來源:中國網
中國網9月14日訊 機器人3D列印混凝土建造技術是清華大學建築學院科研成果之一，已認證評估，并進入産業化推廣階段，該項技術已在多個實際項目中實驗性應用。目前，河北下花園武家莊農戶住宅已認證3D列印建成，該農宅功能合理、形象美觀、結構堅固、生态節能。
該項技術由徐衛國教授跨學科團隊自主研發，它基于數字建築設計方法及機器人自控系統、将3D列印技術與特種混凝土材料技術相結合，是一種創新型房屋智能建造技術，這一技術的優勢在于省人力、高效率、造價低、高品質，并且在實作傳統房屋造型設計建造的同時，還能實作各種優美的不規則曲面形體的建造。
武家莊農宅106平方米，采用了當地傳統的窯洞形式，它是一個“3大、2小、5開間”住宅，3大間分别為起房間和卧室，上屋頂為筒拱結構；2小間分别為廚房和廁所。
該農宅的列印施工，使用了3套機器臂3D列印混凝土移動平台，分别放置在3大開間中央，直接進行基礎及牆體的原位列印，同時在建築室外的機器臂軌道兩側，現場預制列印了所有筒拱屋頂，并用吊機将筒拱屋頂裝配到列印的牆體上面。建築的外牆采用了編織紋理作為裝飾，它與結構牆體一體化列印而成，牆體中央灌注保溫材料，形成裝飾、結構、保溫一體化的外牆體系。
農宅采用全數字化工作流的方式進行設計，其建築方案以參數化數字設計的方法生成，并在設計初期就考慮結構的合理性及列印施工的可行性；建築的形體設計及結構計算、水暖電設計及列印路徑規劃、室内全裝配化裝修設計等，均在同一個三維數字模型上完成，這確定了設計全過程中資訊傳遞的連貫性，以及各專業間資訊交換的有效協同性。
建築結構安全是3D列印這一新的建造方法的重要内容，在這一項目中，結構工程師采用了Midas軟體對三維形體模型進行整體計算和分析，首先根據節材的要求，将拱形屋頂及牆體設計成帶truss的空心牆，結合3D列印裝置前端材料出口的尺寸，分别對拱和牆等構件的truss排布進行深入分析與比較，進而确定構件的最終尺寸；接着将确定的構件實際尺寸回報到整體模型上，對其進行構件内力分析；最後進行施工吊裝分析，确定合理的施工吊裝方案。結構的設計過程與建築形體模組化能夠緊密配合，是因為參數化數字模型為實作建築與結構專業之間的數字資訊交流提供了流暢的途徑。此外，為確定結構的可靠性，分别對重要構件如牆、拱頂、平屋頂分别進行了構件破壞試驗，并對該農宅整體結構進行了縮尺的振動台試驗，進而驗證了該3D列印混凝土建築項目的安全性。
“機器臂3D列印混凝土移動平台”的組成包括可移動機械臂及3D列印裝置、軌道及可移動可升降平台、拖挂平台等。在3D列印裝置中，機械臂及列印前端被安置在升降平台上、并可在該平台上移動，而列印材料、上料攪拌泵送一體機則安置在拖挂平台上。該列印平台隻需2人在移動平台上操作按鈕，即可完成整棟房屋的列印建造，充分內建并簡化了混凝土3D列印的工藝，最大可能減少了列印建造過程中所需的人力投入。
實施鄉村建設行動，提升鄉村建設水準，推動鄉村振興，事關社會經濟發展大局，事關鄉村居民切身利益；持續改善農村人居環境，提升農房現代化水準，提高農房品質，需要明确具體的建造方法和途徑，機器人3D列印混凝土建造技術的推廣使用，或将成為具體的措施和有效的方法。
該農宅項目的團隊成員包括徐衛國、高遠、孫晨炜、崔方、張志齡、韓冬、何雨婷、林志鵬、左傑、梅玥、吳文劍、黃舒弈、毛宇軒等。清華大學建築設計研究院有限公司王昊、清華大學土水學院土木系馮鵬（顧問）和張道博負責結構設計。無錫荷清數字建築科技有限公司負責該項目的建造。