论3D打印技术在建筑设计领域的应用与发展

胡世明

黑龙江省工程咨询评审中心 黑龙江 哈尔滨 150008

智能化经济时代，如何让建筑设计与施工更加智能，3D打印技术为建筑设计提供了更多的可能性。本文介绍了3D打印技术及其发展现状，综合分析了其应用于建筑行业的可行性及其相在建筑行业发展趋势。3D打印技术与建筑行业相融合，必将给建筑行业带来巨大的变革，促进建筑行业的发展。

3D打印技术属于一种增材制造技术，在建筑领域应用主要是以无机胶凝材料如混凝土、干混砂浆等与水或胶黏剂混合为可塑性状态，然后通过水化反应硬化，形成不同形状坚固可靠的建筑实体或模型[1]。

1 3D打印技术在建筑设计中的应用

1.1 在建筑设计中的应用

建筑施工设计会对建筑项目的规划、实施、验收及维修等工作产生重要影响，所以建筑施工的相关人员要对建筑施工设计更加重视，实现创新性建筑设计的目标。3D 打印技术在建筑设计方面的应用不但能够反映各类人群对于建筑设计的需求，还能够切实地表现出建筑的自身价值。除此以外，从整体的角度来说，能够达到很好的经济效益。并且，3D技术在建筑的施工设计过程中，还能够对建筑进行特殊的设计，方便工程计价，获得预算，使得人们得到直观的感受，能够进行对应的辅助工作，解决其中存在的问题，确保建筑施工质量的安全[2]。

1.2 在建筑施工中的应用

3D打印技术在建筑的施工阶段应用，可很好的控制施工误差，提高施工效率，可通过控制系统控制3D建筑打印设备按照不同的切片方案进行打印，打印精确度可控制到mm级别，在建筑打印过程中可以随时终止，再次打印时，3D打印系统可实现精确定位之前打印位置。这与传统的建筑施工工序有很大的区别。比如：在钢筋的布置方式，可选择边打印边布置，也可打印过程中预留孔洞，打印后布置钢筋或钢筋笼，再进行浇筑，最终满足建筑标准要求。

2 3D打印技术在建筑设计中的未来发展趋势

2.1 在建筑设计方面

传统的建筑设计需要考虑的因素较多，尤其会受到施工技术的限制，许多建筑设计理念会由技术限制很难实现。传统建筑设计以图纸设计为主，但3D打印技术能够进行三维模型设计，将传统图纸与地理信息、建筑扫描等电子数据进行结合，并以实物形式展现出来，可通过实景建模形式，展现真实三维场景。前期设计模型可经过分割、单体化和比例缩放等步骤制作成等比例三维模型，再利用3D打印技术便可将模型1:1打印出来。3D打印可以灵活处理模型，直接在文件上进行编辑修改，就可实现调整，同时，也可方便实现多色彩打印，甚至可以给模型增加透明、金属等不同元素[3]。

2.2 在建筑材料方面

目前，3D 打印技术已经应用于陶瓷、黏土等建筑材料的施工中，这也是与传统的建筑材料形式是不同的，并且，在3D打印技术未来的发展过程中，也会在以纤维材料、化学材料及复合材料等为核心的特别的建筑材料中应用，对建筑的剩余建材进行分解及重建，实现材料的循环使用，提高建筑材料的利用率，减少生产成本。除此以外，3D打印技术使用的材料的物理性能要比传统材料更加优质。例如混凝土在3D打印技术的使用下，其原材料会有很大改变，在混凝土中可以加特配的水泥、树脂等，使其符合3D打印的要求[4]。

2.3 在工程造价方面

传统工程造价主要依据与设计图纸来计算工程量，在依据市场价格、相关定额标准进行计价取费，综合后得出工程的预算价格，也就是工程成本。而设计的调整、变更等，对计价工作有很大影响，一个小的设计调整，都会导致计价工作很大的工作量。而采用三维建模后，可在施工前期充分对建筑施工各阶段进行分析，调整、计价也都非常方便，并可分析对比不同施工技术、施工流程对造价的影响。目前，由于我国3D打印技术发展还处于起步阶段，结合3D打印的工程计价成本要比传统计价成本高很多。随着3D打印技术在未来的发展，与之相关的数字建模、设计及材料学等方面技术的进步，3D打印技术成本也会随之降低。当3D 打印的设备慢慢普及后，施工企业只需购买并对其定期进行维护保养、及时的更新程序，就能够使成本大大减少，提高企业的经济效益。

2.4 在功能技术方面

今后，3D打印技术的发展将会趋向于多元化、多样化，也就是说3D技术的应用不再只是某一部分的行业，而是能够应用在各个行业中，3D打印的设备也会独立进行设计、施工等过程，为建筑设计提供了更多的设计空间。3D打印的设备也会更加智能化，大大提高制作水平及效率，能够在不同复杂施工环境中应用[5]。

3 结束语

总而言之，3D打印技术对于现代化的建筑设计来说是未来建筑领域的一大发展方向，它能够有效促进建筑施工设计更加趋向于智能化，提高建筑施工的工作效率和施工质量，减少建材垃圾材料，使得建筑施工变得更加节材环保，大大降低施工的难度，确保工作人员的安全。

[1] 岑立,杨建琛,元斐斌,等.3D打印技术对建筑行业发展的影响[J].科技创新导报,2015,12(12):37.

[2] 宋尚霖,赵千,汪林兵.3D打印建筑技术的发展及其材料结构——智能一体化展望[J].中外建筑,2015,(9):110-112.

[3] 丁烈云,徐捷,覃亚伟.建筑3D打印数字建造技术研究应用综述[J].土木工程与管理学报,2015,(3):1-10.

[4] 苏有文,李超飞,杨婷惠,等.3D打印混凝土技术的建筑工程应用研究[J].建筑技术,2017,40(1):98-100.

[5] 徐步光,李丹荣,宁锐剑.3D打印技术在建筑领域的应用及对工业发展的革命性影响[J].中国医疗器械信息,2015,(8):13-18.