建造房屋有哪些新技術

1. 3D列印，在外星球建造橋梁和房屋的新技術

3D列印

通向未來的橋梁

建築工程：建築行業採用3D列印技術來建造房屋和其他建築物。

製造業不斷地拓展3D列印技術的運用方式，特別是在快速製造原型產品和製造小批量高價值商業產品，如航空產業就是如此。但3D列印技術仍有不少局限，其中之一就是受到3D列印機自身尺寸的限制：3D列印產品需要在3D列印機內一層一層地被列印出來。現在，一些3D列印系統得到了改進，之所以這樣說，是因為這些3D列印機列印的產品不再受到3D列印機尺寸的限制。此類3D列印機的設計能被放大，建築行業可以使用這樣的列印機來列印建築物和其他結構。

在荷蘭，一家名為MX3D的創業公司甚至打算列印一座橋梁，該公司隸屬於一家傢具製造公司。只要阿姆斯特丹市政府確定了一個合適的地點並授予必要的建造許可，MX3D公司將使用外部3D列印系統在阿姆斯特丹市的一條運河上列印一座行人天橋。這座行人天橋（上圖所示）最大跨度為15米（49英尺），使用鋼材料進行一次性列印建造完成，而不是安裝預裝配分段來完成

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選擇性激光熔化技術是當前最常用的列印金屬結構的方法，選擇性激光熔化技術又被稱為激光燒結技術。選擇性激光熔化過程在一台汽車大小的3D列印機里自動完成。選擇性激光熔化過程為首先將一層金屬粉末撲撒在基底上，接著使用高功率激光將金屬粉末按照設定的形狀熔合在一起，形成列印產品的第一層；隨後基底下降，撲撒新一層金屬粉末並再次進行激光熔合，將第二層金屬粉末熔合在第一層的上面，如此循環，直至將產品列印完成。

3D列印的每個步驟都被電腦軟體控制，電腦軟體將虛擬產品切成薄片，並利用此信息來控制3D列印機運行。迪米·傑特金是MX3D公司的創始人之一，他表示：「要是沒有電腦軟體，不可能列印出一座這么復雜的橋梁。」

MX3D公司的3D列印系統採用工業機器人，以增添材料方式建造橋梁結構。那些工業機器人的手臂上安裝了專門研製的焊接頭。機器人的工作不是使用焊熔滴將連接件焊接在一起，而是不斷地焊接——將焊熔滴連續地滴落在特定點上，從而「拉出」長鋼條。為了列印出橋梁，機器人要麼在橋上，一邊移動一邊列印出支撐結構，要麼在河面的駁船上進行列印。不論採用哪種方式，列印時間為大約三個月。這項橋梁列印項目得到了美國知名工程設計軟體公司Autodesk、荷蘭建築公司Hejimans和瑞士工業機器人公司ABB的支持。

該橋梁為強拉絲結構，工程師事先利用工程軟體對拉絲結構進行優化，優選出最佳拉絲形狀。此類優化過程在製造業變得越來越普遍，因為優化後的部件用料少，重量輕，而強度卻與原來的部件一樣。雖然如此，常規製造方式通常不能按照優化設計來製造產品，只有3D列印機能按照優化設計製造出產品。

現在還不確定使用哪種鋼材來列印橋梁。迪米·傑特金錶示有可能使用標准鋼或不銹鋼來列印橋梁。一種「風化」鋼也可能被用做列印材料，「風化」鋼是一種合金，能很快地形成棕色氧化層，讓列印出來的產品具有「銹蝕」外觀。除了老化效應，「風化」鋼塗層還能防止橋梁結構銹蝕的蔓延，實際上省掉了塗漆環節。

3D列印定製服務

魯克斯研究公司是波士頓的一家咨詢機構，依據其最近發表的一份報告：在建築行業，按照客戶要求，利用3D列印技術為客戶提供房間內部裝修、燈光效果和傢具不再是新奇事物。該報告還指出：因為3D列印能節省房屋建造時間並且讓建築師在設計時更具靈活性，人們對使用3D列印機來列印大型結構件乃至整棟建築的興趣越來越高。雖然如此，3D列印定製房屋仍然存在著不少難題，尤其是在研製可列印建築材料和滿足建築法規要求方面。

為了解決上述難題，除了MX3D公司的列印橋梁項目，還有多個3D列印合作項目處於研製狀態。斯堪雅建築集團（Skanska）是瑞士大型建築公司，正與英國拉夫伯勒大學研製一種高性能水泥列印機器人。在迪拜，工程師們計劃用3D列印技術來建造「未來博物館」的辦公樓。在美國，麻省理工員媒體實驗室工奈瑞?奧克斯曼及其同事正在研發多種建築3D列印系統，包括其中之一就是利用一大群能噴射快速成型材料的小型機器人來建造大型建築。

一家名為盈創的中國公司已經使用3D列印技術建造了多棟房子，包括一棟五層公寓樓。盈創公司使用一台六米高的3D列印機噴射快乾漿，快乾漿由水泥和在建築場地收集的可循環廢棄物製成。在電腦控制下，這台巨型3D列印機將快乾漿一層層地堆積成牆壁和其他建築物預裝配分段。隨後，這些部件在建築工地上被人用鋼筋連接好。

