点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:让3D打印建造走出实验室
首页> 科技频道> 科技人物 > 正文

让3D打印建造走出实验室

来源:人民日报2024-01-10 09:18

  上图:位于武家庄村的3D打印农宅。受访者供图下图:徐卫国在讲解3D打印混凝土技术。黄尹思摄

  人物名片

  徐卫国:1961年生,江苏南通人,清华大学建筑学院教授、清华大学深圳国际研究生院未来人居研究院常务副院长。1986年留清华大学任教后,他一直从事建筑设计及建筑理论研究。2003年以来,他通过教学、工程、策展、出版等方式,持续推动数字设计及数字建造研究。曾获中国建筑学会建筑设计奖·建筑教育奖、世界建筑新闻奖“最佳技术运用奖”金奖、世界建筑节杰出设计奖等。

  橙色的机械臂,如人的手臂般灵活移动,前端的3D打印系统正在“打印”建筑……在清华大学深圳国际研究生院未来人居研究院一楼的实验室里,清华大学建筑学院教授徐卫国正在指导学生进行3D打印操作。“我们研发的打印新工艺,将应用到更多智能建造中。”徐卫国说。

  2000多公里外,在河北张家口市下花园区武家庄村,有一座很特别的农宅。这座建筑,正是徐卫国与团队采用3D打印混凝土技术建造完成的。

  如何用3D打印技术建房子?智能建造如何从实验室走进人们的生活,前景如何?徐卫国向记者娓娓道来……

  从墙体到屋顶,完全采用3D打印混凝土技术建造,并依靠机械臂完成施工

  武家庄村村民赵秀娟家的墙上,有一张与徐卫国的合影。照片背景里的老房子,已被这座3D打印建筑取代:编织纹理装饰的外墙、圆拱形的屋顶、镂空的围墙……新居与村中其他农宅很不一样。

  更不同的是建筑过程。从基础、墙体到屋顶,农宅的建造完全采用3D打印混凝土技术建造,并依靠机械臂完成施工。用赵秀娟的话来说,3套打印设备“就像挤牙膏一样”,“打印”出混凝土材料,一层层向上累加,房屋的基础、墙体等部分便渐渐呈现在人们眼前。屋顶则在单独打印完成后,用吊机安装到墙体上。

  “简单来说,智能建造指的是用机器人或者智能系统替代人进行房屋建造。”徐卫国说,机器人3D打印混凝土技术的优势在于效率高、质量高等,还可以建造出各种优美的不规则曲面形体。

  如何让3D打印建筑更好地满足人们的需求?这几年,徐卫国没少往武家庄村跑,他指导的好几篇研究生的论文,也是围绕武家庄村的3D打印建造展开的。

  “我们的很多成果是在工地上取得的。有一年冬天,我到农村调研,发现有的村民家中窗户透风,保暖性有待提升。”徐卫国说,在设计武家庄村的农宅时,团队结合3D打印的特点,对墙体构造进行了创新性设计,形成“结构—装饰—保温一体化墙体”,让房屋变得冬暖夏凉。

  “只有在实际操作中反复验证,写出的程序、开发出来的技术才能更好地应用于实践,3D打印建筑工艺才能得以不断完善。”徐卫国说。

  武家庄村的农宅,并非徐卫国团队完成的第一个3D打印建筑。在一个又一个“工地”上,3D打印建筑成果落地生根——

  上海宝山区智慧湾,一座形似飘带的3D打印混凝土步行桥引人注目。两台打印系统共用450个小时打印完成全部混凝土构件。

  广东深圳宝安3D打印公园,蜿蜒的道路和自然起伏的地形融合,如清泉流淌于溪谷间。3D打印混凝土技术在建造特殊曲面造型时的优势,在该公园中得以充分体现。

  拱桥、公园、书屋、民宅……徐卫国的作品,从实验室走到了人们身边。他说,希望自己的科研成果能够助力行业升级,改善人们的生活,“科学研究就应该为社会服务”。

  深耕20多年,数字建筑设计逐渐变为现实

  这些年,徐卫国团队的3D打印建筑作品不断涌现。成果背后,是他20多年来在数字建筑设计领域的深耕。

  2003年,徐卫国在国外一场名为“非标准建筑”的展览上第一次接触到数字建筑设计。如何运用数字技术在电脑里生成建筑形态?这些设计能否被实际建造出来?徐卫国开始了在数字建筑设计领域的探索。

  “数字技术与建筑设计的结合形成了数字建筑设计,主要是通过算法、程序来生成设计方案。”徐卫国说。

  以深圳宝安3D打印公园为例,团队通过算法模拟人群活动,在人流密集区域布置主要景观,再利用奇异吸引子算法生成公园总平面的雏形。随后,对公园总体规划进行设计建模,完成3D模型。在建立模型的基础上,进行打印路径规划,并将代码传输给机械臂。“通过算法,数字建筑设计能够更大程度地满足人们的需求。”徐卫国说。

