全球微头条丨马斯克住的 3D 打印建筑 真的能替代钢筋混凝土吗？
" 按照每天工作 8 小时计算，一台 3D 打印机设备每天可以打出 32 平方米墙体，按照这样的效率，打印一套一层高建筑面积 100 平方米的住宅，需要 8 天。"
这是一台 3D 打印设备的 " 工作效率 "，盈创建筑科技（上海）有限公司（以下简称 " 盈创 "）日本事业部经理左磊如是告诉 36 氪。
2022 年 12 月，开展 3D 打印球体住宅业务的日本初创公司 Serendix 宣布，2023 年将着手开发建筑面积为 100 平方米的住宅，而技术提供方就是来自中国的盈创。Serendix 在 2022 年接受了盈创的 3D 打印建筑技术出资。即将开发的 100 平方米的住宅，将采用盈创的大型打印机设备打印完成。
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近年来，随着技术不断成熟，3D 打印的应用场景越来越多，出现了 " 万物皆可打印 " 的趋势。2022 年 10 月的巴黎时装周上，国际超模贝拉 - 哈迪德（Bella Hadid）在 Coperni 品牌的秀场作为压轴嘉宾，在短短几分钟内展示了一条礼服裙是如何通过 3D 打印技术喷绘完成的。这条现场喷绘而成的裙子是品牌与高科技材料公司 Fabrican 耗时六个月的合作成果。
在住宅和公共建筑领域，3D 打印技术已经逐渐渗透到人们生活中的更多空间。前不久，清华大学徐卫国教授团队为 70 后乡村夫妇打印了一栋 3D 住宅的新闻登上热搜，全程仅用 160 小时，成本约 20 万。国内外 3D 打印建筑技术提供方均表示，这些 3D 打印住宅与传统钢筋混凝土住宅的寿命几乎无异。
目前来看，相较低廉的成本、更短的建造周期、更具艺术感和科技感的外形，是 3D 打印建筑的优势。但长远来看，这项技术能否改变普通人的居住困境？随着技术门槛的降低，3D 打印建筑技术在未来会取代传统的房地产建造方式吗？
3D 打印房屋交付潮
2021 年 6 月，特斯拉 CEO 马斯克在推特宣布：卖掉所有房产，住进 " 集装箱公寓 "，一栋价值 4.95 万美元、只有 36 平方米的小房子。
马斯克住进的是 " 附属住宅单元 "（ADU），在 " 出厂 " 之前，ADU 就已经是一栋标准住宅，家居、厨卫样样俱全，就连空调、暖气、USB 充电口的位置，都会为住客预留出来，在售价上主打性价比。
为马斯克 " 盖房 " 的公司是 Boxabl，有媒体指出，马斯克突然为 ADU" 带货 "，是在为开发火星住宅做准备。在马斯克购买之前，Boxabl 一共卖出了三套房，在 " 网红效应 " 带动下，Boxabl 官网报名买房的人已经排了五万号，而 Boxabl 的年产量是 3000 套。
据了解，Boxabl 的产品可批量生产、安装快捷方便，又能灵活拆卸和搬运，很适合作为火星居民的基地。与 ADU 的功能类似，3D 打印房屋也具备相似特点且应用场景更广泛，在美国，这一赛道的代表公司之一，是来自加利福尼亚州的 Mighty Buildings。
在 " 火星移民热 " 阶段，Mighty Buildings 在 2021 年共拿到两轮融资，融资总额达到 1 亿美元。该公司的技术优势之一是可以精确计算所需建材的数量，从而几乎不产生建筑垃圾。同年，Mighty Buildings 还与房地产开发商 Palari Group 合作，在一块 5 英亩土地上打印 15 栋住宅，以 59.5 万 -95 万美元不等的价格进行销售。这些房子将采用质感较好的外石墙，并设计宽大的落地窗，同时，开发商还规划了带有游泳池、户外淋浴等设施的公共空间。
