仁人家园利用3D打印更快地建造更实惠的经济适用房

• 在亚利桑那州的坦佩市，仁人家园（Habitat for Humanity）已经制作出了第一个3D打印房屋的样板。
• 这项技术不仅能够加快建造速度，同时还能降低劳动力成本和材料浪费。
• 该项目的创新技术也可以吸引潜在的志愿者和投资者。

美国亚利桑那州的坦佩市已经连续数日达到了43.3摄氏度，在这前所未有的高温天气中，仁人家园的建筑用3D打印机在嘎吱嘎吱的响声中，吐出一层又一层的砂浆，成功地建造出了该非营利组织的第一座3D打印住房：单户三居室结构，占用空间为11.3 x 21.3 x 7.6米，使用面积为160平方米。

该项目将帮助人们确定使用3D打印经济适用房的可行性。仁人家园亚利桑那州中心分部的总裁兼首席执行官Jason Barlow说道，“我们希望通过我们的工作来积累这方面的知识。有一天，这种方法可能成为业界的通行做法：安放一台打印机便可以打印出你自己的住房。”

热浪使得任何类型的建筑工作都面临着恶劣的气候条件，并给COBOD BOD2 3D建筑打印机的工作带来了额外的挑战。Peri USA的应用工程师和项目负责人Samuel Hager介绍说：砂浆混合和打印速度都需要完全合适的气候条件，该公司提供了BOD2打印机、打印材料、打印文件和专业知识。如果团队动作太快或者砂浆太稀，墙体就会塌陷。如果速度太慢，那么层与层之间就难以正常粘结。（温度低于冰点时，打印机也很难泵出混合物。）

图片中显示的是COBOD BOD2建筑用3D打印机正在打印一栋三层楼的公寓楼。Peri/3D建筑公司供图。

这些是Peri USA的3D打印墙，该公司为仁人家园的首个3D打印住房提供了打印机、材料、文件和其他专业知识。Peri/3D建筑公司供图。

3D打印的墙壁可以在打印时进行平滑处理，也可以保留原来打印层的形状。Peri/3D建筑公司供图。

尽管面临了种种挑战，打印工作也已于2021年6月中旬完成，以便仁人家园的志愿者和未来的房主能够完成后续工作：建造传统屋顶、铺设地板、装门、装橱柜以及油漆等。尽管在打印时可以对墙面进行光滑处理，但仁人家园还是把内外墙都保留为打印时形成的波浪形状。

为建造经济适用房展开创新

Barlow说：“仁人家园所做的一切都是为那些有需求的客户提供体面且能负担得起的住房。特别是随着该地区的市场发展，我们一直在寻找建造住房的创新方法，以便把住房建造得更好。”

他考虑过压制土坯的施工方法，也考虑过来自回收瓶的聚合物，以及大麻砌块。大约在24个月前，3D Construction的负责人Clarence McAllister向Barlow提出了使用Peri的增材制造工艺的建议。

那时，仁人家园已经拿到一块地皮和一份城市批准的常规建造房屋的计划。它与Candelaria Design Associates配合，对计划进行了调整，以便能够使用打印技术。Candelaria专门从事定制房屋的业务，但单位负责人Mark Candelaria也是仁人家园董事会的成员，他无偿捐赠了公司的专业知识。

一套非常规的常规住宅

得益于捐赠的材料、专业知识、对BOD2打印机的使用以及土地，仁人家园的项目可以成为一个房建的样板，并为大家提供了一次学习的机会。

Candelaria与Peri合作，将现有的欧特克AutoCAD文件放到欧特克Fusion 360中，去除BIM（建筑信息模型）数据，从而创建一个为打印机在打印墙壁时引领路径的文件，并采用Peri提供的技术对墙壁进行最终的外观处理。Candelaria的团队主管兼项目经理Damon Wake提示大家：“打印工作完成后，这座房子你可就搬不走了。”

这时有一个障碍需要跨越，那就是3D打印建筑规范：《国际建筑规范》（IBC）。这一法规目前还没有对这类建筑进行规范。Wake接着说：“所以想创建一个能够通过这一《规范》的结构并不容易。我们已经多次在Zoom平台上跟坦佩市的官员进行了沟通。”

