世界上最大的原位“轮廓工艺”3D打印建造技术项目在中建二局广东建设基地成功实施 全球首例！龙川正在3D打印一栋两层办公楼
据悉，按照设计，预计首层仅需30余小时即可完成打印施工。首层打印完后将紧接着进行第二层打印，预计11月上旬将打印成型，届时它将成为世界上最大的原位“轮廓工艺”3D打印双层建筑。
该栋国内乃至全球首个原位3D打印建筑的面世，将为建筑3D打印技术示范工程应用奠定基础，标志着国内首个原位3D打印技术“试验田”成功试水，为龙川县全域全面融入粤港澳大湾区建设提供强大的技术支撑，从而实现高质量发展提效破局。
见证全国首个原位3D打印房屋
10月22日，中建二局广东建设基地打印项目现场，由打印架体、材料制备和输送设备组成的3D打印机已经调试好。整个打印机由6根边长500mm的方钢立柱、2根18.4m长的升降框架、2根14.55m的移动横梁、打印头和机电部分组成。据现场技术人员介绍，该打印机有效打印范围为14.6×12.3×10m。
据介绍，这次动工的房屋3D打印项目是中建股份自主立项课题《建筑3D打印技术研究与应用示范》的技术中试项目。3D中试建筑设计占地面积约120平方米、建筑面积约230平方米，整体建筑2层，建筑一层高3.5m、二层高3.3m，屋顶为坡型。这次实施打印部分为墙体和构造柱，墙体厚度200mm，构造柱250mm，楼板、梁、楼梯和门窗为预制构件。
建筑原位3D打印是在施工现场预先安装打印机设备，调配打印材料，根据施工阶段实时打印建筑。它是以数字模型文件为基础，运用可黏合混合物材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
工作人员在打印施工前，按设计图纸已完成叠合梁、板预制及钢筋网片加工。同时，要准备好水泥、河沙等打印材料，这些原材料都是技术人员通过反复试验后，确定的可用于本建筑3D打印项目的材料，比如河沙骨料粒径不大于3mm，水泥强度等级范围为C30-C50等等，这些建筑原材料及添加剂按照一定比例混合后，即可成为打印材料。
打印开始前，技术人员将配比材料倒进搅拌机，经搅拌后通过材料输送泵输送到方形打印头，根据控制平台中预先设计好的打印路径，打印头以10cm/s的速度，把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的两层房屋变成实物。整个过程仅需5-6名工作人员，结构打印3天即可完成，整个建造周期也不过20天。而这个普通的二层建筑，是我国乃至全世界首个在原位进行3D打印的建筑。
据了解，即将新鲜出炉的3D打印二层建筑物主体构架，由200多层单层厚度为1cm-3cm的混凝土构成，内置有钢筋笼、钢筋网片，牢固、安全。建筑功能多样适用，一层设有展厅、卫生间、休息室和楼梯间，二层设有会客厅、办公室、卫生间。建筑结构设计方面，结合3D打印进行建筑和结构设计，充分考虑3D打印结构与地基基础、楼板、梁及预制构件、水电安装和装饰施工的节点连接特点，实现建筑的3D打印建造。
据悉，打印前设计师要对打印建筑进行三维设计模型，然后通过控制程序，对设计模型进行切片、数据化处理，才有打印现场可以看到的打印作业镜头，以及最后打印出相应的设计图形。
“3D打印设备"吃进去"原材料，"吐出来"一栋楼，实现有效的节约建材、缩短工期、减少人力。”中建二局广东建设基地3D打印项目经理黄云说道，建筑3D打印技术与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有特殊的混凝土拌合物“打印材料”，通过电脑控制把三维立体图里的形状直接逐层打印成立体构件。与传统的建造技术相比，3D打印建造技术具有数字化、智能化、机械自动化程度高等特点，可有效降低施工成本，是一种全新的建设方式。
据了解，这次采用原位轮廓工艺3D打印建造的办公楼较过去的3D打印技术有三方面突破：一是原位打印，即现场直接将主体打印成型，无需二次拼装；二是采用轮廓工艺，即打印出的墙体为中空的，方便添加保暖填充物；三是首次将这项技术运用到双层建筑上，结构难度更大。
据悉，建筑3D打印项目是中建股份科技研发课题《建筑3D打印技术研究与应用示范》的工程展示，该课题由中建股份技术中心和中建二局华南公司联合立项，是全国乃至国际最大的原位3D打印建造技术项目。
龙川成为国内首个原位3D打印技术“试验田”
中建二局广东建设基地房屋3D打印项目今年7月份在深圳宝安（龙川）产业转移工业园动工建设。项目由中国建筑股份有限公司技术中心进行研发和提供技术支持，中建二局华南公司参与实施。
打印项目由打印设备和打印材料制备两大块，其中打印设备的安装和相关调试工作在9月底完成，打印材料制备由商混站进行基础材料的搅拌制备，现场使用时二次搅拌生产。输送设备采用螺杆式砂浆输送泵，最大输送量210L/min，最大输送高度40m。历经3个月的建设和调试，房屋3D打印于10月22日启动，标志着龙川成为国内首个原位3D打印技术“试验田”。
