在河北农村，清华教授造了一栋“3D混凝土打印”的房子

2023年春节前，娟子（化名）的家被河北省评为“十佳百优美丽家园”，她住在河北张家口下花园区武家庄村，收到消息，她立马告诉这套房屋的建造者徐卫国。

清华大学建筑学院教授徐卫国长期扎根智能建造领域，近年来，他和团队用“机器人3D打印混凝土”技术建造了桥、书屋、公园，娟子夫妇的一栋住宅也包括在内。

娟子的家。本文图片均为 受访者 供图

娟子的家内部。

娟子家的这栋农宅，是全国第一栋完全由“3D混凝土打印”建造的房子，农宅是灰色墙体，拱形房顶，在村里一众农房中格外出挑。

让建筑密闭保暖且坚固

娟子夫妇都是上世纪70年代出生的武家庄人，曾多年在外打工，近几年要回村赡养年迈的老人，于是从天津回村。

回到家乡后，娟子就在村委会工作，恰好碰到徐卫国在村里调研走访，希望当地村民能够住上用3D打印的舒适房屋。他给娟子看了以前在上海3D打印的一座桥，娟子夫妇很新奇。

娟子夫妇原先的老宅是四间低矮小屋和一个小的杂物间。总体来说空间太小，房顶不够高，娟子说，住得憋屈得慌。更要命的是，和大多农村房子一样，厕所不在屋内，娟子晚上去厕所很遭罪。

“冬天天冷拉肚子，想上厕所还得穿衣服，有时候来不及。”娟子的老公说，他刚做完心脏搭桥手术，常年吃药，身体也要保养，经不起折腾。所以娟子心里很想翻修新房，最好是三间房，屋内有厨房、干湿分离的卫生间。

徐卫国跟娟子说：“你什么都不用我出，拿出地基就行。”两人一拍即合，娟子心想，“房子终归还是我的，总要有第一个尝试的人。”

娟子的家。

修房前调研阶段，徐卫国发现，该村地处内蒙古高原向华北平原过渡地带，窑洞冬暖夏凉，是村民想延续的传统居住模式。

他走进娟子夫妇原本的家，是用砖而砌，木屋顶，保暖性差，从窗户和墙的连接构造节点，还有屋顶和墙的连接处就可以看见，风从窗户缝和墙的缝里呼呼往屋里吹，室内温度极低，房屋极为不密封。不密封就意味着冬天采暖时，就算有暖气或烧了炉子，屋里也很难达到保暖效果。

“农宅要给夫妇俩带来安全性能，也要保暖节能。”徐卫国说，当地11月初开始采暖，采暖标准室内平均温度要保证在17-18℃，16℃处于采暖与不采暖之间，“17-18℃在北方家里一般也会感觉很冷，20-23℃才能够在北方舒适。”

娟子家周边房子也都一样，很简陋、用砖头、夯土砌的。“夯土是被动式绿色和生态手法的建筑，但最大的问题是不保暖。”徐卫国说，哪怕他去到武家庄冬季最保暖的一家房屋，室内温度也只有16℃，他感觉“还是冷飕飕”。

徐卫国希望，给予建筑与传统居住方式一种连接和延续，让建筑密闭保暖且坚固，再结合当地住宅本身，以窑洞的传统建筑风格设计。

3D打印农宅

3D混凝土打印村宅第一步，要把房子拆完、平整土地，再挖槽处理地娟子家在村里中心街路边上，进村以后卡车不用开太远，娟子说：“要是在往村里面的话，也合作不成。”

徐卫国团队也发明了小车，智能机械臂装在小车上，机械用小三轮车拖进去。建造时，一度引来全村人围观，“一开始房屋主体起来，人们还说没法住，这像什么话。”村民觉得，不如自己好好盖砖房。还说她傻，但娟子觉得：“啥也不怕，想干就要干。”

