探秘世界首个智能3D打印DFAB房屋的制造背后

管理咨询公司麦肯锡公司曾经发布了一份报告,指出3D打印是“建设数字化未来”的重点技术发展领域。报告还指出五维建筑信息模型、物联网以及机器人等技术将与3D打印技术结合起来共同推动建筑工业的转型。

而苏黎世联邦理工学院正在推动麦肯锡的预测变为现实,其智能3D打印DFAB 房屋现已正式开放。

block 3D打印

与数字化建筑

DFAB 房屋是苏黎世联邦理工学院研究人员和工业合作伙伴之间的合作项目,作为3D打印架构的真正壮举,该建筑采用了一系列尖端技术构建,包括增材制造,机器人和数字规划。

DFAB房屋位于NEST的最高平台上,这是一个模块化的创新建筑。目前这座智能家居将迎来来自Empa和Eawag-in的第一批居民 – 这是一批在这里居住约两个月的学术客人。

3D科学谷了解到DFAB 房屋最引人注目的特色之一是其复杂的天花板,采用3D打印技术与浇筑结合制作而成。

通过voxeljet-维捷的大型砂型3D打印工业级设备来生产模板 ,然后浇筑混凝土以形成天花板,其重量仅为相同尺寸传统天花板的一半。

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通过计算设计实现了重量减轻,这使得工程师能够在保持结构完整性的同时降低天花板厚度

DFAB 房屋还集成了一个弯曲的混凝土墙,由建筑机器人和复杂结构的木框架(也由机器人现场完成运作)组装而成。为了完善智能家居,还包括一些超高科技功能,如语音指示百叶窗,多级防盗系统和智能家电。所有这些功能都是由digitalSTROM领导的合作伙伴联盟完成的。

根据ETH建筑与数字制造教授Matthias Kohler,数字制造技术用于建筑的潜力是巨大的,不幸的是,这些技术在建筑工地上仍然很少被使用。通过DFAB 房屋项目,ETH能够与行业一起测试新技术,从而加速从研究到实践的转化。

通过汇集ETH苏黎世联邦理工学院和众多行业合作伙伴的专家智慧,DFAB 房屋展示了如何以真正革命性的方式应用新的数字技术来实现真实世界的应用。至关重要的是,建造房屋所采用的技术不仅使建筑过程更有效,而且更具可持续性。例如,数字设计的功能,例如天花板和地板,在减轻重量的同时仍然满足力学等建筑学性能的要求。

该房屋还拥有多项节能功能,包括屋顶上的光伏模块,其供应量约为装置所需能量的1.5倍,以及智能控制系统,可协调所有能源消耗以确保无负载峰值。此外还包括了几个实验性项目,例如通过热交换器将来自淋浴的热废水转化为热量的系统,以及其他节能系统。

根据Empa首席执行官Gian-Luca Bona,从数字到建筑的路径已经挑战了来自工业界的科学家和专家。DFAB 房屋展示了现在可以将真正有远见的想法付诸实践, 希望数字化建筑能够在将来广泛用于建筑行业。

block 3D科学谷

Reveiew

2016年,世界首个3D打印办公楼在迪拜落成,办公楼不仅拥有极具设计感和独特的弧形外观,在功能上也是水、电、通讯和空调一应俱全。根据3D科学谷的市场观察,3D打印建筑并不是停留在概念阶段,而是走进了我们的现实生活中。

DFAB

不管是迪拜的办公楼还是ETH的DFAB 房屋,3D打印的价值体现在哪里呢?

3D打印在建造房屋、桥梁等大型项目领域的潜力到底是什么?其实答案并不神秘,根据3D科学谷的市场观察,3D打印技术自由造型的技术特点打开了其在建筑领域应用的神奇之旅,那就是实现传统制造技术难以实现的从力学到声学,再到美学的结合

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图:2019年1月12日,目前世界最大规模3D打印混凝土步行桥在上海智慧湾科创园落成。该工程由清华大学(建筑学院)-中南置地数字建筑研究中心徐卫国教授团队设计研发、并与上海智慧湾投资管理有限公司共同建造。

3D打印技术还可以为建筑物外墙添加更多的隔热材料,或者为楼梯间添加更多增强材料;使用3D打印技术建造房屋,还可以在打印建筑物结构时直接将水管、电路等管线直接预留出来,使得建造过程更加智能化

五维建筑信息模型(5D BIM)的概念是在3D建筑信息模型基础上,融入“时间进度信息”与“成本造价信息”,形成由3D模型+ 1D进度+ 1D造价的五维建筑信息模型。也就是说5D BIM集成了工程量信息、工程进度信息、工程造价信息,不仅能统计工程量,还能将建筑构件的3D模型与施工进度的各种工作(WBS)相链接,动态地模拟施工变化过程,实施进度控制和成本造价的实时监控。

可以说,3D打印与5D BIM的概念有着天然的结合点

根据麦肯锡的报告,自修复混凝土、气凝胶和纳米材料等新型建筑材料的使用,以及3D打印预组装模块等创新的施工方法可以有效降低建筑的制造成本,加快施工速度,同时提高建筑质量和建造过程中的安全性。

所以,我们有理由相信3D打印+五维建筑信息模型+物联网+机器人技术将推动建筑工业转型,并且期待更智能的建筑依托这些新的技术来到我们身边。

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