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建筑“黑科技”: 3D打印房屋 不用暖氣照樣暖和 還能降房價?

在科技不斷改善人類生活的今天,建筑領域也要提高科技含量,來迎接未來的社會變革。建筑“黑科技”,不僅可以讓大眾住得更舒適、更便捷、更環保,還能降低建筑成本,以至于可能會降低房價。

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《中國經濟周刊》 記者 周琦︱北京報道

(本文刊發于《中國經濟周刊》2020年第1期)

在科技不斷改善人類生活的今天,建筑領域也要提高科技含量,來迎接未來的社會變革。建筑“黑科技”,不僅可以讓大眾住得更舒適、更便捷、更環保,還能降低建筑成本,以至于可能會降低房價。

業內人士表示,中國3D打印建筑水平已與世界同步,但建筑3D打印從技術突破到應用推廣,還有一些難題尚未解決,而“被動房”則被業內認為或是未來的發展方向。

3D打印建筑:顛覆傳統建筑業

2019年11月,中建二局華南公司廣東建設基地在3天內多了一座7.2米高的二層小樓。這座小樓看起來其貌不揚,但卻吸引了世界各地建筑業人士的目光。

該座二層小樓是世界首例原位3D打印雙層示范建筑。其實,3D打印建筑此前就已實現,但大都是通過3D打印技術打印出各個模塊,還需要進行現場拼裝。而中建二局這次“打印”的,是一棟不用拼裝、在現場直接將主體打印成形的建筑,也是一棟首次運用這項技術并成功完成的雙層建筑。

中國建筑技術中心材料工程研究所所長助理霍亮介紹,其實3D打印建筑的基本原理與常見的打印機一樣,要有打印機體、噴頭、油墨、紙張:建筑四周搭建的金屬框架就像是“打印機”的機體;噴吐混凝土的“打印頭”就是一般打印機的噴頭,“打印頭”通過一圈一圈連續噴吐寬5厘米、厚2.5厘米的打印材料,經過層層堆積建造墻面;不過,這個“打印頭”噴出的“油墨”是需要特別配制的混凝土,而且要一次完成,不能間斷;施工前在地下預埋的鋼筋籠,就相當于“打印紙”,隨著墻體不斷升高,還需要按照圖紙加裝鋼筋,使“紙張”實現動態延伸。

聽起來很簡單,但實際上要解決的技術難題,可一點兒不簡單。

“3D打印需要將混凝土材料一層一層覆蓋,在這個過程中,如果下層混凝土凝結慢,強度不夠,就無法支撐上層材料的重量,有可能導致墻面變形甚至垮塌;如果凝結得太快,每一層材料與上層材料的有效黏合又難以實現。”霍亮說。

當然,技術上的難點解決后,3D打印建筑的優勢就逐漸凸顯出來。

據記者了解,3D打印建筑好處主要有三個方面。

一是省時間,“快”字當頭。3D打印建造技術具有數字化、智能化、機械自動化程度高等特點,可以大大縮短施工工期。

二是省人工。3D技術打印房屋全部使用機械自動化操作。以中建二局的二層樓房為例,主體打印部分僅需3天,配合5到6名工人就可以完全建造好。人工成本是建筑行業最高昂的成本之一,3D打印建造技術至少能節省一大半的人工成本。

三是省材料。3D打印房屋成套設備使用的都是市場常規使用的原材料,打印材料使用的都是傳統鋼筋混凝土,但和傳統施工方式相比,可節約材料60%,同時可減少建造過程中的工藝損耗和能源消耗。

也就是說,3D打印建筑可大大節省建筑單位的時間和成本,或許在未來,還可能在一定程度上影響到房價。

據中國建筑技術中心材料所所長張濤介紹,從傳統工藝特點來說,曲面造型設計的建筑不論是現場澆注成型還是工廠預制構件,模具工程及其成本高,且不宜實現。“建筑3D打印技術在曲面建筑和穹頂式建筑建造上具有明顯優勢,同時為設計師自由創作提供了可能。”他說。

