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3D 打印技术，能否重塑住宅建筑市场？

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3D 打印技术，能否重塑住宅建筑市场？技术建筑市场住宅人类岩石泥土住所以来房屋崇真艺客

自从人类学会摆弄岩石泥土建造住所以来，房屋建造的技术几乎没有过质的进展。尽管世界科技已经日新月异，大多数房屋仍然需要工人团队手动堆放砖块、石块或泥渣块，摆放木质框架，敲入钉子，最后安装壁板。这种方法严重依赖个人技能和手工劳动，产生大量的废物和噪音，需要漫长的工期，生产率很低。换句话说，它早已走到了改革的边缘。

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当建筑师必须适应一个新的技术时代时，速度和效率成为设计和施工过程的的关键元素，3D打印技术的崛起展现了巨大前景。3D打印建筑可以更快、更便宜、更准确地建造房屋，并且所用的材料将持续更长的时间，比大多数传统建筑材料更坚固。另一方面，还可以解决经济适用房的问题，并为设计提供无数可能性，重新定义和推动传统建筑的极限。在2021年7月 Grand View Research 的报告预测，全球建筑机器人将在 2021-2028 年间市场份额增长91%。下文将带读者探索这一新兴行业的现状与未来。

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住宅3D打印示意图 © 盈创科技

从 3D打印到 3D打印建筑

3D打印，即增材制造技术，对我们而言已不陌生，顾名思义，增材（Additive Manufacturing）就是“一层层增加上去的材料”，它通过层层叠加的制造逻辑将原材料组合成为三维整体，与电脑三维模型设计结合，能够制造出复杂的几何结构，并且能同时大幅度地节省原料、减少人工计算与加工。如今，3D打印技术已经在医疗，生物，航空等多个应用领域大放异彩，也深入到我们的生活中，比如 3D桌面打印机的塑料细丝，一层一层勾勒出复杂的建筑模型形体。

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桌面3D打印 © 3D Logics

3D建筑打印从某种意义上来说就是这个桌面打印机放大上千倍的实体，与之不同的是，作为打印材料从喷口吐出的特制混凝土“泥浆”取代了塑料细丝，在XY轴的平面上“绘制”，并沿Z轴上升。3D打印建筑的新技术可以进行无模板混凝土浇筑，这就意味着我们可以打印任意形状的预制混凝土构建和整墙，并且花费更短时间和更低成本。

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零号住宅打印中 © ICON

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本质上，3D打印的三维形体生成过程由计算机控制，这改变了传统建造过程，也给设计创造了更多可能性。不同于传统建造，建筑师可以使用这一技术建造前所未有的曲面，形状和颜色，从而设计出更有创造性、更引人注目的建筑。任意有机的形式都成为可能：曲面墙或直‍墙，平滑或粗糙表面，水平或有角度的……在建筑创造力的表达方面，不再有任何限制。‍

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零号住宅打印中 © ICON

为什么着眼住宅建筑市场？

在探究住宅市场时，ArchDaily 采访了2021年青年实践的获得者，3D住宅打印行业领军团队 ICON，他提到：“全世界有10亿人缺乏足够的住房。在过去的25年里，建筑业已经失去了生产能力，因为存在着严重的技术工人短缺，而且这种情况只会越来越严重。一般来说，房屋建造过程是低效和浪费的。我想找到一种方法来帮助解决这个全球性问题。”

而住宅这种体量小且模块单元化的建筑无疑也能将现有3D打印技术的效率发挥到极致，有几组简单的数字：ICON 使用 Vulcan 打印机 3D 打印的 40-50 平方米的房屋，每个房屋的打印时间约为24小时，在几天内完成；

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ICON为开发商 3Strands 打印的第一个主流住房开发项目住宅，面积在100-200平方米之间，每个房屋的打印时间为5-7天；

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三维打印建筑公司 Alquist 使用 COBOD 三维打印机为非盈利建设组织 Habitat for Humanity建造了110平方米的弗吉尼亚住宅，在大约 28小时内就完成了3D打印，这比标准施工进度快了4周，墙体使用混凝土，每平方英尺可节省 15%的建筑成本。而在传统建筑语境中，同等体量的住宅建设时间往往要以周甚至月来衡量。

