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“最长的3D打印桥”吉尼斯世界纪录背后的故事

2021年06月22日 17:32 阅读:2,495

近期,吉尼斯世界纪录对往期获奖故事进行了回顾整理,本期将讲述“最长的3D打印桥”吉尼斯世界纪录获得者3D打印赵州桥的故事。

2020年7月21日,坐落于河北工业大学的装配式混凝土3D打印赵州桥,正式获得“最长的3D打印桥”吉尼斯世界纪录™称号。这座由河北工业大学马国伟教授团队共同建造的3D打印桥梁,全长28.15米、净跨度17.94米,受到业内外关注。

1400年前,正在河北赵县城南洨河之上来回踱步、监督千万工匠雕琢一座传奇之桥的李春,也许不会想到这座他倾尽心血的赵州桥会穿越千年,与它的3D版本“握手”。而让这位杰出的桥梁专家更不会想到的是,传承他衣钵的已不是传统意义上的工匠们,而是一群来自不同领域、掌握3D打印技术的年轻人。

与能工巧匠构筑赵州桥不同,3D打印赵州桥却是由一群“不懂桥”的年轻人,使用现代智慧建造而成。“不懂桥”,并未阻碍这个年轻团队的探索热情。因为“无知”,所以无畏无惧,因为无畏无惧,所以能够海纳百川、突破边界、创造可能。而这种精神与吉尼斯世界纪录愿景中所宣扬的“永远保持好奇,坚持寻找答案 ;拥有开放的心态;相信全力以赴,万事皆有可能 ”,殊途同归,为人们勇于探索世界带来启示。

事实上,河北工业大学马国伟教授团队提出用3D打印技术来“打印”一座桥梁时,业内并不看好。因为,传统桥梁建设本身涉及非常专业、复杂的理论验证和工程工艺,而用3D打印的先进建造方式筑桥,并且由一个非桥梁专业的团队操刀,更是难上加难,不确定性极高。

但河北工业大学团队却并未止步于此。“我们是一个融合了土木、机械、建筑、艺术、计算机、自动化控制等多学科的智能建造学科群,学科能力很全面。同时,我们的实验室也在3D打印技术领域探索了数年,在材料、施工、设备、工艺的研发方面有很多的进展和成果。所以,我们认为,团队有自己的优势,有能力去探索一些新的方向。而建筑作为高度依赖人力的行业,也面临一些实际的挑战,例如如何确保质量一致性、如何应对用工短缺等,这些问题其实都有机会借助3D打印技术得到解决。因此,我们希望以实际行动去验证3D打印技术在建筑行业可以落地,为建筑行业创新贡献一份力量。” 作为项目统筹的河北工业大学王里博士说道。

而桥梁作为承载了土木建筑智慧精华的门类,引起了团队极大的兴趣。在选择打印方向时,赵州桥这座闻名中外的石拱桥进入大家的视野。赵州桥是力学与美学完美融合的典范,是桥梁史上的丰碑。而由于坐落于燕赵大地,这座千年古桥也成为河北文化传承的象征。

“将经历千年的赵州桥与现代化的3D打印相结合,建造一座装配式3D打印赵州桥,是对建造科技的传承和弘扬,也是对河北传统文化的认同和回归。这个步行桥的成功落成,可以推进智能建造关键技术的发展,对我国建筑现代化的进程也具有重要意义。” 河北工业大学马国伟教授在一次采访中说。

以3D打印技术再造一座赵州桥,从设计到落地,过程曲折而又艰难。2017年下半年,河北工业大学3D打印桥项目团队正式组建,经过选题、反复论证,项目正式启动已是2018年初,而整个桥梁完全建成则需要等到2019年9月30日。

常规的设计制作流程,一般包括模块化设计、3D打印、装配化施工等环节,分别由不同团队来负责。设计团队会先做图形设计,将整个桥梁分成不同设计模块,并要验证模块拼装后整个项目的安全性能等;3D打印团队拿到设计团队完成的图纸之后,会继续完成3D打印图纸;随后,3D打印图纸会被指令化,以变成计算机程序能够识别的语言,便于后续打印、施工;而施工团队,则需要将打印的各模块进行现场拼装,完成桥梁建造。

“从设计环节开始,我们就遇到了很大的挑战。事实上,仅设计方案,我们就更改了很多次。”王里介绍说。理论上讲,如果打印机足够大,那么整个桥梁有可能会被完整打印出来。但我们团队主打的理念是面向装配式建筑的3D打印智能建造,将整个桥梁分割成多个模块,分别制作。

这时,学科交叉带来的优势就体现出来了,极大程度上推动了项目的进展。“多学科使我们收益良多。尤其是跨学科经验的团队成员往往起到的作用是非常巨大的,他们是另一种桥梁,在新技术背景下起着沟通不同技术门类和团队的作用。所以,我们认为,与其说3D打印赵州桥的成功得益于技术的进步,我们更愿意相信是团队对多学科的包容、对人才的尊重,使我们收获了天时地利人和。”王里介绍说。

数千年的造桥史,数代造桥人薪火相传,沉淀了厚重的造桥智慧。而对多元学科、新技术的包容,则使造桥这门古老的工艺突破以往界限,有了新的可能。3D打印赵州桥的故事,给出了一个惊艳的样板。

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