清华教授花20多万为村民3D打印住宅

近5年来，清华大学徐卫国教授和团队，

用“机器人3D打印混凝土”技术

陆续“打印”了一座桥、一座书屋、数个公园，

还为一对70后乡村夫妇打出一栋住宅——

“打印”全程仅160小时，20多万成本，

全国唯一。

▲

武家庄3D打印农宅室内外

徐卫国是改革开放后的第一届清华学生，

毕业即留校任教，后在日本拿了博士学位，

自2003年起，扎根在智能建造领域，

从学习西方到形成自己的理论、技术体系，

20年来，始终是国内前沿建筑学的先行者。

▲

徐卫国教授接受一条采访

1月底，

一条来到清华大学未来人居实验室，

实地探访打印现场，采访徐卫国，

他笃定地预测，再过5到8年，

3D打印建筑将会逐渐普及，

未来一定会成为最普及的建造手段，

快速且便宜地改善普通人的日常居住。

撰文：叶 荔

责编：陈子文

▲

武家庄3D打印农宅

今年春节前夕，河北乡村武家庄，娟子的家，评上了省里的“十佳百优美丽家园”，她第一时间，把消息告诉了房子的建筑师徐卫国。

娟子住的这栋农宅，106㎡，是全国第一栋完全由“3D混凝土打印”建造的房子。

住宅坐落在武家庄村村道边，拱形房顶、灰色墙体，在一众砖土色的简易农房中，格外显眼。

这块祖传的宅基地上，原来的老房子用砖头砌成，木屋顶。有一年春节，徐卫国走进村子调研，“风都是从窗户缝和墙的缝里，直接呼呼往屋里吹， 室内温度极低。”

▲

上：3D打印农宅西立面

下：院墙细节

为此，在为娟子一家盖房的时候，建筑的墙体，做了精心的设计。外墙用了编织纹理作为装饰，与结构墙一体化打印而成。墙的内侧，装修表层和墙之间，是空心的，灌注了泡沫保温材料，满足节能的要求。

整个建筑非常坚固，夏天保暖，冬天保冷，还扛住了抗震测试。

▲

3D打印农宅卧室

室内共有5个房间，两间卧室，一个客厅，外加卫生间、厨房，一家人非常满意。室内因为做的是拱顶，特别敞亮。

新居完工不到一年，但想来参观娟子家的人，已经在她那排上了号，“还有人问我要不要改成民宿哩”。

娟子夫妇都是1970年生的武家庄人，曾多年在外打工，现在娟子回到村委会工作。为什么愿意尝试一个全国都没有过先例的3D打印房子？会不会觉得房子太出挑了？

娟子提到一个细节，有一次，徐卫国夫妇俩一起来村子，给她看过他们在上海用3D打印的桥，她心一下就踏实了，“我有地，他有想法，我们是一拍即合！我们家大家伙都想试试新鲜事物。”

▲

3D打印农宅鸟瞰，比周围农房坚固很多

▲

机器人混凝土3D打印过程

▲

3D打印编织纹理墙面

建造的时候，因为村里的路窄，大卡车进不去，团队就发明了小车，智能机械臂装在小车上，就这样运进农家院。

两个人操作，一台机械臂就可以开始自己打印，三台机械臂同时开工。

机械臂前端的打印嘴会吐出纤维混凝土材料，一层一层地叠层，从建筑的基础开始打，打到墙，建造过程全部现场完成，一度引来全村人围观。

房子的建造工期很短，“打印”全程是160个小时，大概两个星期就能完工，未来如果批量建造，一个月，就能建两栋房。

造价也很便宜，包括简易的室内装修在内，差不多2000到2500块钱一平米，100㎡的房子只要20来万，比钢结构装配式的建筑还要便宜。

徐卫国感慨，“这种技术，是非常值得在国内大量农宅建设中推广的。”