國務院國資委也公開表示,世界首例原位3D打印雙層示范建筑的誕生,意味著中國3D打印建筑水平與世界同步,中國建筑行業在某些應用方面已經超越國外同行。建筑3D打印技術的應用,將會顛覆整個傳統建筑業。

不過,從目前來看,建筑3D打印從技術突破到應用推廣,還有一些難題尚未解決。但可以預見的是,由于建筑3D打印技術的不斷發展,整個建筑行業的設計、施工思路與方法必將隨之變化。

被動房:不用空調暖氣 依然四季如春

3D打印建筑還在探索階段,但建筑的“黑科技”顯然不止于此,“被動房”就是已經實現的新技術,且被業內普遍認為是未來的發展方向。

其實,要區別“普通房”和“被動房”很簡單。以北方的冬天為例,“普通房”要保持室內舒適的溫度,基本上要靠暖氣和空調來取暖,而“被動房”則可以在沒有暖氣、空調等供暖設施的情況下,依然保持室內四季如春,實現“四恒一防”,即恒溫、恒濕、恒靜、恒凈、防霾。

按照德國被動房研究院的說法,被動房就是可以獨立地從建筑的功能結構中獲得能量的房子,居住者在房子里可以獲得舒適的室內溫度和高質量的室內空氣。

公開資料顯示,在歐洲,被動房正以每年8%的速度遞增。而歐盟最新規定,到2020年,歐盟27個國家將全部采用被動房標準建設。

北京市建筑設計研究院副總設計師吳凡介紹,被動房的核心技術包括隔熱、保溫系統,被動式的門窗設計,規避冷熱橋設計,優良的氣密性設計,新風系統和高效的能源系統,可再生能源系統的應用等。

我國第一幢獲得德國權威機構認證的被動房建筑項目,是位于上海世博園的“漢堡之家”。這棟高約18米的紅磚建筑可以實現室內25℃的恒溫,同時可實現建筑能源供應的自給自足和零廢氣排放。其每平方米每年的采暖能耗為15千瓦時,僅為普通建筑的5%。

p51-“漢堡之家”是上海乃至中國境內首棟獲得認證的“被動房”。

“漢堡之家”是上海乃至中國境內首棟獲得認證的“被動房”。

此外,在部分地區,被動房項目也在小范圍內展開。以國內某被動房項目為例,其墻體采用石墨聚苯板,相當于為建筑穿上厚厚的“棉衣”;無冷熱橋構造方面,用隔熱墊片阻隔構件熱傳導,防止室內能量流失;通過密閉的建筑外圍護結構,加上在保溫層內外設置隔氣膜和透氣膜,防止空氣滲透以降低能耗;通過熱回收新風系統,同時滿足室內新風和采暖制冷需求。

雖然被動房擁有諸多優點,但在全國范圍內大規模推廣,還存在一定的難點。

清華大學建筑環境檢測中心主任、北京市室內空氣質量重點實驗室主任張寅平教授分析,目前被動房項目有很多虎頭蛇尾的原因,是此前建筑賺不賺錢不取決于科技,而是取決于拿地,地拿好了就賺錢,房企沒有時間來搞科研。

“房地產商真想在中國把這個事做好,我個人感覺,某種程度上得向華為學習。而且行業需要合作,高校也特別有責任持續推動這件事。” 張寅平表示。

一位國內排名前三的地產公司人士對《中國經濟周刊》記者說,國內大規模開展被動房建設的開發商不多,主要原因并非開發商不愿意去推動新技術,而是在于成本問題。“被動房不僅單位面積內的建筑成本增加,房屋的使用面積也會減少,公攤系數會提高,很多購房者并不感冒。”該人士表示。

該人士還說,若綜合計算未來30年的空調、暖氣、電力等能源成本,被動房的價格其實和普通住宅差不多,但要讓市場接受被動房,還需要一定的時間。

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p52-建筑3D 打印從技術突破到應用推廣,還有一些難題尚未解決。

建筑3D打印從技術突破到應用推廣,還有一些難題尚未解決。


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2020年第1期《中國經濟周刊》封面

(編輯:李慧敏 )
(發布編輯:何穎曦)
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