1月12日，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)運(yùn)用自主研發(fā)的機(jī)器臂3D打印混凝土技術(shù)，在上海寶山智慧灣建成目前規(guī)模最大的混凝土3D打印步行橋。

鳥瞰橋體

從西北看橋體

從西南側(cè)看橋

夜景

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。

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)。

打印結(jié)構(gòu)件

打印橋面板

打印橋欄板

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形與橋拱一起構(gòu)筑出輕盈優(yōu)雅的體態(tài)橫臥于上海智慧灣池塘之上；該橋的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。

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。

結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

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。

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，它將推動(dòng)我國建筑工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，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。

目前，3D混凝土打印建造方面還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)具有相當(dāng)多的科研機(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，同時(shí)它標(biāo)志著我國3D混凝土打印建造技術(shù)進(jìn)入世界先進(jìn)水平。

徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的機(jī)器臂3D打印混凝土系統(tǒng)由數(shù)字建筑設(shè)計(jì)，打印路徑生成，操作控制系統(tǒng)，打印機(jī)前端，混凝土材料等創(chuàng)新技術(shù)集成，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)。該系統(tǒng)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，第一為機(jī)器臂前端打印頭，它既具有攪拌又有擠壓推送功能；第二為打印路徑生成及操作系統(tǒng)，它將形體設(shè)計(jì)、合理路徑、泵送、前端、機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)等各系統(tǒng)連接為一體協(xié)同工作；第三為獨(dú)有的打印材料配方，具有合理的材性及穩(wěn)定的流變性。

徐衛(wèi)國教授從2003年以來一直從事數(shù)字設(shè)計(jì)及數(shù)字建造研究。他通過教學(xué)、工程、策展、出版等多種渠道推動(dòng)了數(shù)字建筑在中國的迅速發(fā)展，目前他在該領(lǐng)域出版有17本著作、發(fā)表120多篇論文。近年來，他的研究專注于以機(jī)器臂為基礎(chǔ)的智能建造，研究內(nèi)容涉及多方面，特別是在機(jī)器臂3D混凝土打印建造、以及機(jī)器臂自動(dòng)砌筑的實(shí)際運(yùn)用方面，取得重要進(jìn)展。為了表彰他在這方面的貢獻(xiàn)，2018年9月12-14日在瑞士蘇黎世理工（ETH）舉行的ROB|ARCH2018（國際機(jī)器人建筑大會(huì)）將“技術(shù)運(yùn)用獎(jiǎng)”授予徐衛(wèi)國教授。