2019年1月12日，目前全球最大規(guī)模的混凝土3D打印步行橋在上海寶山智慧灣落成。該工程由清華大學(建筑學院)-中南置地數(shù)字建筑研究中心徐衛(wèi)國教授團隊設計研發(fā)、并與上海智慧灣投資管理公司共同建造。
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。在該橋梁進入實際打印施工之前，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。
該步行橋的打印運用了徐衛(wèi)國教授團隊自主開發(fā)的混凝土3D打印系統(tǒng)技術(shù)，該系統(tǒng)由數(shù)字建筑設計，打印路徑生成，操作控制系統(tǒng)，打印機前端，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。該系統(tǒng)在三個方面具有獨特的創(chuàng)新性并領(lǐng)先于國內(nèi)外同行，第一為機器臂前端打印頭，它具有不堵頭、且打印出的材料在層疊過程中不塌落的特點；第二為打印路徑生成及操作系統(tǒng)，它將形體設計、打印路徑生成、材料泵送、前端運動、機器臂移動等各系統(tǒng)連接為一體協(xié)同工作；第三為獨有的打印材料配方，它具有合理的材性及穩(wěn)定的流變性。
整體橋梁工程的打印用了兩臺機器臂3D打印系統(tǒng)，共用450小時打印完成全部混凝土構(gòu)件；與同等規(guī)模的橋梁相比，它的造價只有普通橋梁造價的三分之二；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。
步行橋的設計采用了三維實體建模，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合材料，經(jīng)過多次配比試驗及打印實驗，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度達到65mpa，抗折強度達到15mpa。
該橋預埋有實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括振弦式應力監(jiān)控和高精度應變監(jiān)控系統(tǒng)，可以即時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)力學性能具有實際作用。
隨著我國人口紅利的消失，建設工程對于勞動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渠道，它將推動我國建筑工業(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)及實際應用的競爭也日益激烈，國際國內(nèi)具有相當多的科研機構(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)用于實際工程。該步行橋的建成，標志著這一技術(shù)從研發(fā)到實際工程應用邁出了可喜的一步，同時它標志著我國3D混凝土打印建造技術(shù)進入世界先進水平。
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