【干貨】3D打印技術(shù)在規(guī)劃建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用初探

中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院•城鎮(zhèn)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院的城市規(guī)劃師王帥撰寫的《3D打印技術(shù)在規(guī)劃建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用初探》一文被中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)收錄,，并有幸在中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)上宣讀。本文是南極熊小編通過(guò)在大會(huì)上演講的演講詞以及PPT整理而成,，全文呈現(xiàn)給大家,。

南極熊科普：中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)是我國(guó)城市規(guī)劃領(lǐng)域規(guī)模最大,、水平最高的學(xué)術(shù)盛會(huì),，每年舉辦一次，被譽(yù)為“規(guī)劃師的節(jié)日”,。2015年9月19日至21日,，中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)于貴陽(yáng)召開，會(huì)議主題為“新常態(tài)：傳承與變革”,。

對(duì)于《3D打印技術(shù)在規(guī)劃建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用》,，當(dāng)然只是“初探”，因?yàn)楝F(xiàn)在的3D打印技術(shù)可以說(shuō)是仍處在初步發(fā)展的時(shí)期,，今天的研究也只是起到拋磚引玉的作用,，希望日后能與大家進(jìn)行深入的研究和探討。

從題目中可以看的出,，作者研究的是兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合,，那么為什么要將3D打印技術(shù)與規(guī)劃建筑技術(shù)進(jìn)行結(jié)合呢？也就是本次研究的背景,。

規(guī)劃建筑行業(yè)作為文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)可以稱得上是真正的智本主義,，在經(jīng)歷了快速城鎮(zhèn)化浪潮和城鎮(zhèn)建設(shè)粗放式增長(zhǎng)后,，我們迎來(lái)了工業(yè)4.0和大數(shù)據(jù)時(shí)代，這是個(gè)快速變革的時(shí)代,，轉(zhuǎn)型的方向有很多,，著眼點(diǎn)也各有不同，如多規(guī)合一,、存量規(guī)劃,、創(chuàng)新鄉(xiāng)村建設(shè)和規(guī)劃體制變革等，但有時(shí)我們也需要跳出行業(yè)看發(fā)展,，站在圈外談變革,。從未來(lái)著眼，3D打印技術(shù)也許真的會(huì)為我們帶來(lái)一場(chǎng)顛覆性的革命,，重新定義規(guī)劃建筑行業(yè),。

去年的8月21日，李克強(qiáng)總理攜副總理,、國(guó)務(wù)委員,、各部部長(zhǎng)、央企,、金融機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人等主持召開國(guó)務(wù)院專題講座,，專門討論加快發(fā)展3D打印等問(wèn)題，這表明,，3D打印技術(shù)的發(fā)展已上升至國(guó)家層面,，受到高度重視。

準(zhǔn)備從以下七個(gè)方面來(lái)探討這個(gè)話題,。既要立足于現(xiàn)實(shí)需求,，更要著眼于未來(lái)發(fā)展。

3D打印技術(shù)的學(xué)名叫快速成型技術(shù),，它的原理說(shuō)白了就是通過(guò)XYZ軸將物體堆疊出來(lái),，與傳統(tǒng)制造方式最大的不同點(diǎn)，它是增材制造,，幾乎不浪費(fèi)一點(diǎn)材料,，而傳統(tǒng)制造方式是減材制造。

比如我想做一個(gè)頭盔模型,，那么我需要一塊剛好能將頭盔容納下的立方體材料,，將多余的材料去掉，剩下的才是頭盔模型,，那么這些去掉的材料就浪費(fèi)了,。
由于3D打印是一體成型，不需要任何組裝程序,，所以也節(jié)省了時(shí)間,。同時(shí),，由于它完全是機(jī)器操作，極大地節(jié)省了人力,，精度還比人工高,、失誤率也比人工低很多。

