3D列印步行橋「現代版趙州橋」來了！你敢走嗎？

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。該步行橋全長26.3米，寬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。據介紹，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。

3D列印混凝土步行橋。

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。步行橋的列印運用了徐衛國教授團隊自主開發的混凝土3D列印系統技術，該系統由數字建築設計、列印路徑生成、操作控制系統、混凝土材料等創新技術集成，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。該系統主要在3個方面具有獨特的創新性，第一為機器臂前端列印頭，具有不堵頭且列印出的材料在層疊過程中不塌落的特點；第二為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；第三為獨有的列印材料配方，具有合理的材性及穩定的流變性。

據了解，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。

經濟日報記者看到，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。

步行橋的混凝土3D列印單元，材料均是聚乙烯纖維混凝土添加多種外加劑組成的復合材料。（資料圖片）

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塊混凝土3D列印單元組成，68塊橋欄板、64塊橋面板也通過列印制成。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65兆帕，抗折強度達到15兆帕。

據介紹，步行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。

隨著大陸人口紅利的消失，建設工程將面臨勞力力缺口，智能建造將是解決這一問題的重要途徑，將推動大陸建築工業轉型升級。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。

目前，在3D混凝土列印建造領域，技術研發及實際應用的競爭日益激烈，國際國內眾多的科研機構及建築公司一直致力於這方面的技術攻關。步行橋的建成標誌著這一技術從研發到實際應用邁出了可喜的一步。