蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院造出世界最高3D打印混凝土塔，展現(xiàn)可持續(xù)建筑理念

2025年5月28日，南極熊獲悉，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH Zurich)的研究人員完成了號(hào)稱世界最高 3D 打印混凝土塔樓的建造：Tor Alva——一座位于瑞士穆萊尼思、高 30 米、四層模塊化建筑。該項(xiàng)目受文化基金會(huì)Nova Fundaziun Origen的委托，采用 3D 打印混凝土構(gòu)件建造，展示了機(jī)器人制造、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和資源高效的施工方法如何為未來(lái)可持續(xù)的建筑實(shí)踐鋪平道路。

Tor Alva計(jì)劃由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院牽頭，并得到了聯(lián)邦理工學(xué)院基金會(huì)、Surses社區(qū)、私人捐助者以及西卡、巴斯夫和可耐福等行業(yè)合作伙伴的支持。它匯集了蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的多個(gè)院系，包括數(shù)字制造、結(jié)構(gòu)工程和材料科學(xué)，以及兩家蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的衍生公司Mesh和Saeki。

△TorAlva——一座30米高、四層的模塊化建筑。圖片來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

工程創(chuàng)新和數(shù)字化工作流程

Tor Alva 大樓于 2025 年 5 月竣工，是世界上首個(gè)完全通過(guò)3D 打印技術(shù)打造承重柱（包括內(nèi)置鋼筋）的多層建筑。3D混凝土打印方法采用兩臺(tái)協(xié)作機(jī)器人：一個(gè)機(jī)械臂將混凝土逐層擠壓成復(fù)雜的自由形狀，另一個(gè)機(jī)械臂則在各層之間放置鋼筋。使用一種特殊設(shè)計(jì)的細(xì)粒混凝土，由于添加了定制添加劑，混凝土能夠快速硬化，因此無(wú)需傳統(tǒng)模板即可生產(chǎn)結(jié)構(gòu)部件。這項(xiàng)打印技術(shù)由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院與行業(yè)合作伙伴合作開(kāi)發(fā)。

為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)完整性，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)了一種混合加固系統(tǒng)。打印過(guò)程中嵌入水平鋼環(huán)，打印后添加垂直桿，并用自密實(shí)砂漿填充。塔的上部采用預(yù)應(yīng)力桿，以提高抗裂性能。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員解釋說(shuō)，Tor Alva 的設(shè)計(jì)完全由參數(shù)化腳本創(chuàng)建，即計(jì)算機(jī)算法生成數(shù)字模型，用于在機(jī)器人 3D 打印機(jī)的限制范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整、可視化和模擬生產(chǎn)。

可持續(xù)性和可重復(fù)使用性

模塊化設(shè)計(jì)允許拆卸和搬遷，符合循環(huán)建筑原則。干式連接和預(yù)應(yīng)力接頭有利于組件的重復(fù)使用，最大限度地減少浪費(fèi)并延長(zhǎng)材料使用壽命。

雖然這種特制混凝土混合物的碳足跡比傳統(tǒng)替代品更高，但團(tuán)隊(duì)還是采取了一些措施來(lái)減少對(duì)環(huán)境的影響。耐腐蝕不銹鋼取代了傳統(tǒng)的鋼筋，以提高耐用性，而且這座塔的設(shè)計(jì)能夠加速碳化——這是混凝土重新吸收大氣中二氧化碳的自然過(guò)程。

△TorAlva 的特寫。圖片來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院。

Tor Alva 的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和制造細(xì)節(jié)

以下是重點(diǎn)介紹塔的建筑結(jié)構(gòu)、打印規(guī)格和尺寸的重要細(xì)節(jié)：

類別	細(xì)節(jié)
結(jié)構(gòu)	四層，每層有 8 根雙柱和四柱（32  根），加上雙穹頂，有 8 根三柱和 8 根單柱（16 根）；總計(jì)：48 根承重柱，完全集成鋼筋
3D打印	約 2,500 層混凝土，每層高  8 毫米，深 25 毫米；總打印時(shí)間約 500 小時(shí)
元素	232 個(gè) 3D 打印混凝土構(gòu)件，以及 104 個(gè)帶有打印模板的預(yù)制混凝土部件
方面	總高：30米（含底座），直徑：7至9米

3D打印在可持續(xù)住房開(kāi)發(fā)中的進(jìn)展

今年五月，建筑師、藝術(shù)家兼企業(yè)家海德薇格·海因斯曼 (Hedwig Heinsman)將在第十九屆威尼斯國(guó)際建筑雙年展（2025 年 5 月 10 日至 11 月 23 日）上展示“微型頂層公寓”。項(xiàng)目是將模塊化居住單元置于現(xiàn)有建筑的屋頂上，以應(yīng)對(duì)氣候變化、住房短缺和社會(huì)分裂等城市挑戰(zhàn)。通過(guò)向上而非向外建造，提供了一種無(wú)需大規(guī)模拆除或新建即可實(shí)現(xiàn)城市密度提升的策略。

今年2月，國(guó)際設(shè)計(jì)工作室Hassell在坦桑尼亞希望村完成了一座3D打印社區(qū)建筑，采用當(dāng)?shù)啬嗤两ㄔ於桑菫榛凸鮿?shì)年輕女孩打造安全且充滿支持的空間的廣泛努力的一部分。該項(xiàng)目與建筑師ClarkeHopkinsClarke合作開(kāi)發(fā)，還包括家庭住房、一所可容納480名學(xué)生的學(xué)校以及兒童保育和技能培訓(xùn)設(shè)施，旨在將其影響力擴(kuò)展到更廣泛的社區(qū)。