年9月，由清华大学徐卫国教授团队及无锡荷清数字建筑科技有限公司设计建造的深圳宝安3D打印公园建成，创造了新的城市环境建设模式。
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机器人3D打印混凝土建造技术基于数字建筑设计及机器人自控系统、将3D打印技术与特种混凝土材料技术相结合，是一种创新型房屋及环境智能建造技术。它是清华大学科研成果，由建筑学院及深圳国际院未来人居院徐卫国教授跨学科团队自主研发，目前正在进行产业化应用，首次在深圳宝安区实现了世界最大规模的3D打印混凝土绿化公园建设尝试。到目前为止，运用该技术还建成新农村住宅、肯尼亚经济房、步行桥、图书屋等项目。（图1、图2）
图1、深圳宝安3D打印公园俯瞰
图2、团队3D打印混凝土项目
跨学科集成性智能建造产业技术
该技术是一种智能建造技术，其建造工艺流程包括算法生成创意设计、数字形态建模、打印路径规划、打印程序编码、虚拟打印建造模拟、现场原位打印、或现场预制打印及装配；它将房屋或景观建设全过程进行了数字化集成，并分为虚拟建造及实物打印建造两大部分，建造过程中连续的数字信息流及物质性建造流相辅相成，形成了一体化智能建造流程。该技术涉及到不同的行业参与，包括基于算法生成的建筑创意设计；路径规划及控制软件的开发；机器人及打印设备的集成制造；打印材料的混合生产；建筑施工的数字工地等。它的推广使用不仅将传统房屋建设产业升级，而且将带动一个新的数字建造产业链的形成；产业链上各个环节将产生新的生产行业。（图3）
图3、技术集成性智能建造产业链
该技术的诸多优势
1.节省人力-由于有智能机器如机器人或机器臂替代了人工劳动，将解决劳动力缺乏及劳动力价格迅速提高的问题；
2.提高效率-由于有了电脑里的虚拟建造过程，实际的物质性建造准确率大大提高，可以避免各种不必要的浪费和返工；同时智能机器人可以连续不断的运转，每天的工作时间可以大大加长，这样将缩短建设周期；
3.降低造价-从直接投入来说，由于减少了人力、缩短了周期、避免了浪费，其工程造价比传统的工程造价要节省10-20%；
4.保证质量-由于使用了智能系统及智能设备，其建造精度大大提高，从而能够保证建造质量；
5.环保生态-由于建造工艺进行了有效合理的组织规划，建造过程没有污染；打印材料本身环保可循环使用，保证了其整个建设环节节能环保；
6.创造新形象-由于基于算法生成的数字设计，同时使用了可空间运动的智能机器臂进行建造，该技术不仅可以建设传统的建筑形体，并且可以建造各种丰富的有机建筑形态。
该技术目前世界领先
通过对国内外不同机构企业相似技术进行调研比较可知，目前清华大学的机器人3D打印混凝土建造技术处于领先地位。其技术的优势在于，1.打印设备尺寸小造价低，易于运输、易于维护、易于推广；2.打印设备适应性强，可在空间中灵活运动，打印多种形态的目标对象；3.可打印不同种类的产品，包括低层房屋建筑、装配式建筑构件、园林小品及环境饰品；4.开放性的软件系统，在自带软件平台上，可添加新的设计或操作模块；5.智能机器臂本体可换挂其它工艺设备，进行其它工种的智能建造或加工如切削、打磨、喷涂等。
清华技术及其产品目前已获一系列奖项，如年世界建筑节WAFC杰出设计奖；年第五届全国装饰混凝土大赛景观类金奖；年获得世界建筑新闻奖WAN“最佳技术运用奖”金奖;年国际ArchitizerA+Award技术运用奖；年国际建筑大师奖（ArchitectureMasterprize）“景观/结构与装置组优秀奖”；第一届全国混凝土3D打印创新大赛设计类一等奖；增材制造全球创新大赛“创新先锋奖”二等奖；年世界机器人建筑协会ROB
ARCH“技术运用奖”等。
该技术符合国家建筑产业发展战略
住房和城乡建设部等十三部门年7月联合印发《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》指出，要以大力发展建筑工业化为载体，以数字化、智能化升级为动力，加大智能建造在工程建设各环节应用，形成涵盖科研、设计、生产加工、施工装配、运营等全产业链融合一体的智能建造产业体系。
智能建造可以解决我国建设行业所面临的劳动力骤减危机，根据国家统计局年4月30日“年农民工监测调查报告”，农民工总量减少，流动半径进一步缩小。据预测，明年起的十年间，每年民工数量将减少万人，十年共将减少一亿人，但是，我国仍有大量房屋及基础设施需要建设，要避免这一危机的发生，用机器人替代工人的智能建造势在必行。同时，智能建造可以把工人从繁重的体力劳动中解放出来，从而实现真正的社会公平。
图4、公园北侧俯瞰
宝安会展中心机器人3D打印公园建设简介
宝安会展中心3D打印公园位于17号馆前，用地面积.3平方米，建设过程中使用了4套机器人打印设备，从设计到建成用了3个月的时间，该项目的实施创造了新的城市环境建设模式。
新的建设模式
使用者行为模拟—算法生成规划设计—虚拟公园三维建模—公园实景三维打印路径规划—机器人打印设备进场及调试—现场预制打印及原位打印景观实物—实物安装及绿化配植。（图5）
