2023年春節前，娟子（化名）的家被河北省評為“十佳百優美麗家園”，她住在河北張家口下花園區武家莊村，收到消息，她立馬告訴這套房屋的建造者徐衛國。
清華大學建筑學院教授徐衛國長期扎根智能建造領域，近年來，他和團隊用“機器人3D打印混凝土”技術建造了橋、書屋、公園，娟子夫婦的一棟住宅也包括在內。
娟子的家。本文圖片均為 受訪者 供圖
娟子的家內部。
娟子家的這棟農宅，是全國第一棟完全由“3D混凝土打印”建造的房子，農宅是灰色墻體，拱形房頂，在村里一眾農房中格外出挑。
讓建筑密閉保暖且堅固
娟子夫婦都是上世紀70年代出生的武家莊人，曾多年在外打工，近幾年要回村贍養年邁的老人，于是從天津回村。
回到家鄉后，娟子就在村委會工作，恰好碰到徐衛國在村里調研走訪，希望當地村民能夠住上用3D打印的舒適房屋。他給娟子看了以前在上海3D打印的一座橋，娟子夫婦很新奇。
娟子夫婦原先的老宅是三間低矮小屋。總體來說空間太小，房頂不夠高，娟子說，住得憋屈得慌。更要命的是，和大多農村房子一樣，廁所不在屋內，娟子晚上去廁所很遭罪。
“冬天天冷拉肚子，想上廁所還得穿衣服，有時候來不及。”娟子的老公說，他剛做完心臟搭橋手術，常年吃藥，身體也要保養，經不起折騰。所以娟子心里很想翻修新房，最好是三間房，屋內有廚房、干濕分離的衛生間。
徐衛國跟娟子說：“你什么都不用我出，拿出地基就行。”兩人一拍即合，娟子心想，“房子終歸還是我的，總要有第一個嘗試的人。”
娟子的家。
修房前調研階段，徐衛國發現，該村地處內蒙古高原向華北平原過渡地帶，窯洞冬暖夏涼，是村民想延續的傳統居住模式。
他走進娟子夫婦原本的家，是用磚而砌，木屋頂，保暖性差，從窗戶和墻的連接構造節點，還有屋頂和墻的連接處就可以看見，風從窗戶縫和墻的縫里呼呼往屋里吹，室內溫度極低，房屋極為不密封。不密封就意味著冬天采暖時，就算有暖氣或燒了爐子，屋里也很難達到保暖效果。
“農宅要給夫婦倆帶來安全性能，也要保暖節能。”徐衛國說，當地11月初開始采暖，采暖標準室內平均溫度要保證在17-18℃，16℃處于采暖與不采暖之間，“17-18℃在北方家里一般也會感覺很冷，20-23℃才能夠在北方舒適。”
娟子家周邊房子也都一樣，很簡陋、用磚頭、夯土砌的。“夯土是被動式綠色和生態手法的建筑，但最大的問題是不保暖。”徐衛國說，哪怕他去到武家莊冬季最保暖的一家房屋，室內溫度也只有16℃，他感覺“還是冷颼颼”。
徐衛國希望，給予建筑與傳統居住方式一種連接和延續，讓建筑密閉保暖且堅固，再結合當地住宅本身，以窯洞的傳統建筑風格設計。
3D打印農宅
3D混凝土打印村宅第一步，要把房子拆完、平整土地，再挖槽處理地娟子家在村里中心街路邊上，進村以后卡車不用開太遠，娟子說：“要是在往村里面的話，也合作不成。”
徐衛國團隊也發明了小車，智能機械臂裝在小車上，機械用小三輪車拖進去。建造時，一度引來全村人圍觀，“一開始房屋主體起來，人們還說沒法住，這像什么話。”村民覺得，不如自己好好蓋磚房。還說她傻，但娟子覺得：“啥也不怕，想干就要干。”
隨著施工的進展，建筑逐漸成型，雖然從外面看矮，但是進去了以后挺寬敞，房屋也高，不壓抑。
