吉尼斯世界紀(jì)錄一直倡導(dǎo)以創(chuàng)造世界紀(jì)錄的方式激發(fā)人們的探索欲，并鼓勵(lì)人們用一顆對(duì)新事物、對(duì)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(wú)限可能。近期，吉尼斯世界紀(jì)錄對(duì)往期獲獎(jiǎng)故事進(jìn)行了回顧整理，本期將講述“最長(zhǎng)的3D打印橋”吉尼斯世界紀(jì)錄獲得者3D打印趙州橋的故事。

　　2020年7月21日，坐落于河北工業(yè)大學(xué)的裝配式混凝土3D打印趙州橋，正式獲得“最長(zhǎng)的3D打印橋”吉尼斯世界紀(jì)錄？稱號(hào)。這座由河北工業(yè)大學(xué)馬國(guó)偉教授團(tuán)隊(duì)共同建造的3D打印橋梁，全長(zhǎng)28.15米、凈跨度17.94米，受到業(yè)內(nèi)外關(guān)注。

　　1400年前，正在河北趙縣城南洨河之上來(lái)回踱步、監(jiān)督千萬(wàn)工匠雕琢一座傳奇之橋的李春，也許不會(huì)想到這座他傾盡心血的趙州橋會(huì)穿越千年，與它的3D版本“握手”。而讓這位杰出的橋梁專家更不會(huì)想到的是，傳承他衣缽的已不是傳統(tǒng)意義上的工匠們，而是一群來(lái)自不同領(lǐng)域、掌握3D打印技術(shù)的年輕人。

　　造橋維艱，有容乃成

　　以3D打印技術(shù)再造一座趙州橋，從設(shè)計(jì)到落地，過(guò)程曲折而又艱難。2017年下半年，河北工業(yè)大學(xué)3D打印橋項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正式組建，經(jīng)過(guò)選題、反復(fù)論證，項(xiàng)目正式啟動(dòng)已是2018年初，而整個(gè)橋梁完全建成則需要等到2019年9月30日。

　　常規(guī)的設(shè)計(jì)制作流程，一般包括模塊化設(shè)計(jì)、3D打印、裝配化施工等環(huán)節(jié)，分別由不同團(tuán)隊(duì)來(lái)負(fù)責(zé)。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)會(huì)先做圖形設(shè)計(jì)，將整個(gè)橋梁分成不同設(shè)計(jì)模塊，并要驗(yàn)證模塊拼裝后整個(gè)項(xiàng)目的安全性能等；3D打印團(tuán)隊(duì)拿到設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)完成的圖紙之后，會(huì)繼續(xù)完成3D打印圖紙；隨后，3D打印圖紙會(huì)被指令化，以變成計(jì)算機(jī)程序能夠識(shí)別的語(yǔ)言，便于后續(xù)打印、施工；而施工團(tuán)隊(duì)，則需要將打印的各模塊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝，完成橋梁建造。

　　這時(shí)，學(xué)科交叉帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了，極大程度上推動(dòng)了項(xiàng)目的進(jìn)展。此外，為了監(jiān)測(cè)橋梁的安全性能，團(tuán)隊(duì)中有著自動(dòng)化學(xué)科背景的團(tuán)隊(duì)成員，為橋梁設(shè)計(jì)了傳感器裝置。橋梁不同部位被安置了諸多傳感器后，會(huì)在24小時(shí)之內(nèi)不間斷監(jiān)測(cè)氣溫、地基沉降、水位對(duì)橋梁的影響數(shù)據(jù)，并將其上傳至云端。

　　“多學(xué)科使我們收益良多。尤其是跨學(xué)科經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)成員往往起到的作用是非常巨大的，他們是另一種橋梁，在新技術(shù)背景下起著溝通不同技術(shù)門(mén)類和團(tuán)隊(duì)的作用。所以，我們認(rèn)為，與其說(shuō)3D打印趙州橋的成功得益于技術(shù)的進(jìn)步，我們更愿意相信是團(tuán)隊(duì)對(duì)多學(xué)科的包容、對(duì)人才的尊重，使我們收獲了天時(shí)地利人和。”王里介紹說(shuō)。

　　八方智慧來(lái)援筑新橋

　　隨著3D打印橋項(xiàng)目的推進(jìn)，更多挑戰(zhàn)隨之浮出水面。而這時(shí)，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?yàn)樵蛠?lái)新建橋梁，團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)而言，如有一位精通趙州橋前世今生的“老師傅”能前來(lái)指導(dǎo)一二就太有裨益了。這時(shí)，工程勘察設(shè)計(jì)大師王長(zhǎng)科的到來(lái)為整個(gè)團(tuán)隊(duì)打開(kāi)了一扇窗。

　　王長(zhǎng)科是研究趙州橋的國(guó)學(xué)大師，曾對(duì)趙州橋做過(guò)非常系統(tǒng)的研究，并有相關(guān)著作論述。而其對(duì)趙州橋使用的力學(xué)原理，橋梁自身的工程概況、工程結(jié)構(gòu)、受力分析、技術(shù)措施和建筑美學(xué)、建筑文化的了解正是3D打印橋團(tuán)隊(duì)所需要的?！巴蹰L(zhǎng)科老師相當(dāng)于我們的文化顧問(wèn)，對(duì)于團(tuán)隊(duì)從整體了解趙州橋、進(jìn)行3D打印橋的設(shè)計(jì)構(gòu)想，提供了前置性指導(dǎo)意見(jiàn)和可靠的參考。”王里說(shuō)。

　　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(zhǔn)地吊裝完成。

　　另一位工程勘察設(shè)計(jì)大師的指導(dǎo)，讓這個(gè)問(wèn)題迎刃而解。在海河綜合開(kāi)發(fā)改造工程中，主持設(shè)計(jì)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(yù)應(yīng)力”這一方法。所謂“體外拉索預(yù)應(yīng)力”，就是將橋拱三大模塊預(yù)先拼裝，相當(dāng)于弓箭的弓，“弓”兩端的線也就是拉索，相當(dāng)于弓弦；而吊裝的時(shí)候，拉索會(huì)被拉緊，以控制橋拱結(jié)構(gòu)、調(diào)整誤差，等調(diào)整完畢，拉索放開(kāi)，橋拱一次性裝配完成。

　　除了橋梁技術(shù)，3D打印材料的選用，也是團(tuán)隊(duì)需直面的一大挑戰(zhàn)。“為了確保萬(wàn)無(wú)一失，我們找到了西北地區(qū)最大的特種水泥集團(tuán)堯柏集團(tuán)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(dāng)時(shí)，我們帶領(lǐng)7名研究生生，在水泥廠的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室呆了2個(gè)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(jìn)行了反復(fù)地討論、驗(yàn)證。畢竟，3D打印的橋梁，是沒(méi)有傳統(tǒng)橋梁所使用的鋼筋做模板的，有開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)，而高質(zhì)量的材料就尤為重要。”王里說(shuō)。

　　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(duì)多元學(xué)科、新技術(shù)的包容，則使造橋這門(mén)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(gè)驚艷的樣板。

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