3D打印技术在规划建筑领域中的应用初探
对于《3D打印技术在规划建筑领域中的应用》，当然只是“初探”，因为现在的3D打印技术可以说是仍处在初步发展的时期，今天的研究也只是起到抛砖引玉的作用，希望日后能与大家进行深入的研究和探讨。
从题目中可以看的出，作者研究的是两项技术的结合，那么为什么要将3D打印技术与规划建筑技术进行结合呢？也就是本次研究的背景。
规划建筑行业作为文化创意产业可以称得上是真正的智本主义，在经历了快速城镇化浪潮和城镇建设粗放式增长后，我们迎来了工业4.0和大数据时代，这是个快速变革的时代，转型的方向有很多，着眼点也各有不同，如多规合一、存量规划、创新乡村建设和规划体制变革等，但有时我们也需要跳出行业看发展，站在圈外谈变革。从未来着眼，3D打印技术也许真的会为我们带来一场颠覆性的革命，重新定义规划建筑行业。
去年的8月21日，李克强总理携副总理、国务委员、各部部长、央企、金融机构负责人等主持召开国务院专题讲座，专门讨论加快发展3D打印等问题，这表明，3D打印技术的发展已上升至国家层面，受到高度重视。
准备从以下七个方面来探讨这个话题。既要立足于现实需求，更要着眼于未来发展。
3D打印技术的学名叫快速成型技术，它的原理说白了就是通过XYZ轴将物体堆叠出来，与传统制造方式最大的不同点，它是增材制造，几乎不浪费一点材料，而传统制造方式是减材制造。
比如我想做一个头盔模型，那么我需要一块刚好能将头盔容纳下的立方体材料，将多余的材料去掉，剩下的才是头盔模型，那么这些去掉的材料就浪费了。
由于3D打印是一体成型，不需要任何组装程序，所以也节省了时间。同时，由于它完全是机器操作，极大地节省了人力，精度还比人工高、失误率也比人工低很多。
对于企业而言，材料、时间、人力都是成本，降低成本、提高效益恰恰是一个企业永恒的话题。
立体平板印刷技术是最早诞生的3D打印的技术路线，两年后，第一台3D打印机出世，大概十年后，相对成熟的技术体系形成，可以看出，这项技术的历史比较短，但发展十分迅猛，目前正处在稳步爬升的时期。
8月4日，美国FDA（食品药品监督管理局）批准了首款3D打印的抗癫痫药物SPRITAM（左乙拉西坦）速溶片，就是图上的这款药物。
美国一位枪械发烧友用3D打印机打出一部枪并累计射击二百余次。
3D打印技术与规划建筑技术的结合主要体现在两个层面，其中之一就是我们常接触的实体模型。一直以来我们都是靠手工来制作模型的，并且多数是在成品阶段。
相比之下，3D打印模型要更加坚固、精细、准确、快速、成本低，最关键的是方便，再也不用往模型公司跑了。而且这种模型打印可以贯穿项目的各个阶段，推敲方案、完善细节、成果展示等，最后还可以作为纪念品送给甲方，相信甲方一定喜欢。
3D打印模型真正的优势在打印复杂地形和异形建筑上。像这种山地地形、复杂的钢构架建筑和曲面弧线较多的异形建筑，手工制作费时、费力，还很难做到精确，但3D打印就可以做到非常的精细、精确，这也是3D打印技术最突出的优势之一。
3D打印与规划建筑相结合的另一个层面就是实用建筑打印。大家可能会有两个疑问：一个是有没有必要，另一个是到底行不行。
千百年来，人类都是用双手来盖房子的，无论哪个国家、哪个朝代都是如此，从未变过，那为什么现在就要变呢？在座的各位一定深有体会，无论你是生活在乡村还是城市，房子都是一生当中的大事，为什么是大事？原因之一就是贵！一个农民盖一座民宅几乎会耗掉他一辈子的积蓄，其实城市也差不多。另一个原因是费时还费事，一栋民宅需要木瓦匠几十号人干上一两个月，城市的期房至少要等上一两年。而且，受现有的材料、结构限制，建筑的结构、外形缺乏个性。
