建筑 3D 打印在人道主義援助中的作用

在過(guò)去的幾十年里，使用 3D 打印的建筑風(fēng)靡全球。增材制造使建筑公司能夠以前所未有的速度建造，同時(shí)最大限度地減少浪費和勞動(dòng)力。此外，通過(guò)3D 打印，與傳統方法相比，建造成本大大降低。該技術(shù)還允許設計師展示令人印象深刻的幾何復雜和建筑有趣的設計，否則這些設計是不可能創(chuàng )造出來(lái)的。因此，建筑 3D 打印將實(shí)現大規模增長(cháng)也就不足為奇了。事實(shí)上，到 2023 年，全球使用 3D 打印的建筑市場(chǎng)預計將達到 1.144 億美元。

  建筑 3D 打印在人道主義援助中的作用

 

它的潛在盈利能力當然沒(méi)有被忽視，也沒(méi)有它作為一種向善力量的潛力。在過(guò)去的幾年中，一些倡議已經(jīng)建立在這個(gè)概念之上。利用其提供的效率、低成本和可持續性，使用 3D 打印進(jìn)行建筑已成為許多人道主義項目的核心，這些項目旨在解決從住房短缺、無(wú)家可歸到教育危機等全球性問(wèn)題。 

 

建筑 3D 打印與住房危機

 

根據哈佛大學(xué)住房研究聯(lián)合中心 (JCHS) 發(fā)布的《國家住房狀況報告》，去年待售房屋的供應量處于至少 1982 年以來(lái)的最低水平。這一統計數據僅因大流行而惡化. 然而，美國面臨的不僅是住房短缺，而且建筑工人持續短缺，這反過(guò)來(lái)又阻礙了新房的開(kāi)發(fā)。JCHS 報告稱(chēng)，建筑工人的平均職位空缺數量達到了至少自 2001 年以來(lái)的最高水平，大約 321,000 個(gè)職位需要在 2019 年填補。此外，美國還面臨著(zhù)負擔能力危機。據福布斯報道，盡管整體經(jīng)濟下滑，但房?jì)r(jià)在去年飆升，全國各地的美國人都在努力買(mǎi)房。 

 

認識到這些問(wèn)題后，ICON 等公司已嘗試在增材制造技術(shù)中尋找創(chuàng )新解決方案。3D 打印不僅提供了更快、更便宜的建造潛力，而且還減少了體力勞動(dòng)者的數量。因此，3D 打印還能夠應對美國待售房屋的供應短缺問(wèn)題。對于 3D 打印建筑公司 ICON 的聯(lián)合創(chuàng )始人 Jason Ballard 來(lái)說(shuō)，增材制造方法在該領(lǐng)域的潛力常常被忽視，他補充道，“傳統的施工方法有許多根深蒂固的缺點(diǎn)和問(wèn)題，我們長(cháng)期以來(lái)一直認為這是理所當然的，以至于我們忘記了如何想象任何替代方案。” 這就是 3D 打印的用武之地，巴拉德解釋說(shuō)，“通過(guò) 3D 打印，您不僅擁有連續的熱封套、高熱質(zhì)量和接近零浪費，而且還擁有速度、更廣泛的設計調色板、更高級別的彈性以及在可負擔性方面實(shí)現巨大飛躍的可能性. 這不是好 10%，而是好 10 倍”。巴拉德尚未被證明是錯誤的。 

 

建筑 3D 打印在人道主義援助中的作用

 

巴拉德描述的可負擔性的“巨大飛躍”毫不夸張。著(zhù)名的數字住房市場(chǎng) HomeAdvisor 估計，建造房屋的成本（通過(guò)傳統方法）平均在 154,273 美元到 478,200 美元之間。然而，ICON 預計只需4000 美元，比 HomeAdvisor 估計的上限低一百多倍。一些公司沒(méi)有利用這一點(diǎn)，而是將增材制造技術(shù)用于人道主義驅動(dòng)的目標。

 

例如，ICON 已經(jīng)建立了社區第一！村莊。為長(cháng)期無(wú)家可歸者提供可負擔的永久住房社區。該社區由 3D 打印的 500 平方英尺組成。“歡迎中心”和三個(gè) 400 平方英尺。每個(gè)家庭一次 3D 打印一個(gè)，用于社區居民的一系列六個(gè)家庭。每個(gè)家庭都設有一間臥室、一間浴室、一間客廳、一間浴室和一個(gè)享有德克薩斯日落一覽無(wú)余的門(mén)廊。據 ICON 稱(chēng)，其Lavacrete 3D 打印技術(shù)能夠建造能夠抵御火災、洪水和其他自然災害的結構，這些自然災害在歷史上曾導致美國許多地區的房屋遭到破壞