▲

混凝土3D打印桥

徐卫国团队的第一个落成项目，就很“炸”：他带领团队打了一座桥。

这座步行桥位于上海宝山区，桥长26.3米、宽3.6米，像一抹灰色飘带架在河面，坡度陡峭。桥栏板呈流线形，浑然一体。

两台3D打印机械臂，450小时，完成全部混凝土构件。再将构件运到现场，组装。造价只有普通桥梁的三分之二。

▲

打印材料主要是聚乙烯纤维混凝土，外加添加剂，是团队自主研发的新型复合材料

▲

3D打印的桥面，现场组装

这座桥借鉴的是中国古代“第一桥”赵州桥的单拱结构，做过破坏试验，确保绝对可以站满行人。

这座步行桥的智能之处还在于，桥内预埋了实时监测系统，能够即时收集桥梁受力和变形状态的数据，有助于后续跟踪。

2020年，《自然》杂志的新闻专栏发文，探讨3D打印技术的最新进展，把打印得“更大、更快、更坚固”作为三个方向，其中就提到这座“世界最大的3D混凝土打印桥”。

▲

3D打印书屋

在3D打印桥的附近，2024年，团队还尝试建起了一座不到30平方米的公共书屋，可以容纳15人。两台机械臂连续工作，5天完工。

▲

深圳3D打印公园

▲

3D打印景观小品

各种造型的景观小品，3D打印也非常有优势。

2024年，深圳3D打印公园落成，地形高低起伏，座椅都是流线型的，就像从地面直接“生长”出来一样。一组组曲线，就像形成了山谷、溪流一样，模拟的都是自然形态。

▲

3D打印景观小品过程

如今，徐卫国带领的团队，有20多个人，不少是90后。建筑师之外，还有结构设计师，机械设计师，专门研究机器人的博士，程序工程师，材料工程师……

团队分散三地，在深圳搞研发，在无锡搞生产，北京则是部分设计成员的办公地。

工作流程，团队先在电脑里把房子建一遍，然后规划机械臂的路径，再把路径转成代码，输入到机械臂的控制端。这样，只需要一两人到打印现场。

▲

早期数字建筑设计作品

徐卫国是改革开放的第一批大学生，1978年考入清华大学学习建筑。一方面，进清华，留清华，在清华读书、教书、写书；另一方面，他的博士学位是在日本拿的，在欧美交流访学，还在南加州建筑学院及南加州大学建筑学院教书。

2003年，他作为中国建筑艺术双年展的策展人之一，出国考察。行至巴黎蓬皮杜艺术中心，一场名为“非标准建筑”的大展，触动了他。

全球12位先锋建筑师，以数字技术设计的未来建筑，在这场展览上亮相，作品全都是不规则型、非标准几何型，有的呈有机形态，更像雕塑、艺术，“跟传统建筑很不一样”。

他本来就对最新的建筑思潮非常感兴趣，当时就有强烈预感，“这将是一个新的建筑探索的方向”。

▲

2006年，徐卫国策展的中国建筑艺术双年展中部分青年建筑师作品

回到国内，徐卫国立即着手邀请这个领域的前沿建筑师、学者，来中国办展、开讲座。

2004年起，连着举办5届中国建筑双年展，每次都有全球50来家年轻事务所参与，也邀请了20多个世界上最先锋的建筑学校，把学生作品拿到北京来展出。

当时受邀前来合作的英国学者，曾对他说，目前在中国大地上，可能只有他一个人知道，什么是数字设计，什么是算法设计。

“了解了这个领域，扎进去以后，就没有出来，”徐卫国这样形容20多年来的经历。

前10来年，主要就是搞研究，在智能建造领域，逐渐形成自己的理论和结构体系。

2017年，两位早年的学生回国，加入他的团队，开始将技术产业化，近5年的工作，就是着重于把“机器人3D混凝土打印”这项技术，应用于实际建设。

▲

徐卫国在工作中

▲

徐卫国指导的学生设计作品

最近3年，徐卫国在清华大学深圳国际研究生院，组建“未来人居研究院”，带的学生多是95后、00后一代。

他给学生们出的设计题目也另类，比如：在火星上盖房子。

“回想人类最初，用自然材料建造家园，首要目标是经济适用，跟我们现在做火星居留地的设计，是相似的，用智能化的3D打印方式，在火星上把建筑外壳连同室内一次成型，应该是我们看得见的未来。”

▲

为非洲低收入家庭研发3D打印住宅

电脑生成、机器人盖的房子，会不会显得冰冷、少了一些人文的温度？

在徐卫国眼中，机器比人更亲切，更懂人。

“机器智能，是把不同类型的人类智能，都统统集中在一块，就像阿尔法狗之所以能够战胜对手，是因为它集中了众多人的智慧。”

“机器看起来是冷冰冰的，但它也把不同人的亲切感凝聚，形成了一种新的亲切感，比单一维度的人，想得更细腻，考虑得更周全。”

▲

观众在今年“深双”现场，体验混凝土3D打印作品

3D打印建筑的发展前景如何？

回答这个问题的时候，徐卫国的语气笃定、眼里有光，“未来，它一定会成为一个最普及的建造手段，”他顿了顿补充，“这是毫无疑问的。这也是思考多年，我们坚定的信念。”

“目前，‘机器人3D混凝土打印’这项技术所处的发展阶段，如果把它比作400米跑，现在大概跑到150米，技术还在不断地开发。要完全开发到像砖木结构、砖混结构，或者钢筋混凝土结构那么成熟，还需要一些时间。”

▲

不同场景、不同时间段都能连续工作

为什么如此看好？

他认为，一方面，我们现在已经在逐渐告别工业社会，走向智能社会，3D打印建筑与智能社会的生产模式、建造模式匹配，有很强的生命力，且能为每个人的生活量身定制，就像可穿戴设备一样。

