天津渤海职业技术学院 天津 300400
摘要：我国建筑行业发展迅猛，建筑施工技术也在不断创新，新兴的3D打印技术与建筑行业结合趋势越来越明显，在3D打印技术与建筑也融合发展的形势下，很多建筑及施工企业都非常关注3D打印建筑的质控工作，本文就3D打印建筑的特点进行了分析，而后探讨了4MIE理论在建筑工程行业质控工作中运用的主要影响因素，并就其在3D建筑技术中运用、优化建筑质控效果的措施进行了探讨。
关键词：4M1E理论；3D打印建筑；工程质量控制
引言
3D打印技术是一种当前新兴的制造与生产、建筑技术，它的主要运行机理就是通过计算机软件控制3D打印机根据设计要求进行“油墨”挤压成型，已形成符合生产要求的结构。在将3D打印技术与建筑行业结合的过程中，3D打印技术的大型打印机的生产构造、打印材料的标准化生产都是当前应非常注意的问题，而在建筑工程生产建设时，最重要的质量影响因素就包括建筑工程生产设备以及所需建筑材料，在实际建筑3D打印建筑技术操作中对于建筑质量有重要影响作用的还有建筑技术及人员、环境等因素，在3D打印建筑建设过程中应就这些因素进行全面控制，以保证建筑项目的建设质量。
1.3D打印建筑的特质和优点
1.1 3D打印建筑的优点
D-shape3D打印机发明者意大利发明家Enrico Dini和荷兰建筑师Janjaap Ruijssenaars在2013年1月合作创造了世界上第一栋由3D打印技术创造的建筑，这个建筑是由纤维强化混凝土填充提前先打印出来包含沙子和无机粘合剂的建筑框架形成的。
第二年四月，上海张江高新青浦区展出了10栋3D打印建筑。中央政府的环境保护政策提出了要建设生态文明，3D打印刚好契合国家政策。这也是它的优势所在，节约能源，保护环境。由于工业发展，我国的环境状态一直不太好，尤其是雾霾多。3D打印在工作过程中完全不产生灰尘，这大大减少了雾霾天的出现。而且3D打印技术原料比较容易得到，其他生产业望而却步的材料，在3D打印这里却是宝藏，就比如说沙子，这也是3D打印珍贵的原料，而且3D打印能处理一些“废品”，就像工业垃圾等。成本低也是3D打印技术的一大优势，节约百分之三十的原料，人工成本降低一半，工期也缩短至一半。这也有利于提高整体工作效率。现代社会，人们的爱好千奇百怪，对家具用品的要求也较高，定制专属商品的不在少数，但是传统技术效率太低，3D打印可以完美的解决这个问题，甚至可以每家每户都做到不同设计。
1.2 3D打印建筑的特质
上个世纪90年代中期就已经出现了3D打印技术，它的原理其实很简单，就是利用光固化和纸层叠的方式实现快速成型。和普通的打印机工作原理区别不大，不同的是，它是通过多层打印的方式把图纸变成实物。现在这个技术被应用在了建筑工程里。而他与一般打印机最根本的区别就是它可以挤出混凝土。而且建造的实物与传统砖瓦结构房子一样，都可以防御伤害。有一个完全拉开以后有150米长，高6.6米宽10米的一个打印机才能打印出来一栋普通房子。但是打印过程是比较简单的，制有图纸。有足够的原料，多层叠加，一面墙就可以轻易被铸造。3D打印的效率是很高的，十栋200平米的楼仅仅只要24小时就可以了。但是由于是新兴产业，所以国家制度还不够规范。不过3D打印建造的房子都高于国家建筑标准。
2.4M1E影响因素的介绍
人（Man）、材料（Material）、机械（Machine）、方法（Method）、
环境（Environment）就是4M1E，这就是工程质量的几大影响因素，接下来就分开介绍一下。
2.1人的因素简单介绍
人是建筑工作中必不可少的一部分，设计，实际操作都是要人去参与的，这也是几个影响因素里唯一一个有主观能动性的，这也意味着比较容易受影响，个人想法，技术是否成熟，工作经验够不够，对工作是否认真负责都会影响到工程质量。所以为了让这个容易动荡的因素变得稳定，就需要有合理的安排，让工作者能提高责任感，努力提高工程质量。
