世界最大3D打印混凝土步行橋
造價(jià)僅為普通橋梁的三分之二
世界最大規(guī)模3D打印混凝土步行橋12日在上海智慧灣科創(chuàng)園落成。橋長(zhǎng)26.3米、寬3.6米，單拱結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)看像座普通的景觀橋，坡度還相當(dāng)陡峭，你敢上去走嗎？研發(fā)團(tuán)隊(duì)“打包票”表示沒(méi)問(wèn)題——他們實(shí)施打印施工前做過(guò)橋梁破壞試驗(yàn)，確認(rèn)該橋荷載可以“站滿行人”。
上海智慧灣科創(chuàng)園是3D打印博物館所在地，3D打印混凝土橋架設(shè)在園區(qū)的景觀河道上，周?chē)歉鞣N由集裝箱改造而成的園區(qū)建筑，彩色又棱角分明的集裝箱建筑和水泥色的曲線形橋體形成有趣的對(duì)照。
3D打印橋由清華大學(xué)（建筑學(xué)院）—中南置地?cái)?shù)字建筑研究中心徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)，該團(tuán)隊(duì)與上海智慧灣投資管理有限公司共同建造。橋梁結(jié)構(gòu)借取中國(guó)古代趙州橋的結(jié)構(gòu)方式，以單拱結(jié)構(gòu)承受荷載。設(shè)計(jì)采用三維實(shí)體建模，橋體由橋拱結(jié)構(gòu)、橋欄板、橋面板三部分組成，橋欄板造型形似飄帶，橋面板采用了腦紋珊瑚形態(tài)，珊瑚紋之間的空隙填充細(xì)石子，相當(dāng)耐看。
橋梁構(gòu)件的打印材料都是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(guò)多次配比試驗(yàn)和打印實(shí)驗(yàn)，具有可控的流變性，滿足打印需求。這種新型混凝土材料的抗壓強(qiáng)度達(dá)到65兆帕，抗折強(qiáng)度達(dá)到15兆帕。橋內(nèi)還預(yù)埋有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——振弦式應(yīng)力監(jiān)控和高精度應(yīng)變監(jiān)控系統(tǒng)——能夠即時(shí)收集橋梁受力和變形狀態(tài)數(shù)據(jù)，這有助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。
據(jù)說(shuō)這座橋挑戰(zhàn)了規(guī)定允許的最大坡度。“單拱結(jié)構(gòu)樣式有長(zhǎng)久的生命力，而3D打印的優(yōu)勢(shì)在于能夠打印異形結(jié)構(gòu)，比如流線形、曲面形結(jié)構(gòu)。”徐衛(wèi)國(guó)說(shuō)，整體橋梁工程打印用了兩臺(tái)機(jī)器臂3D打印系統(tǒng)，共耗費(fèi)450小時(shí)完成全部混凝土構(gòu)件。相比同等規(guī)模橋梁，它的造價(jià)只有普通橋梁的三分之二。
徐衛(wèi)國(guó)透露，他的團(tuán)隊(duì)還將在上海寶山繼續(xù)3D打印試驗(yàn)，接下來(lái)計(jì)劃在另一個(gè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)建造3D打印房屋。屆時(shí)房子將在現(xiàn)場(chǎng)打印展示，而這次混凝土橋的打印是在車(chē)間完成的。
上海智慧灣科創(chuàng)園表示，3D混凝土打印建造方面存在許多技術(shù)瓶頸，這個(gè)領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)及實(shí)際應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，國(guó)際國(guó)內(nèi)有相當(dāng)多的科研機(jī)構(gòu)、建造公司在開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，但還沒(méi)有真正將這一技術(shù)用于實(shí)際工程。園區(qū)步行橋的建成，意味著這項(xiàng)技術(shù)從研發(fā)向?qū)嶋H工程應(yīng)用邁出了一大步。