然而，这些问题在不久的将来会被3D打印技术迎刃而解，由于是一体化成型，不受现有的结构和材料的限制，建筑的空间、结构和形态会更加的自由，几乎不需要施工人员，节省了时间和人力，成本自然就降下来了。还有一点就是节能环保，因为3D打印建筑不会产生任何的扬尘，也不会产生任何建筑垃圾。
不仅可以打印建筑主体，还可以打印室内装饰品，如石膏吊顶、桌椅、摆件等。
关于打印工艺和技术路线这里就不具体展开了，我的论文里有详细的解释。这里特别提一下，年初的时候盈创公司3D打印了一栋5层住宅和一栋1100平方米的精装别墅，随后万科的老总王石也表示万科的研发中心也将要用3D打印。
除了打印建筑以外，还可以3D打印市政管道、园林景观小品等设施。
在此特别说明一下，目前国内外3D打印建筑的材料多半是以现有建材为主、加以粘合剂等形成的混合物。打印出的建筑是否对人身体有害、是否坚固、是否抗震、是否保暖防潮等都有待检测。同时，还要考虑地基和屋顶的问题。
对于现阶段而言，使用最多的可能还是模型打印这一块，所以这里简单讲一下打印过程和需要注意的事项。
在建模阶段一定要要注意模型各个部分、零件、面的厚度和比例，因为打印模型相当于把实物等比例缩小，如果模型的面过薄或者过细，就很有可能打印不出来，这个时候就要适当的对面进行加厚，对窗格、栏杆、柱子进行加粗处理，保证打印出来的厚度不小于0.5毫米，真正意义上的点、线、面只存在于软件当中，现实中是不存在的，也是不可能打印出来的，这点要注意。
其实，3D打印机的精度是没有问题的，我们用的这台3D打印机最小精度可以达到50微米，理论上什么模型都可以打印出来，但物体都会受到重力的作用，太细、太薄的物体即便是打印出来了，它自己也支撑不了自己，会弯曲变形，甚至断裂，这就好比是头发丝，因为太细了，所以立不住。
同时屋顶和墙面一定要连接在一起，保证是无缝模型。在对模型文件处理的时候，需要加支撑，打印结束后再将支撑去掉。
全彩打印在技术上是没问题的，只不过成本会提高很多，性价比不高，所以现在常用的还是单色打印，后期可以手工上色，也不麻烦。这个别墅打印出来是半透明的，旁边这张是上了乳白色漆的，对比一下。
关于3D打印机，国内的市场刚起步，比较混乱，有点劣币驱逐良币的感觉。最终选择了这款中科院研发的机器，性价比非常的高。现在北大口腔医院已经在用这款机器打印牙齿了，还有珠宝商和电子元件厂商也在用，也建立了长期的合作关系。
这次原本准备了中国建筑设计院建筑七室的五个最新的设计作品，五个项目方案和打印模型，也都是方案比较特殊的，能体现3D打印特点的。但由于时间关系，有些项目正处在方案的过程阶段，没有形成相对完整的成果和模型。有些是投标方案，现阶段还在保密，所以，今天只带来了这个相对比较完整的方案，呼和浩特市昭君博物院提升扩建方案。
这个方案的主题是和，外形上最复杂的部分是顶部的木架构，呈网格状大面积排开，这种木构架与建筑主体的结合也是一个复杂点，3D打印的效果和效率还是不错的。
这两个模型其实不大，宽度10厘米，右面这个长20厘米，最长可以打出30厘米，我们认为这个尺度比较合适，性价比也比较高，如果再大的话，速度就会降低，成本也会提高。
对前景的展望一定是基于现实的，但也一定是高于现实的，还是那句老话：前途是光明的，道路是曲折的。有人也许会提出质疑，说3D打印真的能颠覆我们这个行业吗？我现在不敢给予肯定的回答，我想第一台大型计算机诞生的时候没有几个人看好它，又大、又笨，可能连它的设计者也没想到几十年后会变得这么小巧、快速、方便、普及。下面我就通过未来的三个场景来加以描绘。