2.2对材料因素影响的简单分析
材料也决定了建筑工程的质量高低。建筑安全是非常重要的，原材料的好坏决定了建筑是否安全，原材料好工程质量必然高，抵挡各种灾害都不在话下，如果原材料出了问题，那技术再好，工程质量也上不去。所以，一定要抓好材料管理。
2.3对机械设备因素的简单分析
人和材料都抓好了，建筑质量自然会提升，这个时候如果有好的机械设备那么工作效率也会得到很大提升，而且好设备还能节约成本，提高工程质量。所以，设备的及时维修处理，更新换代也是很有必要的。
2.4对施工方法影响的简单分析
任何工作都要有合理的安排才能做到利益最大化，建筑工程也不例外，施工方法的重要性不言而喻，施工过程中的技术方案，工作分配都是需要合理规划的，这样工程质量才能更好。
2.5对环境影响的简单分析
天灾不由人，施工也讲究天时地利人和的。环境主要就是施工时候的自然环境影响，天气，地质环境都会影响工程的质量。而且环境影响比较特殊，它是有不可预测性的，而且无法抗拒。
3.改善工程质量的措施
3.1优化3D打印技术操作人员的技能水平
当前在我国建筑行业中，3D打印建筑技术还没有全面普及，只有在一些小型建筑中做了实验性建设操作，其中人员技能水平的影响作用是不容小觑的，在实际建筑行业发展过程中，大范围普及3D建筑技术的一个重要保障性措施就是提升3D打印建筑技术操作人员的技能水平，保证其能够根据建筑具体建设需求进行前期打印操作设置，并在电脑上做好各结构3D打印的控制程序，在建筑施工中通过优化技术操作来保证3D打印建筑的质量。由于3D打印建筑技术是一种新兴的建筑技术，科技性非常强，技术操作人员必须具有电脑程序编写及打印机控制的能力，未来对3D打印建筑技术的普及与推广中要做好相应技术及专业人才的培养工作，以保证3D打印建筑的总体建设质量。
3.2对材料的合理选择使用
在3D打印中较为常用的一种原材料就是混凝土，这种材料在传统建筑工程中也是比较常用的，但是他们之间也是有区别的，3D打印技术中用的是打印混凝土，这种混凝土流动度比较适合，这也是因为3D打印区别于传统建筑。它需要通过管道，需要经过挤压才能进行打印。如果流动度不适宜，无法继续打印，过大过小都有影响。如果流动度小的话还容易造成打印设备出故障，不好处理。打印混凝土的过程是比较复杂的，相互之间的联系很大，初凝时间要快，初凝强度要好，在整个的打印过程中，是需要层层叠加的，上层打印进度的维持来自于下层材料的快速凝结。地球有引力作用，也就是重力作用，墙体不变形需要上层材料不堆积，这只有下层材料初凝强度够才能保证。
打印混凝土的凝结时间和硬化速度是可以通过控制促凝剂和缓凝剂的比例。混凝土有一个特色就是不抗拉。在传统建筑工程中，为了避免出现问题，通常会将混凝土和钢筋同时使用，让安全性稳定性增加。
但是这对3D打印技术却是很大的一个影响，由于3D打印都是打印混凝土，所以在高层建筑中比较受制约，而且对于容易变弯的的构件，不抗拉，容易变形，如果出现了裂缝，那么破坏是无法逆转的，然后完全坏掉。所以一定要有好的原料，要韧性好，伸拉能力强，防止出现裂缝。但是在实际的工程实际中，可以通过合理控制掺加的玻璃纤维和碳纤维的比例来增加抗拉能力。
3.3完善的设备选用
