世界最大規(guī)模3D打印混凝土步行橋在上海寶山落成

1月12日，目前世界最大規(guī)模3D打印混凝土步行橋在上海智慧灣科創(chuàng)園落成。該工程由清華大學(xué)（建筑學(xué)院）-中南置地?cái)?shù)字建筑研究中心徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)、并與上海智慧灣投資管理有限公司共同建造。南極熊3D打印網(wǎng)作為戰(zhàn)略合作媒體，參與了3D打印混凝土步行橋落成儀式并進(jìn)行報(bào)道。

該步行橋全長26.3米，寬度3.6米，橋梁結(jié)構(gòu)借取了中國古代趙州橋的結(jié)構(gòu)方式，采用單拱結(jié)構(gòu)承受荷載，拱腳間距14.4米。在該橋梁進(jìn)入實(shí)際打印施工之前，進(jìn)行了1:4縮尺實(shí)材橋梁破壞試驗(yàn)，其強(qiáng)度可滿足站滿行人的荷載要求。

步行橋的設(shè)計(jì)采用了三維實(shí)體建模，橋欄板采用了形似飄帶的造型，與橋拱一起構(gòu)筑出輕盈優(yōu)雅的體態(tài)橫臥于上海智慧灣池塘之上；橋面板采用了腦紋珊瑚的形態(tài)，珊瑚紋之間的空隙填充細(xì)石子，形成園林化的路面。上去行走，感覺略微有些陡峭，但很穩(wěn)定，用手觸摸橋面，可以感受到珊瑚紋的凹凸。

據(jù)介紹，整體橋梁工程的打印用了兩臺(tái)機(jī)器臂3D打印系統(tǒng)，共用450小時(shí)打印完成全部混凝土構(gòu)件；與同等規(guī)模的橋梁相比，它的造價(jià)只有普通橋梁造價(jià)的三分之二；該橋梁主體的打印及施工未用模板，未用鋼筋，大大節(jié)省了工程花費(fèi)。徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的混凝土3D打印系統(tǒng)技術(shù)，具有工作穩(wěn)定性好、打印效率快、成型精度高、可連續(xù)工作等特點(diǎn)，在三個(gè)方面具有獨(dú)特的創(chuàng)新性并領(lǐng)先于國內(nèi)外同行：機(jī)器臂前端打印頭，具有不堵頭、且打印出的材料在層疊過程中不塌落的特點(diǎn)；打印路徑生成及操作系統(tǒng)，將形體設(shè)計(jì)、打印路徑生成、材料泵送、前端運(yùn)動(dòng)、機(jī)器臂移動(dòng)等各系統(tǒng)連接為一體協(xié)同工作；獨(dú)有的打印材料配方，具有合理的材性及穩(wěn)定的流變性。

該步行橋橋體由橋拱結(jié)構(gòu)、橋欄板、橋面板三部分組成，橋體結(jié)構(gòu)由44塊0.9*0.9*1.6米的混凝土3D打印單元組成 ，橋欄板分為68塊單元進(jìn)行打印，橋面板共64塊也通過打印制成。這些構(gòu)件的打印材料均為聚乙烯纖維混凝土添加多種外加劑組成的復(fù)合材料，經(jīng)過多次配比試驗(yàn)及打印實(shí)驗(yàn)，目前已具有可控的流變性滿足打印需求；該新型混凝土材料的抗壓強(qiáng)度達(dá)到65mpa，抗折強(qiáng)度達(dá)到15mpa。

與此同時(shí)，該橋預(yù)埋有實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括振弦式應(yīng)力監(jiān)控和高精度應(yīng)變監(jiān)控系統(tǒng)，可以即時(shí)收集橋梁受力及變形狀態(tài)數(shù)據(jù)，對于跟蹤研究新型混凝土材料性能以及打印構(gòu)件的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能具有實(shí)際作用。

據(jù)南極熊了解，隨著我國人口紅利的消失，建設(shè)工程對于勞動(dòng)力的需求將越來越供不應(yīng)求，智能建造將是解決這問題的重要渠道，3D打印作為智能建造的一種重要方式，將對工程建設(shè)的智能化發(fā)展發(fā)揮重要作用。雖然在3D混凝土打印建造方面存在著許多需要解決的瓶頸問題，該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)及實(shí)際應(yīng)用的競爭也日益激烈，國際國內(nèi)很多科研機(jī)構(gòu)及建造公司一直致力于這方面的技術(shù)攻關(guān)，但還沒有真正將這一技術(shù)用于實(shí)際工程。該步行橋的建成，標(biāo)志著這一技術(shù)從研發(fā)到實(shí)際工程應(yīng)用邁出了可喜的一步，我國3D混凝土打印建造技術(shù)進(jìn)入世界先進(jìn)水平。

而這座3D打印混凝土步行橋之所以落戶位于寶山的上海智慧灣科創(chuàng)園，則和這里的3D打印產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展密切相關(guān)。目前，智慧灣科創(chuàng)園以全球首家3D打印為主題的中國3D打印文化博物館為窗口，通過展覽展示推動(dòng)藝術(shù)創(chuàng)新和工業(yè)設(shè)計(jì)；同時(shí)通過產(chǎn)業(yè)聚集，引入3D打印產(chǎn)業(yè)和行業(yè)內(nèi)的重點(diǎn)企業(yè)和更多的優(yōu)秀人才來到園區(qū)，逐步形成了一個(gè)集研發(fā)、創(chuàng)意、投資、推廣于一體的3D打印生態(tài)圈。