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使用機(jī)器人3D打印混凝土建造技術(shù)

發(fā)布時(shí)間：2022-07-27 14:12:16瀏覽：7060點(diǎn)贊：

導(dǎo)讀：在中國(guó)的建筑領(lǐng)域

，有一支科研團(tuán)隊(duì)，正在不斷刷新人們對(duì)建筑3D打印的認(rèn)知

。他們就是來自清華大學(xué)建筑學(xué)院的徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)

。

2021年9月11日

，徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)使用機(jī)器人3D打印混凝土建造技術(shù)，為河北下花園武家莊農(nóng)戶打印了幾座住宅

。農(nóng)宅功能合理

、形象美觀、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固

、生態(tài)節(jié)能

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，也想打印幾套

。

▲清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)3D打印的農(nóng)戶住宅

01、河北武家莊農(nóng)宅

武家莊農(nóng)宅106平方米

，其形態(tài)采用了當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的窯洞形式

，它是一個(gè)3大2小5開間住宅，3大間分別為起居室及臥室

、其上屋頂為筒拱結(jié)構(gòu)

，2小間分別為廚房及廁所。

▲清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)3D打印的農(nóng)戶住宅

該項(xiàng)技術(shù)由徐衛(wèi)國(guó)教授跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)

，它基于數(shù)字建筑設(shè)計(jì)方法及機(jī)器人自控系統(tǒng)

、將3D打印技術(shù)與特種混凝土材料技術(shù)相結(jié)合，是一種創(chuàng)新型房屋智能建造技術(shù)

，這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于省人力

、高效率、造價(jià)低

、高質(zhì)量

，并且在可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的房屋造型設(shè)計(jì)建造的同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)各種優(yōu)美的不規(guī)則曲面形體的建造

。

▲農(nóng)宅西立面

▲農(nóng)宅西南視角照片

▲農(nóng)宅鳥瞰

、機(jī)器人建筑3D打印技術(shù)

▲移動(dòng)打印平臺(tái)施工現(xiàn)場(chǎng)

▲拱頂預(yù)制打印現(xiàn)場(chǎng)

▲打印編織紋理墻

農(nóng)宅的設(shè)計(jì)采用全數(shù)字化工作流的方式進(jìn)行，建筑方案以參數(shù)化數(shù)字設(shè)計(jì)的方法生成

，并在設(shè)計(jì)初期就考慮結(jié)構(gòu)的合理性及打印施工的可行性

；建筑的形體設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)計(jì)算、水暖電設(shè)計(jì)及打印路徑規(guī)劃

、室內(nèi)全裝配化裝修設(shè)計(jì)等均在同一個(gè)三維數(shù)字模型上完成

，確保了設(shè)計(jì)全過程信息傳遞的連貫性，以及各個(gè)專業(yè)之間信息交換的有效協(xié)同性

。

▲結(jié)構(gòu)計(jì)算

此外

，為確保結(jié)構(gòu)的可靠性，分別對(duì)重要構(gòu)件如墻

、拱頂

、平屋頂分別進(jìn)行了構(gòu)件破壞試驗(yàn)，并對(duì)該農(nóng)宅整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了縮尺的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

，從而驗(yàn)證了該3D打印混凝土建筑項(xiàng)目的安全性

。

▲3D打印混凝土墻體的結(jié)構(gòu)破壞試驗(yàn)

“機(jī)器臂3D打印混凝土移動(dòng)平臺(tái)”的組成包括可移動(dòng)機(jī)械臂及3D打印設(shè)備、軌道及可移動(dòng)可升降平臺(tái)

、拖掛平臺(tái)等

。3D打印設(shè)備中

，機(jī)械臂及打印前端被安置在升降平臺(tái)上

、并可在該平臺(tái)上移動(dòng)

，而打印材料、上料攪拌泵送一體機(jī)則安置在拖掛平臺(tái)上

。該打印平臺(tái)只需2人在移動(dòng)平臺(tái)上操作按鈕

，即可完成整棟房屋的打印建造，它充分集成并簡(jiǎn)化了混凝土3D打印的工藝

，最大可能地減少了打印建造過程中的人力投入

。

▲西南角細(xì)節(jié)

▲室內(nèi)-客廳

▲室內(nèi)-臥室

▲農(nóng)宅及南院

▲院墻細(xì)節(jié)

▲打印過程

▲平面圖

03、徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)其他項(xiàng)目

1）上海智慧灣3D打印混凝土步行橋

該步行橋全長(zhǎng)26.3米

，寬度3.6米

，橋梁結(jié)構(gòu)借取了中國(guó)古代趙州橋的結(jié)構(gòu)方式，采用單拱結(jié)構(gòu)承受荷載

，拱腳間距14.4米

。在該橋梁進(jìn)入實(shí)際打印施工之前，進(jìn)行了1:4縮尺實(shí)材橋梁破壞試驗(yàn)

，其強(qiáng)度可滿足站滿行人的荷載要求

。

2）3D打印圖書屋

2021年3，位于上海市寶山區(qū)智慧灣科創(chuàng)園內(nèi)的3D打印圖書屋正式建成

，并對(duì)外亮相

。南極熊之前也報(bào)道過這間采用混凝土3D打印的圖書屋，建成后的面積不到30平米

，可容納15人

。

從遠(yuǎn)處看，3D打印的圖書屋像一個(gè)堡壘

，圖書屋的外墻表面有比較明顯的紋路和花紋圖案

。從頂部看像一個(gè)貝殼或者反寫的逗號(hào)。

3D打印的圖書屋內(nèi)部是一個(gè)拱形空間

，墻壁為白色

，有一排圓弧形的座位，可以供人坐下

。

圖書屋頂部有一個(gè)透光的穹頂

，頂部安裝了自動(dòng)的天窗，按下門口開關(guān)按鈕

，天窗可以打開通風(fēng)

。除此之外，屋內(nèi)還安裝了地暖

，冬天可以實(shí)現(xiàn)供暖

。

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