前景展望场景一：农民伯伯李老汉，他要盖房子，如果用现在的方法他要请十来个木瓦匠，干上一个多月才能完工，但未来就不这么麻烦了。首先，李老汉在网上商城挑选了一个民宅模型，并付款、下载下来，然后呢，他租了一台3D打印机，并购买了打印材料，最后一步，连接打印机开始打印。无需任何人工，一体成型。
前景展望场景二：我国某地发生八级地震，各级展开抢险救援。如果是现在，运过去的一定是好多帐篷，但帐篷遮风避雨效果很差，而且也不防潮保暖，又不坚固，灾后用完了也没法再利用，就变成了垃圾。灾后重建一般需要一到两年时间，帐篷绝非最佳选择。未来只需运过去几台3D打印机，就地取材直接打印出临时安置房，灾后再用特殊的降解剂分解，低成本、高效率、又环保。
前景展望场景三：小张是一名设计师，城市规划师、建筑师、室内设计师、景观设计师、平面设计师等等吧，都可以。如果是现在的话，他的生活一定跟熬夜赶图、甲方催图、不停地改图这些情景密不可分，没时间约会，没时间陪家人，年纪轻轻未老先衰等等。但作为未来的设计师小张，他的生活不是这样子的，他的生活是快乐的，为什么呢？比如有个开发商想要开发个小区，他通过网络商城找到设计师小张，小张呢就做了一个小区的方案模型，然后开发商支付宝付款，ok！当然，到了那个时候报规、报建也不用那么复杂了，一个模型就ok了。然后，开发商将这个模型连上3D打印机，一个小区就这么打印出来啦！
为了实现刚才设想的场景，仍然有很多事情要做。
第一点就是完善功能。目前的3D打印技术还没有做到什么材料都能打、什么效果都能打，未来一定要逐步实现多材料打印、全彩打印，突破体积限制，真正实现纳米级打印，并大幅提高打印速度。现在3D打印模型的速度是每小时400cm3，打印建筑的速度是每小时10m2。建筑材料方面也需要不断地革新，多维材料、复合材料、化学材料、智能材料等特殊材料将替代以往的砖石、水泥等，也会拥有更高的性能和质量。
第二点就是降低成本。需要进一步降低机器成本还有材料成本。
第三点就是健全体制。如果按照现有的体制，设计师小张的快乐生活肯定不会实现，需要一套全新的法规、标准来定义、评价、规范3D打印建筑这种革命性的技术行为。
不仅仅是在建筑领域，其他方面也是一样的，比如枪支。我们国家是严格管控枪支的，但随着3D打印的普及，问题就来了——我有一个枪支的模型数据，还有一台3D打印机，那我就随时随地都可以打印枪支，而且金属枪、塑料枪都可以，国家怎么监管？如果被恐怖分子利用了呢？他再打印出几千条枪，组建个军队，这麻烦事可大了！所以，管理体制、监管体制一定要随着发展而改变。
3D打印作为一项革命性的技术将在模型制作、实体建造等方面促进规划建筑行业的转型发展和变革。未来，它将以更加低廉的成本、丰富的功能、可靠的保障进入我们的领域，使大规模个性化的建造成为可能，并在低成本建筑和灾后临时安置点的建造上有望率先获得大规模应用。
对于3D打印技术这个新事物，随着这项技术的发展成熟，它在规划建筑领域的应用会更加广阔，在此也诚邀对这方面感兴趣或者有需求的同仁们，联系作者，一道进行深入的研究和探讨！谢谢大家！
作者简介：
王帅，1986年生，辽宁沈阳人，现今30岁，汉族。2012年毕业于沈阳建筑大学城市规划与设计专业，硕士研究生学历，英语六级，中国共产党员。
现工作于中国建筑设计院•城镇规划设计研究院，任工种负责人一职，主要从事城市规划与设计以及国家部委课题研究工作。目前，参与研究的科技部“十二五”国家科技支撑计划课题包括：《传统村落规划改造及功能综合提升技术集成与示范》、《乡村社区环境优化建设关键技术研究》等。
2015年，在中国科学院自动化研究所研究员沈震等人的协助下，撰写的《3D打印技术在规划建筑领域中的应用初探》一文被中国城市规划年会收录。