据悉，建筑3D打印是将需要打印的建筑构件利用计算机进行模型分割，将三维的图形信息转化为打印路径，再将混凝土或砂浆拌合物通过输送系统泵送至打印头，利用打印系统将凝结时间短、强度发展快的混凝土精确分层布料，逐层叠加累积成型的过程。
3D打印建造技术与传统的建造技术相比，具有数字化、智能化、机械自动化程度高等特点，同时可有效降低施工成本。目前采用原位“轮廓工艺”3D打印的示范建造实施，既检验了原位3D打印建造技术可实施性，也为实际应用积累经验、为该项技术的推广应用奠定基础。
3D打印不仅可以打印房子，还可以打印各种建筑结构件。在中建二局广东建设基地的3D打印工地，摆放着的背靠式长凳、四方长桌、圆形建筑、浮雕甚至是各种立体字均是3D打印出来的。中建二局广东建设基地相关负责人表示，打造出来的各种建筑构件可以吊到高层进行安装，或者在打印出来的空心墙体外壳、空心柱子中，再灌注混凝土，这样不仅施工简单，而且建筑强度也大大增加。此外，这种新型的建筑方式，大幅度减少了对工人数量的需求，也大幅加快了建设进度。
据悉，这块“试验田”生产出的3D打印技术成果将运用到深圳长圳公共住房项目中，也意味着国内原位3D打印技术将首次实现开花结果。长圳项目是目前国内在建的规模最大的装配式公共住房项目，由中建二局承建，于2018年6月正式动工建设，计划2021年竣工交付，未来可提供住房9672套。
“3D打印技术是一个智慧化建造技术，是建筑工业化发展的趋势，将为龙川全域全面融入粤港澳大湾区建设提供更有力的技术支撑。”龙川县委书记黄添胜表示，全域全面融入粤港澳大湾区建设，是落实党中央和省委、市委发展战略布局的具体举措，龙川要抢抓大湾区建设的“溢出效应”，推进产业融合、创新融合，成为大湾区现代产业差异化发展的重要承载地，打造大湾区科技创新成果转移示范区，着力实现与大湾区协同创新。
据悉，龙川县坚持发展“以建筑工业产业化为引领，电子电器、空气能、现代建筑、新材料等多产业融合发展”的现代产业体系，全力打造大湾区现代产业差异化发展的重要承载地。目前，龙川县工业园区有建筑工业化企业15家，总投资额约60亿元。而通过这些企业，龙川县参建了一大批国家、省、市重点工程，如中国第一座核电站广东大亚湾核电站、深圳地标性建筑深圳地王大厦、世界第一高钢管砼大厦赛格广场以及香港国际金融中心、横琴口岸、腾讯总部大楼、迪拜双子塔楼等上百个项目的钢结构制作与安装工程，都有“龙川制造”的身影，真正实现了融入粤港澳大湾区建设。
原位3D打印技术项目获得多项发明专利
“中建技术中心自主研发的大型建筑3D打印机项目荣获了多项发明专利，出版了1本著作，发布了1项工法。”黄云表示，整个项目充满了科技创新的元素。
据悉，中建股份自主立项《建筑3D打印技术研究与应用示范》课题于2017年开始执行，拟于明年6月份结题。课题主要从设备、材料、结构设计及示范应用四个方面开展研究活动。
经过2年多的研究和实验，先后完成了3D打印材料的研发、3D打印设备设计开发、3D打印墙体性能试验等研究工作，并在中建中东公司搭建了3D打印试验室。目前，3D打印建筑的结构设计及优化研究、建筑3D打印的工程示范及相关施工技术研究仍在进行中。
虽未结题，但科技创新成果却收获颇丰。据了解，课题实施过程中，截至2018年，软件著作授权2项，发明专利授权3项、受理4项，新型实用专利授权5项、受理2项，发表论文8篇（核心及以上5篇），出版著作《混凝土3D打印技术及应用》（国内第一个建筑类3D打印标准），发布了“快硬早强混凝土3D打印施工工法”，中国工程建设标准协会标准——《混凝土3D打印技术规程》正在编制中。
这些专利技术、软件著作等，为3D打印技术在实验项目的顺利进行提供了强有力的技术支持，保障示范建筑的顺利完成。
缩短工期，节省成本，减少人工，绿色环保——建筑3D打印技术的应用，将会颠覆整个传统建筑业。而这项研究成果，曾先后亮相“中央企业贯彻落实新发展理念、深入实施创新驱动发展战略、大力推动双创工作成就展”和香港建造业创新展，得到了建筑行业的肯定。
行百里者半九十。中建二局华南公司副总经理常俊国在28日的“建筑3D打印”示范工程打印观摩活动上表示，接下来将继续严格按照课题任务书的计划安排推进课题的研究工作，进一步加强建筑3D打印设备运行调试和建筑3D打印材料技术研究，让该项科研成果广泛应用到现代建筑业。
“惟创新者进、惟创新者强、惟创新者胜”。不久的将来，随筑3D打印技术的日益完善，特别是3D打印技术在建筑行业的成功应用，建筑3D打印有望引领建筑业未来的方向。而作为科研项目转化地、实施地的龙川县，将继续以全域全面融入粤港澳大湾区建设为“纲”，深化体制机制改革，加强营商环境建设，为企业发展创造最佳的成长环境，全力打造大湾区现代产业差异化发展的重要承载地，争当全市融湾生态排头兵、建设全省绿色发展示范区。
文/本报记者陈小玲图/冯晓铭
特约记者曾祥太通讯员张文宇
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