[科技界] 全球最大的混凝土3D打印步行桥

2019年1月12日，全球最大的混凝土3d打印人行天桥在上海宝山智慧湾竣工。该项目由清华大学(建筑学院)-中南土地数字建筑研究中心许卫国教授设计开发，并与上海智慧湾投资管理公司共同建设。

图1。从西南方向看这座桥

人行天桥全长26.3米，宽3.6米。桥梁结构采用中国古代赵州桥的结构模式，采用单拱结构承重，拱脚间距14.4米。在桥梁进入实际印刷施工前，进行了1:4比例的混凝土桥梁破坏试验，其强度能够满足行人的荷载要求。

图2。桥的鸟瞰图

人行天桥的印刷采用了许卫国教授团队自主研发的混凝土3d打印系统技术。该系统集成了数字化建筑设计、打印路径生成、操作控制系统、打印机前端、混凝土材料等创新技术。它具有工作稳定性好、印刷效率高、成型精度高、连续工作的特点。该系统在三个方面有独特的创新，领先于国内外同行。第一个是机械臂的前端打印头，具有层压时打印材料不堵塞、不塌陷的特点；二是印刷路径生成与操作系统，它连接形状设计、印刷路径生成、物料泵送、前端运动、机械臂运动等各种系统共同工作；三是独特的印刷材料配方，材料性能合理，流变性能稳定。

整个桥梁工程的印刷采用两个机械臂3d打印系统，450小时打印所有混凝土构件；与同规模的桥梁相比，其造价仅为普通桥梁的三分之二。桥身的印刷施工没有使用模板和钢筋，大大节约了工程成本。

图3。印刷桥面

图4。印刷结构构件

图5。打印桥栏杆

人行天桥的设计采用三维立体造型，桥栏板采用类似丝带和桥拱的造型，营造出躺在上海智慧湾池塘上的轻盈飘逸的姿态；大桥的桥面呈珊瑚色，带有脑纹，珊瑚纹之间的空空隙用细石填充，形成景观铺装。

图6。从西北侧看这座桥

步行桥由桥拱结构、桥栏杆和桥面三部分组成。桥梁结构由44个0.9*0.9*1.6米的混凝土3d打印单元组成。桥栏杆分为68个单元进行印刷，总共64个桥面也是通过印刷制作的。这些构件的印刷材料是由聚乙烯纤维混凝土和各种添加剂组成的复合材料。经过多次配比试验和印刷试验，它们具有可控的流变性能，满足印刷要求，新混凝土材料的抗压强度达到65mpa，抗折强度达到15mpa。

该桥内嵌实时监测系统，包括振弦应力监测和高精度应变监测系统，可实时采集桥梁的应力和变形状态数据，对跟踪研究新混凝土材料的性能和打印构件的结构力学性能具有实际作用。

随着中国人口红利的消失，建筑项目的劳动力需求将会出现短缺。智能建筑将是解决这一问题的重要渠道，将促进中国建筑业的转型升级。3d打印作为智能建筑的一种重要方式，将在工程建设的智能化发展中发挥重要作用。

虽然3d混凝土印刷施工中有许多瓶颈需要解决，该领域的技术研发和实际应用竞争日益激烈，但国际国内相当多的科研机构和施工公司都致力于这项技术研究，但这项技术尚未真正应用于实际项目。这座人行天桥的建成标志着该技术从研发到实际工程应用迈出了可喜的一步，也标志着我国3d混凝土印刷施工技术进入了世界先进水平。

图7。夜景