建筑机器人3D打印混凝土建造技术是一种新型智能建造技术 ， 其建造工艺流程包括算法生成创意设计、数字形态建模、打印路径规划、打印程序编码、虚拟打印建造模拟、现场原位打印 ， 或现场预制打印及装配 。
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建筑机器人3D打印混凝土农宅 徐卫国教授团队项目/供图
建筑机器人3D打印混凝土建造技术将房屋或基础设施建设全过程进行了数字化集成 ， 并分为虚拟建造及实物打印建造两大部分 。虚拟性建造即在计算机内的建筑建造过程 ， 形成数字信息流 。物质性建造以虚拟性建造形成的信息为依据 ， 展开部件的加工与现场施工 ， 同时与数字信息相交互、继续优化修正已有数字信息 ， 延续数字信息流 ， 直至项目建成交付使用 ， 建造过程中连续的数字信息流及物质性建造流相辅相成 ， 形成了一体化智能建造流程 。这项技术有不同行业参与 ， 包括基于算法生成的建筑创意设计、路径规划及控制软件的开发、机器人及打印设备的集成制造、打印材料的混合生产、建筑施工的数字工地等 。本项技术的推广使用不仅实现了传统房屋建设的产业升级 ， 还将带动一个新的数字建造产业链的形成 。
建筑机器人3D打印建造具有如下诸多优点 。
节省人力——由于有智能机器臂替代了人工劳动 ， 整个建设过程可节约60%的人力 ， 这将有效解决劳动力缺乏及劳动力价格不断上涨的问题 。
提高效率——由于有了电脑里的虚拟建造过程 ， 实际的物质性建造准确率大大提高 ， 可以避免各种不必要的浪费和返工；同时智能机器臂可以连续不断地运转 ， 每天的工作时间可以大大加长 ， 这样将缩短建设周期 。
降低造价——从直接投入来说 ， 由于减少了人力、缩短了周期、避免了浪费 ， 其工程造价比传统的工程造价要节省10%～20%；另一方面 ， 打印混凝土建筑体系不用钢筋、不用模板 ， 这也节省了材料的投入 。
保证质量——由于使用了智能系统及智能设备 ， 其建造精度大大提高 ， 从而能够保证建造质量 。
环保生态——由于建造工艺进行了有效合理的组织规划 ， 建造过程没有污染；打印材料由于使用循环材料 ， 保证了整个建设过程节能环保 。
创造新形象——由于基于算法生成创意设计 ， 同时使用了可空间运动的智能机器臂进行建造 ， 使得该技术不仅可以建设传统的建筑形体 ， 还可以建造各种丰富的有机建筑形态 ， 给生活环境带来崭新的面貌 。
建筑业3D打印建造起步阶段的研究重点为机械设备与材料技术 ， 较少与建筑设计及结构设计相结合 ， 可打印形态和受力合理均缺少科学基础及系统研究 ， 很多实验成果难以与实际建造接轨 ， 在空间及形态上的不足限制了3D打印建造技术在建筑业的推广 。近年来 ， 随着数字建筑设计、参数化结构计算、机械、材料、软件等不同行业专家的参与 ， 建筑3D打印建造得以实际应用 。目前 ， 3D打印技术已应用于装配式建筑构件的打印 ， 市政设施的打印（如隔音墙、护坡 ， 各类建筑） ， 如乡村住宅新建或改造 ， 应急住宅 ， 旅游度假建筑 ， 园林饰品的打印如雕塑、座椅、花池、灯具等 。（徐卫国）
作者单位：清华大学
责编：丁涛
校对：张健
监审：韩凤凤
【3D打印建造技术日趋成熟】
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