2023年春节前，家住河北张家口下花园区武家庄村的娟子（化名）接到通知，她的住宅被河北省评为“十佳百优美丽家园”。她第一时间将这个好消息告诉了清华大学徐卫国教授。

娟子家的这栋农宅，106㎡，坐落在武家庄村村道边，拱形房顶、灰色墙体，在一众砖土色的简易房中，格外显眼。这是全国第一栋完全由“3D混凝土打印”出来的农宅，徐卫国是这栋房子的建筑师。

打印好的农房外观

缘起：一次一拍即合的尝试

娟子夫妇都是上世纪70年代出生的武家庄人，曾在外打工多年。回到家乡后，娟子在村委会工作，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。

娟子夫妇之前的老宅是用砖砌成，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，房屋密封性比较差，保暖不好。徐卫国希望给娟子夫妇“打印”的新房在建筑上是传统居住方式的延续，同时让建筑密闭保暖且坚固。

通过前期大量的数据收集和与房主的深度沟通交流，徐卫国带领团队完成了房屋的设计，将建造、结构、保暖、室内装修等多个方面全面纳入考虑，形成最优的设计方案，完成了房屋的数字建模。

在实地施工开始之前，团队成员已经在电脑上根据现场条件进行了打印模拟。农房结构的缩尺模型在振动台实验中验证能满足地震八度设防要求。考虑到当地气温寒冷，又专门选用了保温材料，结合3D打印墙体构造，设计出“结构-装饰-保温一体化墙体”，冬天待在屋子里暖和又节能。

2023年中央一号文件指出，要“扎实推进宜居宜业和美乡村建设”。其中，居住环境的改善既要追求实用安全，又要美观整洁。这亦是农房“打印”中着重考虑的内容。

在河北武家庄打印农房的现场

较之于传统的建造方式，3D打印建筑有更大的灵活性、效率性。通过一行行代码和指令的输入，机械臂可以“天马行空”地作业，参数化墙体、三维异形屋顶、曲线镂空围墙等常规建筑中难以实现的造型，可以通过3D打印轻而易举且完美地呈现。

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，每天一大早出去，晚上很晚回来。3D打印阶段要进厂装机器，机器装完之后，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。

住宅建成之后，徐卫国还做了抗震试验。测试结果能抗八级地震。

不过，在打印农房的过程中，徐卫国团队遇到了许多在设计研发时从未想过的问题。当团队将三台机械臂从无锡运抵河北时，因为乡村道路细窄，设备难以在小院里安装。经过实地勘测，采用拆分重装形式进场，工程才得以如期开展。

徐卫国坚持“在工地上搞研发”。他说，你在工地上你才知道会出什么问题，“实验室的理论成果不能直接移植到现实中。”

从施工现场回到研发中心后，“设备小型化”等技术成为下一阶段的主攻方向，在一次又一次的实践中，3D打印建筑工艺不断精进。

河北武家庄3D打印农房内景

他们做到了无数个“第一”

初次了解3D打印建筑的人们通常会震惊于这一技术的革命性，但质疑也接踵而至：

“打印的房子安全吗？”

“造价是不是很贵？”

“能住多久？住着舒服吗……”

在徐卫国看来，新事物有一个发展的过程。

“3D打印建筑需要建造一套全新的体系，等这套体系完全建构起来，人们也会觉得这再平常不过。”

从2003年在蓬皮杜艺术中心的“非标准建筑展”上偶然遇见数字设计，到2004年与Neil Leach教授首次在北京举办数字建筑展……十五年来，徐卫国通过不断的科研教学、实地工程、策展等一系列活动完善数字设计的理论和方法。

位于上海的3D打印桥

意识到智能建造能够成为连接数字设计和建筑建造之间的桥梁后，徐卫国带着团队转向了以3D打印技术为主的智能建造研发中。2018年4月，在亚太数字建筑设计研究会议（CAADRIA）期间，团队举办了一个工作营，以机械臂作为主体打印复杂空间曲面造型的构件，成功打印出了弯曲的迷宫，让有机形态的建筑建造不再困难。

过去五年，团队成绩斐然：上海3D打印步行桥、肯尼亚经济适用房样板间、上海3D打印书屋……然而，3D打印建筑的故事才刚刚开始：

城市大型高层建筑能打印吗？

成本可以更低一些吗……

关于未来，有无限可以畅想的空间。

位于深圳的3D打印公园

在2021年Nature杂志的一篇文章里提到，3D打印的目标正变得更大、更快、更坚固，徐卫国团队正是这一目标的践行者。从数字建筑设计的展览，到矗立在河北农村全部由3D打印完成的农房，20年的时间，让“概念”照进现实，他们做到了无数个“第一”。

产学研结合，创新建筑建造体系

3D打印建筑是一套全新的体系，新的材料、新的软件、新的硬件、新的建构方式，要呈现一个最终能够落地的成品，从研发、设计到施工，凝聚了整个团队不断攻坚协作的智慧和努力。

徐卫国指导学生

在徐卫国开设的数字设计课上，既强调对学生进行数字建筑设计方法的培养，也训练他们动手实践的能力。例如：学生做关于智能建造的工艺研究，首先要自主设计智能建造工艺的软件，软硬件结合，完成设计方案，并构建成模型。这相当于要在课堂上完成整个产业链的研发，对学生们的编程能力、设计能力、审美能力是一次综合考验。

一边是科研，一边是授课，徐卫国穿梭在北京、深圳两个校区和各地的“打印”现场。目前，徐卫国带领的团队共20余人，成员背景多元，囊括建筑、机械、编程、工业设计、材料研发多个专业，有效地打破了传统建筑行业壁垒，逐渐地建立起一套产学研衔接的完整体系。高远和孙晨炜是团队的核心成员，分属设计团队和研发团队。谈到加入徐卫国团队的契机时，高远说两人有着相似的经历。本科时期就跟着徐老师学习，之后出国读研，毕业之后应徐老师之邀便立刻回国加入到团队之中。“是兴趣，是信任，更是责任。”——对研究领域的兴趣，与老师彼此之间的信任，用智能建造创造美好未来的责任。

他们希望走得更远。

在未来，3D打印将像传统建筑般普及，科技的红利惠及到广大民众，在新农村建设、国家现代化建设中贡献力量。

徐卫国至今清晰地记得，农家小院打印完毕，他静静地站在里面，最大的感受就是“舒适”。而这两个字，又正是建筑设计的初心，是人类对美好家园最朴素的憧憬。