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      1. 人在捷泰

        3D打印趙州橋獲 吉尼斯世界紀錄

        吉尼斯世界紀錄一直倡導以創造世界紀錄的方式激發人們的探索欲,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、探索和發現,創造無限可能。2020年7月21日,坐落于河北工業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,受到業內外關注。

        “將經歷千年的趙州橋與現代化的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展,對我國建筑現代化的進程也具有重要意義。” 河北工業大學馬國偉教授說。

        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,河北工業大學3D打印橋項目團隊正式組建,經過選題、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。無論是監管層面的設計規范和建設流程要求,還是橋梁設計施工本身,行業內并無既有的規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。” 作為項目統籌的河北工業大學王里博士說道。

        “ 從設計環節開始,我們就遇到了很大的挑戰。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,學科交叉帶來的優勢就體現出來了,極大程度上推動了項目的進展。

        隨著3D打印橋項目的推進,更多挑戰隨之浮出水面。而這時,傳統造橋智慧的到援,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。“王長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。在海河綜合開發改造工程中,主持設計和施工完成了多座創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、調整誤差,等調整完畢,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。由于對通用水泥在3D打印領域的應用缺少經驗,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了水泥。當時,我們帶領7名研究生,在水泥廠的研發實驗室呆了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,是沒有傳統橋梁所使用的鋼筋做模板的,有開裂的風險,而高質量的材料就尤為重要。”王里說。

        數千年的造橋史,數代造橋人薪火相傳,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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