在建築工地列印出完整的建築物是這類3D列印機的終極目標。南加州大學的霍什內維斯正在研製一套能獨立列印完整建築物的程序。該程序被稱為「輪廓工藝」，能讓機器人就地收集材料來列印完整建築物。霍什內維斯博士正與美國國家航空航天局共同開發「輪廓工藝」，美國國家航空航天局將3D列印技術視為在月球和火星建造住所和著陸場和道路這樣基礎設施的一種方法。只要3D列印機能在月球和火星表面提取有用的材料，包括水，就不用將建築材料發射到太空，能省下大筆費用。只要將月球或火星表面的材料混合成建築材料，3D列印機器人就能在月球或火星建造房屋了。

「輪廓工藝」使用一對安裝在噴嘴旁的磚刀來對材料進行成型，而不是以將糖漿擠到蛋糕上的方式將建築材料擠出，讓3D列印機能列印出更多形狀的建築材料。「輪廓工藝」3D列印機還能列印出建築的內部特徵，包括列印出房間內的桌椅。霍什內維斯博士認為「輪廓工藝」3D列印機即便在地球也用得上，可以在偏遠和環境惡劣地區建造房屋。

不止美國國家航空航天局一家認識到這一點——在外星球建造房屋，3D列印技術是唯一的可行方法。福斯特建築事務所（Foster+Partners）是一家倫敦建築公司，正與歐洲航天局研製一套不同於「輪廓工藝」的3D列印技術。歐洲航天局將使用火箭將一套管式組件運至月球，管式組件展開後，就形成了一個圓頂支持，3D列印機器人能以這個圓頂支持為基礎，利用月球材料列印出一個保護殼。

要讓3D列印機取代掌握多項技術的建築工人，還有待時日。但機器人已經開始在建築行業和其他行業嶄露頭角。

2. 目前高層建築施工中主要新技術有哪些

1、滑模工藝

根據結構形狀，利用定型骨圈將模板約束定位成結構形狀，操作架隨模板設置，模板在新澆混凝土終凝前不脫模滑升。

該工藝適用與結構形狀比較規則的結構，比如煙囪、筒倉等，由於不脫模滑升，混凝土的表面質量難以控制，同時連續不間斷作業，現場勞動強度太大，此工藝目前已較少採用。

2、爬模工藝

爬模工藝由最早的模板與模板互爬、模板與架體互爬，逐漸演變為現在的模架、導軌整體互爬的新型爬模體系，是目前市場上最成熟的工藝。

其工作原理為利用設置在新澆混凝土牆面的爬錐和爬靴，實現模架整體與導軌交替爬升。

由於利用新澆混凝土牆面設置支撐與爬升機構，單點承載能力低，需設置很多數量的支撐點，爬升過程中容易產生偏扭，且無法應對結構比較大的變化，可應用於豎向結構比較規則，變化不大的結構。

3、提模工藝

提模工藝對爬模工藝進行了一定的改良，增加了大鋼平台，採用絲桿提升機代替爬模小油缸作為提升動力，這樣可以根據結構形狀選擇支撐點位置，避免了爬模支撐點位選擇的限制，和新澆混凝土牆面荷載的限制；

模扳、操作架掛設在鋼平台下，增強了結構變化的適應性。該工藝在澳門電視塔和上海環球項目已經成功應用。

4、頂模工藝

頂模工藝是我們在施工西塔項目時，自主研發設計的新型模架自爬升體系，針對西塔特點，上述三種體系均不能滿足施工要求，因此我們利用爬模和提模的工作原理，針對西塔的特殊要求研製了頂模系統。

引進大噸位、長行程雙作用油缸，代替提升機，減少了支撐點數量，大大加強了對結構變化的適應；

設置平面剛度較大的桁架式大鋼平台，使得模板可隨架體整體頂升；操作架設計成可滑、可轉、可翻轉、可伸縮，實現高空操作架任意形狀的調整。

5、預應力錨桿支護技術

它一端與支護樁、格構梁等構築物連接，另一端深入地層中，對錨桿施加預應力；採用水泥漿體將預應力筋與土層粘結的區域，將邊緣土體的側壓力傳至土體深處。

預應力錨桿支護技術目前應用比較廣泛，尤其在隧道、煤巷等領域，西塔基坑支護也輔助採用了此項技術。

3. 新型鋼結構在我國的應用和發展主要有哪些方面

主要在一下幾方面：

1. 鋼結構住宅建築。

2. 跨度較大的廠房。

3. 建造輕鋼龍骨析架。

4. 發展別墅在低、多層住宅中，可採用輕型鋼結構如冷彎C型鋼或者小型熱軋型鋼組成龍骨結構體系；高層建築則可採用熱軋H型、焊接H型、焊接箱型、冷彎薄壁方鋼管內灌混凝土、圓鋼管內灌混凝土等組成鋼框架體、鋼支撐框架體系、鋼框架混凝土剪力牆體系等。

資料拓展：

鋼房優勢

1. 輕鋼房屋非常安全，抗震9度不倒。可防颱風12級，屋頂承重積雪1.5米，這是因為鋼龍骨輕巧，堅固，是優質的建築材料，且具有很好的延展性和韌性。

2. 輕鋼房屋的建造速度非常快，一棟200㎡房屋的施工周期在1個月之內。這是因為輕鋼房屋的部品都是在工廠生產的，運輸到現場後都由工人直接組裝便可完成，因此耗時很短。

3. 輕鋼房屋的生產工廠化和機械化程度高，商品化程度高。建房所需的主材都是在工廠生產的，原材料用機械設備加工而成，效率高，成本低，質量也有很好的保障。這些設備多半引進國外先進技術，很多大企業的新型房屋產品具有國際品質。

4. 輕鋼房屋80%的材料可以回收再利用。從主材來看，鋼材不會隨著時間的流逝生蟲或者變為朽木，若干年拆除後可以回收再利用，非常環保，也非常經濟。