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2021-10-29

24小時印一間屋?3D列印開創快速建築模式,還可推動太空探索?!

  3D列印技術投入應用已有好幾年,疫情期間更廣泛應用於製作快速檢測試劑盒、防護裝備、呼吸機零件等,幾乎任何物品都可以用3D列印機製造出來。教人意想不到的是,近年建築界亦已逐步引進這項技術,以3D列印方式建屋,不但可在24小時內蓋好一幢單層房子,建築成本更遠低於傳統施工方式,開始成為消費者購屋的新興選擇。3D列印房屋日後能否顛覆整個建築業的遊戲規則呢?3D列印對未來智慧城市建設又會帶來甚麼影響呢?

 

3D列印屋成貧困戶安樂窩

 

  2019年,全球首個3D列印房屋社區在墨西哥塔巴斯科州(Tabasco)納卡茹卡(Nacajuca)郊區正式動工,目標是興建500楝設備完善的房屋,收容極端貧窮,或居住不安全住房環境的家庭。這項建屋計劃是由來自美國三藩市的非營利組織New Story,以及3D列印建築公司ICON攜手推進。

 

  ICON使用巨型3D列印機「Vulcan II」,在施工地點即場印製房屋。這部3D列印機擠出特製的混凝土混合物「岩漿水泥」(Lavacrete),一層層澆灌、堆疊起來,便可築建出樓高3層500平方呎的單棟房屋,每戶有2間睡房、1個廚房,以及1個廁所。

 

  到2021年下半年,這個社區內已有200幢房屋已經竣工或接近完成,並陸續安排當地貧困戶入住。納卡茹卡地區位處地震帶,這些房屋曾挺過一場黎克特制7.4級地震,足證3D列印建築物已具有一定的抗震能力。ICON表示,下一步將在中美洲薩爾瓦多與海地興建至少100幢3D列印房屋,讓無家可歸者入住。

 

ICON公司的3D列印機Vulcan II擠出岩漿水泥,一層層堆疊起來,即可構成房屋牆身。(圖片來源:ICON官網)

ICON與New Story團隊在墨西哥推行3D列印建屋計劃,目標是興建500幢房屋,以改善當地貧困戶的居住問題,迄今已有約200幢完工;同時,修建道路、學校、足球場、圖書館的計劃亦正在進行中。(圖片來源:ICON官網)

ICON跟建築商3Strands合作,只用7天時間,就興建了4楝以抵禦極端天氣為設計目的3D列印房屋,組成East 17th Street小社區。(圖片來源:ICON官網)

 

3D列印建屋只需3名工人

 

  3D列印房屋不僅可為中南美洲貧困戶提供一個安樂窩,更可成為美國消費者的購屋新選擇。在紐約長島(Long Island),一幢裝修屬現代風格的單楝房子,室內面積達150平方公尺,設有3間睡房,並配有一座花園,售價為30萬美元(約234萬港元),僅及同區房價的三分之一,因為整楝房子都是ICON用3D列印機印製出來。

 

  隨後,ICON又在德薩斯州柯士甸(Austin)建造3D列印小社區「East 17th Street」,提供2房、3房、4房三種屋型,價格由45萬美元(約351萬港元)起,房價也比周遭平上一半。

 

  這類房屋之所以定價較為便宜,原因是其人力成本遠低於傳統建屋方式。3D列印機運抵工地,進行基本安裝和設定後,即可啟動自行運作,期間只需派駐3名工人留守工地:一個監察3D列印機運作,一個監控電腦顯示數據,另一個負責在現場協調,大概24小時即可建成一層樓。採用傳統施工方法,則要出動5名工人,花上5個工作天,才可蓋好一層樓。

 

Vulcan II列印機高達3.35公尺,可由一台平板電腦操控,讓施工人數可縮減到3人,而且可在24小時內蓋成一棟單層房子。(圖片來源:翻攝ICON官方YouTube影片)

 

列印預製組件工地即場組裝

 

  除ICON以外,另一初創企業Mighty Buildings也跟地產發展商Palari Group合作,使用3D列印來興建房屋,惟做法卻有點不同。Mighty Buildings在自家廠房內用3D列印機生產預製建築組件,運送到工地後,以「砌積木」方式組裝成房屋。雙方投資1,500 萬美元(約1.17億港元)在南加州河濱縣(Riverside)蘭喬米拉奇市(Rancho Mirage),建造一個佔地逾5英畝的3D列印社區,。

 

  該社區建有15幢單棟房屋,房型包括:2間睡房、1間廁所的基本間隔,以及3間寢室、2間廁所、戶外露台與游泳池後院的高級設計。屋頂裝設了太陽能電池板,可供電給屋內電器使用;另可選配Tesla Powerwall儲能電池系統,替停泊家中的電動車充電。基本房型以59.5萬美元(約464.1萬港元)價格發售,高級版本則定價為95萬美元(約741萬港元)。

 

