3D打印趙州橋獲 吉尼斯世界紀錄

魔猴君  行業(yè)資訊   1273天前

吉尼斯世界紀錄一直倡導以創(chuàng)造世界紀錄的方式激發(fā)人們的探索欲，并鼓勵人們用一顆對新事物、對不確定性充滿包容的心靈，在未知中去期待、探索和發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)造無限可能。2020年7月21日，坐落于河北工業(yè)大學的裝配式混凝土3D打印趙州橋，正式獲得“最長的3D打印橋”吉尼斯世界紀錄?稱號。這座由河北工業(yè)大學馬國偉教授團隊共同建造的3D打印橋梁，全長28.15米、凈跨度17.94米，受到業(yè)內(nèi)外關注。

“將經(jīng)歷千年的趙州橋與現(xiàn)代化的3D打印相結合，建造一座裝配式3D打印趙州橋，是對建造科技的傳承和弘揚，也是對河北傳統(tǒng)文化的認同和回歸。這個步行橋的成功落成，可以推進智能建造關鍵技術的發(fā)展，對我國建筑現(xiàn)代化的進程也具有重要意義。” 河北工業(yè)大學馬國偉教授說。

以3D打印技術再造一座趙州橋，從設計到落地，過程曲折而又艱難。2017年下半年，河北工業(yè)大學3D打印橋項目團隊正式組建，經(jīng)過選題、反復論證，項目正式啟動已是2018年初，而整個橋梁完全建成則需要等到2019年9月30日。

一座全長不到30米的小橋，何以需要這么長的時間來“打印”?“最根本的原因，還是沒有先例可循。無論是監(jiān)管層面的設計規(guī)范和建設流程要求，還是橋梁設計施工本身，行業(yè)內(nèi)并無既有的規(guī)范標準或范例供我們參考，一切都需要團隊從頭做起，確切地說是在未知中去摸索?！?作為項目統(tǒng)籌的河北工業(yè)大學王里博士說道。

“       從設計環(huán)節(jié)開始，我們就遇到了很大的挑戰(zhàn)。事實上，僅設計方案，我們就更改了很多次。”王里介紹說。理論上講，如果打印機足夠大，那么整個橋梁有可能會被完整打印出來。但我們團隊主打的理念是面向裝配式建筑的3D打印智能建造，將整個橋梁分割成多個模塊，分別制作。這時，學科交叉帶來的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了，極大程度上推動了項目的進展。

隨著3D打印橋項目的推進，更多挑戰(zhàn)隨之浮出水面。而這時，傳統(tǒng)造橋智慧的到援，最終使3D打印橋挺起脊梁，橫跨河上。既然是以趙州橋為原型來新建橋梁，團隊就必需先了解“母版”-- 土木建筑史上的豐碑趙州橋。作為缺少橋梁專業(yè)背景的團隊而言，如有一位精通趙州橋前世今生的“老師傅”能前來指導一二就太有裨益了。這時，工程勘察設計大師王長科的到來為整個團隊打開了一扇窗。

王長科是研究趙州橋的國學大師，曾對趙州橋做過非常系統(tǒng)的研究，并有相關著作論述。而其對趙州橋使用的力學原理，橋梁自身的工程概況、工程結構、受力分析、技術措施和建筑美學、建筑文化的了解正是3D打印橋團隊所需要的?！巴蹰L科老師相當于我們的文化顧問，對于團隊從整體了解趙州橋、進行3D打印橋的設計構想，提供了前置性指導意見和可靠的參考。”王里說。

而在施工裝配階段，更大的困難卻是橋拱的裝配。傳統(tǒng)的做法是，抽干河水、搭建腳手架、依次施工，完成橋拱、橋身的搭建。但此次3D打印橋不同，它的橋拱被分成三大模塊，需要一次性精準地吊裝完成。

另一位工程勘察設計大師的指導，讓這個問題迎刃而解。在海河綜合開發(fā)改造工程中，主持設計和施工完成了多座創(chuàng)新型橋梁的韓振勇大師，提出了“體外拉索預應力”這一方法。所謂“體外拉索預應力”，就是將橋拱三大模塊預先拼裝，相當于弓箭的弓，“弓”兩端的線也就是拉索，相當于弓弦;而吊裝的時候，拉索會被拉緊，以控制橋拱結構、調(diào)整誤差，等調(diào)整完畢，拉索放開，橋拱一次性裝配完成。

除了橋梁技術，3D打印材料的選用，也是團隊需直面的一大挑戰(zhàn)。由于對通用水泥在3D打印領域的應用缺少經(jīng)驗，團隊在尋找材料方面也頗費了一番周折。“為了確保萬無一失，我們找到了西北地區(qū)最大的特種水泥集團堯柏集團的白明科總工程師，為我們這座橋梁定制化地研發(fā)了水泥。當時，我們帶領7名研究生生，在水泥廠的研發(fā)實驗室呆了2個月，和水泥廠總工程師就水泥顆粒度、礦物質(zhì)成分、水泥特性進行了反復地討論、驗證。畢竟，3D打印的橋梁，是沒有傳統(tǒng)橋梁所使用的鋼筋做模板的，有開裂的風險，而高質(zhì)量的材料就尤為重要?！蓖趵镎f。

數(shù)千年的造橋史，數(shù)代造橋人薪火相傳，沉淀了厚重的造橋智慧。而對多元學科、新技術的包容，則使造橋這門古老的工藝突破以往界限，有了新的可能。3D打印趙州橋的故事，給出了一個驚艷的樣板。

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