對(duì)于企業(yè)而言,，材料,、時(shí)間、人力都是成本,，降低成本,、提高效益恰恰是一個(gè)企業(yè)永恒的話題。

立體平板印刷技術(shù)是最早誕生的3D打印的技術(shù)路線,，兩年后,，第一臺(tái)3D打印機(jī)出世，大概十年后,，相對(duì)成熟的技術(shù)體系形成,，可以看出，這項(xiàng)技術(shù)的歷史比較短,，但發(fā)展十分迅猛,，目前正處在穩(wěn)步爬升的時(shí)期。

8月4日,，美國(guó)FDA（食品藥品監(jiān)督管理局）批準(zhǔn)了首款3D打印的抗癲癇藥物SPRITAM（左乙拉西坦）速溶片,，就是圖上的這款藥物。

美國(guó)一位槍械發(fā)燒友用3D打印機(jī)打出一部槍并累計(jì)射擊二百余次,。

3D打印技術(shù)與規(guī)劃建筑技術(shù)的結(jié)合主要體現(xiàn)在兩個(gè)層面,，其中之一就是我們常接觸的實(shí)體模型。一直以來(lái)我們都是靠手工來(lái)制作模型的,，并且多數(shù)是在成品階段,。

相比之下,，3D打印模型要更加堅(jiān)固,、精細(xì)、準(zhǔn)確,、快速,、成本低，最關(guān)鍵的是方便,，再也不用往模型公司跑了,。而且這種模型打印可以貫穿項(xiàng)目的各個(gè)階段，推敲方案,、完善細(xì)節(jié),、成果展示等,，最后還可以作為紀(jì)念品送給甲方，相信甲方一定喜歡,。

3D打印模型真正的優(yōu)勢(shì)在打印復(fù)雜地形和異形建筑上,。像這種山地地形、復(fù)雜的鋼構(gòu)架建筑和曲面弧線較多的異形建筑,，手工制作費(fèi)時(shí),、費(fèi)力，還很難做到精確,，但3D打印就可以做到非常的精細(xì),、精確，這也是3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)勢(shì)之一,。

3D打印與規(guī)劃建筑相結(jié)合的另一個(gè)層面就是實(shí)用建筑打印,。大家可能會(huì)有兩個(gè)疑問(wèn)：一個(gè)是有沒有必要，另一個(gè)是到底行不行,。

千百年來(lái),，人類都是用雙手來(lái)蓋房子的，無(wú)論哪個(gè)國(guó)家,、哪個(gè)朝代都是如此,，從未變過(guò)，那為什么現(xiàn)在就要變呢,？在座的各位一定深有體會(huì),，無(wú)論你是生活在鄉(xiāng)村還是城市，房子都是一生當(dāng)中的大事,，為什么是大事,？原因之一就是貴！一個(gè)農(nóng)民蓋一座民宅幾乎會(huì)耗掉他一輩子的積蓄,，其實(shí)城市也差不多,。另一個(gè)原因是費(fèi)時(shí)還費(fèi)事，一棟民宅需要木瓦匠幾十號(hào)人干上一兩個(gè)月,，城市的期房至少要等上一兩年,。而且，受現(xiàn)有的材料,、結(jié)構(gòu)限制,，建筑的結(jié)構(gòu)、外形缺乏個(gè)性,。

然而,，這些問(wèn)題在不久的將來(lái)會(huì)被3D打印技術(shù)迎刃而解，由于是一體化成型，不受現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)和材料的限制,，建筑的空間,、結(jié)構(gòu)和形態(tài)會(huì)更加的自由，幾乎不需要施工人員,，節(jié)省了時(shí)間和人力,，成本自然就降下來(lái)了。還有一點(diǎn)就是節(jié)能環(huán)保,，因?yàn)?D打印建筑不會(huì)產(chǎn)生任何的揚(yáng)塵,，也不會(huì)產(chǎn)生任何建筑垃圾。

