關于探討建筑渣土3D打印技術在現實應用中的調研報告
時間：2019-12-31 10:39 來源：南極熊 作者：中國3D打印網 閱讀：次
導讀：近年來隨著建筑垃圾尤其是渣土的大量出現，給全社會帶來了諸多問題。很多公司利用傳統的處理方式不僅加劇了建筑渣土對于環境的污染等種種不良影響外，還大大增加了公司在處理渣土方面的開支。本文著重闡述了我國建筑渣土的現狀、目前存在的主要問題以及建筑渣土3D打印技術相比于傳統方式在處理建筑渣土方面的優勢和可行性。
一、我國建筑渣土現狀
中國現在存在著很多建筑施工企業。在進行房屋和各類建筑物的新建、改建、擴建和拆除時，就會不自覺地產生大量的棄土、棄料和其它的廢棄物。而這些廢棄物便是建筑垃圾。建筑垃圾主要分為土地開挖垃圾和舊建筑物拆除垃圾這兩大類，其中土地開挖垃圾就是前文中提到的建筑渣土。目前我國對于建筑渣土的傳統處理方式大致分為兩種：一種是將一些土質比較好的渣土存留在一個特定地點并做好防護措施以便后續回填使用，而剩下的渣土則是讓專業承包單位找一個消納地點進行填埋;另外一種則是將所有渣土作為生產再生磚等其他物品的原材料。
二、當今存在的主要問題
通過調研發現目前大多數正在執行建設任務的施工現場每天大約產生渣土總量為3000立方米左右，而絕大部分建筑工地目前所采取處理這些建筑垃圾的方法通常是租賃政府所要求的自卸式渣土運輸車進行渣土外運。由于各地區政府大多要求各個建筑工地只能在午夜期間使用渣土車輛向指定的渣土消納場所運送渣土，因此每運送一車渣土所需要花費的價格就會提高至30元(假設建筑工地和渣土消納場所的運距為15km)。一輛自卸式運輸車所能承受的渣土總量最多為20方，因此對于一般的建筑工地來說想要把每天所產生的所有渣土在當天全部運送完畢的話就需要150車次。在這同時還需要加上住建部對于建筑工地渣土的額外收費：每一立方米的渣土費用為25元。經過計算后可以發現建筑工地僅一天就需要支付高達7.95萬元(渣土費用+運費)。
當計算完建筑渣土在消納產業鏈中的直接經濟消耗外，建筑施工企業還需要考慮到這些渣土對于社會資源的間接消耗。雖說政府要求各建筑工地在運輸渣土過程中使用的是綠色環保渣土運輸車，但是因為有些司機的不文明行為，例如在夜晚作業時隨意鳴笛或是開遠燈，因此在運輸過程當中勢必會產生比較嚴重的噪音和光污染。甚至有些公司為了盡可能的降低成本而選用一些不達標的運輸車輛，比如：車輛保養不到位及密封性較差，造成泄露渣土從而對路面帶來污染。有些公司為了減少每天運輸的車次便在每輛運輸車中裝入過多的渣土，使得運輸車輛超高超重，對城市道路路基損害極大。
除了上述討論的兩點外，建筑垃圾還會對動植物及人類帶來不可忽略的影響。有些承包商將未經任何處理的渣土隨意傾倒，進而污染周圍的林木、花草和河道，甚至于占用大量的耕地面積。這些固體廢物長期堆放還會使其中的有毒成分滲透至就近的土壤中，使得這些土地的成分和結構發生巨大改變，從而導致其不能再被利用種植植物，這也成為了間接導致土地資源浪費的原因。這些廢物中的粉塵不僅會通過風等其他媒介的傳播污染空氣，還會通過雨水污染水資源，最終勢必會對人類及動植物帶來巨大且不可逆轉的危害。
三、3D打印技術在建筑渣土處理方面的優勢