2022 年底，MightyBuildings 交付出第一栋净零能源住宅，位于加利福尼亚州兰乔米拉奇（Rancho Mirage）。这座两室两厅的独栋住宅配置了太阳能、风能等清洁能源，可以实现自给自足，60% 的墙壁材料也由回收材料组成，且热传导率更低，使房屋具有更好的隔热和保温性能。
和建造更高品质住房的 " 路线 " 不同，美国另外一家 3D 打印建筑技术公司 ICON 选择与墨西哥的社会住房公司 Échale 合作，在墨西哥的纳卡茹卡地区，为当地一些挣扎在温饱边缘的贫困家庭提供租金低廉、设计美观、功能齐全的社区。纳卡茹卡地区位于地震带，这些 3D 打印住宅能够承受 7.4 级地震。
在陆续交付这些建筑的过程中，ICON 还宣布，公司即将推出的项目涵盖了从社会保障房、救灾房到适合长期居住和使用的住宅，甚至还与美国国家航空航天局（NASA）展开了太空建筑系统的合作。
据外媒 ArchDaily 报道，NASA 与 ICON 签订一份持续至 2028 年的合作，ICON 的 Olympus 建造系统，将帮助在月球表面和火星上建造基础设施，如着陆垫、栖息地、太空舱和道路，同时支持阿耳忒弥斯登月计划（美国国家航空航天局的登月项目）。ICON 打印了一个约 158 平方米的模拟火星栖息地，将在 CHAPEA 任务期间使用，CHAPEA 是一项在 NASA 约翰逊航天中心执行的为期一年的模拟任务，任务于 2023 年开始。
在中国，首例有居民入住的 3D 打印建筑出自清华大学徐卫国教授及团队，位于河北乡武家庄，建筑面积 106 平方米，使用 " 机器人 3D 打印混凝土技术 "。与农村自建房的外观不同，该栋房屋采用拱形房顶、灰色墙体，使其比较突出。打印全程耗时 160 个小时，造价大约为 20 万，相当于每平方米的建造成本区间为 2000-2500 元。据了解，这个价格水平高于目前乡村地区的自建房。
徐卫国教授团队打印民房尽管如此，3D 打印建筑的前景依旧被看好。因为长久以来，建筑依然没有改变项目周期长、高度依赖人工、无法规模化批量制造的现状。3D 打印建筑的具体优势是在工艺上，追求机械施工、施工快，操作简便的方式；在材料上，寻找轻质、坚固、价廉、环保、耐用的建材。如果将大量的生产、拼接、搭建工作前置，尽量减少建筑施工现场的作业。既可以加快现场施工的速度，也能通过化简施工流程和难度，让盖房子变得更容易。
中国 3D 打印出海
盈创日本事业部总经理左磊对 36 氪表示，日本建筑行业已面临用工荒的困境，加之自建房的成本较高，是比较适合发展 3D 打印建筑的国家。盈创与 Serendix 的合作模式，是盈创以价值 1 亿日元（约 510 万人民币）的设备和技术入股，相当于持有 5% 的 Serendix 的股份。
2022 年，Serendix 从盈创购买一座 3D 打印球体住宅，将其展示至日本高岛屋百货商场，房屋建筑面积为 10 平方米，打印耗时不到 24 小时。左磊告诉 36 氪，该款住宅于 1 月 1 日以抽签的方式对外售卖，预定库存仅 1 套，售价 330 万日元（约 17 万人民币），盈创已于近日完成交付。
球体 3D 打印住宅Serendix 将在 2023 年推出另一个 3D 打印 " 豪华版 " 住宅，面积为 49 平方米，提供设备的是荷兰 TAM 公司，除提供电力、水和煤气外，还会配备卫生间，方便拎包入住，公司的目标是 " 像买车一样买房，让每个人都能从抵押贷款中解脱出来。"
除此之外，Serendix 也将着手开发建筑面积为 100 平方米的住宅，因为面积较大，Serendix 将在这一系列住宅引入盈创的大型打印机。2022 年 11 月，盈创首次推出最新研发成功的可移动的大型悬臂式 3D 打印机，长 12 米，高 12 米，臂展 12 米。新设备的投入与使用，将提升 3D 打印建筑的面积和高度。
