第一位主讲嘉宾是清华大学大学建筑学院教授、清华大学深圳国际院未来人居研究院常务副院长徐卫国。2003年以来，徐卫国教授一直从事数字设计及数字建造研究，通过教学、科研、工程、策展、出版等多种渠道推动了数字建筑在中国的发展，目前在该领域出版有17本著作、发表140多篇论文，并获得多项国际国内奖项。本次讲座的题目是机器人3D打印混凝土建造技术的应用，主要内容包括数字建筑设计及建筑智能建造的概念、机器人3D打印混凝土建造方面的技术研发及一系列实践作品、以及智能建造重要方式的机器人3D打印建造技术的发展前景。

▲徐卫国教授

▲徐永模会长为徐卫国教授颁发主讲嘉宾荣誉证书

数字建筑设计，顾名思义就是数字技术与建筑设计的结合。通过计算生成建筑形态，依靠算法和程序推动设计的发展。数字建筑设计不仅改变了建筑师的设计思考方式，重新定义了设计过程，还彻底改变了设计、加工、施工的组织方式。在设计的过程中，建筑师、结构工程师、软件工程师、材料工程师、加工厂商、施工技术人员通力合作完成设计。

房屋智能建造，即用机器人或智能系统代替人工进行房屋的建造，是一个物质建造的过程。通过设计输出的虚拟建造信息为依据，展开部件的数控加工与现场的智能施工，同时延续虚拟建造的数字信息流，继续优化修正已有的数字信息，直至项目建成交付。

机器人3D打印混凝土建造技术，是房屋智能建造的一种方式，它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而产生的创新房屋及环境建造应用技术。它具有较高的材料可塑性，在成型过程中无需模板支撑，不仅可构筑各种传统的标准形体，并且可创造优美的曲面不规则形体。

机器人3D打印混凝土建造，具有明显的技术特点：从算法生形，到物质堆叠的全过程，需要系统性控制，遵循复杂性科学理论；从建造对象来看，又兼具了体系化、安全性及可实用性；机器人3D打印混凝土房屋是一种新的建筑体系，是将“原位打印”与“预制打印”相结合的，一种现场装配式体系。

重点工程案例：上海书屋

该书屋的设计起于概念草图，之后用MAYA软件根据使用需求实体建模，并进行空间形体及结构合理性推敲确定实施模型，其后通过打印路径规划及打印程序编写完成数字文件，再以此数字文件驱动机器人3D打印设备进行混凝土材料的逐层堆叠打印，从而建成这一曲面形体的图书小屋。该图书小屋总面积约30平方米，可容纳15人进行各种活动。用于该书屋打印的材料为团队自主研发的纤维混凝土，其间不加钢筋、建造中不用模板；书屋的打印用了2台机器臂打印系统，一台原位打印建筑基础及主体结构，另一台现场预制打印弧墙及穹隆顶，每台打印设备需要2人操作，施工过程中总共需要4-5位施工人员参加。书屋的墙体构造采用空心墙体设计，其间填充保温砂浆形成保温隔热墙体；该书屋的建筑表面有2种肌理，一种为叠层打印所形成的层叠表面，另一种为精心设计的编织图案肌理，后者位于入口侧墙，让人具有细腻的感觉。

▲上海书屋虚拟动态模型©清华大学建筑学院徐卫国教授团队

▲上海书屋概念草图和设计模型©清华大学建筑学院徐卫国教授团队

▲上海书屋原位打印建造过程©清华大学建筑学院徐卫国教授团队

▲上海书屋实景鸟瞰©清华大学建筑学院徐卫国教授团队

此外，徐卫国教授还分享了徐州园博会中建科技馆、美国露营地服务用房、贵州民居、武家庄娟子农宅、肯尼亚低造价住宅、机器人3D打印花园（2022深圳香港双城双年展）、深圳会展中心3D打印公园以及上海智慧湾步行桥等工程案例。

▲徐州园博会中建科技企业馆©清华大学建筑学院徐卫国教授团队

▲贵州民居©香港大学林君翰、清华大学建筑学院徐卫国教授团队

▲深圳会展中心3D打印公园©荷清数字建筑科技

▲武家庄娟子民居©清华大学建筑学院徐卫国教授团队

第二主讲嘉宾是浙江大学教授、博士生导师、浙江大学智能建造与工程管理研究所所长王海龙。王海龙教授主要从事3D打印智能建造技术、固废资源化利用，高性能混凝土材料与结构、长寿命工程结构、装配式结构研究。先后主持国家863项目，国家自然科学基金，各类重点研发计划项目，国家重大工程研究专项，省部级及企事业单位各类科技项目50余项。本次大讲堂，王海龙教授的报告主题是3D打印混凝土：材料、结构、打印工艺与工程应用，针对打印混凝土材料、打印混凝土结构、工艺和工程应用、以及3D打印混凝土技术遇到的问题与挑战，展开了具体的交流。

