基于BIM的3D打印技术在建筑行业的应用研究

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　　摘 要 随着建筑行业的不断发展，许多先进高科技被广泛应用于建筑行业中。基于BIM的3D打印技术虽然研发及应用的时间不长，但在建筑行业中已经受到很高的赞誉。应用3D打印技术制造房屋，可以缩短制造周期，降低施工成本，具有很好的应用前景。本文针对基于BIM的3D打印技术进行研究，分析了3D打印技术的概念、在建筑行业中应用的问题等，并提出了相应的应用对策。
　　关键词 BIM技术；3D打印技术；建筑行业；应用研究
　　前言
　　3D打印技术基于BIM技术和3D图形基础上，通过特殊的机械设备，能够完成实物打印的制造模式。相对于传统的建造模式，3D打印技术具有很多无可比拟的优势。但是在建筑行业的具体应用中，3D打印技术受到了很多方面的限制，如材料、法律法规、技术推广等。这就需要对该技术的相关问题进行具体的分析，从而找到解决的方法。
　　1 基于BIM的3D打印技术在建造领域的概念
　　1.1 3D打印技术
　　3D打印技术又称计算机辅助增材制造技术。该技术是基于BIM技术研制出来的，可以在没有专业工具的情况下，按照预设的数字化模型自動生成具体的形状[1]。目前该技术不仅应用于制造模型和原机，还在航空航天、自定义修复等领域得到广泛的应用。3D打印技术属于智能化加工，在建筑行业主要用于打印房屋。房屋建筑项目需要消耗大量的材料、能源、设备、人工等方面的资源。3D打印技术在基于BIM技术的模型建造基础上，能够打印建筑部件和建筑的各个元素。3D打印技术在建筑行业的应用起步较晚，因此该技术方面的研究比较欠缺。
　　1.2 3D打印技术的理论基础和关键技术
　　3D打印技术弥补了建筑行业施工中的不足之处，利用信息技术的优势，形成了自己独特的理论和方法。3D打印技术是基于BIM技术的新理论。首先我们需要对BIM技术进行了解。BIM技术即建筑信息模型，具有可视化、模拟化、协调性、参数化、优化性等特点[2]。在3D图形的基础上形成5维模型的结构功能。在建筑的各个阶段应用BIM技术，能够确保各部门更好地进行沟通协调，提高工程项目的经济收益。3D打印技术在BIM技术的基础上，提出了新的建造方法。3D打印技术基于3D模型数据，通过分层制造、逐层叠加的方式形成三维实体。这种技术也称增材制造技术。3D打印技术根据成型类型可以分为选择性激光烧结技术、分层实体制造技术、熔积成型技术和立体光固化成型技术。3D打印技术涉及多方面的技术知识，相较于传统的建筑行业，应用3D打印技术能够缩短工期，提高材料的利用率，还能够在短时间内打印出复杂的产品。
　　1.3 3D打印技术的优缺点
　　3D打印技术的优点在于，首先，成型速度快，打印精度高、质量好、尺寸大。其次，打印的成本低、污染小、施工材料可以回收再利用。3D打印技术不需要使用模板，可以节省施工成本，而且具有低碳、绿色环保的优点[3]。第三，施工效率高，能够提高建筑项目的工作效率。在项目施工阶段，应用3D打印技术可以实现动态、可视化的建造管理。减少人员的资金投入和劳动强度。第四，推动建筑行业的信息化发展。3D打印技术的应用能够加快建筑行业的发展步伐，实现行业内的信息交流和共享。依靠云计算和大数据分析能力，能够完善企业对施工项目的管理，推动行业从粗放型向信息化的转型。最后，提高企业的竞争力。应用3D打印技术，使企业形成新的技术框架系统，有利于企业更新管理理念，适应市场的发展规律，提高企业在行业内的有利地位。
　　3D打印技术由于起步较晚，目前还存在很多的不足之处。一方面对建筑材料要求较高。建筑材料不仅要满足建筑施工的各项要求，还要符合3D打印技术的需求，这就需要加强对建筑材料的研制工作，推出更多适合3D打印技术的建筑材料，满足建筑施工对抗拉能力、抗裂能力等方面的需求。另一方面，3D打印技术针对的建筑对象多为底层建筑或者建筑的构件。而我国目前高层、超高层建筑施工越来越多，3D打印技术不能完成较高、较大型的建筑打印，只能以打印构件的形式进行拼装。这就对3D打印技术的发展和应用提出了更为严峻的挑战。
