全新的3D打印建筑需要全新的建筑规范

建筑规范有着一段传奇般的历史，它们基本是在伦敦大火——1666年那场摧毁了伦敦大片地区的大火等悲剧后才建立起来的。自那以来，一系列规范应运而生，包括诸如提高建筑物防火能力，或提高人口密集的城市地区公共安全的规范，这在新冠肺炎（COVID-19）这一具有挑战性的时期尤为重要。美国于1915年建立了首个国家级建筑规范，自此，这开启了各市政、各州，甚至是国际建筑规范的曲折发展道路。

本来已经令人眼花缭乱的建筑监管现在又迎来了一项新的挑战：评估建筑行业的新技术。3D打印以更快、更便宜、更安全以及更可持续的建设过程，承诺为建筑业带来革命性的变化。当然，前提是如果建筑商能成功地说服建筑官员，回答他们最紧迫的问题——如何对3D打印建筑的安全有信心?

总部位于波士顿的Apis Cor 公司是一家专门为建筑业制造专业3D打印机的公司，其创始人兼首席执行官Anna Cheniuntai表示:“3D打印技术非常创新并极具颠覆性，而建筑业却是一个非常保守的行业。正是由于这个原因，3D打印在现实世界中的推广应用困难重重。我们目前最大的挑战是如何建立标准，以便让建筑官员和权威机构能够轻松地认证流程并发放建筑许可证。”

Apis Cor和结构工程公司Thornton Tomasetti已经在通力合作，他们同处在波士顿的欧特克技术中心里，为3D打印墙壁建立一个行业标准，他们希望这会是创建面向未来的建筑规范的第一步。

争创先例

Apis Cor成立之初就在一些项目中展示了3D打印的优点。例如，2016年，该公司建成了据称是世界上第一个“现场”3D打印房屋，使用的是可移动混凝土打印机。这座位于俄罗斯斯图皮诺市的占地约37平米的圆形房屋，仅用了24个小时就建成了，建造成本约为1万美元，与慈善组织仁人家园（Habitat for Humanity）建造一幢约98平米、三居室的住宅所花费的约5万美元和8个月的时间相比，只是九牛一毛。

随后，在2019年10月，Apis Cor为迪拜一栋两层政府大楼完成了高约9.5米，面积近60平方米的3D打印墙体，是目前最大的3D打印建筑。

然而，Thornton Tomasetti的工程师Patrick Kenny告诉我们，概念的验证并不等同于先例。要想大规模批准3D打印，建筑官员需要先例。

Kenny说道:“建筑业不同于制造业。就目前的建筑业而言，你不能象制造业那样，建造一千座、一万座或一百万座相同的建筑。在制造业中，你可以把最初的10个产品搞得一团糟，然后再不断改进工艺。而每一座建筑就是自己的原型，这就使决策者变得非常保守。”

这就是建筑规范的作用所在——通过迫使建筑商遵守通用标准，规范管理人员使异质建筑更加同质化。这样一来，他们把已完成的建筑变成了未来建筑的先例，从而降低了风险。

3D打印等新技术的挑战在于没有先例。果真找不到先例?

为了让规范管理人员更适应3D打印，Apis Cor专注于3D打印墙体。其设计模仿了传统的混凝土砌块单元（CMU）墙，最后用空心筒体来加筋。尽管3D打印可以打造各种全新的形式，Apis Cor认为，让新的建造方法合法化的关键是找到与传统建筑方法的共同点。

Cheniuntai说道:“我们相信，如果我们能够证明我们的墙和砖石墙在结构上有相似性，就会简化审批过程。因为这样，建筑官员就能够参考砖石建筑的规则和建筑规范。”她补充说道，Apis Cor的方法让建筑商可以使用已经在传统砖石结构上采用的经验证的屋顶、地基等施工技术。

Apis Cor没有采用碳纤维或生物塑料等推覆材料，而是把目光转向了人们熟悉的常用材料，如混凝土。但普通混凝土不适合3D打印，该公司已经开发出一种专利配方，其成分与普通混凝土相同，即水、沙子和水泥，再加上一种保密的成分，使其具有高粘度和快速凝结的特点。

“我们认为，作为第一步，我们应该用非常熟悉的已经在建筑中使用的常用材料。” Cheniuntai说道: “之后，我们可以引入新材料。”

破解规范

当然，看起来象砖石的3D打印的墙体，性能表现也得象砖石。Apis Cor一直与Briggs工程测试公司和康涅狄格大学合作，让他们的打印墙块接受与CMU砌块同样的美国材料试验国际协会的认证试验，包括强度、阻力、弯曲和压缩试验。

Kenny介绍道：“你可以拿一块CMU砌块，用机器压碎它来测量它的强度。同样大小的3D打印墙块也接受同样的试验。”据Kenny所说，Thornton Tomasetti正在评估Apis Cor的试验结果，并将其解释转换成可与建筑官员共享的文件。他说:“我们这么做是想证明这种新材料符合现有的、非常具有可比性的建筑规范，即CMU砌块的规范。”

Apis Cor计划在两个即将展开的示范项目上运用其实验性证据。第一个是在路易斯安那州杰克逊镇的一座3D打印的两层住宅项目。Apis Cor计划在两周内完成这个结构，成本只有传统住宅的一半。第二个项目是一个3D打印经济型住房项目，位于加州圣巴巴拉市，与圣巴巴拉县的住房信托基金合作。两个项目预计将于2020年秋季开工，都会籍走标准审批程序以展示其3D打印技术及治理能力。

Kenny说道:“你要做的是在几个地方说服几个人，这样就会得到先例，证明你以前建造过这样的建筑。”

最初的项目会非常简单。然而，随着时间的推移，Apis Cor计划引入具有更复杂几何形状的更多原型，那些就必须赢得建筑官员的青睐。

“现在，我们依托较为严格的CMU砌块规范，是因为该规范很容易理解，并且有非常精确的要求。”Kenny说道，“不过，我认为3D打印最终会成为现浇混凝土规范的一部分。因为该规范虽然有诸多要求，但却是不拘形式的，对几何形状没有任何限制，这就是3D打印混凝土要达到的目标。”

Apis Cor承认，3D打印住宅的“建造快速、价格实惠”的承诺是诱人的，但是任重而道远。不过仍然值得，因为它实在重要。

Cheniuntai说道:“我们的目标是填补经济适用房的缺口，只要解决了如何获得批准和许可，我们坚信能够实现这一目标。而最具挑战性的部分还在于随后如何将这项技术规模化应用。”