左磊对 36 氪表示，100 平方米的 3D 打印住宅，实际需要打印的墙体面积是 250 平方米，一台 3D 打印机设备每天可以打出 32 平方米墙体面积，再以每天 8 小时工作时长计算，打印一栋一层高、建筑面积为 100 平方米的住宅需要 8 天。如果确定成规模开发 100 平方米的 3D 打印住宅社区，还需要盈创从上海再运送几套设备到日本。
实际上，早在 2015 年，盈创就打印出了全球首栋 6 层楼建筑，位于盈创苏州厂区。该房屋以每天打印一层，每两天安装一层的建造方式，耗时半个月完成，突破了 3D 打印技术不能打印高层楼宇的难题。该栋楼接受了同济大学房屋安全性、质量等方面的检测，检测报告显示，它符合国家建筑标准。同期，盈创还采用内外装饰一体化打印的方式，在苏州打印了全球首幢 3D 打印别墅，层高 3 层、面积为 1100 平方米。
6 层建筑1100 平方米别墅不过，徐卫国教授在武家庄的 3D 打印住宅问世之前，国内还没有 3D 打印建筑用于实际居住。盈创的 3D 打印住宅类房屋目前处于对外展示的状态。2022 年底，南京嘉翼、上海建工集团、东南大学联合打造出一栋符合居住标准的住宅，但建成后用于南京市灵岩社区卫生服务中心的院史展览馆，而非居住。
为什么国内没有实现 3D 打印住宅的民用或商用普及？盈创公司相关负责人从市场、技术发展等方面解释了原因。
首先，目前国内关于 3D 打印住宅的规范和标准还没建立起来，相较国外宽松的建筑验收规范和标准，国内对 3D 打印住宅以传统建筑标准进行验收，增加了 3D 打印建筑技术使用难度，限制了 3D 打印建筑的推广，进而导致国内对 3D 打印建筑接受程度没有国外高。如别墅和六层楼的 3D 打印住宅，因体量大，结构复杂，导致其在国内的验收更加困难。盈创于 2017 年开启 3D 打印建筑标准制定工作，2019 年与上海建筑科学研究院推出了 3D 打印建筑油墨和墙体以及部分建筑构件的企业标准。
截至目前，盈创 3D 打印建筑技术多用于高速公路建设、航道建设、艺术建筑装置等市政领域。
其次，技术发展需要，2022 年之前，3D 打印建筑大部分流程是工厂打印，运输后现场拼装完成，这意味着 3D 打印房屋的落地将受限于工厂与房屋建造地的距离，这也是盈创在国内的产品大多数落地长三角的原因。鉴于此，盈创最新研发的车载悬臂 3D 打印机已经开启现场打印，突破了这一限制，例如，日本 SERENDIX 合作生产的 3D 打印住宅就将在当地完成。
盈创在 2016 年为迪拜打印了全球首个办公用房，通过跨洋运输的方式抵达国外，此后陆续开启了沙特、阿曼、日本、澳大利亚、美国的试运营，前期只有花坛等建筑构件出口。随着 3D 打印设备的研发和生产，盈创已通过技术输出与上述国家的企业达成合作，将 3D 打印设备运到国外，准备试打印。
另据盈创透露，乡村住宅领域也是公司未来在国内尝试的方向，且正与深耕乡村建设的乡伴文旅集团尝试合作。乡村建筑因为地块的碎片化和施工环境的多样化，在各个环节都需要个性化处理，导致整体设计成本和施工成本不可控。而 3D 打印可以使建筑品质保持一致性，同时可充分利用就地取材，如夯土、竹木和旧建筑拆迁的固废材料。
使用耐久性挑战
国内目前掌握 3D 打印技术的建造企业，还将技术应用到了建筑领域的艺术装置上。
2023 年元旦，规划十年的上海徐家汇书院亮相，其一楼中庭处，是上海一造科技有限公司完成的 3D 打印艺术装置 " 光启之门 "。该装置基于土山湾中国牌楼的形象进行艺术化再造，一造科技选用大尺度改性塑料 3D 空间打印工艺，通过网格疏密变化将原始牌楼的空间形制和比例呈现，打印出不同的空间单元 4 万余个，打印路径长达 17000 米，消耗材料 1.8 吨。
徐家汇书院 " 光启之门 "2020 年，一造科技还参与了南京欢乐谷大门的设计建造过程，结合参数化设计、改性塑料 3D 打印技术，完成高维度的几何建造体。对于这类建筑装置，传统建造工艺的实施成本巨大，不仅需要大量模具，对工人的施工技术也有极高考验。