　　2 基于BIM的3D打印技术在建筑行业中应用的问题
　　2.1 缺乏行业相关规范参考
　　3D打印技术目前可以参照箱型的建筑施工标准对建筑空间尺寸、布局、管线排布等进行设计。但对于建筑材料和结构相关的荷载、保温隔热、可靠度、抗震性等方面却缺乏可以借鉴的标准。只有通过实践慢慢来进行探索验证。由于缺乏3D打印技术设计建造方面的规范，使项目实施阶段难于管理，权责不明，竣工验收标准也难以确定。对3D打印技术在工程项目中的应用造成了一定的影响。
　　2.2 打印材料种类有限
　　目前建筑市场上缺乏适用于3D打印技术的材料。3D打印技术应用的材料要求较高，既要保证建筑所需的强度，又要能以液态形式应用于3D打印技术中，而且打印完毕后还需要快速的凝结。因此，目前建筑市场上满足这些要求的建筑材料非常有限。现阶段3D打印技术主要以特种水泥为原料，以石膏等作为胶凝材质，并添加玻璃纤维等来提高材料的强度。这样基本能够满足建筑施工的标准要求。但在具体施工中，还是会有应用钢筋混凝土的情况，使3D打印技术在造价方面受到一定的限制，其建造优势难以有效的体现。
　　2.3 施工工艺受限
　　首先，受3D打印技术的工作原理和打印设备方面的因素影响，使建筑物的尺寸受到了一定的限制。其次，3D打印技术的过程是不可逆的，一旦出现错误就难以进行更改。这就对建筑项目的设计和施工提出了较高的要求。另外，3D打印技术的施工工艺采用逐层堆叠的形式进行建造，施工材料单一，表面比较粗糙，使建筑整体的美观性受到一定的影响。
　　2.4 没有得到很好的推广
　　传统的施工技术虽然也存在很多的问题，但由于起步较早，在多年的研究和实践中总结提炼出了很多的施工经验教训，已经形成了比较成熟的技术体系和管理体系，在社会上的接受程度也相对广泛。而3D打印技术是一种新型的建造技术。人们对这种技术的优势知之甚少，接受程度也相对较低。而且该技术还需要解决很多在法律法规、政策、资金等方面的问题。虽然3D打印技术具有很多独特的建造优势，但国内目前少有企业将该技术发展壮大。
　　3 基于BIM的3D打印技术在建筑行业的应用对策
　　首先，避重就轻进行生产建造。可以避开在规范上有影响要求的结构和部件的制造，转而制造一些非承重抗压类的部件。如一些景观小品、户外设施、装饰品、临时庇护所等。例如：临时欧盟建筑的表皮和座椅就是应用3D打印技术制造的。3D打印技术可以根据施工现场的具体情况对建筑结构和部件进行调整，选择一些经济实用、成本低的材料。使3D打印技术的优势得以体现出来。其次，实现特殊复杂形态建筑的设计和建造。为了使3D打印技术的优势得到充分的体现，可以选择一些传统建筑工艺无法完成的复杂特殊结构的设计和建造。如一些景观、设施、建筑的组成部件。景观、设施、建筑的形态选择与地形、光照、水文等条件相一致时，3D打印技术就能够完成传统施工难以达到的这种技术要求。
　　最后，政府引导促进技术推广。通过政府政策上的扶持和引导，使人们提高对3D打印技术的了解和信任，并推进相关法律法规的建设。以此来促进3D打印技术的推广和发展。
　　4 结束语
　　总之，基于BIM的3D打印技术在建筑行业中具有重要的应用价值。虽然在实际应用中存在很多工艺、推广、材料、法律法规等方面的问题，但只要具体问题具体分析，找到相应的解决对策，3D打印技术在未来就会拥有更为广阔的发展空间。
　　参考文献
　　[1] 季安康，王海飙.基于BIM的3D打印技术在建筑行业的应用研究[J].科技管理研究，2016，36（24）：184.
　　[2] 章屹.3D打印技术在建筑行业应用中的问题与对策[J].建筑经济，2018，39（02）：10.
　　[3] 朱嘉辉.探究3D打印技术在建筑领域的应用及展望[J].建筑技术开发，2018，45（05）：77.
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