1月12日，清華大學（建筑學院）-中南置地數(shù)字建筑研究中心徐衛(wèi)國教授團隊運用自主研發(fā)的機器臂3D打印混凝土技術，在上海寶山智慧灣建成目前規(guī)模最大的混凝土3D打印步行橋。

鳥瞰橋體

從西北看橋體

從西南側看橋

夜景

該步行橋全長26.3米，寬度3.6米，橋梁結構借取了中國古代趙州橋的結構方式，采用單拱結構承受荷載，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。

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。

打印結構件

打印橋面板

打印橋欄板

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構、橋欄板、橋面板三部分組成，橋體結構由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。

結構試驗

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件的結構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。

目前，3D混凝土打印建造方面還存在著許多需要解決的瓶頸問題，該領域技術研發(fā)及實際應用的競爭也日益激烈，國際國內具有相當多的科研機構及建造公司一直致力于這方面的技術攻關，但還沒有真正將這一技術用于實際工程。該步行橋的建成，標志著這一技術從研發(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進入世界先進水平。

徐衛(wèi)國教授團隊研發(fā)的機器臂3D打印混凝土系統(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)新性并領先于國內外同行，第一為機器臂前端打印頭，它既具有攪拌又有擠壓推送功能；第二為打印路徑生成及操作系統(tǒng)，它將形體設計、合理路徑、泵送、前端、機器臂運動等各系統(tǒng)連接為一體協(xié)同工作；第三為獨有的打印材料配方，具有合理的材性及穩(wěn)定的流變性。

徐衛(wèi)國教授從2003年以來一直從事數(shù)字設計及數(shù)字建造研究。他通過教學、工程、策展、出版等多種渠道推動了數(shù)字建筑在中國的迅速發(fā)展，目前他在該領域出版有17本著作、發(fā)表120多篇論文。近年來，他的研究專注于以機器臂為基礎的智能建造，研究內容涉及多方面，特別是在機器臂3D混凝土打印建造、以及機器臂自動砌筑的實際運用方面，取得重要進展。為了表彰他在這方面的貢獻，2018年9月12-14日在瑞士蘇黎世理工（ETH）舉行的ROB|ARCH2018（國際機器人建筑大會）將“技術運用獎”授予徐衛(wèi)國教授。