作为一种具有成本效益、坚固且广泛使用的建筑材料，混凝土在建筑中的主导地位一直持续到今天。随着加固和支撑模板的创新以及混凝土配料比的改进与提升，现浇混凝土越来越受欢迎，对于大型住宅和商业项目，它是主要的建筑材料，同时，现浇混凝土也是颠覆传统的自由形式建筑的材料首选。

应用历史：浇筑技术历史悠久

浇筑技术早在古罗马（甚至更早）就已大规模应用，当时最著名的混凝土结构建筑是罗马人建造的万神殿，以由浇筑混凝土制成的半球形圆顶为特色，直径为142英尺（43.5米）。目前，它仍然是当今最大的非钢筋的混凝土结构。

尽管万神殿证明了非钢筋混凝土的潜力，但它也代表了劳动力、金钱和时间的巨大投入，这在很大程度上是由于材料的易碎性。19世纪的工业革命使钢铁工业蓬勃发展，这使得该材料被用于混凝土中，通过将钢铁骨架和现浇混凝土结合，可将天然易碎的混凝土塑造成比穹顶更不规则的形式，同时能够保证一定的结构稳定性，这项创新使得摩天大楼越来越高。

进入21世纪，计算机化工具进一步促进了自由形式建筑的设计和实现。例如，西泽的丰岛美术馆以9.8英寸（25厘米）薄的无缝混凝土外壳结构而闻名，该结构占地40×60米，高4米。借助于计算工具，经过仔细的工程计算，施工团队使用3D测量系统将土壤模板和钢筋的精度保持在毫米级，以适应于不规则式样，使得墙壁不再是垂直的，屋顶也不再是平坦的、倾斜的或对称的，而是充满了个性化的自由形式。

此外，不断改进的混凝土配方也能更好地控制混凝土固化时间，以达到施工精度。出于对成本效益和结构稳定性的考虑，大型自由形式混凝土结构大多采用现浇。因此，尽量减少温度、湿度和降水等环境因素的潜在影响，对于现浇混凝土的及时凝固极为重要。

应用挑战：高成本、高碳排放

自由形式促进了现代建筑的多样性，但生产成本巨大。这包括工程和建设的预算，以及整个过程中消耗的能源。自由形式的建筑之所以吸引人，最突出的原因在于它采用的非常规形状，能够满足个性化需求。为了创造这些特殊的形状，支撑模板必须专门针对设计进行定制，从而导致在模板制造和回收方面投入额外的能源、成本和精力。

木材是模板中最常用的材料之一，因其众多属性而广受欢迎，其中包括可获得性、易于加工、灵活性和重量轻等。但受混凝土污染的木材模板很难回收用于房屋结构支撑或家具用途，不可避免地成为建筑垃圾。虽然钢模板更耐用且可以改造，但其制造和运输成本比木模板更高。

除了模板回收困难外，大量使用混凝土和钢材这两种被指责为CO₂（二氧化碳）高排放的材料也让自由形式建筑受到关注。为了支撑一些非常规结构，这些自由形式的建筑往往需要比普通钢筋混凝土板更密集和更坚固的钢肋，以提供足够的抗拉强度，大量使用这些材料使得人们对自由形式建筑的碳排放量充满担忧。

应用趋势：低碳混凝土及模版材料

虽然混凝土替代品（如大麻混凝土、木材混凝土等）尚在测试中，距离推向市场还有一段时间，但还有其他方法可减轻生产混凝土对环境的影响。

水泥是混凝土的必要成分，其生产涉及加热碎石灰石以生产中间产品熟料。工业规模的加热会消耗化石燃料，而加热的石灰石也会排放相当于其重量40%的CO₂。国外研究人员指出，水泥和混凝土生产过程中的大量碳排放可从三方面得到缓解：一是用高炉渣、煤灰等废料替代部分熟料，以减少生产过程中消耗的石灰石；其次，生物质能等更清洁的能源也可减少制造过程中的CO₂排放；最后，碳捕集与封存 (CSS)技术可以极大防止在生产结束时产生的CO₂进入大气。

同时，加固和模板的材料也有了低碳选项。竹子因其抗拉强度和柔韧性被建筑行业认可为钢材替代品，它不仅可作为主要结构材料，还可作为混凝土支架替代部分钢肋。且各种数字技术的实验不断扩大了竹子应用于建筑的可能性。此外，还能创新特殊模板以适应不同的形式，从而提高模板的耐用性，其中，最重要的方法即是用3D打印制作模板，换句话说，3D打印的发展正向我们介绍一个在没有任何物理模板的情况下生产自由形式结构的未来。