清华团队为村民“打印”一栋住宅！只用160个小时！
辽阔的河北平原上
机械臂按照既定的指令
快速精准地进行着墙体的打印
很快就看到了房子的雏形
清华大学建筑学院教授徐卫国团队
用自主研发技术
在短短160个小时里
建成了全国第一栋
完全由“3D混凝土打印”建造的房子
这是怎样做到的？
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新农村，新技术，新房子
从墙体、屋顶再到院落，团队在河北武家庄打造的农房完全采用的是3D打印混凝土材料，并依靠机械臂完成施工，这种尝试在国内尚属首例。农房建好后，因其独特的造型、不同于传统的设计，被评为“河北省十佳百优美丽家园”，吸引了大量旅客前来打卡。
在河北武家庄打印农房的现场
2023年中央一号文件指出，要“扎实推进宜居宜业和美乡村建设”。其中，居住环境的改善既要追求实用安全，又要美观整洁。这亦是农房“打印”中着重考虑的内容。
通过前期大量的数据收集和与房主的深度沟通交流，徐卫国带领团队完成了房屋的设计，将建造、结构、保暖、室内装修等多个方面全面纳入考虑，形成最优的设计方案，完成了房屋的数字建模。在实地施工开始之前，团队成员已经在电脑上根据现场条件进行了打印模拟。农房结构的缩尺模型在振动台实验中验证能满足地震八度设防要求。考虑到当地气温寒冷，又专门选用了保温材料，结合3D打印墙体构造，设计出“结构-装饰-保温一体化墙体”，冬天待在屋子里暖和又节能。
打印好的农房外观
较之于传统的建造方式，3D打印建筑有更大的灵活性、效率性。通过一行行代码和指令的输入，机械臂可以“天马行空”地作业，参数化墙体、三维异形屋顶、曲线镂空围墙等常规建筑中难以实现的造型，可以通过3D打印轻而易举且完美地呈现。严格按照预期设计进行，可在160个小时内完成农房主体结构的打印任务。
新技术的到来，将为新农村建设打开新思路。
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最强“工地大脑”
徐卫国坚持“在工地上搞研发”的理念。他说：“你在工地上你才知道会出什么问题，实验室的理论成果不能直接移植到现实中。”
2018年之前，常见的3D混凝土打印机结构是将打印头挂在龙门架上，只能做X、Y、Z三个方向的运动，以逐层水平的方式打印。“我们能否打弯曲的建筑形体呢？怎样才能将3D打印的灵活性充分发挥？”顺着这个问题，团队结合机械工程和智能建造的前沿技术，研发了机械臂打印模式。
河北武家庄3D打印农房内景
在河北农房打印的过程中，团队也遇到了许多在设计研发时从未想过的问题。当团队将三台机械臂从无锡运抵河北时，因为乡村道路细窄，设备难以在小院里安装。经过实地勘测，采用拆分重装形式进场，工程才得以如期开展。
从施工现场回到研发中心后，“设备小型化”等技术成为下一阶段的主攻方向，在一次又一次的实践中，3D打印建筑工艺不断精进。
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产学研结合，创新建筑建造体系
3D打印建筑是一套全新的体系，新的材料、新的软件、新的硬件、新的建构方式，要呈现一个最终能够落地的成品，从研发、设计到施工，凝聚了整个团队不断攻坚协作的智慧和努力。
徐卫国指导学生
在徐卫国开设的数字设计课上，既强调对学生进行数字建筑设计方法的培养，也训练他们动手实践的能力。例如：学生做关于智能建造的工艺研究，首先要自主设计智能建造工艺的软件，软硬件结合，完成设计方案，并构建成模型。这相当于要在课堂上完成整个产业链的研发，对学生们的编程能力、设计能力、审美能力是一次综合考验。
一边是科研，一边是授课，徐卫国穿梭在北京、深圳两个校区和各地的“打印”现场。目前，徐卫国带领的团队共20余人，成员背景多元，囊括建筑、机械、编程、工业设计、材料研发多个专业，有效地打破了传统建筑行业壁垒，逐渐地建立起一套产学研衔接的完整体系。高远和孙晨炜是团队的核心成员，分属设计团队和研发团队。谈到加入徐卫国团队的契机时，高远说两人有着相似的经历。本科时期就跟着徐老师学习，之后出国读研，毕业之后应徐老师之邀便立刻回国加入到团队之中。“是兴趣，是信任，更是责任。”——对研究领域的兴趣，与老师彼此之间的信任，用智能建造创造美好未来的责任。
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他们做到了无数个“第一”
初次了解3D打印建筑的人们通常会震惊于这一技术的革命性，但质疑也接踵而至：打印的房子安全吗？造价是不是很贵？能住多久？住着舒服吗？在徐卫国看来，新事物有一个发展的过程。“3D打印建筑需要建造一套全新的体系，等这套体系完全建构起来，人们也会觉得这再平常不过。”
从2003年在蓬皮杜艺术中心的“非标准建筑展”上偶然遇见数字设计，到2004年与Neil Leach教授首次在北京举办数字建筑展……15年来，徐卫国通过不断的科研教学、实地工程、策展等一系列活动完善数字设计的理论和方法。
位于上海的3D打印桥
意识到智能建造能够成为连接数字设计和建筑建造之间的桥梁后，徐卫国带着团队转向了以3D打印技术为主的智能建造研发中。2018年4月，在亚太数字建筑设计研究会议（CAADRIA）期间，团队举办了一个工作营，以机械臂作为主体打印复杂空间曲面造型的构件，成功打印出了弯曲的迷宫，让有机形态的建筑建造不再困难。过去5年，团队成绩斐然：上海3D打印步行桥、肯尼亚经济适用房样板间、上海3D打印书屋……然而，3D打印建筑的故事才刚刚开始：城市大型高层建筑能打印吗？成本可以更低一些吗？关于未来，有无限可以畅想的空间。
位于深圳的3D打印公园
在2021年Nature杂志的一篇文章里提到，3D打印的目标正变得更大、更快、更坚固，徐卫国团队正是这一目标的践行者。从数字建筑设计的展览，到矗立在河北农村全部由3D打印完成的农房，20年的时间，让“概念”照进现实，他们做到了无数个“第一”。
他们希望走得更远。在未来，3D打印将像传统建筑般普及，科技的红利惠及到广大民众，在新农村建设、国家现代化建设中贡献力量。
徐卫国至今清晰地记得
农家小院打印完毕后
他曾静静地站在里面
最大的感受就是
“舒适”
这两个字
是建筑设计的初心
是人类对美好家园最朴素的憧憬
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文 | 何思萌 万雅芬
摄影 | 李德维
排版 | 王震
编辑 | 孙东临
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