2021年8月，一臺機器兩人，三臺機器六人，村宅打印全程160個小時。在打印階段，徐衛國和團隊都住在鎮上，每天一大早去，晚上很晚回來。3D打印階段要進廠裝機器，機器裝完后，機械臂前端的打印嘴會吐出纖維混凝土材料，直接打出地基和墻體。
徐衛國說，進村修建筑的難度在于和鄰居關系。
在武家莊，有的老房子的院子和鄰居的院子共用一個墻體，雖然娟子家和鄰居沒共用一個墻體，但娟子家挖地基時，鄰居怕自家房子受影響裂開，還怕自家采光，鄰居擔心“徐教授走了找誰去”，娟子出面解決：“我來保證，我肯定走不了。”
鄰居這才放心，跟娟子夫婦確認，一年之內，不能出現裂縫和下沉。等裝修入住后，村民們也開始贊嘆：“從來沒見過蓋房還可以這么蓋”“冬暖夏涼跟窯洞似的”“房子方正”。
住宅建成之后，徐衛國做了抗震試驗，在國家地震局地震平臺把建筑做成縮值模型，在震動臺上震動，測試結果能夠抗八級地震。
除此之外，他還做了墻體破壞實驗、保溫隔熱測試、材料抗壓抗折實驗，這些實驗是住宅安全的前提。
徐衛國說，這間村宅造價在20萬左右，他此前調研發現，當地村民的房屋，大多用磚頭和夯土建成，成本大約10萬。
模型搬到施工現場建造理念
去年3月，娟子一家正式搬進了新家，住了一年多，她覺得冬暖夏涼，“冬天不是特別冷，夏天不是特別熱，”有人慕名而來參觀房子，她就敞開大門歡迎，還會給大家介紹，自家的房屋里有耐保溫材料，“當時設計時，為了在外面能看到3D混凝土打印的紋路，就把保溫材料放在屋內側的墻面。”
事實上，在打印村宅之前，徐衛國就多次嘗試打印一些實用的互動性建筑。
徐衛國認為，在3D混凝土打印技術研發階段，國內外研發的方法路徑不一樣，可參照的樣本少，“國外更多是在實驗室里做，我們是在實際工地做，針對工地上的問題，來進行研發。”實驗室打出來是一個墻體，一個曲面，大多是建筑的局部。而他一開始就追求建筑是一個完整體系。
所以，研發結果要能解決實際工地上的問題。徐衛國這一理念，是在1989年清華大學派他去日本做交流時，埋下的種子。
他在日本建筑師村野藤吾的工作室工作過，“村野藤吾自己認為受到了西班牙建筑師高迪的影響，建筑風格是不規則、曲面、有機形態。”徐衛國說。他回憶，當時工作室做的建筑風格和形式是這種不規則的有機形態。
徐衛國打印的第一個大型建筑是在上海寶山智慧灣建的一座橋。智慧灣負責人跟他提出這個要求時，徐衛國聽后嚇了一跳，“這么一個大的東西，簡直不可想象，剛開始沒敢答應他。”后來，徐衛國想了一下午，到了傍晚，他有了設計思路后，接下了這個項目。
娟子的家。
之所以敢接，是因為徐衛國心里已經有了把握。靈感來自趙州橋，這個橋面由八拱拼成，每一道拱切成若干小塊，利用石頭砌成拱，“鎖”成一塊就是橋。而他接下來要3D打印橋的思路有異曲同工之處。
他想，把橋轉化成若干個小塊，“只是把材料從石頭換成混凝土”，拱的受力特點是軸向受壓，混凝土材料最好的特性就是受壓。
從設計到最后實施，徐衛國經過長時間的推敲。打印就在寶山智慧灣一個機器廠房，兩臺機械臂打完就搬到現場進行吊裝。這座橋2019年1月完成建造，也成為當時世界上最大規模的3D打印橋。寶山智慧灣相關負責人近日表示，3D打印橋依然屹立智慧灣，使用正常，“混凝土材質，不需要特別維護”。
2月中旬，徐衛國也在積極與中國中材海外科技集團對接，看看是否可以在土耳其地震后，用3D打印快速建房，給地震后的災民提供居所。