 

因此，這些房屋不僅是自然災害后房屋損失的潛在解決方案，而且本身也是防止房屋進(jìn)一步損失的預防措施。社區第一！Village 目前是美國唯一一家來(lái)自非營(yíng)利組織 Mobile Loaves & Fishes 的同類(lèi)產(chǎn)品。然而，它的存在本身就為更多的事情鋪平了道路。事實(shí)上，就在去年，美國混凝土專(zhuān)家 QUIKRETE 和 Contour Crafting Corporation 宣布他們將合作為洛杉磯的無(wú)家可歸者建造房屋 

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ICON 的業(yè)務(wù)不僅限于美國，也沒(méi)有任何意義。正如公司本身所說(shuō)，目前全球住房面臨三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：第一，普通人買(mǎi)不起房；二是建房不可持續，效率低下，浪費大；最后，世界上有超過(guò) 10 億人缺乏足夠的住所。2019 年，ICON、New Story 和 ÉCHALE 在墨西哥塔巴斯科推出了首個(gè) 3D 打印社區。該社區有 50 所房屋，每所房屋都被授予一個(gè)以前生活在極端貧困和臨時(shí)、不安全的庇護所中的當地家庭。每個(gè)房屋面積為 500 平方英尺，并在幾天內使用 ICON 的機器人技術(shù)、軟件和先進(jìn)材料在大約 24 小時(shí)內進(jìn)行了 3D 打印。 

 

建筑 3D 打印在人道主義援助中的作用

 

建筑 3D 打印在建設學(xué)校和社會(huì )基礎設施中的作用

 

Thinking Huts 和 14Trees 等其他公司也將建筑 3D 打印用于人道主義用途，通過(guò)使用該技術(shù)在缺乏資金和資源以傳統方法創(chuàng )建它們的地區建造社會(huì )基礎設施，特別是學(xué)校。對于 14Trees 來(lái)說(shuō)，增材制造是解決馬拉維 36,000 多間教室積壓的解決方案，使用當前的施工方法需要 70 多年的時(shí)間。公司評價(jià)，“我們需要顛覆我們的建造方式，以便今天這一代的每個(gè)孩子都能上學(xué)。建筑 3D 打印是加快施工時(shí)間、降低建筑總成本同時(shí)減少碳足跡的絕佳機會(huì )。這適用于學(xué)校，也適用于家庭和/或任何社會(huì )基礎設施（例如診所）。在馬拉維，我們展示了可以在不到 12 小時(shí)內‘打印’房屋的墻壁，與傳統方法相比，該房屋的二氧化碳排放量減少了高達 70%。”

 

New Story 的首席執行官 Brett Hagler 同樣表示：“我們認為挑戰傳統方法是我們的??責任。線(xiàn)性方法永遠無(wú)法覆蓋十億以上需要安全家園的人。挑戰我們的假設，根據數據進(jìn)行迭代，并為創(chuàng )新想法承擔計算風(fēng)險，這將使我們能夠以指數級速度更快地為更多家庭提供最佳解決方案。” 3D 打印作為一種建筑方法具有獨特的定位，可以實(shí)現世界各地如此多的人所需要的社會(huì )基礎設施。 

 

技術(shù)在這個(gè)角色中面臨哪些障礙？

 

作為一個(gè)主要的社會(huì )問(wèn)題，而不是實(shí)際問(wèn)題，住房危機不能僅通過(guò)建設、附加或其他方式來(lái)解決。根據Thinking Huts創(chuàng )始人 Maggie Grout 的說(shuō)法  ，  “最大的挑戰是資金，尤其是當我們旨在將這種高速增長(cháng)的技術(shù)應用于人道主義目標時(shí)。” New Story 的首席運營(yíng)官 Alexandria Lafci 反映了這種情緒，他說(shuō)，“移動(dòng)設備進(jìn)入非洲需要很長(cháng)時(shí)間，因為公司專(zhuān)注于更有利可圖的市場(chǎng)。但看看手機在改變整個(gè)大陸的經(jīng)濟和生計方面的影響。我們沒(méi)有等待利潤動(dòng)機為全球南方帶來(lái)建設進(jìn)步，而是快速跟蹤諸如 3D 家庭打印之類(lèi)的創(chuàng )新，它可以成為結束無(wú)家可歸的有力工具”。

 

建筑 3D 打印無(wú)疑是解決與缺乏社會(huì )基礎設施有關(guān)的問(wèn)題，特別是住房和教育危機的一種創(chuàng )新和有效的方法，但首先需要資金和支持。尤其如此，因為當前的建筑增材制造方法還遠未全面，學(xué)校的某些部分無(wú)法進(jìn)行 3D 打印。這些部件包括屋頂、門(mén)窗，Thinking Huts 打算完全用當地采購的材料制造。然而，在以人道主義為重點(diǎn)的建筑支持下，3D 打印有可能徹底改變全球社區的日常生活。

