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3D打印开创快速建筑模式,还可推动太空探索?!
方展策
作者:方展策评论评论:点击率点击率:

发表时间: 2021-10-29 14:13:33

作者介绍

少年时,曾研习 Geographic Information System,可惜学无所成,侥幸毕业。成年后,误打误撞进入传媒圈子,先后在印刷、电子、网络媒体打滚,略有小成。中年后,修毕信息科技硕士,眼界渐扩,决意投身初创企业,窥探不同科技领域。近年,积极钻研数据分析与数码策略,又涉足 Location Intelligence 开发项目;有时还会抽空执教鞭,既可向他人分享所学,亦可鞭策自己保持终身学习。

   3D打印技术投入应用已有好几年,疫情期间更广泛应用于制作快速检测试剂盒、防护装备、呼吸机零件等,几乎任何物品都可以用3D打印机制造出来。教人意想不到的是,近年建筑界亦已逐步引进这项技术,以3D打印方式建屋,不但可在24小时内盖好一幢单层房子,建筑成本更远低于传统施工方式,开始成为消费者购屋的新兴选择。3D打印房屋日后能否颠覆整个建筑业的游戏规则呢?3D打印对未来智慧城市建设又会带来什么影响呢?


3D打印屋成贫困户安乐窝


   2019年,全球首个3D打印房屋小区在墨西哥塔巴斯科州(Tabasco)纳卡茹卡(Nacajuca)郊区正式动工,目标是兴建500栋设备完善的房屋,收容极端贫穷,或居住不安全住房环境的家庭。这项建屋计划是由来自美国旧金山的非营利组织New Story,以及3D打印建筑公司ICON携手推进。


   ICON使用巨型3D打印机“Vulcan II”,在施工地点即场印制房屋。这部3D打印机挤出特制的混凝土混合物“岩浆水泥”(Lavacrete),一层层浇灌、堆栈起来,便可筑建出楼高3层500平方呎的单栋房屋,每户有2间睡房、1个厨房,以及1个厕所。


   到2021年下半年,这个小区内已有200幢房屋已经竣工或接近完成,并陆续安排当地贫困户入住。纳卡茹卡地区位处地震带,这些房屋曾挺过一场黎克特制7.4级地震,足证3D打印建筑物已具有一定的抗震能力。ICON表示,下一步将在中美洲萨尔瓦多与海地兴建至少100幢3D打印房屋,让无家可归者入住。


ICON公司的3D打印机Vulcan II挤出岩浆水泥,一层层堆栈起来,即可构成房屋墙身。(图片来源:ICON官网)


ICON与New Story团队在墨西哥推行3D打印建屋计划,目标是兴建500幢房屋,以改善当地贫困户的居住问题,迄今已有约200幢完工;同时,修建道路、学校、足球场、图书馆的计划亦正在进行中。(图片来源:ICON官网)


ICON跟建筑商3Strands合作,只用7天时间,就兴建了4栋以抵御极端天气为设计目的3D打印房屋,组成East 17th Street小小区。(图片来源:ICON官网)


3D打印建屋只需3名工人


   3D打印房屋不仅可为中南美洲贫困户提供一个安乐窝,更可成为美国消费者的购屋新选择。在纽约长岛(Long Island),一幢装修属现代风格的单栋房子,室内面积达150平方公尺,设有3间睡房,并配有一座花园,售价为30万美元(约234万港元),仅及同区房价的三分之一,因为整栋房子都是ICON用3D打印机印制出来。


   随后,ICON又在德萨斯州奥斯汀(Austin)建造3D打印小小区“East 17th Street”,提供2房、3房、4房三种屋型,价格由45万美元(约351万港元)起,房价也比周遭平上一半。


   这类房屋之所以定价较为便宜,原因是其人力成本远低于传统建屋方式。3D打印机运抵工地,进行基本安装和设定后,即可启动自行运作,期间只需派驻3名工人留守工地:一个监察3D打印机运作,一个监控计算机显示数据,另一个负责在现场协调,大概24小时即可建成一层楼。采用传统施工方法,则要出动5名工人,花上5个工作日,才可盖好一层楼。


Vulcan II打印机高达3.35公尺,可由一台平板电脑操控,让施工人数可缩减到3人,而且可在24小时内盖成一栋单层房子。(图片来源:翻摄ICON官方YouTube影片)


打印预制组件工地即场组装


   除ICON以外,另一初创企业Mighty Buildings也跟地产发展商Palari Group合作,使用3D打印来兴建房屋,惟做法却有点不同。Mighty Buildings在自家厂房内用3D打印机生产预制建筑组件,运送到工地后,以“砌积木”方式组装成房屋。双方投资1,500万美元(约1.17亿港元)在南加州河滨县(Riverside)兰乔米拉奇市(Rancho Mirage),建造一个占地逾5英亩的3D打印小区。