  預製組件由一種特殊的複合石材列印而成,具備防火、防水特性,並可杜絕白蟻產生。在3D列印過程中,既會替組件加入鋼材框架、絕緣材質,以及可阻隔空氣和水份的設計,又會在組件表面直接印製所需裝飾與圖案。

 

不到24小時,Mighty Buildings的3D打印機就可以製造出一個350平方呎的房屋單位,列印好的房子會運送到客戶指定地點,直接進行組裝。(圖片來源:翻攝Mighty Buildings官方YouTube影片)

Mighty Building表示,3D列印建屋本身已是低碳建築方案,加上蘭喬米拉奇3D列印社區的整體設計已針對環保進行優化,並完全由太陽能供電,所以堪稱是零排放的智慧社區。(圖片來源:Mighty Buildings官網)

 

讓屋主印製Dream House

 

  由於組件藉由3D列印而達到一體成形的結構,故此其支撐性與耐用性較傳統建材更高。同時,3D列印房屋一開始便先保留好管線穿過位置,可讓水電管線輕鬆通過,不像傳統建屋方法要先鋪好牆身再鑽孔,替水電工省下不少工夫。因此,3D列印組件可以比傳統建材減少99%的結構性浪費,並省去砌磚、填泥與修飾等耗用大量人手的工序,令人力成本大減95%。

 

  理論上,因為各款組件均是用3D列印機印製,想要甚麼款式的窗框、牆身都可以,所以建築商可根據客戶需求來微調各項設計細節。如此一來,3D列印將會開創Dream House時代,讓屋主跟設計師一起討論房屋設計後,即可用3D列印機建造一幢屋主心目中的理想房屋。

 

  除此以外,3D列印建築還能應對災後處理。每當地震或海嘯等天災發生,總會有樓房或基建設施被摧毀,讓成千上萬的人無家可歸,這時候3D列印機就可以快速建造房屋,甚至修建公路、橋樑,加快災後重建的進度。由是觀之,一旦這項技術普及起來,很有可能會徹底顛覆整個建築與房地產行業。

 

  然而,目前3D列印技術仍存有一定限制。要把3D列印機引入建築行業,初始投資資金很高,讓中小型建築商難以負擔。而且,這項技術暫時不能建造樓層太高的房子,頂多只建構3層高的單楝房屋,無法築起多層式的高樓大廈。

 


East 17th Street房屋列印完成後,交由柯士甸室內設計師Claire Zinnecker負責裝修,室內布置設計精美,與一般樓房無異。(圖片來源:ICON官網)

 

月球上就地列印太空房屋

 

  儘管如此,不少科學家依然對3D列印建築深感興趣,已開始在腦海中勾勒深具創意的建築項目。2020年底,ICON接到美國太空總署(NASA)的合作協議,共同研究如何在月球上以3D列印技術興建房屋,供太空人長期居住,進而延長在月球進行探索和研究的時間。2021年4月,太空總署公布新一輪太空科技投資計劃名單,當中有11%屬於「積層製造」(Additive Manufacturing),即是3D列印的相關項目。

 

  物理科學公司(Physical Sciences)現正跟麻省理工學院合作,研究「原地利用」(In-Situ Resource Utilization)技術方案:使用月球風化層作為原料,並以太陽能供給電力,在月球上就地印製各種人類維生設施與建築物。若果「原地利用」方案首階段進展順利,希望第二階段能夠在月球表面建造出模擬地球環境。

 

  有「科技女股神」之譽的伍兹(Catherine Wood),旗下方舟投資(ARK Investment Management)於2021年3月發行太空探索ETF(ARKX),當中持股比率第二大的是方舟自家的3D列印ETF(PRNT)。太空探索ETF掛牌首日交易量超過2.94億美元(約22.9億港元),創下ETF首日交易規模史上排名第八的成績,可見市場看好3D列印搭上太空經濟的前景。

 

  3D列印服務平台3D Hubs發表的《2021年3D打印趨勢報告》顯示,2020年3D列印市場成長了21%,預測市場規模將於5年內增長兩倍以上,到2026年可望達到372億美元(約2,900億港元)。科技顧問公司Smithers更預估,及至2027年,3D列印市場產值將攀升至558億美元(約4,350億港元)。由此視之,一度備受冷落的3D列印技術終於有出頭天,未來可能為人類在地球上,甚或月球上建造美好生活空間。

 

ICON現正積極研究,如何使用3D列印技術在月球表面建造房屋與基建設施,讓太空人可長期居留,並免受極端溫度、輻射、隕石陣雨等侵害。(圖片來源:翻攝ICON官方YouTube影片)

ICON在德州休斯敦(Houston)詹森太空中心(Johnson's Space Center),利用3D列印塑造出火星沙丘阿爾法,以模擬現實世界中的火星棲息地,讓太空總署研究如何進行長期性的太空探索任務。(圖片來源:翻攝ICON官方YouTube影片)

 

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