图5、新的建设模式
如图所示，宝安3D打印公园的建设首先始于使用者行为模拟，借助GH的插件QUELEA的粒子群优化算法，模拟场地日后的人群活动规律；之后通过人流热度分析并用奇异吸引子算法生成公园总体规划雏形（图6）；在此基础上建立公园的虚拟三维模型；基于三维模型，进行了公园实物3D打印路径规划，即把三维模型转换为机器臂运动的路线及其操作代码；此后，打印设备进场安装及调试；并在现场原位打印及预先打印装配相结合，完成所有园林景观实物的建造（图7）；经过自然养护3天左右便可进行安装；最后，结合设计概念，进行绿化的种植完成整个公园的建设。（图8）
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图6、公园平面生成过程
图7、打印过程
公园设计概念
该公园设计以自然与科技结合为理念，打造全国首座3D打印混凝土绿地花园，设计概念为“溪谷清流”，蜿蜒的道路曲线和自然起伏的地形融合在一起，模拟清泉流淌于溪谷间的形态，造型生动灵活的园林小品与水平延展的地形有机结合，创造出独特的自然空间。园区内所有3D打印景观小品以“水”的灵动作为原初设计思想，突出机器人3D打印技术在建造曲面造型时的优势。如场地的北侧开出一朵象征生机与幸运的三叶草，寄托着着健康、真爱与名誉的祈愿（图10）；场地的南端，溪水形成一道回旋，正中间开出象征深圳市的勒杜鹃花，欢迎着四面八方的来客（图11）；花坛座椅、挡土墙的造型都融入了水流灵动的曲线之中，呼应深圳建设全球海洋中心城市的未来愿景。（图8）
图8、公园俯瞰
公园环境及园林小品一览
1
管廊亭
管廊亭的外形来自地下管廊的原形，是对宝安管廊工程的展示，其最终设计形体进行了抽象变形，从而显示出表现性艺术特性。打印时将管廊整体切分为4个块体（包括主体与基础部分），利用大型机械臂，将每一分块体量进行一体化打印，之后进行吊装拼接饰面等工序而完成。（图9）
图9、管廊亭
2
主题雕塑
雕塑形式取自寓意幸运的三叶草，进一步设计时加入水的灵动意向，形成了富有动态感的主题雕塑，主体及基座完全利用机械臂三维打印的方式建造，之后进行饰面处理。（图10）
图10、幸运草雕塑
雕塑形态原型来自深圳市花簕杜鹃，又名三角梅、光叶子花。它生命力旺盛，蓬勃展开，体现了深圳无限的活力和风采。利用机械臂立体打印的方式分块打印，安装就位后再进行饰面处理。（图11）
图11、鹏城花开雕塑
将古朴的书法“宝安”二字转化成机械臂的运动轨迹并打印出来，是文化与科技的有机结合；祥云图案代表祥瑞、跨越时代，代表宝安区过去与未来的蓬勃发展。（图12）
图12、3D打印宝安雕塑
3
花坛座椅
位于园区“河谷西岸”与“河谷东岸”上的两组大尺度花坛座椅，采用机械臂3D分块打印后翻转90度并现场拼装而成，既可作为花坛观赏，又可供游人休息。（图13）
图13、花坛座椅
4
曲线型独立坐椅
曲线型有机形态的座椅，由机械臂分段3D打印后现场组装而成，园区内共设有两组独立座椅，分别为聚脲及微水泥两种饰面处理。（图14）
图14、曲线型独立座椅
5
3D打印花格铺注冷沥青路面
采用机械臂预先分块打印不同形式的花格并现场组装铺砌，在花格内铺注冷沥青，形成一种曲折变化的新型铺地。（图15）
图15、3D打印花格铺注冷沥青路面局部
6
3D打印镶草花格路面
在电脑中利用不同几何算法、结合路面的形状，进行铺地图案的设计生成并分块，然后利用机械臂分块打印花格，再把花格运到现场进行组装，之后在花格空白处进行草的种植。（图16）
图16、3D打印镶草花格路面
7
3D打印水磨混凝土热熔线路面
采用多台机械臂协同原位打印的方式，对园区主干道路进行模拟河流纹路（路沿石及分隔条）的打印，之后铺注混凝土进行打磨，最终在打印条上画热熔线。（图17）
图17、3D打印水磨混凝土热熔线路面
8
曲面挡土墙
在南岛和北岛，围绕主题雕塑的曲面边坡也是分块3D打印现场组装而成。曲面边坡既具有挡土墙的功能，形态也富有观赏性。（图18）
图18、南岛曲面挡土墙
9
波浪墙
在园区东边界放置了表面带波浪纹理的墙体，它具有挡土墙的功能；由机械臂分块3D打印并现场组装而成，作为边界墙，它同时具有了观赏价值。（图19）
图19、波浪墙打印过程
10
彩色打印花箱
花箱颜色各异并且具有不同的曲面花纹，它由机械臂整体打印而成，平均每打印一个花箱用时不到2小时，可以根据需求定制多种样式和不同颜色的饰品。（图20）
图20、彩色打印花箱
数字设计及3D打印团队：徐卫国、高远、孙晨炜、王智、崔方、何雨婷、林志鹏、黄舒弈、银玙栋、庄元旭、张志龄、梅玥、毛宇轩、赵夏瑀、胡寒阳、韩银行等（清华大学建筑学院无锡荷清数字建筑科技有限公司）
施工总承包：中国二十冶集团有限公司
园林景观设计：中冶赛迪工程技术有限公司
建设单位：深圳市宝安区工务署
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