近年来,随着施工群体的老龄化以及政府对生态环保等方面要求的不断提升,传统的建筑方式逐步走向瓶颈。基于此,自2016年开始,各地政府纷纷加大了对装配式建筑的政策扶持及补贴力度。
装配式建筑具有低成本、高效率、节能环保等优势。目前,行业中普遍应用的是以梁、板、柱、墙等建筑构件工厂化制作,然后在施工现场进行板材拼装的“构件装配式建筑”。这种建筑生产方式的优势是预制化率高、现场工作量减少、操作门槛较低,但相对地增加了构件连接的工作量和可靠性要求,安装构件的控制难度较大。一位建筑领域专家对此解释,这就像“堆箱子”游戏一样,如果有一块构件的安装质量控制不到位,精度出现偏差,则随着构件的进一步吊装,后续的误差会成倍放大,且这样的误差基本无法调整。一栋建筑需要成千上万块的拼装构件,如果施工人员稍有操作失误,就会造成“不可逆”的损失。既无法体现装配式建筑质量的优越性,反而还容易增加施工成本。
相比之下,与传统“构件装配式建筑”的施工模式不同,基于3D打印技术的“3D打印装配式建筑”则是以厨卫、客厅、卧室等“单体建筑”作为构件单元进行工厂化定制。由此在保有装配式建筑固有优势的同时,还尽可能地降低了装配环节的控制难度。可以说,3D打印技术与装配式建筑相结合的核心优势就是要突破半预制结构体系,采用全装配结构,由此实现建筑产业由“建筑”向“建造”转型发展。有从业者分析认为,基于3D打印技术与装配式建筑的应用价值和目前的市场前景,“3D打印装配式建筑”未来在城市的地产建设领域将会有相当大的应用空间,其中最具对标性的即当前在科创园区、旅游民宿和特色地产项目中使用的集装箱房——虽然此类箱房具有装拆便捷的优点,但其隔热、隔音和耐久性都较差。因而,装配同样便捷,但更符合人类居住需求的“3D打印装配式建筑”将会成为“集装箱房”市场的直接取代者。
需要注意的一点是,从现有的3D打印混凝土技术发展趋势看,由于3D打印混凝土不但要满足快速成型的要求,即从打印喷头出来后快速凝结而向周围流淌;又要满足层层混凝土之间的紧密连接,而不至于产生冷缝,3D打印混凝土构件或建筑才是浑然一体的;此外还要满足混凝土在管道内和喷头内自由流动而不堵塞管道和喷头。这三点便要求3D打印混凝土与传统混凝土有所不同,其原材料和质量要求也不一样。未来,纤维混凝土、泡沫混凝土、轻骨料混凝土等种类的混凝土将会得到更大规模应用,甚至可能出现新型材料混凝土。
具体而言,从胶凝材料来看,水泥、石膏、地聚合物等都可以作为3D打印混凝土的胶凝材料,其中地聚合物因为快硬早强的特点,是比较适合3D打印混凝土使用的;从骨料来看,强度高、密度小、颗粒形貌接近球形的骨料是最适合3D打印混凝土使用的;从外加剂来看,3D打印混凝土要求工作性能更高,在管道内具有优异的流动性,同时从喷头出来后又能在空气中快速凝结,因而必然要求外加剂具有多种功能,必须是一种复合型的超塑化剂。另外,3D打印混凝土所使用的材料复杂多样,更要求其外加剂具有良好的适应性,形成3D打印专用。
总的来说,住宅工业化和信息技术的发展使得各种新技术不断融合发展,为建筑工业化发展提供了无限的可能性。从理念上来说,3D打印装配式建筑很好地继承了制造业流水线生产和智能化制造的思路,对全行业展现了一个潜在的发展机遇,但这一理念目前尚未得到大量、深入的实际应用,因而潜在的风险与具体的障碍也有待探索与解决。在看到其商业价值的同时,也要谨慎地验证3D打印装配式建筑的应用可行性。