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机器人3D打印建造窑洞形式混凝土农宅,只需2人操作按钮即可完成整栋房屋的打印建造!

2021-09-29



日前,河北下花园武家庄一农户
通过3D打印建成了住宅

机器人3D打印混凝土建造技术

是清华大学建筑学院科研成果之一

已通过评估进入产业化推广阶段

该项技术已在多个实际项目中实验性应用

上述农宅就是之一




  01. 

混凝土打印的农宅


由徐卫国教授跨学科团队自主研发

基于数字建筑设计方法

及机器人自控系统

3D打印技术特种混凝土材料技术相结合

是一种创新型房屋智能建造技术



这一技术的优势在于

省人力、高效率、造价低、高质量

并且在可实现传统的房屋造型设计建造的同时

还可实现各种不规则曲面形体的建造



武家庄农宅106平方米

其形态采用了当地传统的窑洞形式

它是一个3大2小5开间住宅

3大间分别为起居室及卧室

其上屋顶为筒拱结构

2小间分别为厨房及厕所



该农宅的打印施工

使用了3套机器臂3D打印混凝土移动平台

分别放置在3大开间中央

直接进行了基础及墙体的原位打印


▲移动打印平台施工现场


同时在建筑室外的机器臂轨道两侧

现场预制打印了所有筒拱屋顶

并用吊机将筒拱屋顶

装配到打印的墙体上面


▲拱顶预制打印现场


建筑的外墙采用了编织纹理作为装饰

它与结构墙体一体化打印而成

墙体中央灌注保温材料

形成装饰、结构、保温一体化的外墙体系


▲打印编织纹理墙面


农宅的设计采用

全数字化工作流的方式进行

建筑方案以参数化数字设计的方法生成

并在设计初期就考虑结构的合理性

及打印施工的可行性


▲结构计算 ©清华大学建筑学院徐卫国教授团队


建筑结构安全是3D打印

这一新的建造方法的重要内容

结构工程师在这一项目中

采用了Midas软件对三维形体模型

直接进行整体计算和分析

▲打印过程

▲3D打印混凝土墙体的结构破坏试验


此外,为确保结构的可靠性

分别对重要构件如墙、拱顶、平屋顶

分别进行了构件破坏试验

以确保建筑项目的安全性



该打印平台只需2人

在移动平台上操作按钮

即可完成整栋房屋的打印建造



持续改善农村人居环境

提升农房现代化水平,提高农房品质

需要明确具体的建造方法和途径

机器人3D打印混凝土建造技术的推广

使用将成为具体的措施和有效的方法



  02. 

其他混凝土打印的应用


混凝土3D打印目前主要用以三个建筑领域
第一个是土木工程和建筑。例如迪拜的一个项目,其中涉及高大的路柱,带有历经精心设计的楼梯以及马德里的人行天桥,是采用3D打印设计的八段式安装,然后将其作为预制件安装起来。
第二个是城市空间,包括人造珊瑚礁,花槽和迪拜抛光表面的长凳,还有一个公交车站,这些都可以依赖3D打印制造出“自由形状”。
第三个是历史和文化遗产保护。比如我国的3D打印石窟。



全球最大的3D打印建筑

迪拜政府大楼 / ApisCor 



迪拜市政府用楼将在建成之后
成为世界上最大的3D打印建筑
其高达9.5米,项目面积为640平方米
此项目由总部设在美国的ApisCor公司
来主持设计建造
而其结构也是在现场用3D打印技术直接建起的


Apis Cor是建筑工程行业中
第一家开发3D打印专用设备的公司
为迪拜市政府用楼建造
完成了一座两层的行政大楼中的3D打印墙体结构
这创新的3D打印机使建筑结构可以直接现场建造
无需任何额外的组装工作
此项目面积延展640多平方米


而这庞大的建筑
占地已经
超过了Apis Cor的3D打印机
静止状态下的最大打印面积


可移动的3D打印装置通过
起重机在场地进行移动定位
以此覆盖整个建造区域
事实上,3D打印整个建筑的墙体结构
只需要3个工人和配套的机器装置



此建筑项目的地基是传统的建筑结构
墙壁是3D打印建造的
加固的方法是
用钢筋和普通混凝土
来人工填充由3D打印的柱子模板




在这个项目中
使用的3D打印材料是
由ApisCor开发并在当地生产的
一种基于石膏制成的混合物

▲ 建成照片


PERI在德国建造了第一座

3D打印的住宅建筑




PERI建造了德国第一座3D打印的居民楼

该房屋由两层独立式房屋组成

每层楼的居住空间约为80平方米并

使用3D建筑打印机进行建造



为了建造它
PERI使用了BOD2 3D打印机
该打印机可以沿着其框架
从建筑物内的任何位置移动
并且只需要校准一次


建筑物由三层皮肤的空腔墙组成
里面填充了绝缘化合物
在打印过程中,打印机会考虑到
以后要铺设的水、电等管道和连接


BOD2已通过认证
可以在进行打印的同时在打印区域内进行工作
这意味着可以轻松地将
手动工作(例如安装空管道和连接)
集成到打印过程中


 
在迪拜,用3D打印技术
建造办公室


Killa Design 事务所
日前在迪拜构思开发了
世界上第一个功能齐全、可永久使用的
3D打印办公室
“未来办公室”


建筑物的整个结构
使用添加剂混凝土“打印”技术
使用20英尺高、120英尺长
和40英尺宽的3D打印机制造
该打印机通过一条全自动机械臂
来实现整个打印过程



全套制造流程总共持续了17天
另有2天用于构件的现场安装
后勤设施安装、室内装修、景观规划的
后续工作大约花费了3个月的时间


从这项创新式建造技术的成果能够看出
建造相同大小的房子
3D打印技术不但比传统建造方式
削减了一半以上的人力成本
同时还能将施工现场
工业垃圾的产生量降至最低
有助于减少项目的对环境的影响




 最大的混凝土3D打印步行桥 
上海-清华大学建筑学院
中南置地数字建筑研究中心

我国3D混凝土打印建造技术
进入世界先进水平
世界上最大的混凝土3D打印的人行天桥
由清华大学建筑学院- Zoina土地联合研究中心建成
中国的3D打印混凝土及施工技术
已达到世界先进水平



3D打印混凝土技术

实现了混凝土的充分利用

降低了水泥用量,降低了建筑垃圾的产生

符合当今绿色发展的主题

但仍需要不断地对材料的选择、配制、外加剂的使用

等方面进行深入的研究,以此完善其性能的要求

更需要不断地对轮廓工艺进行完善

以实现精细施工和表面细致化的要求

使打印向精细化产品发展


End

本微信图文资料来自材料在线,版权归原作者,仅供参考学习!

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