从题目中可以看的出，作者研究的是两项技术的结合，那么为什么要将3D打印技术与规划建筑技术进行结合呢？也就是本次研究的背景。
规划建筑行业作为文化创意产业可以称得上是真正的智本主义，在经历了快速城镇化浪潮和城镇建设粗放式增长后，我们迎来了工业4.0和大数据时代，这是个快速变革的时代，转型的方向有很多，着眼点也各有不同，如多规合一、存量规划、创新乡村建设和规划体制变革等，但有时我们也需要跳出行业看发展，站在圈外谈变革。从未来着眼，3D打印技术也许真的会为我们带来一场颠覆性的革命，重新定义规划建筑行业。
去年的8月21日，李克强总理携副总理、国务委员、各部部长、央企、金融机构负责人等主持召开国务院专题讲座，专门讨论加快发展3D打印等问题，这表明，3D打印技术的发展已上升至国家层面，受到高度重视。
准备从以下七个方面来探讨这个话题。既要立足于现实需求，更要着眼于未来发展。
3D打印技术的学名叫快速成型技术，它的原理说白了就是通过XYZ轴将物体堆叠出来，与传统制造方式最大的不同点，它是增材制造，几乎不浪费一点材料，而传统制造方式是减材制造。
比如我想做一个头盔模型，那么我需要一块刚好能将头盔容纳下的立方体材料，将多余的材料去掉，剩下的才是头盔模型，那么这些去掉的材料就浪费了。
由于3D打印是一体成型，不需要任何组装程序，所以也节省了时间。同时，由于它完全是机器操作，极大地节省了人力，精度还比人工高、失误率也比人工低很多。
对于企业而言，材料、时间、人力都是成本，降低成本、提高效益恰恰是一个企业永恒的话题。
立体平板印刷技术是最早诞生的3D打印的技术路线，两年后，第一台3D打印机出世，大概十年后，相对成熟的技术体系形成，可以看出，这项技术的历史比较短，但发展十分迅猛，目前正处在稳步爬升的时期。
8月4日，美国FDA（食品药品监督管理局）批准了首款3D打印的抗癫痫药物SPRITAM（左乙拉西坦）速溶片，就是图上的这款药物。
美国一位枪械发烧友用3D打印机打出一部枪并累计射击二百余次。
3D打印技术与规划建筑技术的结合主要体现在两个层面，其中之一就是我们常接触的实体模型。一直以来我们都是靠手工来制作模型的，并且多数是在成品阶段。
相比之下，3D打印模型要更加坚固、精细、准确、快速、成本低，最关键的是方便，再也不用往模型公司跑了。而且这种模型打印可以贯穿项目的各个阶段，推敲方案、完善细节、成果展示等，最后还可以作为纪念品送给甲方，相信甲方一定喜欢。
3D打印模型真正的优势在打印复杂地形和异形建筑上。像这种山地地形、复杂的钢构架建筑和曲面弧线较多的异形建筑，手工制作费时、费力，还很难做到精确，但3D打印就可以做到非常的精细、精确，这也是3D打印技术最突出的优势之一。
3D打印与规划建筑相结合的另一个层面就是实用建筑打印。大家可能会有两个疑问：一个是有没有必要，另一个是到底行不行。
千百年来，人类都是用双手来盖房子的，无论哪个国家、哪个朝代都是如此，从未变过，那为什么现在就要变呢？在座的各位一定深有体会，无论你是生活在乡村还是城市，房子都是一生当中的大事，为什么是大事？原因之一就是贵！一个农民盖一座民宅几乎会耗掉他一辈子的积蓄，其实城市也差不多。另一个原因是费时还费事，一栋民宅需要木瓦匠几十号人干上一两个月，城市的期房至少要等上一两年。而且，受现有的材料、结构限制，建筑的结构、外形缺乏个性。
然而，这些问题在不久的将来会被3D打印技术迎刃而解，由于是一体化成型，不受现有的结构和材料的限制，建筑的空间、结构和形态会更加的自由，几乎不需要施工人员，节省了时间和人力，成本自然就降下来了。还有一点就是节能环保，因为3D打印建筑不会产生任何的扬尘，也不会产生任何建筑垃圾。
