來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)

10月13日下午，裝配式混凝土3D打印趙州橋落成典禮在河北工業(yè)大學(xué)北辰校區(qū)舉行。該項(xiàng)目由河北工業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)兼土木與交通學(xué)院院長(zhǎng)馬國(guó)偉教授帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)完成。它的建成對(duì)我國(guó)建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色化、工業(yè)化、智能化的建筑建造，乃至對(duì)我國(guó)建筑工業(yè)化進(jìn)程具有重要的意義。

趙州橋位于河北省趙縣，距今已有1400多年的歷史，是世界上現(xiàn)存最早、保存最好的一座弧形單孔敞肩型石拱橋。無(wú)論從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面還是施工建造、造型美學(xué)方面，趙州橋?qū)ΜF(xiàn)代橋梁的科學(xué)設(shè)計(jì)以及合理施工均具有指導(dǎo)意義。

“這是我們團(tuán)隊(duì)按照趙州橋1：2縮尺打印后現(xiàn)場(chǎng)裝配式組裝的橋，跨度18.04米、橋梁總長(zhǎng)28.1米，是目前世界最長(zhǎng)跨度裝配式混凝土3D打印趙州橋，也是世界上單跨最長(zhǎng)的混凝土3D打印橋梁。”馬國(guó)偉告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，研究團(tuán)隊(duì)借鑒已建成3D打印建筑的建造經(jīng)驗(yàn)，采用模塊化打印技術(shù)并對(duì)節(jié)點(diǎn)裝配形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行裝配式建造?；炷?D打印是將水泥基復(fù)合材料逐層堆疊的無(wú)模快速建造過(guò)程，相比傳統(tǒng)的施工建造，可以節(jié)省100%的模板與支撐，37%的建筑材料和64%的人工。適合建造異型的、定制化的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不因結(jié)構(gòu)的幾何復(fù)雜程度而增加成本。

記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，3D打印的趙州橋矗立在河北工業(yè)大學(xué)北辰校區(qū)東北方向的景觀河上，呈灰白色，不時(shí)有學(xué)生拾級(jí)而上、在橋上來(lái)往通行。將歷經(jīng)千年的趙州橋與現(xiàn)代化的3D打印相結(jié)合，在河北工業(yè)大學(xué)校園內(nèi)建造一座裝配式3D打印趙州橋，無(wú)疑對(duì)弘揚(yáng)河北文化、集成科技創(chuàng)新、促進(jìn)產(chǎn)教融合、美化校園環(huán)境起到積極促進(jìn)作用。

馬國(guó)偉表示，在3D打印趙州橋項(xiàng)目中，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)精選特種水泥基復(fù)合材料，不斷優(yōu)化原材料礦物化學(xué)組成、顆粒細(xì)度，所使用材料具有速凝快硬、水化放熱低、早期強(qiáng)度高的早齡期材料特性，同時(shí)具有優(yōu)異的低收縮、微膨脹、高抗裂、自修復(fù)的長(zhǎng)期工作性能。

他們還通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)材料配合比，協(xié)調(diào)3D打印工藝參數(shù)，借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法量化適用于超大尺寸3D打印的水泥基復(fù)合材料的流變特性參數(shù)區(qū)間，以滿足趙州橋主拱的快速打印成型。橋梁的建造過(guò)程中同時(shí)應(yīng)用了基于局域共震原理的混凝土超材料，再生玻璃鋼纖維混凝土材料，磷酸鎂水泥基高強(qiáng)粘結(jié)材料等新型高性能混凝土。

據(jù)介紹，將BIM數(shù)字化模型創(chuàng)建成功運(yùn)用再3D打印過(guò)程中，基于拓?fù)鋬?yōu)化的路徑規(guī)劃算法等虛擬仿真技術(shù)，同時(shí)應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，精細(xì)化校驗(yàn)3D打印混凝土構(gòu)件成型精度。借助3D數(shù)字化模型，虛擬仿真橋梁的裝配建造過(guò)程，優(yōu)選施工建造方案。構(gòu)件成型后，使用了體外拉索預(yù)應(yīng)力，大大增強(qiáng)了3D打印主拱結(jié)構(gòu)的整體承載性能。

馬國(guó)偉透露，裝配式混凝土3D打印趙州橋同時(shí)使用了內(nèi)嵌式智能傳感技術(shù)，應(yīng)用北斗衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)等空天地一體化健康監(jiān)測(cè)技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)集成系統(tǒng)，借助5G無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸為3D打印趙州橋的長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)保駕護(hù)航。此外，裝配式3D打印趙州橋引入BIM虛擬仿真技術(shù)、現(xiàn)代化智能監(jiān)測(cè)手段為傳統(tǒng)橋梁賦予現(xiàn)代氣息，充分實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)新型化、材料功能化、施工虛擬化、裝配模塊化以及監(jiān)測(cè)智能化。