例如，打印机打印出的墙体是一对平行墙，每片墙体的厚度为5厘米，平行墙之间有一个缝隙（墙腔）。但按规定Candelaria不得使用这种墙壁支撑屋顶，因此便在墙腔中增加了钢筋混凝土支柱来支撑胶合梁。监管机构的结构工程师还要求对水平方向的连接处进行加固。

根据这一经验，Wake认为，对于非承重墙，可以使用传统的框架和干板墙，这样不仅速度快，而且造价低。他还指出，内墙的不规则墙面给墙柜的安装带来了很大的困难。

Wake说道，“我们做的工作不仅仅是加快3D打印机的速度，而是要加快每个人的速度。我们需要把这项技术的优点和缺点都弄清楚，才能让它成为对建筑业有用的技术。”

这是仁人家园用3D打印机制作的第一个住房的内部渲染图。Candelaria Design Associates供图。

这是仁人家园用3D打印机制作的第一个住房的另外一张内部渲染图。Candelaria Design Associates供图。

3D打印住房的成本效益分析

3D打印建筑的支持者表示，这种技术在降低劳动力成本和减少材料浪费的同时，还能加快建造速度，其潜力不可低估。此外，混凝土的质量可以提高结构的能效，能够更好地抵御地震和恶劣天气的侵袭。木材价格的飞涨和熟练技工的短缺使得3D打印看起来更有吸引力。

据美国有线电视新闻网  (CNN) 报道，SQ4D声称，最近他们售出的纽约Riverhead的住房要比传统建房便宜50%，建造速度也要快10倍。名字为Mighty Buildings的公司出售预打印的住房和带有印制面板的模块化房屋，并声称这种制作方式减少了95%的浪费。Palari集团计划在Rancho Mirage与Mighty Buildings合作，在加利福尼亚州兰乔米拉奇市建立一个15座住房的社区。据Palari估计，该项目的施工时间将缩短50%。

名字为新故事的建筑商是一家为贫困社区建造福利住房的公司，2019年该公司在德克萨斯州首府奥斯汀建造了一个示范项目住房，计算之后发现，使用该技术每座住房可节省2500美元（折合人民币大约16000元）。

3D打印经济适用房：未来的发展方向？

在施工完成之前，仁人家园还无法完全估算出工程的费用。即使能够估算得出，由于这种建筑方法的新颖性，也很难将其与传统建筑进行比较。

3D Construction的McAllister介绍说：“大家现在看到的所有这些项目仅仅是样板，我们是否有竞争力目前还不知道。”

Peri公司的Hager预测，与那些在工地进行施工的标准建筑相比，仁人家园的项目将有竞争优势，未来的项目将会更便宜。他说：“降低成本的空间还很大，而且我们现在就能肯定的是，我们不需要那么多的劳动力。如果各项条件到位，运输并安装打印机只需要一天的时间。不知道大家相不相信，不出两周，我们就可以收拾工具，打包回家了。”

建造一座普通住房通常需要25到30名志愿者几周的时间才能完成，但Hager指出，BOD2打印机只需要两个人：一个人在电脑上调整打印速度，另外一个人在泵机旁检查材料的质量。所以，仁人家园根本不用把25个人安排在一座房子上，Hager说：“他们所需要带来的是：两名员工、一台泵机和一台打印机，而且可以在同样的时间内或更短的时间内完成同样的工作量。”

仁人家园的Barlow说道：“如果我们能够显著降低建造成本和时间，这一技术可能会改变人们对经济适用房和任何其他住房的需求。当我们一次就可以打印出四五座或五六座两层高的联排别墅时，我们就更加能够在经济上承担得起这种建筑方法。”

Wake透露，该项目已经引起了公众的极大兴奋和关注，因为它是一个新方法。他又说道：“从设计师的角度看，要使其有效……要确保这是一个更好的选择，还有很长的路要走。你在做什么事情的时候，你想确保的是，你做的这件事并不是因为它是新颖的，而是因为它所创建的结果是你无法从另一种建筑技术中获得的。”

该项目还有另外一个宝贵的地方：该机构一直在寻找更多的赞助商和志愿者，Barlow希望这将会吸引原来对仁人家园关注不多的技术行业的人士。

“这是一个了不起的实验基地，”他兴奋地说。“它可能开启了一扇创新的大门。”