國(guó)內(nèi)第一座3D打印樹(shù)脂景觀橋
建橋體比傳統(tǒng)工藝省時(shí)一倍多
歷時(shí)數(shù)月精心設(shè)計(jì)、經(jīng)過(guò)上百次易稿，國(guó)內(nèi)首座3D打印樹(shù)脂景觀橋終于揭開(kāi)神秘面紗，11日下午在普陀區(qū)桃浦智創(chuàng)城中央公園落成。這是國(guó)內(nèi)第一座運(yùn)用3D打印技術(shù)完成的一次成型、最大跨度、多維曲面的高分子材料景觀橋。
最近上海陰雨連連，讓人們一度對(duì)這座打印橋的安裝過(guò)程擔(dān)憂起來(lái)。不過(guò)，施工方告訴記者，在制作過(guò)程中，該橋在高分子材料中加入了一定比例的玻璃纖維，這種材料具備高耐候性，可以承受長(zhǎng)期日曬雨淋，完全能達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
有別于傳統(tǒng)橋梁，這座3D打印樹(shù)脂橋呈現(xiàn)漂亮的三維曲面形狀，營(yíng)造出自由變幻、富于動(dòng)態(tài)的橋體形態(tài)。據(jù)上海建工集團(tuán)副總工程師陳曉明介紹，這樣的三維曲面依靠傳統(tǒng)工藝是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，3D打印技術(shù)讓曾經(jīng)的不可能變?yōu)榭赡?。?jù)了解，該橋橋體用時(shí)35天完成打印，而若用傳統(tǒng)工藝，則將花費(fèi)兩到三個(gè)月。
立交橋、人行天橋、跨海大橋……3D打印未來(lái)在建筑領(lǐng)域大有用武之地。它不僅可以縮短橋梁建造周期，還能很好地還原建筑設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)會(huì)不會(huì)對(duì)傳統(tǒng)建筑工藝帶來(lái)沖擊?陳曉明認(rèn)為，兩者并不是此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，而是共同合作。3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域在建筑裝飾方面，可以更好地呈現(xiàn)建筑的藝術(shù)性，而傳統(tǒng)混凝土等工藝在承重結(jié)構(gòu)等方面更有優(yōu)勢(shì)。
據(jù)悉，桃浦中央綠地由上海建工園林集團(tuán)等單位參與承建，規(guī)劃總占地面積50公頃，其中水體總面積4.1公頃；加上滬嘉高速以北的北拓區(qū)域，總面積將達(dá)到近100公頃，建成后將成為中心城區(qū)最大的開(kāi)放式公共綠地。
記者獲悉，該綠地總體景觀方案借鑒了紐約中央公園和倫敦海德公園的設(shè)計(jì)理念，融合中國(guó)傳統(tǒng)書(shū)法、舞蹈和太極藝術(shù)的優(yōu)美動(dòng)勢(shì)，通過(guò)打造綠地內(nèi)連綿起伏的地形和蜿蜒動(dòng)態(tài)的園路水系，形成一個(gè)連續(xù)變化、層疊展開(kāi)的山水長(zhǎng)卷和行云流水的動(dòng)態(tài)空間。
這座3D打印橋在桃浦中央綠地“安家”的過(guò)程，又是一段頗為有趣的故事。據(jù)介紹，整個(gè)桃浦中央綠地內(nèi)計(jì)劃建造九座橋，而這座3D打印樹(shù)脂橋起初也被設(shè)計(jì)為鋼結(jié)構(gòu)，但項(xiàng)目方為了突出綠地的科技特色，最終決定用3D打印技術(shù)來(lái)制造橋體。
隨著這座3D打印橋的落成，作為上海重點(diǎn)轉(zhuǎn)型發(fā)展示范區(qū)域的桃浦地區(qū)也將迎來(lái)蛻變新生，朝著“國(guó)際創(chuàng)新城”目標(biāo)不斷邁進(jìn)。
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