虽然 3D 打印技术在异形建筑体的构建上，可以适当降低建筑难度和造价成本，但是在结构增强设计层面，还需论证研究，3D 打印技术还有很多 " 卡脖子 " 难点。
一位主攻结构工程的博士与 36 氪分享称，关于 3D 打印住宅的普及推广问题，相关规范的欠缺也是原因之一，目前没有一套工人的标准可以衡量房屋的安全性。
面对这一欠缺，业内人士透露，学术界、技术企业都在积极推进国家和国际 3D 建筑标准制定。
浙江大学建筑工程学院于 2021 年出版的研究报告显示，混凝土 3D 打印能够实现空间自由设计、制造复杂几何造型的新兴智能建造技术。该技术不仅可提高建筑材料利用率、缩短建造周期、减少碳排放量和劳动力成本，还可显著提升设计的数字化智能化水平和建造施工的装配化精细化程度与传统施工方式相比，混凝土 3D 打印技术可减少 30% — 60% 的建筑垃圾，50% — 80% 的人工成本和 50% — 70% 的生产时间。
虽然现阶段 3D 打印混凝土材料可满足工作性能的技术要求，但其抗拉强度低和脆性破坏的材料缺陷阻碍了其在建筑工程中的应用和发展。而且无筋空间建造也难以满足现代工业和民用建筑的服役和使用要求。由于传统结构增强方式难以与 3D 打印工艺相融合，探求与混凝土 3D 打印相协调的增强方式尤为重要。
还是以盈创与 Serendix 合作的 3D 打印火星移民屋为例，如果完成房屋设计师设计的倾斜度墙体，在打印过程中不出现坍塌、陷落等状况，是个巨大挑战。盈创解决方案的关键，在于特殊材料——盈创 3D 打印 " 油墨 "。这是一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土材料，其强度和使用年限高于钢筋混凝土，同时具有速干的性能，也就是说，在设备泵送挤出、逐层打印的过程中，这种材料在挤出后会很快凝固，能够保证打印机连续打印。
这也代表着，除了 3D 打印机设备，3D 打印材料是基于挤压的生产技术的核心。据了解，这些原材料来自传统建筑行业、建筑固废行业。前述结构工程专业博士表示，土木工程的创新，基本就是在材料创新的基础上去推进的，只有材料可以达到一些特定的需求性能，结构才能有创新。
盈创相关负责人也表示，3D 打印建筑材料是生产的关键，现在全球已经有很多企业可以生产 3D 打印机，但可以打印出房子的还是少数，盈创的 3D 打印油墨原料可以吸纳多种材料，比如建筑再生的石料等；盈创的优势是 3D 打印建筑技术（包括设备和建筑材料的研发），而市场开发，盈创更希望与传统建筑行业或者固废行业的企业合作，这些企业在市场和销售渠道上有很大优势，盈创负责技术，市场和营销可以交给他们，从而形成合力，推进 3D 打印建筑的运用与发展。
浙大研究报告显示，通过掺入纤维的方式对打印混凝土进行增强与增韧还不算是完美的解决办法，这种方式可提高打印混凝土的力学性能，但纤维的非连续分布对结构整体受力和抗震性能不利。
与此同时，其他方法例如 " 打印后增强 "" 打印混凝土同时布置筋、线、缆予以同步增强 " 都有各自缺点，因此，这一领域亟待建立新的设计分析理论以保障安全服役。
此前，仲量联行负责建筑技术研究的 Henry D ’ esposito 认为，独栋住宅是测试 3D 打印建筑耐久性很好的方式，因为它们体积小、高度低且设计构造相似。
Henry D ’ esposito 认为这项技术不适用于商业地产，" 我们不知道这些建筑在未来几十年的表现如何，也不知道它们的长期价值能保持多少。如果你正在考虑投资相关项目，应当充分认识到这些潜在风险。"
毕竟，世界上已经存在很多保存 60 年以上的钢筋混凝土建筑，但还没有一座建成 60 年以上的 3D 打印建筑。