3D打印技术及其在装配式建筑中的应用研究

3D打印技术及其在装配式建筑中的应用研究

金斌斌

杭州钱江新城市政园林建设有限公司 浙江杭州 310000

摘要：随着科学技术的不断发展，我国的3D打印技术有了很大进展取得了长足进步，并在装配式建筑工程中得到了广泛的应用。3D打印以因无需其无模板、高度自动化和智能化等优点为特点，而备受重视。本文首先分析了3D打印技术，其次探讨了装配式施工概念，最并研究了后就3D打印技术在装配式建筑中的应用进行研究，为BIM和3D打印技术在实际建筑实际工程项目中的灵活应用提供了参考。

关键词：BIM技术；3D打印技术；围护挡板

引言

建筑行业是中我国经济的支柱产业。然而，但随着国内人口红利消失，该行业的其低科技、高人力成本、低安全性低和大、环境污染大等问题弊端逐渐凸显。如何实现建筑业高质量、可持续的发展已经成为了目前亟待迫切需要解决的问题。随着科技的发展和进步，BIM技术和与3D打印技术开始被应用于到建筑业。中这，两种技术两者的结合不仅象征着建筑行业向朝着数字化和、信息化的转变，且相较于传统建筑业而言，具有降低成本、缩短建设周期短、提高质量等优点。因此，本文将探讨就建筑工程中BIM与+3D打印融合技术的应用进行探讨。

1 3D打印技术

3D打印技术，也称为增材制造（AM），是一种通过计算机控制的材料逐层叠加材料来创建三维形状的制造方法。该3D打印技术最早于1980年代开发，但由于技术难度和高昂的成本限制了其，应用范围有限。然而但是随着技术的不断进步和价格的下降，3D打印技术才逐渐在广泛应用于建筑、机械等各个领域得到广泛应用。例如，比如在建筑领域，3D打印技术可用于直接制造建筑构件，从而实现高度个性化的设计和复杂结构的实现。

2装配式施工

建筑领域的装配式施工在建筑领域被定义为理念是先在工厂加工构件（如，比如柱子、梁、墙等），然后再将其运输到现场进行拼装的过程。除了单个的构件加工外，当然，也可以对整个建筑进行预制。这种装配式施工被认为是建筑领域工业化的一个重要标志，同时还包括机械化、自动化和机器人的应用使用等。近年来，预制装配式施工作为一种新兴模式逐渐引起世界可以取代现场施工的新模式，近年来受到了各国的广泛关注。由于装配式建筑的其建造速度快、，而且生产成本较低的优势，装配式建筑的推广范围迅速扩大在世界各地推广开来。装配式施工的该模式的核心理念在于是工厂生产，然后现场直接进行安装。装配式施工具有以下的特点和优势：（1）大量的建筑部品在由车间生产加工完成，构件种类包括:外墙板、内墙板、叠合板、阳台、空调板、楼梯、预制梁、预制柱等；（2）比起传统的现浇作业方式，现场大量的装配作业数量，比原始现浇作业大大减少；（3）采用建筑和、装修一体化的设计和、施工，理想情况状态下是装修可以和随主体施工同步进行；（4）设计的标准化设计和信息化管理的使用带来诸多优势信息化，构件越标准化，生产效率越高，相应的构件成本就会减少下降，配合工厂的数字化管理，整个装配式建筑的性价比会不断提越来越高；（5）符合绿色建筑标准的要求；（6）节能环保。根据现有项目的实际测试，装配式建筑具有较大的节约资源的优势。本文拟通过3D打印技术，在工厂进行构件打印后，对农村地区的基础设施建设项目进行现场装配式施工，以此来实现资源能源的优化和节约，促进可持续建设理念的发展。

3 3D打印技术在装配式建筑中的应用

3.1建筑设计阶段

3D打印技术在非标准化构建中的设计和生产加工中具有显著的优势，使装配式建筑设计能够突破现有的制造水平和建筑标准。特别是3D打印技术与BIM、增强现实、激光技术和热成像技术的有机结合，极大地提高了建筑设计的可视化、智能化和信息化水平，进而提高了建筑设计的效率。此外，在装配式建筑的规划和设计阶段，建筑模型是非常重要的辅助工具。3D打印技术可用于制作高质量的建筑模型，帮助建筑师和客户更直观地了解建筑设计和布局。

3D打印技术在非标准化构建中设计和生产加工具有显著的优势，让装配式建筑设计突破了现有的制水平和建筑水准。特别是3D打印技术与BIM、增强现实、激光技术、热成像技术的有机结合，极大提高了建筑设计的可视化、智能化、信息化程度，提高了建筑设计的效率。另外，在装配式建筑的规划和设计阶段，建筑模型是非常重要的辅助工具。3D打印技术可以用于制作高质量的建筑模型，帮助建筑师和客户更直观地了解建筑设计和布局。