不仅可以打印建筑主体，还可以打印室内装饰品，如石膏吊顶、桌椅、摆件等。
关于打印工艺和技术路线这里就不具体展开了，我的论文里有详细的解释。这里特别提一下，年初的时候盈创公司3D打印了一栋5层住宅和一栋1100平方米的精装别墅，随后万科的老总王石也表示万科的研发中心也将要用3D打印。
除了打印建筑以外，还可以3D打印市政管道、园林景观小品等设施。
在此特别说明一下，目前国内外3D打印建筑的材料多半是以现有建材为主、加以粘合剂等形成的混合物。打印出的建筑是否对人身体有害、是否坚固、是否抗震、是否保暖防潮等都有待检测。同时，还要考虑地基和屋顶的问题。
对于现阶段而言，使用最多的可能还是模型打印这一块，所以这里简单讲一下打印过程和需要注意的事项。
在建模阶段一定要要注意模型各个部分、零件、面的厚度和比例，因为打印模型相当于把实物等比例缩小，如果模型的面过薄或者过细，就很有可能打印不出来，这个时候就要适当的对面进行加厚，对窗格、栏杆、柱子进行加粗处理，保证打印出来的厚度不小于0.5毫米，真正意义上的点、线、面只存在于软件当中，现实中是不存在的，也是不可能打印出来的，这点要注意。
其实，3D打印机的精度是没有问题的，我们用的这台3D打印机最小精度可以达到50微米，理论上什么模型都可以打印出来，但物体都会受到重力的作用，太细、太薄的物体即便是打印出来了，它自己也支撑不了自己，会弯曲变形，甚至断裂，这就好比是头发丝，因为太细了，所以立不住。
同时屋顶和墙面一定要连接在一起，保证是无缝模型。在对模型文件处理的时候，需要加支撑，打印结束后再将支撑去掉。
全彩打印在技术上是没问题的，只不过成本会提高很多，性价比不高，所以现在常用的还是单色打印，后期可以手工上色，也不麻烦。这个别墅打印出来是半透明的，旁边这张是上了乳白色漆的，对比一下。
关于3D打印机，国内的市场刚起步，比较混乱，有点劣币驱逐良币的感觉。最终选择了这款中科院研发的机器，性价比非常的高。现在北大口腔医院已经在用这款机器打印牙齿了，还有珠宝商和电子元件厂商也在用，也建立了长期的合作关系。
这次原本准备了中国建筑设计院建筑七室的五个最新的设计作品，五个项目方案和打印模型，也都是方案比较特殊的，能体现3D打印特点的。但由于时间关系，有些项目正处在方案的过程阶段，没有形成相对完整的成果和模型。有些是投标方案，现阶段还在保密，所以，今天只带来了这个相对比较完整的方案，呼和浩特市昭君博物院提升扩建方案。
这个方案的主题是和，外形上最复杂的部分是顶部的木架构，呈网格状大面积排开，这种木构架与建筑主体的结合也是一个复杂点，3D打印的效果和效率还是不错的。
这两个模型其实不大，宽度10厘米，右面这个长20厘米，最长可以打出30厘米，我们认为这个尺度比较合适，性价比也比较高，如果再大的话，速度就会降低，成本也会提高。
对前景的展望一定是基于现实的，但也一定是高于现实的，还是那句老话：前途是光明的，道路是曲折的。有人也许会提出质疑，说3D打印真的能颠覆我们这个行业吗？我现在不敢给予肯定的回答，我想第一台大型计算机诞生的时候没有几个人看好它，又大、又笨，可能连它的设计者也没想到几十年后会变得这么小巧、快速、方便、普及。下面我就通过未来的三个场景来加以描绘。
前景展望场景一：农民伯伯李老汉，他要盖房子，如果用现在的方法他要请十来个木瓦匠，干上一个多月才能完工，但未来就不这么麻烦了。首先，李老汉在网上商城挑选了一个民宅模型，并付款、下载下来，然后呢，他租了一台3D打印机，并购买了打印材料，最后一步，连接打印机开始打印。无需任何人工，一体成型。