随着施工的进展，建筑逐渐成型，虽然从外面看矮，但是进去了以后挺宽敞，房屋也高，不压抑。

2021年8月，一台机器两人，三台机器六人，村宅打印全程160个小时。在打印阶段，徐卫国和团队都住在镇上，每天一大早去，晚上很晚回来。3D打印阶段要进厂装机器，机器装完后，机械臂前端的打印嘴会吐出纤维混凝土材料，直接打出地基和墙体。

徐卫国说，进村修建筑的难度在于和邻居关系。

在武家庄，有的老房子的院子和邻居的院子共用一个墙体，虽然娟子家和邻居没共用一个墙体，但娟子家挖地基时，邻居怕自家房子受影响裂开，还怕自家采光，邻居担心“徐教授走了找谁去”，娟子出面解决：“我来保证，我肯定走不了。”

邻居这才放心，跟娟子夫妇确认，一年之内，不能出现裂缝和下沉。等装修入住后，村民们也开始赞叹：“从来没见过盖房还可以这么盖”“冬暖夏凉跟窑洞似的”“房子方正”。

住宅建成之后，徐卫国做了抗震试验，在国家地震局地震平台把建筑做成缩值模型，在震动台上震动，测试结果能够抗八级地震。

除此之外，他还做了墙体破坏实验、保温隔热测试、材料抗压抗折实验，这些实验是住宅安全的前提。

徐卫国说，这间村宅造价在20万左右，他此前调研发现，当地村民的房屋，大多用砖头和夯土建成，成本大约10万。

模型搬到施工现场建造理念

去年3月，娟子一家正式搬进了新家，住了一年多，她觉得冬暖夏凉，“冬天不是特别冷，夏天不是特别热，”有人慕名而来参观房子，她就敞开大门欢迎，还会给大家介绍，自家的房屋里有耐保温材料，“当时设计时，为了在外面能看到3D混凝土打印的纹路，就把保温材料放在屋内侧的墙面。”

事实上，在打印村宅之前，徐卫国就多次尝试打印一些实用的互动性建筑。

徐卫国认为，在3D混凝土打印技术研发阶段，国内外研发的方法路径不一样，可参照的样本少，“国外更多是在实验室里做，我们是在实际工地做，针对工地上的问题，来进行研发。”实验室打出来是一个墙体，一个曲面，大多是建筑的局部。而他一开始就追求建筑是一个完整体系。

所以，研发结果要能解决实际工地上的问题。徐卫国这一理念，是在1989年清华大学派他去日本做交流时，埋下的种子。

他在日本建筑师村野藤吾的工作室工作过，“村野藤吾自己认为受到了西班牙建筑师高迪的影响，建筑风格是不规则、曲面、有机形态。”徐卫国说。他回忆，当时工作室做的建筑风格和形式是这种不规则的有机形态。

徐卫国打印的第一个大型建筑是在上海宝山智慧湾建的一座桥。智慧湾负责人跟他提出这个要求时，徐卫国听后吓了一跳，“这么一个大的东西，简直不可想象，刚开始没敢答应他。”后来，徐卫国想了一下午，到了傍晚，他有了设计思路后，接下了这个项目。

娟子的家。

之所以敢接，是因为徐卫国心里已经有了把握。灵感来自赵州桥，这个桥面由八拱拼成，每一道拱切成若干小块，利用石头砌成拱，“锁”成一块就是桥。而他接下来要3D打印桥的思路有异曲同工之处。

他想，把桥转化成若干个小块，“只是把材料从石头换成混凝土”，拱的受力特点是轴向受压，混凝土材料最好的特性就是受压。

从设计到最后实施，徐卫国经过长时间的推敲。打印就在宝山智慧湾一个机器厂房，两台机械臂打完就搬到现场进行吊装。这座桥2019年1月完成建造，也成为当时世界上最大规模的3D打印桥。宝山智慧湾相关负责人近日表示，3D打印桥依然屹立智慧湾，使用正常，“混凝土材质，不需要特别维护”。

2月中旬，徐卫国也在积极与中国中材海外科技集团对接，看看是否可以在土耳其地震后，用3D打印快速建房，给地震后的灾民提供居所。