來源：中國科學報

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)大學北辰校區(qū)舉行。該項目由河北工業(yè)大學副校長兼土木與交通學院院長馬國偉教授帶領研究團隊完成。它的建成對我國建筑行業(yè)實現綠色化、工業(yè)化、智能化的建筑建造，乃至對我國建筑工業(yè)化進程具有重要的意義。

趙州橋位于河北省趙縣，距今已有1400多年的歷史，是世界上現存最早、保存最好的一座弧形單孔敞肩型石拱橋。無論從結構設計方面還是施工建造、造型美學方面，趙州橋對現代橋梁的科學設計以及合理施工均具有指導意義。

“這是我們團隊按照趙州橋1：2縮尺打印后現場裝配式組裝的橋，跨度18.04米、橋梁總長28.1米，是目前世界最長跨度裝配式混凝土3D打印趙州橋，也是世界上單跨最長的混凝土3D打印橋梁?！瘪R國偉告訴《中國科學報》，研究團隊借鑒已建成3D打印建筑的建造經驗，采用模塊化打印技術并對節(jié)點裝配形式進行優(yōu)化設計，在現場直接進行裝配式建造?；炷?D打印是將水泥基復合材料逐層堆疊的無?？焖俳ㄔ爝^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、定制化的結構構件，不因結構的幾何復雜程度而增加成本。

記者在現場看到，3D打印的趙州橋矗立在河北工業(yè)大學北辰校區(qū)東北方向的景觀河上，呈灰白色，不時有學生拾級而上、在橋上來往通行。將歷經千年的趙州橋與現代化的3D打印相結合，在河北工業(yè)大學校園內建造一座裝配式3D打印趙州橋，無疑對弘揚河北文化、集成科技創(chuàng)新、促進產教融合、美化校園環(huán)境起到積極促進作用。

馬國偉表示，在3D打印趙州橋項目中，他帶領團隊精選特種水泥基復合材料，不斷優(yōu)化原材料礦物化學組成、顆粒細度，所使用材料具有速凝快硬、水化放熱低、早期強度高的早齡期材料特性，同時具有優(yōu)異的低收縮、微膨脹、高抗裂、自修復的長期工作性能。

他們還通過科學設計材料配合比，協(xié)調3D打印工藝參數，借助人工神經網絡算法量化適用于超大尺寸3D打印的水泥基復合材料的流變特性參數區(qū)間，以滿足趙州橋主拱的快速打印成型。橋梁的建造過程中同時應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，磷酸鎂水泥基高強粘結材料等新型高性能混凝土。

據介紹，將BIM數字化模型創(chuàng)建成功運用再3D打印過程中，基于拓撲優(yōu)化的路徑規(guī)劃算法等虛擬仿真技術，同時應用三維激光掃描技術，生成點云數據，精細化校驗3D打印混凝土構件成型精度。借助3D數字化模型，虛擬仿真橋梁的裝配建造過程，優(yōu)選施工建造方案。構件成型后，使用了體外拉索預應力，大大增強了3D打印主拱結構的整體承載性能。

馬國偉透露，裝配式混凝土3D打印趙州橋同時使用了內嵌式智能傳感技術，應用北斗衛(wèi)星、無人機等空天地一體化健康監(jiān)測技術，以及物聯(lián)網云平臺集成系統(tǒng)，借助5G無線數據傳輸為3D打印趙州橋的長期健康監(jiān)測保駕護航。此外，裝配式3D打印趙州橋引入BIM虛擬仿真技術、現代化智能監(jiān)測手段為傳統(tǒng)橋梁賦予現代氣息，充分實現設計新型化、材料功能化、施工虛擬化、裝配模塊化以及監(jiān)測智能化。

來源：中國科學報

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)大學北辰校區(qū)舉行。該項目由河北工業(yè)大學副校長兼土木與交通學院院長馬國偉教授帶領研究團隊完成。它的建成對我國建筑行業(yè)實現綠色化、工業(yè)化、智能化的建筑建造，乃至對我國建筑工業(yè)化進程具有重要的意義。

趙州橋位于河北省趙縣，距今已有1400多年的歷史，是世界上現存最早、保存最好的一座弧形單孔敞肩型石拱橋。無論從結構設計方面還是施工建造、造型美學方面，趙州橋對現代橋梁的科學設計以及合理施工均具有指導意義。

“這是我們團隊按照趙州橋1：2縮尺打印后現場裝配式組裝的橋，跨度18.04米、橋梁總長28.1米，是目前世界最長跨度裝配式混凝土3D打印趙州橋，也是世界上單跨最長的混凝土3D打印橋梁?！瘪R國偉告訴《中國科學報》，研究團隊借鑒已建成3D打印建筑的建造經驗，采用模塊化打印技術并對節(jié)點裝配形式進行優(yōu)化設計，在現場直接進行裝配式建造?；炷?D打印是將水泥基復合材料逐層堆疊的無?？焖俳ㄔ爝^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、定制化的結構構件，不因結構的幾何復雜程度而增加成本。

記者在現場看到，3D打印的趙州橋矗立在河北工業(yè)大學北辰校區(qū)東北方向的景觀河上，呈灰白色，不時有學生拾級而上、在橋上來往通行。將歷經千年的趙州橋與現代化的3D打印相結合，在河北工業(yè)大學校園內建造一座裝配式3D打印趙州橋，無疑對弘揚河北文化、集成科技創(chuàng)新、促進產教融合、美化校園環(huán)境起到積極促進作用。

馬國偉表示，在3D打印趙州橋項目中，他帶領團隊精選特種水泥基復合材料，不斷優(yōu)化原材料礦物化學組成、顆粒細度，所使用材料具有速凝快硬、水化放熱低、早期強度高的早齡期材料特性，同時具有優(yōu)異的低收縮、微膨脹、高抗裂、自修復的長期工作性能。

他們還通過科學設計材料配合比，協(xié)調3D打印工藝參數，借助人工神經網絡算法量化適用于超大尺寸3D打印的水泥基復合材料的流變特性參數區(qū)間，以滿足趙州橋主拱的快速打印成型。橋梁的建造過程中同時應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，磷酸鎂水泥基高強粘結材料等新型高性能混凝土。

據介紹，將BIM數字化模型創(chuàng)建成功運用再3D打印過程中，基于拓撲優(yōu)化的路徑規(guī)劃算法等虛擬仿真技術，同時應用三維激光掃描技術，生成點云數據，精細化校驗3D打印混凝土構件成型精度。借助3D數字化模型，虛擬仿真橋梁的裝配建造過程，優(yōu)選施工建造方案。構件成型后，使用了體外拉索預應力，大大增強了3D打印主拱結構的整體承載性能。

馬國偉透露，裝配式混凝土3D打印趙州橋同時使用了內嵌式智能傳感技術，應用北斗衛(wèi)星、無人機等空天地一體化健康監(jiān)測技術，以及物聯(lián)網云平臺集成系統(tǒng)，借助5G無線數據傳輸為3D打印趙州橋的長期健康監(jiān)測保駕護航。此外，裝配式3D打印趙州橋引入BIM虛擬仿真技術、現代化智能監(jiān)測手段為傳統(tǒng)橋梁賦予現代氣息，充分實現設計新型化、材料功能化、施工虛擬化、裝配模塊化以及監(jiān)測智能化。