近幾年來，我國住房和城鄉建設部以及相關部門相繼出臺了很多對于智能制造及3D打印技術有利的政策和文件。住建部大力支持施工類企業和工程總承包類企業將專項信息技術和BIM技術完美集合并融入到日常工作中，以更好地提高工作效率。3D打印技術正是這些專項信息技術中的一種。政府同時也在大力鼓勵相關企業單位積極探索利用3D打印技術打印產品和部件。隨著《工業綠色發展規劃》的出臺，我國在工業領域強調要將各大建筑企業轉型成為發展資源節約型和環境友好型的優良企業單位。3D打印技術不僅可以用于處理建筑渣土，而且可以有效地解決城市霧霾天氣出現的頻率、減少渣土外運、路面材料回運、汽車尾氣排放和污染。同時3D打印技術還可以提高效率，降低大量的建材加工、運輸、施工等生產施工成本，達到縮短生產周期的效果。完全符合國家的政策。
從技術方面來看，3D打印技術所需要的打印材料(建筑渣土與添加劑合理配比加工而成)，打印出的建筑制品強度可以達到20Mpa。同時抗滲性、抗疏化、抗凍性都能達到較好的標準，使得最終打印出來的成品具備凝結快、強度高等特點。當代的建筑渣土3D打印機采用了單片機和PLC全自動控制系統，實現渣土上料、攪拌機轉動以及下料閥門自動開啟與關閉等。
四、3D打印技術替代傳統處理方式的可行性
首先從技術方面來對比建筑渣土3D打印技術和傳統建造技術。建筑渣土3D打印技術在施工效率、施工難度、維護費用、表面質量以及回收價值這五方面要遠高于傳統建造技術。利用全自動化機器替代人工不僅可以避免人力疲憊所帶來的生產效率低下以及易產生錯誤和不可忽略的誤差等種種缺點外，還能夠保證員工在經過簡單培訓后即可操作而并非像砌磚、抹灰等傳統建造技術那樣需要經過大量的實踐才能保證其施工質量。
其次從經濟方面對建筑渣土3D打印技術和傳統建造技術進行對比。為了使結果更有說服性，以一個使用紅磚砌成10米長，2.4米高，0.24米厚墻體的工程造價來進行此次對比。使用建筑渣土3D打印技術打出的墻體，造價為1694.89元(見附件1)。而傳統砌筑墻體，造價為4164.89元(見附件2)。由此得出結論：建筑渣土3D打印技術相比于傳統建造技術可以在每5.76立方米(上述物品的體積)節約2468.59元。可見3D打印技術的開發及應用經濟效益是極其顯著的。
五、總結
綜上所述，建筑渣土3D打印技術不僅能夠將傳統處理渣土方式所帶來的環境的污染降至最低，而且能夠十分有效地提高工作效率和降低額外成本。它還能很好地在符合時代潮流且緊隨國家政策需求的前提下保證打印出來的產品的可用性和耐用性。此技術有著廣闊的社會效益和可觀的經濟效益。
參考文獻
[1]蘭聰,盧佳林,陳景,高育欣. 我國建筑垃圾資源化利用現狀及發展分析[J]. 商品混凝土,2017,(09):23-25.
[2]張榮滿. 渣土運輸與城市環境污染治理探索[J]. 產業與科技論壇,2018,17(14):243-244.
[3]關于印發2016-2020年建筑業信息化發展綱要的通知[EB/OL]. http://www.shjx.org.cn/article-9111.aspx.2016-09-19.
[4]關于智能制造，國家這10大給力政策你都了解了嗎?[EB/OL]. https://www.sohu.com/a/139439047_572698. 2017-05-10.
