2023年春節(jié)前，娟子（化名）的家被河北省評(píng)為“十佳百優(yōu)美麗家園”，她住在河北張家口下花園區(qū)武家莊村，收到消息，她立馬告訴這套房屋的建造者徐衛(wèi)國(guó)。

清華大學(xué)建筑學(xué)院教授徐衛(wèi)國(guó)長(zhǎng)期扎根智能建造領(lǐng)域，近年來，他和團(tuán)隊(duì)用“機(jī)器人3D打印混凝土”技術(shù)建造了橋、書屋、公園，娟子夫婦的一棟住宅也包括在內(nèi)。

娟子的家。本文圖片均為 受訪者 供圖

娟子的家內(nèi)部。

娟子家的這棟農(nóng)宅，是全國(guó)第一棟完全由“3D混凝土打印”建造的房子，農(nóng)宅是灰色墻體，拱形房頂，在村里一眾農(nóng)房中格外出挑。

讓建筑密閉保暖且堅(jiān)固

娟子夫婦都是上世紀(jì)70年代出生的武家莊人，曾多年在外打工，近幾年要回村贍養(yǎng)年邁的老人，于是從天津回村。

回到家鄉(xiāng)后，娟子就在村委會(huì)工作，恰好碰到徐衛(wèi)國(guó)在村里調(diào)研走訪，希望當(dāng)?shù)卮迕衲軌蜃∩嫌?D打印的舒適房屋。他給娟子看了以前在上海3D打印的一座橋，娟子夫婦很新奇。

娟子夫婦原先的老宅是四間低矮小屋和一個(gè)小的雜物間?？傮w來說空間太小，房頂不夠高，娟子說，住得憋屈得慌。更要命的是，和大多農(nóng)村房子一樣，廁所不在屋內(nèi)，娟子晚上去廁所很遭罪。

“冬天天冷拉肚子，想上廁所還得穿衣服，有時(shí)候來不及?！本曜拥睦瞎f，他剛做完心臟搭橋手術(shù)，常年吃藥，身體也要保養(yǎng)，經(jīng)不起折騰。所以娟子心里很想翻修新房，最好是三間房，屋內(nèi)有廚房、干濕分離的衛(wèi)生間。

徐衛(wèi)國(guó)跟娟子說：“你什么都不用我出，拿出地基就行?！眱扇艘慌募春?，娟子心想，“房子終歸還是我的，總要有第一個(gè)嘗試的人?！?/p>

娟子的家。

修房前調(diào)研階段，徐衛(wèi)國(guó)發(fā)現(xiàn)，該村地處內(nèi)蒙古高原向華北平原過渡地帶，窯洞冬暖夏涼，是村民想延續(xù)的傳統(tǒng)居住模式。

他走進(jìn)娟子夫婦原本的家，是用磚而砌，木屋頂，保暖性差，從窗戶和墻的連接構(gòu)造節(jié)點(diǎn)，還有屋頂和墻的連接處就可以看見，風(fēng)從窗戶縫和墻的縫里呼呼往屋里吹，室內(nèi)溫度極低，房屋極為不密封。不密封就意味著冬天采暖時(shí)，就算有暖氣或燒了爐子，屋里也很難達(dá)到保暖效果。

“農(nóng)宅要給夫婦倆帶來安全性能，也要保暖節(jié)能?！毙煨l(wèi)國(guó)說，當(dāng)?shù)?1月初開始采暖，采暖標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)平均溫度要保證在17-18℃，16℃處于采暖與不采暖之間，“17-18℃在北方家里一般也會(huì)感覺很冷，20-23℃才能夠在北方舒適?！?/p>

娟子家周邊房子也都一樣，很簡(jiǎn)陋、用磚頭、夯土砌的?！昂煌潦潜粍?dòng)式綠色和生態(tài)手法的建筑，但最大的問題是不保暖?！毙煨l(wèi)國(guó)說，哪怕他去到武家莊冬季最保暖的一家房屋，室內(nèi)溫度也只有16℃，他感覺“還是冷颼颼”。

徐衛(wèi)國(guó)希望，給予建筑與傳統(tǒng)居住方式一種連接和延續(xù)，讓建筑密閉保暖且堅(jiān)固，再結(jié)合當(dāng)?shù)刈≌旧?，以窯洞的傳統(tǒng)建筑風(fēng)格設(shè)計(jì)。

3D打印農(nóng)宅

3D混凝土打印村宅第一步，要把房子拆完、平整土地，再挖槽處理地娟子家在村里中心街路邊上，進(jìn)村以后卡車不用開太遠(yuǎn)，娟子說：“要是在往村里面的話，也合作不成?！?/p>

徐衛(wèi)國(guó)團(tuán)隊(duì)也發(fā)明了小車，智能機(jī)械臂裝在小車上，機(jī)械用小三輪車拖進(jìn)去。建造時(shí)，一度引來全村人圍觀，“一開始房屋主體起來，人們還說沒法住，這像什么話?！贝迕裼X得，不如自己好好蓋磚房。還說她傻，但娟子覺得：“啥也不怕，想干就要干?！?/p>

隨著施工的進(jìn)展，建筑逐漸成型，雖然從外面看矮，但是進(jìn)去了以后挺寬敞，房屋也高，不壓抑。

2021年8月，一臺(tái)機(jī)器兩人，三臺(tái)機(jī)器六人，村宅打印全程160個(gè)小時(shí)。在打印階段，徐衛(wèi)國(guó)和團(tuán)隊(duì)都住在鎮(zhèn)上，每天一大早去，晚上很晚回來。3D打印階段要進(jìn)廠裝機(jī)器，機(jī)器裝完后，機(jī)械臂前端的打印嘴會(huì)吐出纖維混凝土材料，直接打出地基和墻體。