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此外，3D打印可以最大限度的摒除天气对人的限制，例如，亚利桑那州的酷日往往会造成房屋建设施工在夏季停工，而机器显然没有此类烦扰。作为同时减少时间成本、人力成本的新技术，3D打印有很大可能会成为促进社会发展的重要“武器”，并且将较快地在贫民窟、战乱庇护所等土地盈余、住房不足的地方得到实现。另外，尽管建筑价格与诸多因素相关联，但如果建设成本得到控制，对于用户而言的价格下降也许也可以期待。

世界各地3D打印市场进展

美国市场 🇺🇸

团队：ICON

ICON公司成立于2017年底，被评为2020年 “全球最具创新力的公司 "之一，并被选为ArchDaily的2021年最佳新实践，它是一家建筑公司，扩展了技术的边界，开发了包括机器人、软件与建筑材料来推动人类进步。这家位于德克萨斯州的初创公司相对年轻，在美国和墨西哥各地提供3D打印的房屋，试图解决全球范围的住房挑战，同时还与合作伙伴BIG和NASA一起开发建筑系统，支持未来对月球的探索。

零号住宅

ICON公布了其最新的3D打印项目，零号住宅，由德克萨斯州公司Lake|Flato Architects设计。“零号住宅”是ICON新系列增材建造探索项目的第一座完工房屋，意在探索增材建造所能达到的建筑学可能，以“转变房屋建造范式”的目标开发全新的设计语言。“零号住宅”的材料质感是机器人施工表达与天然木材纹理共同作用的结果，创造了一个经典的设计。

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项目包含3间卧室、2.5间浴室，以及一个额外的居室/卫生间单元，增材制造技术还可提高能源效率并增强项目的亲生物原则。项目采用了ICON的Vulcan建造打印技术，其3D打印的墙面由一种水泥基材料制成，可减缓热传递，并取代多层级、阶段性的传统建造体系。同时，用钢加固的弯曲墙壁旨在提高结构效率，圆角的设计则有助于房屋内部流畅动线的营造。

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墨西哥“家园”住宅社区

这个位于墨西哥塔巴斯科的3D打印住宅社区，是与住房非营利组织New Story共同开发的，面向当地极端贫困的家庭。全部建成的社区包含50间独立住宅。单个房屋面积约45平方米，在大约24小时内打印出来，包括两间卧室、一个客厅、厨房和浴室。

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Chicon住宅

ICON是美国第一家获得建筑许可并建造3D打印房屋的公司，这座全美国第一间3D打印住宅建成于2018年，位于德克萨斯州奥斯汀。

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欧洲市场 🇪🇺

团队：PERI Group

Peri是总部位于德国的一家老牌建造企业，成立于1969年，专业生产建筑模板和脚手架，是欧洲最早进入3D打印住宅市场的公司。

德国第一间3D打印住宅

在德国贝克姆，PERI制造了德国的第一座3D打印住宅楼。这座两层楼的单户住宅每层约有80平方米的居住空间。

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欧洲最大的3D打印公寓楼

在德国的瓦伦豪森（巴伐利亚），PERI打印了欧洲最大的公寓楼。该建筑有三层楼高，居住面积约380平方米。

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团队：WASP

与其他选用混凝土的团队不同，WASP致力于探索生土建筑的在地打印，取材于当地黏土砂石混合成打印的材料，进一步降低了造价，志在以此改善第三世界赤贫地区的住房条件。不过有意思的是，他们最有影响力的一个作品却是与奢侈品品牌迪奥合作的位于迪拜的快闪店。

TECLA ‘圆厅’宅

由MCA - Mario Cucinella建筑事务所设计，WASP设计和建造的TECLA是一个在意大利博洛尼亚附近落地的现场3D打印栖居地的原型。两个团队第一次使用可循环的自然生土材料，即未加工过的土壤进行3D打印建造。TECLA生土圆厅是由多台3D打印机同步运行200小时所建造完成的。

3D 打印技术，能否重塑住宅建筑市场？技术建筑市场住宅人类岩石泥土住所以来房屋崇真艺客 © Iago Corazza

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迪奥迪拜快闪店

这间3D打印的快闪店由Dior迪奥品牌和意大利3D打印公司WASP合作，坐落在迪拜海滩上，打印选用的是黏土、沙子和天然纤维等可持续天然材料。

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中国市场 🇨🇳

盈创WINSUN

中国的盈创建筑科技有限公司成立于2003年，是全球较早真正实现3D打印建筑的团队，是这一领域的领航者。据盈创官网称，他们研发的 3D 打印技术速度要比传统建筑施工的方法快四倍，并且能降低二分之一的建筑成本。不过，和海外同行不同的是，盈创的打印机较少直接在现场工作，而多以在工厂内打印，在地安装的方式完成。

