑問的。這也是思考多年，我們堅(jiān)定的信念。”

“目前，‘機(jī)器人3D混凝土打印’這項(xiàng)技術(shù)所處的發(fā)展階段，如果把它比作400米跑，現(xiàn)在大概跑到150米，技術(shù)還在不斷地開發(fā)。要完全開發(fā)到像磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)，或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)那么成熟，還需要一些時(shí)間。”

不同場(chǎng)景、不同時(shí)間段都能連續(xù)工作

為什么如此看好？

他認(rèn)為，一方面，我們現(xiàn)在已經(jīng)在逐漸告別工業(yè)社會(huì)，走向智能社會(huì)，3D打印建筑與智能社會(huì)的生產(chǎn)模式、建造模式匹配，有很強(qiáng)的生命力，且能為每個(gè)人的生活量身定制，就像可穿戴設(shè)備一樣。

另一方面，建筑工人越發(fā)稀缺，如果能讓機(jī)器人替代一部分建造的活兒，只留編程、控制操作的少量人工，就能讓人從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)。

在徐衛(wèi)國(guó)看來(lái)，建筑師不一定非要做出幾棟出名的地標(biāo)、網(wǎng)紅建筑，或是獲大獎(jiǎng)，“滿足廣大的最普通的人的生活需求——這是我們做這項(xiàng)技術(shù)研發(fā)的最核心的目的 ?！?/p>

04

全球3D打印建筑新潮流

過去3年，3D打印建筑正在全球掀起浪潮，有的城市已經(jīng)開始公開發(fā)售3D打印住宅，建筑的層數(shù)也不再局限于單層，兩層、多層的3D打印住宅，已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。

暢想得更天馬行空一點(diǎn)，全球各地的先鋒建筑師開始拿各種新舊材料做實(shí)驗(yàn)，結(jié)合3D打印技術(shù)，創(chuàng)造出外觀新奇、體驗(yàn)獨(dú)到的小建筑，也回應(yīng)著后疫情時(shí)代，人們渴望住得更舒適、更貼近自然、更節(jié)能環(huán)保。

1、球形3D打印住宅

坐標(biāo)：日本

圖源：Serendix

去年，日本兵庫(kù)縣的初創(chuàng)公司Serendix，只用不到23小時(shí)12分鐘，打印了一座球形3D打印住宅，這是日本第一座24小時(shí)內(nèi)完工的3D打印住宅。

10平方米的房子，售價(jià)330萬(wàn)日元（約17萬(wàn)人民幣），6棟球體住宅已售罄。

今年，該公司還計(jì)劃推出另一個(gè)3D打印“豪華版”住宅，面積為49平米，除供電力、水和煤氣外，還會(huì)配備衛(wèi)生間，方便拎包入住，預(yù)估售價(jià)500萬(wàn)日元（約合人民幣25萬(wàn)元）。

“我們的目標(biāo)是像買車一樣買房，讓每個(gè)人都能從抵押貸款中解脫出來(lái)。”

2、東17街住宅區(qū)

坐標(biāo)：美國(guó)

圖源：ICON

東17街住宅區(qū)是美國(guó)首個(gè)供出售的3D打印住宅區(qū)，由四棟住宅組成，每戶有兩到四間房。住宅使用了ICON公司專有的3D打印建筑技術(shù)，配合先進(jìn)的新材料建造，住宅的使用壽命預(yù)計(jì)比傳統(tǒng)建筑材料更長(zhǎng)。

這一片區(qū)的打印施工，僅耗時(shí)7天。自從竣工以來(lái)，這些混凝土打印住宅經(jīng)受住了7.4級(jí)地震和強(qiáng)風(fēng)暴的考驗(yàn)。

3、3D打印出租屋

坐標(biāo)：荷蘭

圖源：Houben & Van Mierlo

這片巨石形狀的住宅，由Houben & Van Mierlo工作室設(shè)計(jì)的，合作機(jī)構(gòu)包括荷蘭埃因霍溫科技大學(xué)的3D打印住宅研究團(tuán)隊(duì)。

這個(gè)項(xiàng)目是世界上第一個(gè)3D打印出租屋開發(fā)項(xiàng)目，也是歐洲第一個(gè)供長(zhǎng)期居住的3D打印住宅。

4、雙層住宅

坐標(biāo)：德國(guó)

圖源：Peri

這座兩層的獨(dú)立住宅，是德國(guó)第一個(gè)落地的3D打印房子，每層的居住空間大約80平方米。

這個(gè)項(xiàng)目的特別之處在于，使用了一種名為BOD2的新型3D打印機(jī)，由丹麥制造商COBOD首創(chuàng)，在打印建筑結(jié)構(gòu)的過程中，添加管道和其他內(nèi)部構(gòu)件，打印效率也很高，短短5分鐘，就能打印出1平方米的雙層墻。

5、曲線小屋

坐標(biāo)：美國(guó)

圖源：WATG

這座名為“曲線吸引力”的房屋，由3D打印的塑料、碳纖維板和玻璃墻面建成，動(dòng)態(tài)彎曲的外墻不僅具有美感，設(shè)計(jì)上具有最佳的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，是世界首個(gè)自由形態(tài)的3D打印住宅。

房子的面積約為90㎡，建筑設(shè)計(jì)是WATG團(tuán)隊(duì)，一個(gè)成立超70年的老牌國(guó)際化團(tuán)隊(duì)，建筑結(jié)構(gòu)使用了Branch Tecnchology開發(fā)的自由形態(tài)打印工藝，在建筑技術(shù)領(lǐng)域有突破性的創(chuàng)新。同時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)凈零能耗。

6、夏日之家

坐標(biāo)：荷蘭

圖源：DUS Architects

這座獨(dú)立的微型小屋，占地僅8㎡，體積不過25m3，核心結(jié)構(gòu)由黑色的可持續(xù)生物塑料3D打印而成，墻面呈幾何形。門廊處的打印圖案，一路延伸到了屋外。

屋內(nèi)配備了可折疊的沙發(fā)，模塊化裝飾，在需要時(shí)可以拉出變成沙發(fā)床，是一個(gè)非常適合在城市中隱居的“迷你居所”，屋外還有一個(gè)3D打印浴缸。

用于打印的材料，可被完整回收，反復(fù)重新打印，意味著整座小房子可以被完全粉碎，100%循環(huán)再利用。

7、Casa Covida

坐標(biāo)：美國(guó)

攝影：Elliot Ross、Emerging Objects

圖源：Emerging Objects

Casa Covida，由三個(gè)圓柱形建筑體組成，坐落在科羅拉多州的沙漠中。住宅的土坯墻由機(jī)械臂3D打印而成，材料是當(dāng)?shù)仄鰤r(shí)常用的傳統(tǒng)配方，由沙子、淤泥、粘土、水以及稻草混合，后經(jīng)陽(yáng)光曝曬而成。

內(nèi)部空間包括雙人臥室、浴室，以及中央生活區(qū)，設(shè)有壁爐，一旁的炊具也是3D打印而成，用的是當(dāng)?shù)氐恼惩痢?/p>

這座小住宅是在新冠疫情發(fā)生后，應(yīng)社交隔離的需求，而誕生的小型實(shí)驗(yàn)建筑，適合兩人入住。