3D打印混凝土按照材料，可分为普通硅酸盐水泥基3D打印混凝土、硫铝酸盐等特种水泥基3D打印混凝土和固废基碱激发类地质聚合物混凝土；更加具体的细分，包括一般3D打印砂浆、粗骨料打印混凝土、彩色打印混凝土、钢纤维打印混凝土、ECC改性、UHPC改性、轻质3D打印混凝土。3D打印混凝土材料设计的关键技术指标包括工作性（流动性、触变性、可打印性和可建造性）、凝结时间、强度等级、耐久性和收缩开裂。

收缩开裂控制技术是3D打印混凝土材料与工程应用面临的最重要的挑战。王海龙教授团队通过材料配合比体积的优化，调整水胶比、胶凝材料类型、骨料级配，并配置合适保水剂、可分散乳胶粉、膨胀剂、纤维以及保湿养护措施，基本解决了材料的收缩开裂问题。

王海龙教授团队对3D打印混凝土材料未来的发展展开了系列的探讨，在特殊使用环境下，比如水下混凝土建/构筑物，太空打印建造等方面具有明显优势及发展前景。

王海龙教授将打印混凝土结构配筋技术分为了打印前、打印时、打印后配筋技术。王教授团队最新研发了组合式配筋模式，把受力钢筋和箍筋架立筋组成钢筋骨架，更好的实现了边打印、边配筋的工艺，减少了层间缺陷的影响。同时，王教授团队还对不同打印配筋形式下，筋材与打印混凝土的粘结性能与本构关系进行了深入研究，为3D打印混凝土建筑结构设计与施工提供了理论依据。

混凝土材料的抗压强度明显大于抗拉强度，而拱形结构更能充分利用混凝土材料的力学特点，通过在拱形混凝土内部加入部分钢筋，可将破坏模式由脆性破坏转化为塑性破坏，实现了3D打印混凝土拱形结构的进一步优化。此外，王海龙教授团队还针对3D打印混凝土装配式结构以及原位打印混凝土结构性能的评价方法与设计理论、面向3D打印的结构拓扑优化设计方法等进行了深入的研究。

重点工程案例：火星一号基地文旅酒店项目

火星一号基地文旅酒店项目由浙江大学、杭州冠力智能科技有限公司、山东基石增材环保科技有限公司、易兰（北京）规划设计股份有限公司共同设计与建造的，有5个单体建筑组成，单体房屋高9米，最大直径5.8米，上下2层，建筑面积约45平米。建筑设计参考火星基地，立面为三维曲线（蛋型）造型，充分体现了3D打印技术的优点。

项目结构通过配置环向钢筋、径向拉结钢筋、竖向钢筋，形成整体钢筋笼，配合3D打印混凝土，形成3D打印配筋混凝土结构，并针对各种荷载组合进行了有限元受力分析，确立了结构的设计方案。施工采用装配式施工工艺，工厂将建筑分节段打印并预留构造柱出筋，在现场进行吊装和节点钢筋搭接和构造柱的现浇，最终形成整体性良好的完整结构。

▲火星一号基地文旅酒店项目3D打印配筋混凝土结构

▲火星一号基地文旅酒店项目施工

▲沙特Durra别墅

▲整体打印建筑

▲3D打印部品、部件

▲景观小品

王海龙教授还分享了装配式3D打印技术应用案例沙特Durra别墅，整体打印成型公安岗亭等项目，3D打印公园部品、景观小品，以及正在打印建造中的民居院落等工程案例。

王教授认为建筑3D打印技术在未来的发展存在诸多机遇和挑战，加快建筑3D打印技术相关标准制定的推进工作，开发具有多功能化建筑3D打印建造系统，完善建筑3D打印材料体系、大力开发绿色低碳打印材料、粗骨料低碳打印混凝土材料，助力绿色建造，推进建筑3D打印技术和传统建造的兼容互补，实现复杂环境与极端环境下大型结构的打印建造，以及建立完善可靠的打印结构设计方法和建造方法，这些都是未来3D打印混凝土行业领域的发展方向。