全球最高3D打印建筑

这座建于2015年的原型建筑至今依然是全球最高3D打印建筑，地上五层地下一层，打破了3D打印技术不能打印高层的说法。该建筑主体采用框架式结构，严格按照配筋砌体的标准整体打印。

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迪拜办公建筑

是全球第一个3D打印办公建筑，2016年8月在迪拜落成，目前该建筑是迪拜“未来博物馆”的办公指挥总部。此项目由Gensler、Thornton Tohomasetti和Syska Hennessy设计，盈创3D打印，远洋运输，现场安装完成。

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团队：清华大学建筑学院徐卫国教授团队

混凝土书屋

该书屋由清华大学建筑学院徐卫国教授团队设计并用该团队研发的打印机器及打印材料建造；它是上海“艺术之桥”空间的一部分。

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打印过程 © 徐卫国教授团队

3D 打印技术，能否重塑住宅建筑市场？技术建筑市场住宅人类岩石泥土住所以来房屋崇真艺客打印过程 © 徐卫国教授团队

混凝土武家庄农宅

建筑面积106平方米，其形态采用了当地传统的窑洞形式，是一座三开间住宅。打印施工使用3套机器臂3D打印混凝土移动平台，分别放置在3大开间中央，进行了基础及墙体的原位打印。现场预制打印了所有筒拱屋顶，并用吊机将筒拱屋顶，装配到打印的墙体上面。

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四、3D打印建筑未来市场

ICON公司的首席执行官兼联合创始人Jason Ballard在《时代周刊》的"Next 100"中被选为塑造未来的100名新兴领导者之一，在ArchDaily采访中，他讲述了公司的成立、全球住房挑战、他不断发展的3D打印技术和流程、他与BIG的合作关系以及地球和太空中建筑领域的未来。

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ArchDaily：你最初是一位保育生物学家。你是如何做到从自然界到建筑业，更具体地说是到建筑技术的转变的？

Jason Ballard：事实证明，如果你关心生态保护，建筑环境是不可避免的领域。当涉及到能源、水和资源的使用，废弃物的产生，以及我们所追踪的几乎所有其他环境指标时，建筑物和建筑业都处于首位。于是我开始了长达数月的学习和研究项目，研究预制板、绝缘混凝土模板、先进的框架、机器人砌砖、建筑用真菌等等。最终，我发现3D打印是最有希望创造出真正变革的技术，可以满足我所关心的所有条件。比传统的建筑方法更经济，更少浪费，更节能。

AD：这一切背后最初的诱因是什么，以及这种激进的建造房屋的新方式背后的驱动力？

JB：我明白我想在可实现的基础上设想更可持续的方式来建造房屋，因为全球有数百万人的基本住房需求没有得到满足，这实在令人难以接受。2014年，在一个研究项目中，我决定了解目前市场上3D打印机的所有信息。我发现，小规模的打印机能做的事情相当有限。我假设，将打印机变得更大、更新并且更加有趣，机会可能就会出现。

这让我们开始了持续多年的任务，建造我们自己的打印机，并为我们最终在德克萨斯州奥斯汀的SXSW 2018期间发布的Vulcan 3D建筑系统奠定了基础，并展示了美国第一个允许使用的3D打印房屋。从那时起，ICON能够继续创新技术，所以我们可以想象一个世界，我们能够同时3D打印多个房屋，而每一个都是独一无二的。这些进步的目的是在房屋建造的速度、质量、可复原性和可持续性方面创造巨大的进展。

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AD：世界显然正面临着一场巨大的住房危机。你是如何具体进入社会住房领域的？你什么时候意识到3D打印房屋可以成为一种解决方案？

JB：美国每年需要330万套住房。美国每年建造130万套住房。每年有200万套住房的缺口。让我们进一步理解这个数字：全世界有10亿人缺乏足够的住房。在过去的25年里，建筑业已经失去了生产能力，因为存在着严重的技术工人短缺，而且这种情况只会越来越严重。一般来说，房屋建造过程是低效和浪费的。我知道我想找到一种方法来帮助找到解决这个全球问题的办法。

ICON专有的3D打印技术通过利用机器人技术、软件和先进材料，大规模地提供体面的住房，推动了人类的发展。通过数字化和自动化流程，我们能够缓解当前的劳动力和生产力危机，以更高的价值、更快的速度、更实惠的方式创造更好的住房。全球住房危机是一个规模化的问题，因此，解决方案将需要规模化。