徐衛(wèi)國(guó)說，進(jìn)村修建筑的難度在于和鄰居關(guān)系。

在武家莊，有的老房子的院子和鄰居的院子共用一個(gè)墻體，雖然娟子家和鄰居沒共用一個(gè)墻體，但娟子家挖地基時(shí)，鄰居怕自家房子受影響裂開，還怕自家采光，鄰居擔(dān)心“徐教授走了找誰去”，娟子出面解決：“我來保證，我肯定走不了?！?/p>

鄰居這才放心，跟娟子夫婦確認(rèn)，一年之內(nèi)，不能出現(xiàn)裂縫和下沉。等裝修入住后，村民們也開始贊嘆：“從來沒見過蓋房還可以這么蓋”“冬暖夏涼跟窯洞似的”“房子方正”。

住宅建成之后，徐衛(wèi)國(guó)做了抗震試驗(yàn)，在國(guó)家地震局地震平臺(tái)把建筑做成縮值模型，在震動(dòng)臺(tái)上震動(dòng)，測(cè)試結(jié)果能夠抗八級(jí)地震。

除此之外，他還做了墻體破壞實(shí)驗(yàn)、保溫隔熱測(cè)試、材料抗壓抗折實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)是住宅安全的前提。

徐衛(wèi)國(guó)說，這間村宅造價(jià)在20萬左右，他此前調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)卮迕竦姆课荩蠖嘤么u頭和夯土建成，成本大約10萬。

模型搬到施工現(xiàn)場(chǎng)建造理念

去年3月，娟子一家正式搬進(jìn)了新家，住了一年多，她覺得冬暖夏涼，“冬天不是特別冷，夏天不是特別熱，”有人慕名而來參觀房子，她就敞開大門歡迎，還會(huì)給大家介紹，自家的房屋里有耐保溫材料，“當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)，為了在外面能看到3D混凝土打印的紋路，就把保溫材料放在屋內(nèi)側(cè)的墻面?！?/p>

事實(shí)上，在打印村宅之前，徐衛(wèi)國(guó)就多次嘗試打印一些實(shí)用的互動(dòng)性建筑。

徐衛(wèi)國(guó)認(rèn)為，在3D混凝土打印技術(shù)研發(fā)階段，國(guó)內(nèi)外研發(fā)的方法路徑不一樣，可參照的樣本少，“國(guó)外更多是在實(shí)驗(yàn)室里做，我們是在實(shí)際工地做，針對(duì)工地上的問題，來進(jìn)行研發(fā)。”實(shí)驗(yàn)室打出來是一個(gè)墻體，一個(gè)曲面，大多是建筑的局部。而他一開始就追求建筑是一個(gè)完整體系。

所以，研發(fā)結(jié)果要能解決實(shí)際工地上的問題。徐衛(wèi)國(guó)這一理念，是在1989年清華大學(xué)派他去日本做交流時(shí)，埋下的種子。

他在日本建筑師村野藤吾的工作室工作過，“村野藤吾自己認(rèn)為受到了西班牙建筑師高迪的影響，建筑風(fēng)格是不規(guī)則、曲面、有機(jī)形態(tài)?！毙煨l(wèi)國(guó)說。他回憶，當(dāng)時(shí)工作室做的建筑風(fēng)格和形式是這種不規(guī)則的有機(jī)形態(tài)。

徐衛(wèi)國(guó)打印的第一個(gè)大型建筑是在上海寶山智慧灣建的一座橋。智慧灣負(fù)責(zé)人跟他提出這個(gè)要求時(shí)，徐衛(wèi)國(guó)聽后嚇了一跳，“這么一個(gè)大的東西，簡(jiǎn)直不可想象，剛開始沒敢答應(yīng)他?！焙髞恚煨l(wèi)國(guó)想了一下午，到了傍晚，他有了設(shè)計(jì)思路后，接下了這個(gè)項(xiàng)目。

娟子的家。

之所以敢接，是因?yàn)樾煨l(wèi)國(guó)心里已經(jīng)有了把握。靈感來自趙州橋，這個(gè)橋面由八拱拼成，每一道拱切成若干小塊，利用石頭砌成拱，“鎖”成一塊就是橋。而他接下來要3D打印橋的思路有異曲同工之處。

他想，把橋轉(zhuǎn)化成若干個(gè)小塊，“只是把材料從石頭換成混凝土”，拱的受力特點(diǎn)是軸向受壓，混凝土材料最好的特性就是受壓。

從設(shè)計(jì)到最后實(shí)施，徐衛(wèi)國(guó)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的推敲。打印就在寶山智慧灣一個(gè)機(jī)器廠房，兩臺(tái)機(jī)械臂打完就搬到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝。這座橋2019年1月完成建造，也成為當(dāng)時(shí)世界上最大規(guī)模的3D打印橋。寶山智慧灣相關(guān)負(fù)責(zé)人近日表示，3D打印橋依然屹立智慧灣，使用正常，“混凝土材質(zhì)，不需要特別維護(hù)”。

2月中旬，徐衛(wèi)國(guó)也在積極與中國(guó)中材海外科技集團(tuán)對(duì)接，看看是否可以在土耳其地震后，用3D打印快速建房，給地震后的災(zāi)民提供居所。