世界最大規模3D列印混凝土步行橋在上海寶山落成

摘要：該步行橋全長26.3米，寬度3.6米，橋梁結構借取了中國古代趙州橋的結構方式，採用單拱結構承受荷載，拱腳間距14.4米。在該橋梁進入實際列印施工之前，進行了1:4縮尺實材橋梁破壞試驗，其強度可滿足站滿行人的荷載要求。

1月12日，目前世界最大規模3D列印混凝土步行橋在上海智慧灣科創園落成。該工程由清華大學（建築學院）-中南置地數字建築研究中心徐衛國教授團隊設計研發、並與上海智慧灣投資管理有限公司共同建造。

該步行橋全長26.3米，寬度3.6米，橋梁結構借取了中國古代趙州橋的結構方式，採用單拱結構承受荷載，拱腳間距14.4米。在該橋梁進入實際列印施工之前，進行了1:4縮尺實材橋梁破壞試驗，其強度可滿足站滿行人的荷載要求。

記者在現場看到，步行橋的設計採用了三維實體建模，橋欄板採用了形似飄帶的造型，與橋拱一起構築出輕盈優雅的體態橫臥於上海智慧灣池塘之上；橋面板採用了腦紋珊瑚的形態，珊瑚紋之間的空隙填充細石子，形成園林化的路面。上去行走，感覺略微有些陡峭，但很穩定，用手觸摸橋面，可以感受到珊瑚紋的凹凸。

據介紹，整體橋梁工程的列印用了兩台機器臂3D列印系統，共用450小時列印完成全部混凝土構件；與同等規模的橋梁相比，它的造價只有普通橋梁造價的三分之二；該橋梁主體的列印及施工未用模板，未用鋼筋，大大節省了工程花費。徐衛國教授團隊自主開發的混凝土3D列印系統技術，具有工作穩定性好、列印效率快、成型精度高、可連續工作等特點，在三個方面具有獨特的創新性並領先於國內外同行：機器臂前端列印頭，具有不堵頭、且列印出的材料在層疊過程中不塌落的特點；列印路徑生成及操作系統，將形體設計、列印路徑生成、材料泵送、前端運動、機器臂移動等各系統連接為一體協同工作；獨有的列印材料配方，具有合理的材性及穩定的流變性。

該步行橋橋體由橋拱結構、橋欄板、橋面板三部分組成，橋體結構由44塊0.9*0.9*1.6米的混凝土3D列印單元組成 ，橋欄板分為68塊單元進行列印，橋面板共64塊也通過列印制成。這些構件的列印材料均為聚乙烯纖維混凝土添加多種外加劑組成的復合材料，經過多次配比試驗及列印實驗，目前已具有可控的流變性滿足列印需求；該新型混凝土材料的抗壓強度達到65mpa，抗折強度達到15mpa。

與此同時，該橋預埋有實時監測系統，包括振弦式應力監控和高精度應變監控系統，可以即時收集橋梁受力及變形狀態數據，對於跟蹤研究新型混凝土材料性能以及列印構件的結構力學性能具有實際作用。

設計方告訴記者，隨著大陸人口紅利的消失，建設工程對於勞力力的需求將越來越供不應求，智能建造將是解決這問題的重要管道，3D列印作為智能建造的一種重要方式，將對工程建設的智能化發展發揮重要作用。雖然在3D混凝土列印建造方面存在著許多需要解決的瓶頸問題，該領域技術研發及實際應用的競爭也日益激烈，國際國內很多科研機構及建造公司一直致力於這方面的技術攻關，但還沒有真正將這一技術用於實際工程。該步行橋的建成，標誌著這一技術從研發到實際工程應用邁出了可喜的一步，大陸3D混凝土列印建造技術進入世界先進水平。

而這座3D列印混凝土步行橋之所以落戶位於寶山的上海智慧灣科創園，則和這里的3D列印產業蓬勃發展密切相關。目前，智慧灣科創園以全球首家3D列印為主題的中國3D列印文化博物館為窗口，通過展覽展示推動藝術創新和工業設計；同時通過產業聚集，引入3D列印產業和行業內的重點企業和更多的優秀人才來到園區，逐步形成了一個集研發、創意、投資、推廣於一體的3D列印生態圈。