   该小区建有15幢单栋房屋,房型包括:2间睡房、1间厕所的基本间隔,以及3间寝室、2间厕所、户外露台与游泳池后院的高级设计。屋顶装设了太阳能电池板,可供电给屋内电器使用;另可选配Tesla Powerwall储能电池系统,替停泊家中的电动车充电。基本房型以59.5万美元(约464.1万港元)价格发售,高级版本则定价为95万美元(约741万港元)。


   预制组件由一种特殊的复合石材打印而成,具备防火、防水特性,并可杜绝白蚁产生。在3D打印过程中,既会替组件加入钢材框架、绝缘材质,以及可阻隔空气和水份的设计,又会在组件表面直接印制所需装饰与图案。


不到24小时,Mighty Buildings的3D打印机就可以制造出一个350平方呎的房屋单位,打印好的房子会运送到客户指定地点,直接进行组装。(图片来源:翻摄Mighty Buildings官方YouTube影片)


Mighty Building表示,3D打印建屋本身已是低碳建筑方案,加上兰乔米拉奇3D打印小区的整体设计已针对环保进行优化,并完全由太阳能供电,所以堪称是零排放的智慧小区。(图片来源:Mighty Buildings官网)


让屋主印制Dream House


   由于组件藉由3D打印而达到一体成形的结构,故此其支撑性与耐用性较传统建材更高。同时,3D打印房屋一开始便先保留好管线穿过位置,可让水电管线轻松通过,不像传统建屋方法要先铺好墙身再钻孔,替水电工省下不少工夫。因此,3D打印组件可以比传统建材减少99%的结构性浪费,并省去砌砖、填泥与修饰等耗用大量人手的工序,令人力成本大减95%。


   理论上,因为各款组件均是用3D打印机印制,想要什么款式的窗框、墙身都可以,所以建筑商可根据客户需求来微调各项设计细节。如此一来,3D打印将会开创Dream House时代,让屋主跟设计师一起讨论房屋设计后,即可用3D打印机建造一幢屋主心目中的理想房屋。


   除此以外,3D打印建筑还能应对灾后处理。每当地震或海啸等天灾发生,总会有楼房或基建设施被摧毁,让成千上万的人无家可归,这时候3D打印机就可以快速建造房屋,甚至修建公路、桥梁,加快灾后重建的进度。由是观之,一旦这项技术普及起来,很有可能会彻底颠覆整个建筑与房地产行业。


   然而,目前3D打印技术仍存有一定限制。要把3D打印机引入建筑行业,初始投资资金很高,让中小型建筑商难以负担。而且,这项技术暂时不能建造楼层太高的房子,顶多只建构3层高的单栋房屋,无法筑起多层式的高楼大厦。


East 17th Street房屋打印完成后,交由奥斯汀室内设计师Claire Zinnecker负责装修,室内布置设计精美,与一般楼房无异。(图片来源:ICON官网)


月球上就地打印太空房屋


   尽管如此,不少科学家依然对3D打印建筑深感兴趣,已开始在脑海中勾勒深具创意的建筑项目。2020年底,ICON接到美国太空总署(NASA)的合作协议,共同研究如何在月球上以3D打印技术兴建房屋,供航天员长期居住,进而延长在月球进行探索和研究的时间。2021年4月,太空总署公布新一轮太空科技投资计划名单,当中有11%属于“积层制造”(Additive Manufacturing),即是3D打印的相关项目。


   物理科学公司(Physical Sciences)现正跟麻省理工学院合作,研究“原地利用”(In-Situ Resource Utilization)技术方案:使用月球风化层作为原料,并以太阳能供给电力,在月球上就地印制各种人类维生设施与建筑物。若果“原地利用”方案首阶段进展顺利,希望第二阶段能够在月球表面建造出模拟地球环境。


   有“科技女股神”之誉的伍兹(Catherine Wood),旗下方舟投资(ARK Investment Management)于2021年3月发行太空探索ETF(ARKX),当中持股比率第二大的是方舟自家的3D打印ETF(PRNT)。太空探索ETF挂牌首日交易量超过2.94亿美元(约22.9亿港元),创下ETF首日交易规模史上排名第八的成绩,可见市场看好3D打印搭上太空经济的前景。


   3D打印服务平台3D Hubs发表的《2021年3D打印趋势报告》显示,2020年3D打印市场成长了21%,预测市场规模将于5年内增长两倍以上,到2026年可望达到372亿美元(约2,900亿港元)。科技顾问公司Smithers更预估,及至2027年,3D打印市场产值将攀升至558亿美元(约4,350亿港元)。由此视之,一度备受冷落的3D打印技术终于有出头天,未来可能为人类在地球上,甚或月球上建造美好生活空间。


ICON现正积极研究,如何使用3D打印技术在月球表面建造房屋与基建设施,让航天员可长期居留,并免受极端温度、辐射、陨石阵雨等侵害。(图片来源:翻摄ICON官方YouTube影片)


ICON在德州休斯敦(Houston)约翰逊太空中心(Johnson's Space Center),利用3D打印塑造出火星沙丘阿尔法,以模拟现实世界中的火星栖息地,让太空总署研究如何进行长期性的太空探索任务。(图片来源:翻摄ICON官方YouTube影片)

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