 

建筑 3D 打印在人道主義援助中的作用

 

目前，有超過(guò) 2.6 億兒童無(wú)法接受教育。自大流行開(kāi)始以來(lái)，這一數字才有所增加，而大流行本身就是造成全球超過(guò) 10 億兒童流離失所的原因。當我們請 Maggie Grout 描述她創(chuàng )立的公司時(shí)，她解釋說(shuō) Thinking Huts 是“一個(gè)旨在通過(guò)創(chuàng )新、人道主義驅動(dòng)的技術(shù)解決方案來(lái)增加全球教育機會(huì )的非營(yíng)利組織。我們尋求利用增材制造與最需要他們的社區建立 3D 打印學(xué)校”。

 

從馬達加斯加的一個(gè)地點(diǎn)開(kāi)始，Thinking Huts 打算在今年晚些時(shí)候開(kāi)設他們的第一所 3D 打印學(xué)校，并計劃再開(kāi)設三所學(xué)校。該組織甚至希望有朝一日將其業(yè)務(wù)擴展到津巴布韋、馬拉維、巴基斯坦、印度和南非。雖然 Thinking Huts 項目的中心重點(diǎn)是擴大教育機會(huì )，但該公司還尋求“找到在技術(shù)與當地社區之間創(chuàng )造協(xié)同效應的方法”。Grout 希望雇傭當地勞動(dòng)力，讓發(fā)展中社區的經(jīng)濟參與進(jìn)來(lái)，并支持技術(shù)轉讓?zhuān)@與 New Story 首席運營(yíng)官 Lafci 關(guān)于手機對非洲經(jīng)濟影響的評論相呼應。  

 

同樣，當我們向 14Trees 董事總經(jīng)理 Francois Perrot 詢(xún)問(wèn)建筑 3D 打印在應對住房和教育危機方面的潛在作用時(shí)，他回答說(shuō)：“建筑 3D 打印是解決住房和教育危機的絕佳解決方案。重要的是，打印所需的所有組件，從使用的墨水到控制機器人的團隊，都在我們試圖解決這些危機的國家本地找到。這就是我們已經(jīng)開(kāi)始做的事情，與 LafargeHolcim 國家合作，在盡可能靠近我們打印地點(diǎn)的地方生產(chǎn) 3D 打印墨水，在整個(gè)價(jià)值鏈中創(chuàng )造就業(yè)機會(huì )，并將該技術(shù)介紹給當地人。我們已經(jīng)看到了非常積極的回應！”。 

 

建筑 3D 打印在人道主義援助中的作用

 

這些組織指出的第二個(gè)障礙是在建筑 3D 打印技術(shù)方面缺乏知識和意識。Grout 發(fā)現“建筑領(lǐng)域的 3D 打印仍然相對未知。通常，人們認為 3D 打印僅用于桌面規模并創(chuàng )建基于塑料的對象。對于某些人來(lái)說(shuō)，很難想象建筑規模的 3D 打印”。Perrot 評論說(shuō)：“建筑 3D 打印仍然是一項新興技術(shù)，我們面臨著(zhù)許多挑戰，包括工作現場(chǎng)的設置、墨水的制備或房屋的設計以易于‘打印’”。

 

通過(guò)與拉法基豪瑞創(chuàng )新中心和技術(shù)合作伙伴 COBOD 合作，14Trees 能夠單獨應對這些挑戰。根據 Perrot 的說(shuō)法，“3D 打印需要從建筑物的設計到交付的卓越表現，這就是我們現在正在建造和展示我們的項目的卓越執行力”。 顯然，雖然該技術(shù)已經(jīng)取得了一定程度的成功，但仍需要對建筑 3D 打印進(jìn)行更多的研究和開(kāi)發(fā)，才能在人道主義援助中產(chǎn)生真正成功和廣泛的影響。 

 

將 3D 打印用于建筑具有巨大的潛力，可以對人道主義援助的實(shí)施方式產(chǎn)生積極影響，特別是在解決住房和教育危機方面。在可負擔性、可持續性和耐用性方面，該技術(shù)還具有顯著(zhù)優(yōu)勢。但是，為了擴大建筑 3D 打印的使用范圍，仍然需要采取一些步驟。要使技術(shù)產(chǎn)生真正重要的影響，它需要資金、影響力、研發(fā)和時(shí)間。美國的一些政府機構越來(lái)越多地采用 3D 打印，特別是海軍、軍隊和美國宇航局。