清華大學建築學院教授徐衛國

　　橙色的機械臂，如人的手臂般靈活移動，前端的3D打印係統正在“打印”建築……在清華大學深圳國際研究生院未來人居研究院一樓的實驗室裏，清華大學建築學院教授徐衛國正在指導學生進行3D打印操作。“我們(men) 研發的打印新工藝，將應用到更多智能建造中。”徐衛國說。

　　2000多公裏外，在河北張家口市下花園區武家莊村，有一座很特別的農(nong) 宅。這座建築，正是徐衛國與(yu) 團隊采用3D打印混凝土技術建造完成的。

如何用3D打印技術建房子？智能建造如何從(cong) 實驗室走進人們(men) 的生活，前景如何？徐衛國向記者娓娓道來……

從(cong) 牆體(ti) 到屋頂，完全采用3D打印混凝土技術建造，並依靠機械臂完成施工

　　武家莊村村民趙秀娟家的牆上，有一張與(yu) 徐衛國的合影。照片背景裏的老房子，已被這座3D打印建築取代：編織紋理裝飾的外牆、圓拱形的屋頂、鏤空的圍牆……新居與(yu) 村中其他農(nong) 宅很不一樣。

　　更不同的是建築過程。從(cong) 基礎、牆體(ti) 到屋頂，農(nong) 宅的建造完全采用3D打印混凝土技術建造，並依靠機械臂完成施工。用趙秀娟的話來說，3套打印設備“就像擠牙膏一樣”，“打印”出混凝土材料，一層層向上累加，房屋的基礎、牆體(ti) 等部分便漸漸呈現在人們(men) 眼前。屋頂則在單獨打印完成後，用吊機安裝到牆體(ti) 上。

　　“簡單來說，智能建造指的是用機器人或者智能係統替代人進行房屋建造。”徐衛國說，機器人3D打印混凝土技術的優(you) 勢在於(yu) 效率高、質量高等，還可以建造出各種優(you) 美的不規則曲麵形體(ti) 。

　　如何讓3D打印建築更好地滿足人們(men) 的需求？這幾年，徐衛國沒少往武家莊村跑，他指導的好幾篇研究生的論文，也是圍繞武家莊村的3D打印建造展開的。

　　“我們(men) 的很多成果是在工地上取得的。有一年冬天，我到農(nong) 村調研，發現有的村民家中窗戶透風，保暖性有待提升。”徐衛國說，在設計武家莊村的農(nong) 宅時，團隊結合3D打印的特點，對牆體(ti) 構造進行了創新性設計，形成“結構—裝飾—保溫一體(ti) 化牆體(ti) ”，讓房屋變得冬暖夏涼。

　　“隻有在實際操作中反複驗證，寫(xie) 出的程序、開發出來的技術才能更好地應用於(yu) 實踐，3D打印建築工藝才能得以不斷完善。”徐衛國說。

　　武家莊村的農(nong) 宅，並非徐衛國團隊完成的第一個(ge) 3D打印建築。在一個(ge) 又一個(ge) “工地”上，3D打印建築成果落地生根——

　　上海寶山區智慧灣，一座形似飄帶的3D打印混凝土步行橋引人注目。兩(liang) 台打印係統共用450個(ge) 小時打印完成全部混凝土構件。

　　廣東(dong) 深圳寶安3D打印公園，蜿蜒的道路和自然起伏的地形融合，如清泉流淌於(yu) 溪穀間。3D打印混凝土技術在建造特殊曲麵造型時的優(you) 勢，在該公園中得以充分體(ti) 現。

　　拱橋、公園、書(shu) 屋、民宅……徐衛國的作品，從(cong) 實驗室走到了人們(men) 身邊。他說，希望自己的科研成果能夠助力行業(ye) 升級，改善人們(men) 的生活，“科學研究就應該為(wei) 社會(hui) 服務”。