不僅可以打印建筑主體,，還可以打印室內(nèi)裝飾品,，如石膏吊頂、桌椅,、擺件等,。

關(guān)于打印工藝和技術(shù)路線這里就不具體展開了，我的論文里有詳細(xì)的解釋,。這里特別提一下,，年初的時(shí)候盈創(chuàng)公司3D打印了一棟5層住宅和一棟1100平方米的精裝別墅，隨后萬(wàn)科的老總王石也表示萬(wàn)科的研發(fā)中心也將要用3D打印,。

除了打印建筑以外,，還可以3D打印市政管道、園林景觀小品等設(shè)施,。

在此特別說(shuō)明一下,，目前國(guó)內(nèi)外3D打印建筑的材料多半是以現(xiàn)有建材為主、加以粘合劑等形成的混合物,。打印出的建筑是否對(duì)人身體有害,、是否堅(jiān)固、是否抗震,、是否保暖防潮等都有待檢測(cè),。同時(shí)，還要考慮地基和屋頂?shù)膯?wèn)題,。

對(duì)于現(xiàn)階段而言,，使用最多的可能還是模型打印這一塊，所以這里簡(jiǎn)單講一下打印過(guò)程和需要注意的事項(xiàng),。

在建模階段一定要要注意模型各個(gè)部分,、零件,、面的厚度和比例,，因?yàn)榇蛴∧Ｐ拖喈?dāng)于把實(shí)物等比例縮小，如果模型的面過(guò)薄或者過(guò)細(xì)，就很有可能打印不出來(lái),，這個(gè)時(shí)候就要適當(dāng)?shù)膶?duì)面進(jìn)行加厚,，對(duì)窗格、欄桿,、柱子進(jìn)行加粗處理,，保證打印出來(lái)的厚度不小于0.5毫米，真正意義上的點(diǎn),、線,、面只存在于軟件當(dāng)中，現(xiàn)實(shí)中是不存在的,，也是不可能打印出來(lái)的,，這點(diǎn)要注意。

其實(shí),，3D打印機(jī)的精度是沒有問(wèn)題的,，我們用的這臺(tái)3D打印機(jī)最小精度可以達(dá)到50微米，理論上什么模型都可以打印出來(lái),，但物體都會(huì)受到重力的作用,，太細(xì)、太薄的物體即便是打印出來(lái)了,，它自己也支撐不了自己,，會(huì)彎曲變形，甚至斷裂,，這就好比是頭發(fā)絲,，因?yàn)樘��?xì)了，所以立不住,。

同時(shí)屋頂和墻面一定要連接在一起,，保證是無(wú)縫模型。在對(duì)模型文件處理的時(shí)候,，需要加支撐,，打印結(jié)束后再將支撐去掉。

全彩打印在技術(shù)上是沒問(wèn)題的,，只不過(guò)成本會(huì)提高很多,，性價(jià)比不高，所以現(xiàn)在常用的還是單色打印,，后期可以手工上色,，也不麻煩。這個(gè)別墅打印出來(lái)是半透明的,，旁邊這張是上了乳白色漆的,，對(duì)比一下。

關(guān)于3D打印機(jī)，國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)剛起步,，比較混亂,，有點(diǎn)劣幣驅(qū)逐良幣的感覺。最終選擇了這款中科院研發(fā)的機(jī)器,，性價(jià)比非常的高�,，F(xiàn)在北大口腔醫(yī)院已經(jīng)在用這款機(jī)器打印牙齒了，還有珠寶商和電子元件廠商也在用,，也建立了長(zhǎng)期的合作關(guān)系,。

這次原本準(zhǔn)備了中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院建筑七室的五個(gè)最新的設(shè)計(jì)作品，五個(gè)項(xiàng)目方案和打印模型,，也都是方案比較特殊的,，能體現(xiàn)3D打印特點(diǎn)的。但由于時(shí)間關(guān)系,，有些項(xiàng)目正處在方案的過(guò)程階段,，沒有形成相對(duì)完整的成果和模型。有些是投標(biāo)方案,，現(xiàn)階段還在保密,，所以，今天只帶來(lái)了這個(gè)相對(duì)比較完整的方案,，呼和浩特市昭君博物院提升擴(kuò)建方案,。