3.2 3D打印混凝土复杂形态构件构造设计

在传统混凝土施工建造模式下，建筑构件的设计和建造受到诸多限制。其中，主要问题包括最为主要的是：受制于支模浇筑工艺的技术难度以及和钢筋混凝土材料的结构性能。，复杂形态的构件由于在支模时难以准确于定位，导致整个施工过程变得异常十分复杂。然而，一旦在引入BIM-3D打印混凝土技术后，就能根据不同建筑构件的结构功能和打印建造特点来进行优化的不同。，结合3D打印混凝土的材料特性

及和以机械臂平台为运动基础的轮廓打印工艺，我们可以将打印模型转换成STL文件格式，就可以并直接输入到控制模块机器中进行内打印。完成这种方法能够，且在打印建造的时候能够以过程中实现高精确度，大大简化施工流程实现。

3.3 BIM+3D打印流程

首先根据设计图纸，使用采用Autodesk Rrevit建模软件建立三维模型。然后，导出FBX格式文件，导入至Autodesk 3d Mmax中进行二次处理。接着，然后将模型再转换为生成STL文件。使用，由3D打印机数据处理系统（例如CURA）进行识别并调整模型的大小与精度，并规划打印路径。在整个过程中，BIM模型中的任何信息的变化都会同步更新到在3D打印数据处理系统与之对应的信息也会发生改变，而这些变化也会直接显示在并能在BIM技术管理系统中直接显示，可达到实现及时修改与监控的效果。完成在打印路径规划完成后，生成相应的打印代码，并驱动3D打印设备控制系统进行打印。3D打印设备控制该系统包括控制模块、泵送装置、机械臂控和、喷嘴等。，打印材料通过进入泵送装置输入后，根据打印代码指令，机械臂控制控运运行带动路径，喷嘴控制材料输出，将逐层叠加打印BIM模型进行逐层叠加打印，最终形成预制围护挡板实体。

在控制系统运行的整个过程中，打印数据能同步反馈至BIM数据显示系统中，以便对构件打印过程中的状态和、数据进行实时分析。这样可以，实现对构件生产的安全、质量和与成本的动态化、可视化管理。打印完成后，需要对产品厚度、质量、尺寸和、强度等方面进行检查，特别是尤其对于透气孔的孔径和、内侧透气孔伸出长度需要进行实行全面检查全检制度。

3.4 3DP-PC模式适用情景分析

第一类是易地搬迁的房建类项目。这种项目多以低层建筑为主，所以现在的3D打印技术已经完全能够满足施工要求，同时，农村易地搬迁项目范围广。第二类是蓄水池等蓄水供水类项目。第三类是厕所改造项目。这类项目都是有固定的规格和尺寸，使用3D打印技术完成每个单元的打印，直接运输到居民家中，非常适合使用这种模式。第四类是沼气池等能源类项目。随着环境日益恶化，农村地区能源的使用也开始受到各方的关注。能源类项目多以异性结构，使之适合使用3D打印技术。随着人工费越来越高，以及3D打印设备和打印材料价格的下行，在未来，3D打印技术与装配式等技术结合能够起到非常好的作用。尤其是农村地区劳动力不足、专业人才缺乏、现场施工组织困难等，使得3DP-PC建造模式能够适用更多的农村基础设施项目。

3.5建筑的维护和节能改造阶段

在建筑的维护方面，装配式建筑相对于传统建筑，可以更加方便快捷地对于一些损坏的建筑构件进行替换和修补。在借助三维扫描技术对装配式建筑进行实扫描之后，使用3D打印技术还原出精确的模型，为装配式建筑的修复工作提供参考和依据。另外在建筑的节能改造方面，3D打印技术可以制造出轻质、高强度的节能环保建筑材料和建筑构件，通过更换部分构件或外墙材料，提高建筑的隔热性能和保温性能，从而实现节能效果。

结语

随着自动化互联网和信息化的不断发展，涌现出一批新型的技术和模式。以3D打印技术为例，作为一门新的技术或者是不成熟的技术，在未来应该主要侧重以下几个方面：一是以资源节约和环境保护为前提；二是以实际应用为目的，切实解决人类需求；三是以工业化生产为核心，实现产业化；四是通过本研究可发现，3D打印技术必须通过大型的建设项目来推动，真正的让他为建设领域服务，仅仅是小型的、示范性的项目还不足以体现其优越性。

参考文献

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[3]郭景，王晖，郭志坚，等.BIM与3D打印技术在建筑装饰工程中的应用[J].施工技术，2018，47（02）：120-122.