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AD：你能和我们分享一下保证在美国和墨西哥建造和交付二十几个3D打印房屋/结构的工作过程的相关见解吗？

JB：正如我所提到的，通过专有的3D打印技术和尖端材料，ICON为我们世界上一些最紧迫的问题提供了可持续的解决方案，包括发展中国家无家可归现象的泛滥，建造外太空栖息地的困难，以及定制住房的高昂费用。我们的第一个，概念验证项目是创建我们的第一台3D打印机，并成功地打印出一个允许的3D打印房屋。我们于2018年3月在奥斯汀与住房非营利性合作伙伴New Story一起完成了这一工作，这也是我们共同发起的第一个项目，在发展中国家打印一座房屋。

2019年3月，我们发布了ICON的下一代住宅3D打印机--Vulcan，并开始为美国和墨西哥的项目输送该技术。一旦我们的移动式Vulcan技术到达现场，我们将会上传房屋的数字设计文件，它就会使用我们的专有材料打印出整个墙体系统。然后我们使用传统的方法来完成房屋的建造。

迄今为止，我们已经在美国和墨西哥交付了二十多个3D打印的房屋/建筑，是所有建筑技术公司中完成最多的。今天，我们正在使用3D机器人技术、软件和先进的材料来重塑住宅建筑行业，有各种令人难以置信的项目正在进行中。

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Community First 流浪者之家 © ICON

AD：在更广泛的建筑领域，你们与BIG的合作是如何开始的？

JB：世界知名的建筑公司BIG——Bjarke Ingels Group加入ICON的A轮投资，这是一个不寻常的时刻。BIG还成为我们与NASA合作的ICON奥林匹斯项目在建筑方面的合作伙伴，帮助想象我们在另一个世界的家园。Bjarke Ingels和BIG的团队在建筑领域是令人难以置信的思想领袖。有一个相信未来建筑业的转型作用的合作伙伴是非常重要的，他们可以帮助我们想象新领域的开拓，在物质上、技术上和环境上都是如此。

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奥林匹斯月球基地渲染图 © ICON

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NASA火星模拟基地火星沙丘一号渲染图 © ICON

AD：你能告诉我们关于你与BIG和NASA的未来项目或尝试的情况吗？我们应该期待什么，你打算推出什么样的新的创新？

JB：上个月，我们很高兴地公布了我们新的下一代Vulcan建筑系统，并首次推出了我们新的探索系列住宅，与世界级的建筑师在基于建设层面的3D打印技术创造的机会之上，合作开发新的设计语言和建筑语汇，我们在该系列中的第一个住宅"House Zero "是由获奖公司Lake|Flato Architects设计的，以较高的建筑和高效的能源设计为特点，突出了只有通过3D打印在住宅建设中才能实现的弹性和可持续性的好处。该住宅将于2021年秋季在东奥斯汀完工。

从ICON公司成立之初，我们就一直在考虑地球以外的建设问题。我们接受了美国国家航空航天局这个雄心勃勃的项目，因为我们坚信，我们的专业知识和产品非常适合月球探索和境外建设工作。在另一个世界上建造人类的第一个家将是人类历史上最雄心勃勃的建设项目，并将把科学、工程、技术和建筑推向新的高度。我们期待着在未来的几个月里分享更多令人兴奋的消息。美国国家航空航天局对这种太空时代技术的投资不仅可以帮助推动人类在太空的未来，而且还可以解决我们在地球上面临的非常真实、而又令人烦恼的问题。

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‍火星基地打印（渲染）© ICON

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‍火星基地内部（渲染）© ICON

AD：建筑技术改变了游戏规则，改变了这个行业的所有僵化规则。说到这里，你如何看待建筑和建筑领域的未来？在地球上与太空中？

JB：3D打印建筑领域似乎已经准备好加速增长。建筑法规正在迎头赶上，技术正在继续快速成熟，人们对以新的方式快速提供更有恢复力、更加体面的房屋的需求不断增加。通过采用计算机辅助设计和建筑信息管理，设计行业已经发生了革命。无论文件如何数字化，面对设计的建造方式仍然与过去一样。机器人制造将使我们能够消除从数据到物质的转换过程中的损失，并使我们能够以极快的速度制造房屋，减少浪费，并且比现在更加精确。未来看起来一片光明！

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