如果用傳統的方法來完整地建造一棟房子,平均需要多少步驟?答案是: 4萬個。
在外界一切順利的情況下,一個有經驗的施工隊一般需要六個月的時間,并且消耗大約 4噸的材料方可完成一棟房子的建筑,其中包含了人員的配備、協調,各種物資的調配和諸多繁雜的工序。
那么,如果我們能夠選擇一種更加簡便的自動建造系統,或許各種工作程序會變得更加協調,配置更加合理,而整個建造過程會更加迅速、經濟、安全。
這個構想已經成為了現實:經過全世界眾多工程建筑師的研究,人們提出了很多種自動建造房屋的設想,許多不同種類的建造實驗也已經獲得了成功。如今我們展示的這些自動房屋建造系統就像一間 “完美工廠” ,在采用了特殊的泵系統后,自動建造機可以從低到高,一層一層地建造整幢房屋。無論是地板還是墻壁,都可以一步一步地澆筑而成。
這種技術可以運用在各種建筑之中,只需要在電腦上進行不同的設定,從豪華的宮殿到普通居民住宅,都可以簡單地自動完成。
第一種構想:把房子澆出來
美國南加利福尼亞大學( University of SouthernCalifornia)一位伊朗裔工程師比洛克•霍什內維斯( Behrokh Khoshnevis),從事了多年的 “輪廓工藝( Contour crafting)”建造技術的研究工作。這項設想的關鍵,就在于將建造房屋回復到最初的模型制造方式。
當然這一切的前提是,建造過程是建立在先進的、由計算機控制的起重機和框架建造系統的基礎上。經特殊設計的專門機器人會用石灰和水泥澆筑出房屋的整體結構。這個機器人由于是專門設計,所以身價昂貴——價值150 萬美元。
在正式工作的時候,機器人會被安裝在金屬活動起重臺架上,它的一端和電腦設計圖相連;另一端則是一個噴嘴。噴嘴會根據設計圖的指示,在指定地點噴出一圈半流體的混凝土材料,就像在桌子上擠出一圈牙膏一樣。
然后,噴嘴附帶的兩個泥鏟會自動伸出,規整混凝土的形狀。就這樣,一層層的建筑材料砌上去,形成外墻,再扣個穹頂,一座房子就建好了。由于混凝土材料是特別加工的,在太陽下面會迅速變干并凝固,因此建好后馬上就能住人。
在搭建完一間獨立完整的房屋后,剩下的工作只需要安裝門窗和進行簡單的室內裝修了。節省了煩瑣的工序,以及人力成本,其結果就是——根據專家預測,只要一天時間,它就可以建成一座 185平方米的房子,速度是人力的 200倍。
從建房原理上來看,這個工作模式跟噴墨打印機在紙上打印一樣,但是不同之處在于這種設備中適使用的噴嘴是可以任意方向轉動。由于建房的簡便性,它適用于需要緊急建房的情況,譬如避難棚的建設。按照比洛克·霍什內維斯的說法就是:現在衣服、鞋子和汽車都已經可以自動生產了,房屋如果仍舊需要人們按照之前的方法去建造,未免太不合理。

下方方格中展示的是" 輪廓工藝(Contour crafting )" 建造技術的工作過程:只需要一個機器人(一套機械建造設備)就可以一步步逐層建造一幢房子。首先,利用機械在建筑場地勾畫出一個整體輪廓、線條;接著,開始砌墻,機器人會按規劃圖自動留出門和窗戶的位置;然后,蓋上第一層的天花板,并接著在頂上澆灌出第二層的地面;最后完成屋頂、墻壁外部結構等細節部分。時間:如此這般, 24小時之內就能建造出幾幢簡單的毛坯房。 
第二種設想:空氣泵建出比尼貝殼
這項領域的研究從很早就開始了。早在 1970年,在米蘭附近的塞斯托 ·圣吉奧瓦尼( Sesto Sam Giovanni),人們就嘗試用 3個月的時間搭建了一座 1.1萬立方米的宮殿,而這個奇特的建筑完全是由塑料建造的。
然而,真正的“自動建造系統”的先驅,也是為這種系統命名的人是意大利托斯卡納( Toscana)的建筑師但丁•比尼( Dante Bini),他在 60歲的時候提出了這種利用水泥澆筑,逐層建造房屋的設想。他回憶道:“1965年,在博洛尼亞( Bologna)克里斯貝拉諾( Crespellano),我成功地用了 60分鐘的時間,用水泥澆筑出了一個 12平方米, 6米高的方格房子。”
根據比尼的回憶,這是“比尼貝殼(Binishell)”的雛形,然后他嘗試用水泥澆筑12到40 米見方的房子,用鋼筋框架加以支撐固定,并在其中添加氯丁 (二烯) 橡膠(neoprene )和聚氯乙烯(Pvc )使之融合為一體:在過去這是一種使建筑材料膨脹,并將圓形屋頂支撐抬高的方法。