  近年来,徐卫国意识到数字设计是智能建造的前提和基础,开始重点研发以3D打印为主的智能建造技术。从一场展览的启发,到一个个建筑的落成,20多年时间里,徐卫国关于数字建筑设计、智能建造等的设想逐渐变为现实。

  “实际上,一路走来很不容易。”徐卫国说,自己也遇到过一些质疑的声音,比如,新的设计方法是否可行,能建多大的房子,性价比高不高,等等。“但坚持做下去,总会有新收获。”2020年,住房城乡建设部等部门关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见印发,提出加大智能建造在工程建设各环节的应用。徐卫国深耕多年的技术有了更多用武之地。

  是否庆幸于自己的探索与坚持?“如果没有及早意识到数字建筑设计、智能建造的广阔前景,没有早去做研究,那就是我们的失职。”徐卫国说,“科学研究就是要有前瞻性,要看到未来的需求,不断探索、求新。”

  激发学生想象力,探索未来建筑的各种可能性

  如何在火星上建房子?

  采访时,徐卫国刚刚为学生们上完一节建筑设计专题课。这门课上,学生们要围绕“火星居留地”进行设计。

  “在火星上,人轻轻一跳,就比在地球上跳得高很多——火星上的建筑,与地球上的建筑也完全不同。”徐卫国说,他想激发学生们的想象力,探索未来建筑的各种可能性。

  他讲授的建筑设计专题是一门讨论课,学生在课下完成准备工作,上课时展示自己的成果,老师进行点评、提出建议。

  “刚才这节课上,我们讨论了各个小组的建筑设计任务书。我们要自己设定‘火星居留地’上的人物和背景,在此基础上进行建筑设计。”刚上完课的学生李洪君兴奋地说。

  听上去有些科幻,但这其实与建筑设计息息相关。“人物之间的联系,其实是建筑空间关系的一个参照,会转换成空间之间的关系。”徐卫国说,课程中的每一项任务,都对应着实际的建筑设计过程。

  徐卫国关注建筑的未来,也关注学生的成长。1983年本科毕业后,徐卫国读研期间就开始担任课程助教,距今已有40年。在他看来,启发、引导、交流,是教师工作的重点之一。“现在获取知识的渠道越来越多,找到答案并非难事。如何启发学生找到新知识、新方向,是最重要的。”他说。

  “徐老师很尊重学生的意见”“徐老师的创新意识令人佩服”……徐卫国指导的研究生们,在创新的氛围中不断成长,他们围绕未来城市及支撑技术、数字建筑与智能建造、技术人文等领域开展研究。

  他们把目光投向未来。

  记者手记

  始于兴趣 源自责任

  采访结束后,徐卫国匆匆赶往机场,去外地进行授课。年过60岁的他依然奔波在各地的教学和“工地”现场,探索智能建造前沿,创新的热情不减。

  创新,始于兴趣。回忆刚刚开始研究数字建筑设计的情形,徐卫国说,新兴事物,总是让人心潮澎湃。当时虽然研究条件有限,但干劲十足,制定年度工作计划,一下子能写好几页。

  创新,也源自责任。在徐卫国看来,随着智能建造的发展,建筑工人的体力负担将不断减轻,建筑将更加符合人们的需求,人居环境将更加舒适。心怀这样的目标,也激励着他矢志创新,不断推动技术进步。(吴 月)