3D打印的重要部分就是打印设备，良好的设备才有利于打印过程不受影响。打印建筑设备由于打印头做X.Y.Z三个方向的运动，所以也包括了这三个方向所对应的水平行走架和垂直升降架，除此之外，还有架体，打印头等等。通常来说，所需的设备大小是和需要打印建筑的大小成正比例的，而且对设备精度要求很高，对打印头运动的精度要求很高，由于3D打印技术的限制性，大型建筑，高层建筑目前还不在打印范围内，最常打印的就是一些小型建筑，或者是不太复杂的建筑。为了在实际工作中保证打印质量，而且为了开拓在大型和高层建筑的市场，我们应该进行技术革新，创造便于扩大而且拆卸组装方便的大型打印设备。设备安全是一个老生常谈的话题，3D打印技术已经逐渐成熟，设备也逐渐完善，因为打印过程较为复杂，所以一定要保持设备稳定性，打印设备自重大，惯性也大，在突然停止或者是转弯的过程中受到的冲击太大，容易出现问题，所以一定要控制好稳定性。然后，设备精度要达到要求，3D打印的特点就是层层叠加，所以垂直升降架在使用过程中的垂直度一定要得到保障，这样才能保证工程质量。
3.4合理科学的施工方案
3D打印打印的原材料基本就是水泥，然后多层叠加，最后达到打印实体建筑的目的。3D打印用料比较环保，可以通过改造建筑垃圾，改为3D打印常用的混凝土，而且这种混凝土实用性还高于普通混凝土。3D打印的墙体基本都是空心墙，这种结构可使构件变轻。
而且不同于普通建筑行业，3D打印可以通过填充建筑材料做到保温。
3D打印在一定程度上实现了个性化，提供了多重选择，大大提高了工作效率。经过近几年的发展，3D打印技术的使用已经非常普遍，尤其在道路，房屋等等方面。就如上文提到过的，3D打印设备的大小与被打印建筑的大小是成正比例的，如果要建造大型建筑，那就要提前做好准备，做好规划，先做一个大框架。另外，材料也要选择好，要有实用性，而且使用时间要长。3D打印技术就是为了更加快捷方便安全，同时实用，一定要注重细节，在保证工程质量的同时注重工作效率。
3.5环境的控制
环境也是建筑建设过程中对建筑工程质量具有较大影响作用的因素，在3D打印建筑工程建设中，最常见环境影响就是建筑建设过程的天气，由于很多3D打印建筑采用的是混凝土打印材料，这种材料来凝固的过程中容易受到环境影响，在实际施工中要积极做好环境温度与湿度的控制控制，由于3D建筑的施工过程没有地基处理操作过程，施工区域的地形环境、地貌特点对于建筑的实际稳定度与舒适度都有较大影响，建筑施工设置中必须就这些因素进行全面分析，而后才可以进行建筑决策与施工操作，在建筑行业迅猛发展的今天，建筑环境也在日益变化，为了保证3D打印建筑的稳定性将其与桩基、地基处理技术相结合也是其未来的发展方向之一，在未来推广过程中要积极对施工中的环境变量进行预估与分析，为建筑施工总体质量优化提供基础保障。
4.积极优化3D打印建筑技术质控的策略
3D打印建筑技术在当前的建筑行业还属于新型技术，当前建筑推广的思路是将其与预制装配式建筑模式融合起来，为装配式建筑的构件制造、框架搭建等提供基础，未来我国应就3D打印建筑进行统一的建筑管控标准构建，为其能够有效进行统一、标准化质控工作提供基础条件，保障其在建筑行业推广的建设质量，使之能够真正融入建筑行业发展的洪流当中，为我国各领域建设提供更大动力。
结束语
总之，在我国建筑行业发展中积极运用新型建筑技术能够为我国建筑工程行业的迅猛发展提供更强劲的动力，但是在工程技术运用中必须结合工程建设需要进行科学分析与设计，并积极通过设计、技术、材料、设备、人员优化等方式为建筑结构的质量提升创造条件，建筑3D打印施工虽然在当前还有很多技术上应解决的问题，在推广上还有一定的障碍，在以后的建筑行业发展中，要积极运行4M1E多因素管控体系，保证3D打印建筑技术的实际运用效果，为我国以后建筑形式及结构的优化、功能的提升创造基础条件。
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“2019年天津渤海职业技术学院科研项目+《基于4M1E理论3D打印建筑工程质量控制初步研究》（2019009）”