另一方面，建筑工人越发稀缺，如果能让机器人替代一部分建造的活儿，只留编程、控制操作的少量人工，就能让人从繁重的体力劳动中解放出来。

在徐卫国看来，建筑师不一定非要做出几栋出名的地标、网红建筑，或是获大奖，“满足广大的最普通的人的生活需求——这是我们做这项技术研发的最核心的目的 。”

过去3年，3D打印建筑正在全球掀起浪潮，有的城市已经开始公开发售3D打印住宅，建筑的层数也不再局限于单层，两层、多层的3D打印住宅，已经成为现实。

畅想得更天马行空一点，全球各地的先锋建筑师开始拿各种新旧材料做实验，结合3D打印技术，创造出外观新奇、体验独到的小建筑，也回应着后疫情时代，人们渴望住得更舒适、更贴近自然、更节能环保。

1、球形3D打印住宅

坐标：日本

▲

图源：Serendix

去年，日本兵库县的初创公司Serendix，只用不到23小时12分钟，打印了一座球形3D打印住宅，这是日本第一座24小时内完工的3D打印住宅。

10平方米的房子，售价330万日元（约17万人民币），6栋球体住宅已售罄。

今年，该公司还计划推出另一个3D打印“豪华版”住宅，面积为49平米，除供电力、水和煤气外，还会配备卫生间，方便拎包入住，预估售价500万日元（约合人民币25万元）。

“我们的目标是像买车一样买房，让每个人都能从抵押贷款中解脱出来。”

2、东17街住宅区

坐标：美国

▲

图源：ICON

东17街住宅区是美国首个供出售的3D打印住宅区，由四栋住宅组成，每户有两到四间房。住宅使用了ICON公司专有的3D打印建筑技术，配合先进的新材料建造，住宅的使用寿命预计比传统建筑材料更长。

这一片区的打印施工，仅耗时7天。自从竣工以来，这些混凝土打印住宅经受住了7.4级地震和强风暴的考验。

3、3D打印出租屋

坐标：荷兰

▲

图源：Houben & Van Mierlo

这片巨石形状的住宅，由Houben & Van Mierlo工作室设计的，合作机构包括荷兰埃因霍温科技大学的3D打印住宅研究团队。

这个项目是世界上第一个3D打印出租屋开发项目，也是欧洲第一个供长期居住的3D打印住宅。

4、双层住宅

坐标：德国

▲

图源：Peri

这座两层的独立住宅，是德国第一个落地的3D打印房子，每层的居住空间大约80平方米。

这个项目的特别之处在于，使用了一种名为BOD2的新型3D打印机，由丹麦制造商COBOD首创，在打印建筑结构的过程中，添加管道和其他内部构件，打印效率也很高，短短5分钟，就能打印出1平方米的双层墙。

5、曲线小屋

坐标：美国

▲

图源：WATG

这座名为“曲线吸引力”的房屋，由3D打印的塑料、碳纤维板和玻璃墙面建成，动态弯曲的外墙不仅具有美感，设计上具有最佳的结构稳定性，是世界首个自由形态的3D打印住宅。

房子的面积约为90㎡，建筑设计是WATG团队，一个成立超70年的老牌国际化团队，建筑结构使用了Branch Tecnchology开发的自由形态打印工艺，在建筑技术领域有突破性的创新。同时，整个结构净零能耗。

6、夏日之家

坐标：荷兰

▲

图源：DUS Architects

这座独立的微型小屋，占地仅8㎡，体积不过25m⊃3;，核心结构由黑色的可持续生物塑料3D打印而成，墙面呈几何形。门廊处的打印图案，一路延伸到了屋外。

屋内配备了可折叠的沙发，模块化装饰，在需要时可以拉出变成沙发床，是一个非常适合在城市中隐居的“迷你居所”，屋外还有一个3D打印浴缸。

用于打印的材料，可被完整回收，反复重新打印，意味着整座小房子可以被完全粉碎，100%循环再利用。

7、Casa Covida

坐标：美国

▲

摄影：Elliot Ross、Emerging Objects

图源：Emerging Objects

Casa Covida，由三个圆柱形建筑体组成，坐落在科罗拉多州的沙漠中。住宅的土坯墙由机械臂3D打印而成，材料是当地砌墙时常用的传统配方，由沙子、淤泥、粘土、水以及稻草混合，后经阳光曝晒而成。

内部空间包括双人卧室、浴室，以及中央生活区，设有壁炉，一旁的炊具也是3D打印而成，用的是当地的粘土。

这座小住宅是在新冠疫情发生后，应社交隔离的需求，而诞生的小型实验建筑，适合两人入住。