而到了如今,世界上有 32個國家正在使用 1600個比尼貝殼 ,它的使用包括住宅、學校、健身場館、教堂,甚至加油站。 在2005年,比尼又有了新的設想,在比尼貝殼的基礎上他又發明了一套新的系統:比尼庇護所( BiniShelter)。
比尼庇護所的原理是把一個房子簡單地分成 8個部分,每個部分單獨制造。這些部分都可以制成平板的形狀,接下來就是空氣泵的事情了。將整個框架用空氣泵支撐起來之需要大約一個小時,只需要在搭建地點確定整體的結構就可以了。整個過程的人員需求:3個工人。
比尼庇護所還是一套整體可循環使用系統,能夠隨時將房屋拆除和重新搭建。這樣的建筑還可以不斷改進,由于機械和電力系統的加入,自動建造技術也會越來越完善。在日本,這一切已經開始得以實現:僅僅是一個機器人就獨立在日本名古屋建造了一幢21層高的樓房,而且在建造過程中,除了電腦工程師外,沒有一個泥瓦匠參與工作。

向白蟻學習的建房
一項與輪廓工藝十分相似的計劃正在進行著,然而這項計劃更為激進和大膽。該計劃是由英國拉夫堡大學( Laughborough University)一位名叫魯貝特•索爾( Rupert Soar)的教授提出來的。
索爾教授聲稱,他這項計劃的靈感來自于生活在非洲撒哈拉南部的一種白蟻,這種白蟻能將巢穴建造成 2-3米高的 "大型建筑 ":為了完成這樣浩大的工程,成百上千的白蟻會進行復雜的分工協作,共同完成這項使命。這些白蟻會把巢穴建造到地面之上,它們用自己的排泄物和唾液構建框架,并將其填充結實。
索爾的建造機器就是模仿它們設計出了石灰和水泥噴射裝置,就像一個大型的印刷機在紙上噴射墨水一樣,在地面上建造起房屋。當然,這些大型機器都是由電腦控制的。這套系統和比洛克·霍什內維斯的“輪廓工藝”建造技術十分相似,但它更為細致詳盡:它建造的房屋不僅包括室內外墻壁、屋頂等主體建筑,還包括整體浴室的結構、壁爐和簡單裝潢設施。而且在室內的墻壁上,專門的“機器人藝術大師” 還可以直接繪制出精美的壁畫,這比起傳統的貼壁紙的方法要省事許多,并且還大大節約了成本。不僅如此,這樣建造房屋的另一大優勢就是節省時間,一套房子從設計到把鑰匙拿到手最快只需要一個星期。
然而,我們能從白蟻身上學習還不只是這些:這些神奇的昆蟲還會根據天氣的溫度和濕度來改善自己的巢穴,因為蟻巢必須保證在足夠干燥的環境下才能夠堅固,為此它們在建造的時候就會根據不同的自然環境進行細微地調整,并利用自然環境使自己的巢穴更加舒適,例如它們的巢穴的通風系統復雜精細,在夏季它們能改變空氣的流動,使巢穴更加清涼。
索爾和他的研究小組已經通過三維探測器掃描了白蟻巢穴的整體構造,并制作出模型,用來進一步研究白蟻巢穴的建造機理,以便在未來的房屋建造過程中建造更好的生態建筑。這種生態建筑的理想是能利用更先進的技術,來充分地利用自然資源,比如太陽能和風能。
新的建筑概念
還有一種不同的建筑概念,它是由美國波士頓麻省理工學院的肯•拉爾森(Ken Larson )教授研發出來的。拉爾森教授的靈感來自于電腦模型,他將這項技術定義為“開源技術(Open source )”,這是一套可改變的建造系統,也就是說房屋的內部格局可以根據人們不同的需要進行調整。
這就好像我們自己組裝一臺電腦,今天,我們所有人都知道個人電腦可以根據自己的需要購買不同級別的配置和用品,比如程序、光碟、硬盤、鍵盤或者掃描儀,我們可以按照自己喜好自由添加、自由組合。同樣的方法,也適用于我們的房子,我們將會生產一系列的零部件,然后客戶可以根據自己的需求和喜好自由裝配,就像我們玩的樂高組裝積木玩具。可以選擇不同的部件來組成房間,這項技術也就是要創造一種和電腦一樣多元化的房屋建筑。
其中一個建筑原型就是“開啟1號( Open 1)”,它建在美國新漢普郡(New Hampshire ),是一幢3 層樓的房子,里面配有電梯,目前是用作為一家腦神經損傷患者的康復中心。這幢建筑的主體結構是鋼制的,周圍包裹著木頭材料,一個房間大約被分成40 個部分。
開啟1號的建造是預先定制各個部件,然后在預定地點通過起重機統一組裝而成的,組裝過程十分簡單。利用這種方法,這幢房子從生產到完工只花了不到一個月的時間,大約12~18個標準工作日,更值得注意的是,它的建造消耗的所有原材料加起來,只需要兩輛大卡車裝載,從而大大降低了物資的浪費。
