附件一：對建筑渣土3D打印技術打出的10m長、2.4m高的土墻，預估造價1694.59元，明細表如下
附件二：對10m長，2.4m高，0.24米厚磚墻的工程造價進行了計算。明細如下表所示：(表一)
中國現在存在著很多建筑施工企業。在進行房屋和各類建筑物的新建、改建、擴建和拆除時，就會不自覺地產生大量的棄土、棄料和其它的廢棄物。而這些廢棄物便是建筑垃圾。建筑垃圾主要分為土地開挖垃圾和舊建筑物拆除垃圾這兩大類，其中土地開挖垃圾就是前文中提到的建筑渣土。目前我國對于建筑渣土的傳統處理方式大致分為兩種：一種是將一些土質比較好的渣土存留在一個特定地點并做好防護措施以便后續回填使用，而剩下的渣土則是讓專業承包單位找一個消納地點進行填埋;另外一種則是將所有渣土作為生產再生磚等其他物品的原材料。
通過調研發現目前大多數正在執行建設任務的施工現場每天大約產生渣土總量為3000立方米左右，而絕大部分建筑工地目前所采取處理這些建筑垃圾的方法通常是租賃政府所要求的自卸式渣土運輸車進行渣土外運。由于各地區政府大多要求各個建筑工地只能在午夜期間使用渣土車輛向指定的渣土消納場所運送渣土，因此每運送一車渣土所需要花費的價格就會提高至30元(假設建筑工地和渣土消納場所的運距為15km)。一輛自卸式運輸車所能承受的渣土總量最多為20方，因此對于一般的建筑工地來說想要把每天所產生的所有渣土在當天全部運送完畢的話就需要150車次。在這同時還需要加上住建部對于建筑工地渣土的額外收費：每一立方米的渣土費用為25元。經過計算后可以發現建筑工地僅一天就需要支付高達7.95萬元(渣土費用+運費)。
近幾年來，我國住房和城鄉建設部以及相關部門相繼出臺了很多對于智能制造及3D打印技術有利的政策和文件。住建部大力支持施工類企業和工程總承包類企業將專項信息技術和BIM技術完美集合并融入到日常工作中，以更好地提高工作效率。3D打印技術正是這些專項信息技術中的一種。政府同時也在大力鼓勵相關企業單位積極探索利用3D打印技術打印產品和部件。隨著《工業綠色發展規劃》的出臺，我國在工業領域強調要將各大建筑企業轉型成為發展資源節約型和環境友好型的優良企業單位。3D打印技術不僅可以用于處理建筑渣土，而且可以有效地解決城市霧霾天氣出現的頻率、減少渣土外運、路面材料回運、汽車尾氣排放和污染。同時3D打印技術還可以提高效率，降低大量的建材加工、運輸、施工等生產施工成本，達到縮短生產周期的效果。完全符合國家的政策。
從技術方面來看，3D打印技術所需要的打印材料(建筑渣土與添加劑合理配比加工而成)，打印出的建筑制品強度可以達到20Mpa。同時抗滲性、抗疏化、抗凍性都能達到較好的標準，使得最終打印出來的成品具備凝結快、強度高等特點。當代的建筑渣土3D打印機采用了單片機和PLC全自動控制系統，實現渣土上料、攪拌機轉動以及下料閥門自動開啟與關閉等。
首先從技術方面來對比建筑渣土3D打印技術和傳統建造技術。建筑渣土3D打印技術在施工效率、施工難度、維護費用、表面質量以及回收價值這五方面要遠高于傳統建造技術。利用全自動化機器替代人工不僅可以避免人力疲憊所帶來的生產效率低下以及易產生錯誤和不可忽略的誤差等種種缺點外，還能夠保證員工在經過簡單培訓后即可操作而并非像砌磚、抹灰等傳統建造技術那樣需要經過大量的實踐才能保證其施工質量。
五、總結
綜上所述，建筑渣土3D打印技術不僅能夠將傳統處理渣土方式所帶來的環境的污染降至最低，而且能夠十分有效地提高工作效率和降低額外成本。它還能很好地在符合時代潮流且緊隨國家政策需求的前提下保證打印出來的產品的可用性和耐用性。此技術有著廣闊的社會效益和可觀的經濟效益。
參考文獻
[1]蘭聰,盧佳林,陳景,高育欣. 我國建筑垃圾資源化利用現狀及發展分析[J]. 商品混凝土,2017,(09):23-25.
[2]張榮滿. 渣土運輸與城市環境污染治理探索[J]. 產業與科技論壇,2018,17(14):243-244.
[3]關于印發2016-2020年建筑業信息化發展綱要的通知[EB/OL]. http://www.shjx.org.cn/article-9111.aspx.2016-09-19.
[4]關于智能制造，國家這10大給力政策你都了解了嗎?[EB/OL]. https://www.sohu.com/a/139439047_572698. 2017-05-10.
附件一：對建筑渣土3D打印技術打出的10m長、2.4m高的土墻，預估造價1694.59元，明細表如下
附件二：對10m長，2.4m高，0.24米厚磚墻的工程造價進行了計算。明細如下表所示：(表一)
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