這個(gè)方案的主題是和，外形上最復(fù)雜的部分是頂部的木架構(gòu),，呈網(wǎng)格狀大面積排開,，這種木構(gòu)架與建筑主體的結(jié)合也是一個(gè)復(fù)雜點(diǎn)，3D打印的效果和效率還是不錯(cuò)的,。

這兩個(gè)模型其實(shí)不大,，寬度10厘米，右面這個(gè)長(zhǎng)20厘米,，最長(zhǎng)可以打出30厘米,，我們認(rèn)為這個(gè)尺度比較合適，性價(jià)比也比較高,，如果再大的話,，速度就會(huì)降低，成本也會(huì)提高,。

對(duì)前景的展望一定是基于現(xiàn)實(shí)的,，但也一定是高于現(xiàn)實(shí)的，還是那句老話：前途是光明的,，道路是曲折的,。有人也許會(huì)提出質(zhì)疑,，說(shuō)3D打印真的能顛覆我們這個(gè)行業(yè)嗎？我現(xiàn)在不敢給予肯定的回答,，我想第一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)誕生的時(shí)候沒有幾個(gè)人看好它,，又大,、又笨,，可能連它的設(shè)計(jì)者也沒想到幾十年后會(huì)變得這么小巧、快速,、方便,、普及。下面我就通過(guò)未來(lái)的三個(gè)場(chǎng)景來(lái)加以描繪,。

前景展望場(chǎng)景一：農(nóng)民伯伯李老漢,，他要蓋房子，如果用現(xiàn)在的方法他要請(qǐng)十來(lái)個(gè)木瓦匠,，干上一個(gè)多月才能完工,，但未來(lái)就不這么麻煩了。首先,，李老漢在網(wǎng)上商城挑選了一個(gè)民宅模型,，并付款、下載下來(lái),，然后呢,，他租了一臺(tái)3D打印機(jī)，并購(gòu)買了打印材料,，最后一步,，連接打印機(jī)開始打印。無(wú)需任何人工,，一體成型,。

前景展望場(chǎng)景二：我國(guó)某地發(fā)生八級(jí)地震，各級(jí)展開搶險(xiǎn)救援,。如果是現(xiàn)在,，運(yùn)過(guò)去的一定是好多帳篷，但帳篷遮風(fēng)避雨效果很差,，而且也不防潮保暖,，又不堅(jiān)固，災(zāi)后用完了也沒法再利用,，就變成了垃圾,。災(zāi)后重建一般需要一到兩年時(shí)間，帳篷絕非最佳選擇,。未來(lái)只需運(yùn)過(guò)去幾臺(tái)3D打印機(jī),，就地取材直接打印出臨時(shí)安置房,，災(zāi)后再用特殊的降解劑分解，低成本,、高效率,、又環(huán)保。

前景展望場(chǎng)景三：小張是一名設(shè)計(jì)師,，城市規(guī)劃師,、建筑師、室內(nèi)設(shè)計(jì)師,、景觀設(shè)計(jì)師,、平面設(shè)計(jì)師等等吧，都可以,。如果是現(xiàn)在的話,，他的生活一定跟熬夜趕圖、甲方催圖,、不停地改圖這些情景密不可分,，沒時(shí)間約會(huì)，沒時(shí)間陪家人,，年紀(jì)輕輕未老先衰等等,。但作為未來(lái)的設(shè)計(jì)師小張，他的生活不是這樣子的,，他的生活是快樂(lè)的,，為什么呢？比如有個(gè)開發(fā)商想要開發(fā)個(gè)小區(qū),，他通過(guò)網(wǎng)絡(luò)商城找到設(shè)計(jì)師小張,，小張呢就做了一個(gè)小區(qū)的方案模型，然后開發(fā)商支付寶付款,，ok,！當(dāng)然，到了那個(gè)時(shí)候報(bào)規(guī),、報(bào)建也不用那么復(fù)雜了,，一個(gè)模型就ok了。然后,，開發(fā)商將這個(gè)模型連上3D打印機(jī),，一個(gè)小區(qū)就這么打印出來(lái)啦！

