蘇黎世聯(lián)邦理工學院造出世界最高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)邦理工學院(ETH Zurich)的研究人員完成了號稱世界最高 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。該項目受文化基金會Nova Fundaziun Origen的委托，采用 3D 打印混凝土構(gòu)件建造，展示了機器人制造、計算機輔助設(shè)計和資源高效的施工方法如何為未來可持續(xù)的建筑實踐鋪平道路。

Tor Alva計劃由蘇黎世聯(lián)邦理工學院牽頭，并得到了聯(lián)邦理工學院基金會、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)邦理工學院的多個院系，包括數(shù)字制造、結(jié)構(gòu)工程和材料科學，以及兩家蘇黎世聯(lián)邦理工學院的衍生公司Mesh和Saeki。

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

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，是世界上首個完全通過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協(xié)作機器人：一個機械臂將混凝土逐層擠壓成復(fù)雜的自由形狀，另一個機械臂則在各層之間放置鋼筋。使用一種特殊設(shè)計的細?；炷粒捎谔砑恿硕ㄖ铺砑觿?，混凝土能夠快速硬化，因此無需傳統(tǒng)模板即可生產(chǎn)結(jié)構(gòu)部件。這項打印技術(shù)由蘇黎世聯(lián)邦理工學院與行業(yè)合作伙伴合作開發(fā)。

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

蘇黎世聯(lián)邦理工學院的研究人員解釋說，Tor Alva 的設(shè)計完全由參數(shù)化腳本創(chuàng)建，即計算機算法生成數(shù)字模型，用于在機器人 3D 打印機的限制范圍內(nèi)進行調(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并延長材料使用壽命。

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，但團隊還是采取了一些措施來減少對環(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程。

△TorAlva 的特寫。圖片來自蘇黎世聯(lián)邦理工學院。

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

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

類別	細節(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：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；總打印時間約 500 小時
元素	232 個 3D 打印混凝土構(gòu)件，以及 104 個帶有打印模板的預(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)住房開發(fā)中的進展

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)對氣候變化、住房短缺和社會分裂等城市挑戰(zhàn)。通過向上而非向外建造，提供了一種無需大規(guī)模拆除或新建即可實現(xiàn)城市密度提升的策略。

今年2月，國際設(shè)計工作室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?shù)啬嗤两ㄔ於?，是為基巴哈弱勢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。該項目與建筑師ClarkeHopkinsClarke合作開發(fā)，還包括家庭住房、一所可容納480名學生的學校以及兒童保育和技能培訓設(shè)施，旨在將其影響力擴展到更廣泛的社區(qū)。