前景展望场景二：我国某地发生八级地震，各级展开抢险救援。如果是现在，运过去的一定是好多帐篷，但帐篷遮风避雨效果很差，而且也不防潮保暖，又不坚固，灾后用完了也没法再利用，就变成了垃圾。灾后重建一般需要一到两年时间，帐篷绝非最佳选择。未来只需运过去几台3D打印机，就地取材直接打印出临时安置房，灾后再用特殊的降解剂分解，低成本、高效率、又环保。
前景展望场景三：小张是一名设计师，城市规划师、建筑师、室内设计师、景观设计师、平面设计师等等吧，都可以。如果是现在的话，他的生活一定跟熬夜赶图、甲方催图、不停地改图这些情景密不可分，没时间约会，没时间陪家人，年纪轻轻未老先衰等等。但作为未来的设计师小张，他的生活不是这样子的，他的生活是快乐的，为什么呢？比如有个开发商想要开发个小区，他通过网络商城找到设计师小张，小张呢就做了一个小区的方案模型，然后开发商支付宝付款，ok！当然，到了那个时候报规、报建也不用那么复杂了，一个模型就ok了。然后，开发商将这个模型连上3D打印机，一个小区就这么打印出来啦！
为了实现刚才设想的场景，仍然有很多事情要做。
第一点就是完善功能。目前的3D打印技术还没有做到什么材料都能打、什么效果都能打，未来一定要逐步实现多材料打印、全彩打印，突破体积限制，真正实现纳米级打印，并大幅提高打印速度。现在3D打印模型的速度是每小时400cm3，打印建筑的速度是每小时10m2。建筑材料方面也需要不断地革新，多维材料、复合材料、化学材料、智能材料等特殊材料将替代以往的砖石、水泥等，也会拥有更高的性能和质量。
第二点就是降低成本。需要进一步降低机器成本还有材料成本。
第三点就是健全体制。如果按照现有的体制，设计师小张的快乐生活肯定不会实现，需要一套全新的法规、标准来定义、评价、规范3D打印建筑这种革命性的技术行为。
不仅仅是在建筑领域，其他方面也是一样的，比如枪支。我们国家是严格管控枪支的，但随着3D打印的普及，问题就来了——我有一个枪支的模型数据，还有一台3D打印机，那我就随时随地都可以打印枪支，而且金属枪、塑料枪都可以，国家怎么监管？如果被恐怖分子利用了呢？他再打印出几千条枪，组建个军队，这麻烦事可大了！所以，管理体制、监管体制一定要随着发展而改变。
3D打印作为一项革命性的技术将在模型制作、实体建造等方面促进规划建筑行业的转型发展和变革。未来，它将以更加低廉的成本、丰富的功能、可靠的保障进入我们的领域，使大规模个性化的建造成为可能，并在低成本建筑和灾后临时安置点的建造上有望率先获得大规模应用。
对于3D打印技术这个新事物，随着这项技术的发展成熟，它在规划建筑领域的应用会更加广阔，在此也诚邀对这方面感兴趣或者有需求的同仁们，联系作者，一道进行深入的研究和探讨！谢谢大家！
作者简介：
王帅，1986年生，辽宁沈阳人，现今30岁，汉族。2012年毕业于沈阳建筑大学城市规划与设计专业，硕士研究生学历，英语六级，中国共产党员。
现工作于中国建筑设计院•城镇规划设计研究院，任工种负责人一职，主要从事城市规划与设计以及国家部委课题研究工作。目前，参与研究的科技部“十二五”国家科技支撑计划课题包括：《传统村落规划改造及功能综合提升技术集成与示范》、《乡村社区环境优化建设关键技术研究》等。
2015年，在中国科学院自动化研究所研究员沈震等人的协助下，撰写的《3D打印技术在规划建筑领域中的应用初探》一文被中国城市规划年会收录。
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