深耕20多年，數字建築設計逐漸變為(wei) 現實

這些年，徐衛國團隊的3D打印建築作品不斷湧現。成果背後，是他20多年來在數字建築設計領域的深耕。

　　2003年，徐衛國在國外一場名為(wei) “非標準建築”的展覽上第一次接觸到數字建築設計。如何運用數字技術在電腦裏生成建築形態？這些設計能否被實際建造出來？徐衛國開始了在數字建築設計領域的探索。

　　“數字技術與(yu) 建築設計的結合形成了數字建築設計，主要是通過算法、程序來生成設計方案。”徐衛國說。

　　以深圳寶安3D打印公園為(wei) 例，團隊通過算法模擬人群活動，在人流密集區域布置主要景觀，再利用奇異吸引子算法生成公園總平麵的雛形。隨後，對公園總體(ti) 規劃進行設計建模，完成3D模型。在建立模型的基礎上，進行打印路徑規劃，並將代碼傳(chuan) 輸給機械臂。“通過算法，數字建築設計能夠更大程度地滿足人們(men) 的需求。”徐衛國說。

　　近年來，徐衛國意識到數字設計是智能建造的前提和基礎，開始重點研發以3D打印為(wei) 主的智能建造技術。從(cong) 一場展覽的啟發，到一個(ge) 個(ge) 建築的落成，20多年時間裏，徐衛國關(guan) 於(yu) 數字建築設計、智能建造等的設想逐漸變為(wei) 現實。

　　“實際上，一路走來很不容易。”徐衛國說，自己也遇到過一些質疑的聲音，比如，新的設計方法是否可行，能建多大的房子，性價(jia) 比高不高，等等。“但堅持做下去，總會(hui) 有新收獲。”2020年，住房城鄉(xiang) 建設部等部門關(guan) 於(yu) 推動智能建造與(yu) 建築工業(ye) 化協同發展的指導意見印發，提出加大智能建造在工程建設各環節的應用。徐衛國深耕多年的技術有了更多用武之地。

　　是否慶幸於(yu) 自己的探索與(yu) 堅持？“如果沒有及早意識到數字建築設計、智能建造的廣闊前景，沒有早去做研究，那就是我們(men) 的失職。”徐衛國說，“科學研究就是要有前瞻性，要看到未來的需求，不斷探索、求新。”

激發學生想象力，探索未來建築的各種可能性

　　如何在火星上建房子？

　　采訪時，徐衛國剛剛為(wei) 學生們(men) 上完一節建築設計專(zhuan) 題課。這門課上，學生們(men) 要圍繞“火星居留地”進行設計。

　　“在火星上，人輕輕一跳，就比在地球上跳得高很多——火星上的建築，與(yu) 地球上的建築也完全不同。”徐衛國說，他想激發學生們(men) 的想象力，探索未來建築的各種可能性。

　　他講授的建築設計專(zhuan) 題是一門討論課，學生在課下完成準備工作，上課時展示自己的成果，老師進行點評、提出建議。

　　“剛才這節課上，我們(men) 討論了各個(ge) 小組的建築設計任務書(shu) 。我們(men) 要自己設定‘火星居留地’上的人物和背景，在此基礎上進行建築設計。”剛上完課的學生李洪君興(xing) 奮地說。

　　聽上去有些科幻，但這其實與(yu) 建築設計息息相關(guan) 。“人物之間的聯係，其實是建築空間關(guan) 係的一個(ge) 參照，會(hui) 轉換成空間之間的關(guan) 係。”徐衛國說，課程中的每一項任務，都對應著實際的建築設計過程。

　　徐衛國關(guan) 注建築的未來，也關(guan) 注學生的成長。1983年本科畢業(ye) 後，徐衛國讀研期間就開始擔任課程助教，距今已有40年。在他看來，啟發、引導、交流，是教師工作的重點之一。“現在獲取知識的渠道越來越多，找到答案並非難事。如何啟發學生找到新知識、新方向，是最重要的。”他說。

　　“徐老師很尊重學生的意見”“徐老師的創新意識令人佩服”……徐衛國指導的研究生們(men) ，在創新的氛圍中不斷成長，他們(men) 圍繞未來城市及支撐技術、數字建築與(yu) 智能建造、技術人文等領域開展研究。

　　他們(men) 把目光投向未來。