為了實(shí)現(xiàn)剛才設(shè)想的場(chǎng)景,，仍然有很多事情要做,。

第一點(diǎn)就是完善功能。目前的3D打印技術(shù)還沒有做到什么材料都能打,、什么效果都能打,，未來(lái)一定要逐步實(shí)現(xiàn)多材料打印,、全彩打印，突破體積限制,，真正實(shí)現(xiàn)納米級(jí)打印,，并大幅提高打印速度。現(xiàn)在3D打印模型的速度是每小時(shí)400cm3,，打印建筑的速度是每小時(shí)10m2,。建筑材料方面也需要不斷地革新，多維材料,、復(fù)合材料,、化學(xué)材料,、智能材料等特殊材料將替代以往的磚石,、水泥等，也會(huì)擁有更高的性能和質(zhì)量,。

第二點(diǎn)就是降低成本,。需要進(jìn)一步降低機(jī)器成本還有材料成本。

第三點(diǎn)就是健全體制,。如果按照現(xiàn)有的體制,，設(shè)計(jì)師小張的快樂(lè)生活肯定不會(huì)實(shí)現(xiàn)，需要一套全新的法規(guī),、標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義,、評(píng)價(jià)、規(guī)范3D打印建筑這種革命性的技術(shù)行為,。
不僅僅是在建筑領(lǐng)域,，其他方面也是一樣的，比如槍支,。我們國(guó)家是嚴(yán)格管控槍支的,，但隨著3D打印的普及，問(wèn)題就來(lái)了——我有一個(gè)槍支的模型數(shù)據(jù),，還有一臺(tái)3D打印機(jī),，那我就隨時(shí)隨地都可以打印槍支，而且金屬槍,、塑料槍都可以,，國(guó)家怎么監(jiān)管？如果被恐怖分子利用了呢,？他再打印出幾千條槍,，組建個(gè)軍隊(duì)，這麻煩事可大了,！所以,，管理體制,、監(jiān)管體制一定要隨著發(fā)展而改變。

3D打印作為一項(xiàng)革命性的技術(shù)將在模型制作,、實(shí)體建造等方面促進(jìn)規(guī)劃建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展和變革,。未來(lái)，它將以更加低廉的成本,、豐富的功能,、可靠的保障進(jìn)入我們的領(lǐng)域，使大規(guī)模個(gè)性化的建造成為可能,，并在低成本建筑和災(zāi)后臨時(shí)安置點(diǎn)的建造上有望率先獲得大規(guī)模應(yīng)用,。

對(duì)于3D打印技術(shù)這個(gè)新事物，隨著這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展成熟,，它在規(guī)劃建筑領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)更加廣闊,，在此也誠(chéng)邀對(duì)這方面感興趣或者有需求的同仁們，聯(lián)系作者,，一道進(jìn)行深入的研究和探討,！謝謝大家！

作者簡(jiǎn)介：

王帥,，1986年生,，遼寧沈陽(yáng)人，現(xiàn)今30歲,，漢族,。2012年畢業(yè)于沈陽(yáng)建筑大學(xué)城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)專業(yè)，碩士研究生學(xué)歷,，英語(yǔ)六級(jí),，中國(guó)共產(chǎn)黨員。

現(xiàn)工作于中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院•城鎮(zhèn)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,，任工種負(fù)責(zé)人一職,，主要從事城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)以及國(guó)家部委課題研究工作。目前,，參與研究的科技部“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題包括：《傳統(tǒng)村落規(guī)劃改造及功能綜合提升技術(shù)集成與示范》,、《鄉(xiāng)村社區(qū)環(huán)境優(yōu)化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究》等。

2015年,，在中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員沈震等人的協(xié)助下,，撰寫的《3D打印技術(shù)在規(guī)劃建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用初探》一文被中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)收錄。

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