装配式建筑在骨料生产线中的应用及3D打印技术的展望

原标题： 装配式建筑在骨料生产线中的应用及3D打印技术的展望

作   者： 李原 晶品集料

2013年1月1日，国务院办公厅以2013年1号文的形式转发了发改委、住建部《绿色建筑行动方案》（国办发2013-1号)文件，重点要求充分认识开展绿色建筑行动的重要意义，并将“推动建筑工业化”被列为十大重要任务之一。

在骨料行业朝气蓬勃发展的今天，我们要在建设骨料生产线项目的过程中以实际行动支持并贯彻“保护环境和节约资源”的基本国策，推行绿色建筑，建设绿色矿山。装配式建筑在此过程中就是一个很好的参与者。

为充分贯彻国家“节约资源、保护环境”的基本国策，并适应现阶段骨料行业各类业主对产品的不同需求，我院从研发、设计环节对传统骨料生产线中工程量大，施工工期较长的各类钢结构工程进行了装配式结构体系的研发，对皮带支架、桁架、各类单流程车间等结构图进行了标准化设计。这些装配式结构体系有效降低了施工繁琐程度，同时标准化的设计也将整个厂区的设计周期大幅缩短。此类装配式结构可重复利用、轻易重建。产品所有构件均可进行标准化、工厂化生产，质量稳定，运至工地现场后进行组装成型后即可直接进行设备、非标的安装，大大缩短了施工工期。

在实际工程中只要将整个装配式结构的相应各个尺寸的构件在工厂加工完成并运输至施工现场后，施工作业就变得像搭积木一样简单。将相应构件按照预定设计安装在设计位置，通过一定的逻辑连接将他们固定就可完成整个建筑的搭建。在施工现场不需要太多的建筑设备及原材料，省去了大量的现场加工环节，可大大改善传统施工现场环境脏乱差的现象。

不仅仅生产环节可以使用装配式钢结构，厂内的综合用房，门卫室，磅房等辅助建筑也可采用装配式钢结构房屋进行施工。钢结构房屋重量轻、强度高。由于采用钢材作承重结构，用新型建筑材料作围护结构，一般用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅的二分之一左右。

并且装配式钢结构房屋还拥有以下优点。

1、节能：由于外挂板为两面混凝土中间夹50厚挤塑板，使其保温性能较传统建筑的外墙外保温或外墙内保温性能更好。同时也解决了传统建筑因为做了外保温而带来的外墙面装修脱落现象。

2、环保：由于采用工厂化生产使得施工现场的建筑垃圾大量减少，因而更环保。

3、节省模板：由于叠合板做楼板底模、外挂板作剪力墙的一侧模板，因此节省了大量的模板。

4、缩短工期降低成本：由于大量的墙板及预制叠合板都在工厂生产，从而大大降低了现场施工强度，省去了砌筑和抹灰工序，大大缩短了整体工期，且综合成本较混凝土房屋更低。

说了装配式建筑，就不得不说3D打印技术对传统建筑模式形成的挑战。

和传统的建筑方式相比，3D打印技术减少了多道工序：锻造、铸造、热处理、粗加工、现场放样、支模等。更能缩短原型设计验证时间，减少装配零件数量，真正实现了一体设计，一体成型。消除了传统加工限制，提高了设计自由度，降低了制造、设备、材料、人工、库存成本。

3D打印技术能实现直接从三维CAD数字模型成形完全致密的功能金属零件的快速制造，甚至一些机械设备零部件、复杂的非标易损件等小批量组件的制造及修复，实现厂内自产自用，这是3D打印神奇的地方。而这项技术并非遥不可及。在军用领域，我国的航母舰载机歼-15的开发就有3D打印技术的功劳；国内某驱逐舰内部设有3D打印方仓，可快速修复特定类型的受损部件。在民用领域，3D打印的独栋别墅，多层住宅房屋的例子已屡见不鲜；3D打印的义牙、义肢、心脏等也已经开始临床应用。可以想象，在不久的将来，随着3D打印技术的高速发展，它将在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域掀起一场改革风暴。

但目前3D打印技术还面临着诸多难题，大多来自于技术本身发展水平的限制，其中有如下几个最突的问题：

1、工艺问题：3D快速成型的基础是分层叠加原理，然而，用什么材料进行分层叠加，以及如何进行分层叠加却有很大的分歧。因此，除了常见的分层叠加成形法之外，现在正在研究、开发一些新的分层叠加成形法，以便进一步改善制件成品性能，并提高成形精度和成形效率。

2、材料问题：快速成型材料性能要满足：①有利于快速精确的加工出成型；②用于快速成型系统直接制造功能件的材料要接近零件最终用途对强度、刚度、耐潮、热稳定性等要求；③有利于快速制模的后续处理。发展全新的3D快速成型材料，特别是复合材料，例如纳米材料、非均质材料等仍是努力的方向。

3、精度问题：目前，3D快速成形件的精度一般处于±0.1 mm的水平。快速成型技术的基本原理决定了该工艺难于达到与传统机械加工所具有的表面质量和精度指标，把快速成型的基本成形思想与传统机械加工方法集成，优势互补，是改善快速成型精度的重要方法之一。

4、软件问题：目前，3D快速成型系统使用的分层切片都是用一系列三角网格来近似表示CAD模型的数据文件的。而这种数据表示方法存在不少缺陷，如三角网格会出现一些空隙而造成数据丢失，还有由于平面分层所造成的台阶效应，也降低了零件表面质量和成形精度，目前，应着力开发新的模型切片方法，如基于特征的模型直接切片法、曲面分层法，即直接对CAD模型进行切片处理，得到模型的各个截面轮廓，或利用反求工程得到的逐层切片数据直接驱动快速成型系统，从而减少三角面近似产生的误差，提高成形精度和速度。

5、能源问题：当前3D快速成型技术所采用的能源有光能、热能、化学能、机械能等。在能源密度、能源控制的精细性、成型加工质量等方面均需进一步提高。

综上所述，3D打印技术在广泛应用之前还有很长的路要走，3D打印技术本身标准及规范的制定，应用领域相关规范的制定等，都需要时间的证明及市场的认可才能走进千家万户，才得以应用在各类生产及生活中去。现在3D打印技术取代装配式建筑在江湖中的地位还为时过早，但科技日新月异，更有大数据的辅助进行快速成型技术的创新及研究。可以想象，在不久的将来，3D打印建筑将取代传统方式建造的房屋，成为建筑行业的新的发展方向。