[ 责编:肖春芳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 我国成功发射千帆极轨13组卫星

  • “科学”号开启第15次西太平洋科学考察任务

独家策划

推荐阅读
近年来,场景已成热词,一些企业甚至认为:“缺场景比缺资金还紧迫。我国有14亿多人口,庞大的人口基数孕育了巨大的消费市场和多样化需求,为新技术新产品提供了广阔而丰富的应用场景。
2026-07-03 09:50
夏日炎炎,海南三亚崖州湾,田间的南繁季已结束,而“数据田”里的育种仍在进行。走进海南大学南繁学院,基因组与大数据育种实验室里,不见培养皿与种苗圃,映入眼帘的是运转不息的机房。
2026-07-03 09:28
本次特检坞修历时25天,团队逐项攻坚100余项检修改造项目,同步完成全套船舶资质证书更新换发,完成燃油舱扩容升级,新增149立方米舱容,续航力由1.5万海里增加至1.8万海里,船舶自持力由60天提升至70天。
2026-07-03 09:21
北京经济技术开发区相关负责人表示,这座工厂把汽车、3C领域的精密制造经验“移植”到机器人身上,不仅让批量生产更稳、成本更低,还让每台机器人品质如一。作为世界机器人大会永久举办地,未来,北京亦庄将锚定“世界机器人看亦庄”的目标,在制造、数据、场景、安全治理上全面发力。
2026-07-03 09:20
据了解,2026年以来,我国搭载组合驾驶辅助功能的乘用车新车市场渗透率达到70%,其中,配备领航驾驶辅助功能(NOA)的车型渗透率超过30%。《智能网联汽车组合驾驶辅助系统安全要求》立足我国产业发展和行业监管需求,兼顾技术可行性、产品兼容性与落地实操性。
2026-07-03 09:20
生成式人工智能正以前所未有的力量重塑全球高等教育。面对这把“双刃剑”,如何在教育赋能与风险防控之间找到平衡,探索适应人工智能时代的高校治理路径,是全球高校共同面对的时代命题。全球高校对生成式人工智能的治理逐渐超越单纯的技术风险防控,迈向关于价值、规则与能力的系统性重构。
2026-07-02 09:20
今后钢铁厂、水泥厂、数据中心等用电大户,不能再随心所欲地使用煤电了,必须消费一定比例的可再生能源。长期以来,我国可再生能源产业发展重心锚定发电侧扩张,风电、光伏装机规模连年攀升,绿色能源供给能力实现跨越式增长。
2026-07-02 09:44
截至目前,全国配发832套流动科技馆,巡展7956站,服务公众2.57亿人次;科普大篷车累计配发1880辆,下沉乡镇及偏远地区,开展活动49.6万次,服务基层公众达4.07亿人次,行驶里程6188.5万公里,相当于绕地球1547圈。
2026-07-02 09:19
国家能源局日前发布《中国供电发展报告2026》,其中显示,我国已建成全球规模最大的电力供应体系,居民用户和小微企业告别了“花钱办电”的历史,人民群众用电获得感明显增强。
2026-07-02 09:40
农机装备是观察我国农业现代化水平的窗口,映射着农业新质生产力在田间地头的蓬勃脉动。用新技术、新场景锻造新农具,推进农机装备全程全面升级,一定能让更多农民挑上“金扁担”。
2026-07-02 09:22
随着SpaceX上市,太空算力再度成为全球科技竞争新焦点。据报道,中国已推动12颗计算卫星实现在轨运行,它们是于2025年5月14日发射升空的全球首个太空计算卫星星座。抓住机遇、乘势而上,中国完全有底气在这场太空算力竞赛中,跑出自己的加速度。
2026-07-01 09:38
电动汽车还与人工智能、新型电力电子技术加速融合,推动车辆从传统交通工具向智能能源终端转变。面对旺盛市场需求,中国电动汽车凭借完整产业链、智能化优势及快速交付能力,正改写全球汽车市场格局,成为稳定全球供应链的关键力量。
2026-07-01 09:33
中国世赛焊接团队全力对标产业升级需求,将比赛成果转化为实际应用,积极探索技能人才成长成才的实践路径。依托10余年的积淀与科学化的集训机制,中国焊接世赛团队终于迎来突破时刻,先后斩获第41届世赛银牌、第42届世赛优胜奖,并在第43届赛事中勇夺该项目的首金。
2026-07-01 09:29
短短几年,林场里农家乐和民宿如雨后春笋般涌现,如今增加到40多家,形成了一条远近闻名的“溪水农家院一条街”。每天午后,我都会沿着林场整洁的步道溜达溜达,一路景色宜人,一路自在惬意。
2026-07-01 09:26
国家税务总局30日发布最新数据显示,今年1至5月份,我国具身智能产业发展向好,呈现多方面亮点。目前,全国近九成具身智能产业企业集中在广东、北京、上海、浙江、江苏,其余少量分布在辽宁、山东、陕西、安徽等10个省市。
2026-07-01 09:24
在6月27日举行的首届西部商业航天大会现场,陕西西安高新区管委会主任陈辉端着一台银灰色的火箭发动机模型走向发布台。“我们要实现星箭总体环节的突破,大力引进培育卫星总体、火箭总体企业,支持卫星智能制造工厂和商业火箭总装线建设。
2026-06-30 10:01
近日,“共和国勋章”获得者、我国著名水稻专家袁隆平相关话题上了热搜。袁隆平带领我国科研工作者,通过雄性不育遗传工具,攻克了利用杂种优势的世界性难题,创建了系统化、原创性的杂交水稻育种体系,开辟出利用水稻杂种优势的新道路,有力保障了国家粮食安全。
2026-06-30 10:01
国家能源局29日发布数据显示,今年1至5月,全国累计完成电力市场交易电量30573亿千瓦时,同比增长24.8%。1至5月,从交易范围看,省内交易电量24361亿千瓦时,同比增长28.5%;跨省跨区交易电量6212亿千瓦时,同比增长12.2%。
2026-06-30 10:01
教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。在资源配置方面,需要强化规划衔接、政策协同,推动教育、科技、产业等多部门资源在人才培养这一共同目标下统筹配置。
2026-06-30 10:00
今年入夏以来,雷电、暴雨、大风等强对流天气轮番登场,其瞬间释放的破坏力令人心生畏惧。若身处人流密集区域,同行人不牵手,应立即进入安装有防雷装置的建筑物、金属车身的汽车等安全区域。
2026-06-30 10:00
加载更多