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明尼苏达大学始建于1851年。经过近170年的发展，明大已经成为拥有5所分校、370个专业、5万多名在校学生以及众多国际知名教授和学者的高等教学和研究机构，被誉为公立常青藤。
同许多百年名校一样，在经历了岁月的沉淀之后，除了拥有了丰富的文化底蕴和人文历史，学校也面临着校园设施老旧的问题。现代化的教学、科研和住宿问题让这些上了年纪的建筑失去了实际使用价值。如何在尽可能保留建筑历史风貌的状况下“焕新”呢？明尼苏达大学的老宿舍--Pioneer Hall的既改扩建所采用的3D打印和装配式建造技术为我们带来了新的启发。
项目概况
项目名称：University of Minnesota Pioneer Hall（ 明尼苏达大学开拓者大楼）
项目地点：明尼苏达州明尼阿波利斯
项目成本：1.045亿美元
项目规模：23,876平方米
项目团队
业主：University of Minnesota
建筑设计：TKDA Engineers and Architects
结构设计：TKDA Engineers and Architects
总承包商：McGough Construction
预制专项工程顾问：Wells Concrete
预制构件制造商：Wells Concrete
项目总览
Pioneer Hall（开拓者大楼）是明尼苏达大学明尼阿波利斯校区在20世纪20年代末建造的首批宿舍之一。这座乔治亚复兴风格的建筑已经经过了多年的翻新和扩建，然而调查显示现如今它已经不能满足学生的需求，而且原来的建筑结构几乎没有一个方面符合现代的无障碍设计要求。该建筑的大厅狭窄，电气和管道系统陈旧，也不符合现行的当地建筑规范。
明尼苏达大学知道必须对该建筑进行大幅度的改造与更新才能够满足现代学生居住的要求，但作为历史遗迹，校园内大部分建筑都不能被拆除。所以他们决定对其进行扩建，使其符合功能和规范要求。
该建筑本身有很多需要保留的地方。这一历史建筑的特点是红砖外墙、板岩屋顶、中央穹顶、水磨石楼梯、一楼的圆弧形窗户和门口的石质围墙。它的两个C形的侧翼是由低矮的砖石护栏墙包围的景观庭院，通过圆拱形的通道进入。这个宿舍翻新项目的关键是在保持历史美学的同时，对基础设施进行现代化改造。
在研究了多种设计方案（所有方案都是通过三维建模软件和基于BIM的建造成本估算）后，设计团队决定拆除约60%的原建筑，包括木框板岩屋顶、窗户、楼梯和建筑的中央连接部分；拆除后，留下四个L型的未连接的侧翼。随后，设计师在整个项目中使用了预制装配方案，以配合原有的红砖外墙，达到了一个耐用且经济实惠的解决方案。
该项目共生产并安装了超过55000平方英尺的预制混凝土构件，其中包括280块12英寸厚三明治墙板构件。预制构件供应商还对大楼西侧和东侧的入口处进行了改造，并使用空心楼板、实心楼板板、双T板和横梁等构件来建造卸货区的地板和屋顶。
3D打印提供完美匹配
项目拆除了大部分砖砌墙体，解决与建筑宽度有限相关的问题，并将这些区域拓宽，以容纳5英尺宽的双载走廊和较大的生活空间。新的区域采用了预制混凝土墙板，并结合了打孔窗和幕墙。
为了与原有的外墙相匹配，预制构件供应商使用了Endicott薄砖与三砖混搭的佛兰芒式粘结花纹。这个项目的最大挑战之一是确保预制混凝土墙板与现有1928年外墙的风化砂浆接缝相匹配。为了提供一个无缝的外观，预制混凝土板中的砂浆接缝被蚀刻到暴露红色、黑色和棕褐色砂浆的深度，与现有的砂浆接缝相匹配。
设计师还添加了垂直的建筑元素，代表了原建筑上的下水管道的外观。它省去了将新砖与旧砖对齐的这一混乱且麻烦的过程。
预制构件分供应商必须找到一种创新的方法来复制历史上的打孔窗，这些窗户被设置在基本的砖块和木质窗台之间。他们最终使用3D打印模具制作建筑预制混凝土框架，其中包括一个完全由现浇砖包围的复杂的飞檐。这是获得窗户现有外观的唯一方法，且效果非常显著，与原始建筑无缝、高质量的匹配。
另外一个重大挑战是在拆除时发现的，当时项目团队发现现有的楼层与预期的标高有2到4英寸的偏差。预制分包商使用三维激光扫描了建筑，生成了三维扫描图，并绘制出了楼板延伸的所有点。凭借这一技术，预制构件供应商就可以制作出完全适合独特空间的定制面板。
纵观整个项目，业主不可能在使用任何其他材料的方案中完成这样的无缝设计，这是利用3D打印和预制混凝土翻新建筑的一个真正的成就，他们完美地致敬了历史。
项目亮点
-预制方案使五层历史悠久宿舍的改扩建成为可能；
-该项目生产了超过55,000平方英尺的预制混凝土，且在不到四个月的时间内就完成了预制混凝土的安装；
- 激光扫描绘制了板块延伸的所有点，以确保面板与标高变化相匹配；
- 3D打印模板是一个经济实惠且可重复的解决方案，可以完美复制原始窗户；
- 在预制混凝土板的砂浆接缝处进行了蚀刻，以显示出红色、黑色和棕褐色的砂浆。
（责任编辑：何雯丽）
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