沙漠方舟 / 中国首座极端沙漠环境下的 3D 打印混凝土建筑

摘要

作为中国首个沙漠环境中的3D打印混凝土建筑，该项目不仅支持内蒙古的生态修复，更成为人类未来地外栖息地的建筑原型。

项目概述

腾格里沙漠是中国第四大且最南端的沙漠。自90年代初起，某非营利组织持续在沙漠边缘植树以遏制其向东扩张。受该组织委托，designRESERVE设计了这个新营地，为植树志愿者在野外作业期间提供居所和配套设施。考虑到严苛的场地条件、有限的预算和施工周期，designRESERVE运用3D混凝土打印技术开发了适应不同使用需求的建筑原型。

核心细节

作为威胁东亚地区沙尘暴的主要源头，腾格里沙漠自21世纪初通过国际基金、地方政府和非营利组织的协同努力，生态修复取得显著成效。由吴向荣先生在阿拉善左旗创立的“种树植心”非营利组织，通过可持续种植模式及海内外志愿者的协助，取得了最为突出的成就。

这些自称为“沙漠锁边林守护者”的巡护员，在长期沙漠作业中常需忍受极端气候。受委托设计野外营地时，designRESERVE的任务是创建耐用的模块化庇护系统，同时兼具公众环境教育功能。营地由九个模块化单元组成，涵盖起居室、厨房、卫生间、淋浴间及储藏空间。每个单元的尺寸与重量均经过运输优化，适应偏远沙漠地区的快速组装。采用围合式布局的建筑群被称为“沙漠方舟”，在荒芜之地构筑起安全、美观且振奋精神的休憩之所。

建造过程包含六个主要阶段：

• 阶段1_通过机器人3D混凝土打印系统在无锡工厂预制混凝土单元
• 阶段2_卡车运输至沙漠场地
• 阶段3_在当地牧民协助下进行现场安装
• 阶段4_采用可重复使用货盘搭建平台基础，最大限度降低环境影响
• 阶段5_铺设木塑复合平台作为公共区域，配备可伸缩遮阳篷降低夏季日照热量
• 阶段6_安装Low-E玻璃门、给排水系统及太阳能板等生命支持系统

项目创新

针对沙漠恶劣施工条件与紧迫工期，设计团队采用（清华大学徐卫国教授实验室支持的）3D混凝土打印技术实现快速现场安装。150平方米的营地功能被分解为九个模块化单元，涵盖起居、餐饮、卫生及储藏空间。主要室内设施均与混凝土主体在工厂同步预制，最大限度减少现场作业并便于维护。所有混凝土单元在当地牧民协助下，仅用两个工作日即完成组装，仅需常规车辆与设备。

考虑到场地常遭遇34米/秒的强风暴，单元轮廓采用波浪曲线以降低风荷载。建筑表面的流畅肌理与周边沙丘起伏地貌相呼应。由于打印混凝土主要成分本质是沙子的替代形态，营地在美学与物理层面均实现了与自然的深度融合。

设计优势

项目采用可逆建造方式最大限度降低环境影响，未来可随造林计划推进进行搬迁。3D打印混凝土单元直接置于沙地，依靠自重保持稳定。木平台由钢管连接的可重复使用货盘网络支撑。从物理到象征层面，整个营地如同漂浮于沙海之上。这种方法显著缩短施工周期、降低成本与能耗，同时增强建筑对沙漠地貌变化的适应能力。

场地毗邻依靠贺兰山地下水补给的间歇性沙漠湖泊，为植树与营地活动提供天然水源。通过生物降解化粪池收集过滤排水，营地可实现100%污水回用于树木灌溉与施肥。

夏季白天气温可达45℃时，营地遮阳篷有效阻隔平台与混凝土模块的热量吸收，无需使用空调。冬季所有房间通过玻璃门大开间或天窗获得充足日照。混凝土墙体的厚度与空腔形成优良保温层，即便在室外零下30℃的冬夜仍能维持室内热舒适。营地完全由高效太阳能板组成的离网光伏系统供电，实现零碳排放与完全自持续运行。

作为中国首个沙漠3D打印混凝土建筑，沙漠方舟展现了3D混凝土打印技术在极端环境中的应用潜力。该项目不仅支持内蒙古少数民族地区的生态修复，更成为人类未来地外栖息地的建筑原型。