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)

10月13日下午，裝配式混凝土3D打印趙州橋落成典禮在河北工業(yè)大學(xué)北辰校區(qū)舉行。該項(xiàng)目由河北工業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)兼土木與交通學(xué)院院長(zhǎng)馬國(guó)偉教授帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)完成。它的建成對(duì)我國(guó)建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色化、工業(yè)化、智能化的建筑建造，乃至對(duì)我國(guó)建筑工業(yè)化進(jìn)程具有重要的意義。

趙州橋位于河北省趙縣，距今已有1400多年的歷史，是世界上現(xiàn)存最早、保存最好的一座弧形單孔敞肩型石拱橋。無(wú)論從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面還是施工建造、造型美學(xué)方面，趙州橋?qū)ΜF(xiàn)代橋梁的科學(xué)設(shè)計(jì)以及合理施工均具有指導(dǎo)意義。

“這是我們團(tuán)隊(duì)按照趙州橋1：2縮尺打印后現(xiàn)場(chǎng)裝配式組裝的橋，跨度18.04米、橋梁總長(zhǎng)28.1米，是目前世界最長(zhǎng)跨度裝配式混凝土3D打印趙州橋，也是世界上單跨最長(zhǎng)的混凝土3D打印橋梁。”馬國(guó)偉告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，研究團(tuán)隊(duì)借鑒已建成3D打印建筑的建造經(jīng)驗(yàn)，采用模塊化打印技術(shù)并對(duì)節(jié)點(diǎn)裝配形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行裝配式建造?；炷?D打印是將水泥基復(fù)合材料逐層堆疊的無(wú)模快速建造過(guò)程，相比傳統(tǒng)的施工建造，可以節(jié)省100%的模板與支撐，37%的建筑材料和64%的人工。適合建造異型的、定制化的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不因結(jié)構(gòu)的幾何復(fù)雜程度而增加成本。

記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，3D打印的趙州橋矗立在河北工業(yè)大學(xué)北辰校區(qū)東北方向的景觀河上，呈灰白色，不時(shí)有學(xué)生拾級(jí)而上、在橋上來(lái)往通行。將歷經(jīng)千年的趙州橋與現(xiàn)代化的3D打印相結(jié)合，在河北工業(yè)大學(xué)校園內(nèi)建造一座裝配式3D打印趙州橋，無(wú)疑對(duì)弘揚(yáng)河北文化、集成科技創(chuàng)新、促進(jìn)產(chǎn)教融合、美化校園環(huán)境起到積極促進(jìn)作用。

馬國(guó)偉表示，在3D打印趙州橋項(xiàng)目中，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)精選特種水泥基復(fù)合材料，不斷優(yōu)化原材料礦物化學(xué)組成、顆粒細(xì)度，所使用材料具有速凝快硬、水化放熱低、早期強(qiáng)度高的早齡期材料特性，同時(shí)具有優(yōu)異的低收縮、微膨脹、高抗裂、自修復(fù)的長(zhǎng)期工作性能。

他們還通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)材料配合比，協(xié)調(diào)3D打印工藝參數(shù)，借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法量化適用于超大尺寸3D打印的水泥基復(fù)合材料的流變特性參數(shù)區(qū)間，以滿足趙州橋主拱的快速打印成型。橋梁的建造過(guò)程中同時(shí)應(yīng)用了基于局域共震原理的混凝土超材料，再生玻璃鋼纖維混凝土材料，磷酸鎂水泥基高強(qiáng)粘結(jié)材料等新型高性能混凝土。

據(jù)介紹，將BIM數(shù)字化模型創(chuàng)建成功運(yùn)用再3D打印過(guò)程中，基于拓?fù)鋬?yōu)化的路徑規(guī)劃算法等虛擬仿真技術(shù)，同時(shí)應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，精細(xì)化校驗(yàn)3D打印混凝土構(gòu)件成型精度。借助3D數(shù)字化模型，虛擬仿真橋梁的裝配建造過(guò)程，優(yōu)選施工建造方案。構(gòu)件成型后，使用了體外拉索預(yù)應(yīng)力，大大增強(qiáng)了3D打印主拱結(jié)構(gòu)的整體承載性能。

馬國(guó)偉透露，裝配式混凝土3D打印趙州橋同時(shí)使用了內(nèi)嵌式智能傳感技術(shù)，應(yīng)用北斗衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)等空天地一體化健康監(jiān)測(cè)技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)集成系統(tǒng)，借助5G無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸為3D打印趙州橋的長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)保駕護(hù)航。此外，裝配式3D打印趙州橋引入BIM虛擬仿真技術(shù)、現(xiàn)代化智能監(jiān)測(cè)手段為傳統(tǒng)橋梁賦予現(xiàn)代氣息，充分實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)新型化、材料功能化、施工虛擬化、裝配模塊化以及監(jiān)測(cè)智能化。