1现场建筑3D打印应用优势
配电房的建造主要应用现浇混凝土结合砌砖的方式，存在建设周期长、用工量大、产生的建筑废弃物多等问题。
现场建筑3D打印是一种以数字模型为基础，使用胶凝材料混合配对骨料为特殊“油墨”，运用先进的计算机和控制技术，通过逐层打印方式建造房屋的技术。现场建筑3D打印技术对我国建筑业的转型升级及实现智慧制造具有重要意义。
现场建筑3D打印建能够造缩短配电房的建设工期，建设工期约35天，比传统工艺（约50天）缩短30%，施工速度快，减少了大量的结构构件支模和脚手架工作，替代传统的砌砖、抹灰工艺，减少建筑垃圾及污水产生量，同时降低建筑粉尘污染，设备自动化打印，用料更加可控，废水废料少，实现绿色建设，打印精度高，速度可控，成品质量可控，有效降低施工误差，施工质量易控，同时节省人力成本，大量工作交由设备完成，现场施工人员少，降低人员施工安全风险。
2 关键技术研究
2.1 3D打印机选型
3D打印机有龙门式和立柱式两种选择。龙门式3D打印机具备占用空间小、打印灵活等优点，但是机器固定强度不如立柱式3D打印机，在打印过程中需严格监控打印的X、Y、Z轴的打印轴线是否有所偏移，同时打印精度不如立柱式3D打印机高，打印误差与立柱式3D打印机相比较高，不利于打印质量的管理与监控，因此选择采用立柱式3D打印机作为打印设备。
图1 立柱式3D打印
2.2 3D打印机材料选择
采用水泥砂浆作为打印材料，其优点是打印成品表面较为细腻，造型多变可塑性强，观感较好。缺点在于对打印材料的要求较高，需现场单独制备，耗费水泥量较大。而且水泥砂浆的骨料细，强度低，很难达到混凝土的强度，现阶段仅能打印空心墙体或模板，内部需填充混凝土作为承重结构，与设想中现场3D打印的应用场景有很大的差距，因此选择采用细骨料混凝土作为打印材料
2.3 数字化设计过程
打印过程由电脑程序操控，直接基于CAD设计图纸进行建造，根据二维图纸，利用3D打印编程和模型制作软件，绘制3D模型、打印轨迹，定位打印坐标，然后通过电脑控制，按照设定好的参数进行打印，最终将电脑内的3D模型进行实物还原。
2.4打印工作流程
现场3D打印分为电脑操作和现场施工两部分。电脑操作部分先通过3D打印软件对设计图纸切片分析，明确打印路径，生成3D打印图纸，传输3D打印信号至打印设备；现场施工部分由现场搅拌合适的3D打印混凝土，打印头接收信号移动至注料位置注料后根据设定好的路径开展打印工作。
图2 打印工作流程
2.5 3D打印质量验收
（1）抗渗检验
建筑3D打印机在现场打印长宽高700mm×700mm×500mm的水槽，标养后内部储水24小时，观察渗透情况，外表面不漏水、不出现水斑为合格。
（2）墙体强度检验
对施工后标养7天的3D打印墙体强度采用回弹方法进行抽样检查，每块墙面设置1点（按隔墙分割），总数不少于10点。5天后的检测值不低于3MPa,7天后的检测值不低于5MPa.标养10天的3D打印墙体可采用喷养护膜方式养护。
3 技术优化
3.1打印技术优化
打印头增加外加剂系统，让混凝土更快凝固，打印效率提升50%；打印头刮板系统优化，提高打印墙面平整度；设备横梁加固，打印精度提升。
3.2新型技术应用
结合预制装配式屋面板、真石漆外墙、放热焊接、SMC门窗等新型技术，使现场3D打印配电房的建设效率、施工质量、安全风险等方面进一步优化。
（1）配电房采用预制屋面板设计，预制屋面板采用无机高性能纤维复合材料制作， 强度等级R130，钢筋采用螺旋槽PC钢棒，标准抗拉强度1420MPa，保护层厚度10mm，钢筋网采用交叉隔点焊接，沉头长孔采用预埋孔模，脱模成型工艺，强度高，施工便利。预制屋面板可以与电房的3D打印同步实施，省去了电房屋面板的浇筑时间，进一步压缩了整体建设时长。
（2）配电房外墙面采用“真石漆”涂料装饰，该型涂料是一种装饰效果酷似大理石、花岗岩的涂料，该工艺有多种优点：施工速度快，节省人工，效率高；耐污性好，90%污物难以附着，雨水冲刷过后，亮丽如新，更易清洁；仅占石材重量的1/30，附着力强，不会像石材整体脱落，无安全隐患；采用水性乳液，无毒环保。
（3）配电房室内接地网、天面防雷网采用“放热焊接”技术，该技术是一种简单、高效、高质量的金属连接工艺，实施过程无需外部电源或热源，具有焊接速度快、节省人工成本，操作方便、简单等优点。
（4）配电房门、窗、风机罩均采用SMC材料，代替传统不锈钢或铝合金的做法，可大量减少配电房内接地，具有轻便、强度高、不生锈、难腐蚀、无需接地等优点，为运维提供安全保障。
4 实践应用与提升方向
（1）改进机器性能。开发可移动式混凝土3D打印机，减少占地面积，改进现状3D建筑打印设备墙面平整功能，增加打印余料自动收集和再利用、自动吊装预制支模件、预制钢筋网（或钢筋笼）等功能，使其能按标准件拼装方式以适应广州地区各类型配电房（开关房）打印需求。
（2）改进建筑材料。优化现状3D建筑打印材料致密性，使打印成果可直接作为建筑外墙。研究新型3D打印材料。针对不同来源（混凝土再生骨料、砖混再生骨料、UCFC无机复合材料）的再生骨料，采用高活性再生粉体加工工艺，实现其稠度稳定性的有效调控。
图3 示范项目
（3）三维数字模型识别技术研究。研发更高效精确地将建筑模型转换成3D打印机器可识别的语言，将各类型三维数字化建筑模型转换成3D打印机器可识别的语言，实现机器直接识别三维数字化模型，使工程建设更标准化，更智能化。
（4）施工精度优化。研究优化建筑3D打印技术精度，以及优化与预制件安装的组合标准，进一步提高施工质量与效率。墙体打印可考虑波纹填充式打印。
5 综述
现场建筑3D配电房打印技术运用先进的计算机技术及控制技术，将传统的砌砖、抹灰、浇筑转变为工业自动化打印的建设方式，工艺精度高于传统人工工艺；同时3D打印配电房的施工现场污水、粉尘及建筑垃圾的排放与传统的施工方式相比有所减少，满足“四节一环保”的建设要求，符合3C绿色电网的建设理念。
在未来电力工程3D打印技术研发及应用的过程中，注重制定电力工程3D打印相关技术及工程标准，形成可指导技术发展的行业技术标准，以进一步推广及普及建筑3D打印技术，积极推动电网工程建设从传统人力作业向自动化机械作业转变，进而从整体上提高我国电力工程的建设水平，为新时代我国电力工程的高质量建设及发展提供有力支撑。
参考文献：
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[2]张肖峰，范绍有.装配式变电站的设计与施工技术研究[J].四川建材，2016（12）：274-277.
