聊一聊3D打印混凝土桥的变与未变、及思考

（用3D打印技术建造的曲面桥）

1，桥梁也可以打印了！

几年前，3D打印还是一个很神奇的东西，没想到发展与演化得如此之快，从打印一个立体的小小模型开始，现在竟然能打印一座桥了，而且是能走人的桥。据悉，我国第一座的3D打印桥是位于上海普陀区桃浦中央绿地的长度为15.25米、宽3.8米、高1.2米的曲面桥，树脂是打印材料（也可以说：桥的建筑材料是树脂）。

这是一座先在工厂进行整体打印完毕后，再运到现场进行安装的桥，在工厂打印施工所消耗的时间是35天，运送与安装的消耗时间没有公开资料查阅，估计一天时间就够了（不含涂装等）。

如果按常规的桥梁施工方法，将这座简化成矩形方整规则的简支梁结构、或干脆就是一座涵洞，整个施工肯定要不了35+1天的工期，只是这里面的工序较多、专业交接较多，因而容易失控的地方也相对较多。

（桥体空腔结构截图）

问题是这一座多曲面的桥，造型相当优美，要想实现这样的造型，按传统的施工方法用35X2(天)也不见得实现得如此完美，在混凝土浇筑过程中极易出现质量缺陷，而且会很笨重。不同于现在的3D树脂桥，可以轻松实现带肋的空腔结构，不仅大幅度地减轻了桥体的自重，还通过几何构造的办法充分发挥打印出来的构件的力学性能，几乎是最优的方案了。

20米跨以内的第二座3D打印桥，可能是位于泉州连绵带山峦的景观桥。它造型优美有灵气，总长17.5米，高3.2米，宽3.2米，重量12吨，每平方米可以承受2千牛顿的压强。也就是说就算桥上站满了人，桥身也能够安全承载。由于使用了新款10公斤级打印头，大幅提升了打印速度，打印时间仅需5周（35天）。与上海曲面桥一样，如果按这个造型用传统方法建造，也不会少于35X2(天)的工期。

（州连绵带山峦景观桥效果图）

这座桥也是先在工厂打印，然后运送到现场再安装。具体是：按纵向分为16段打印，并且在工厂内进行拼装作业，最后才“整桥”送到现场。

（泉州连绵带山峦景观桥厂仙拼装）

实际上，这两座桥都有共同的建造团队，但具体打印的方法不尽相同。一个一次成型，一个是分段成型。一次成型的桥长度较小（15.25米），分段成型的桥虽然只长了2.25米，若按公式计算力距与内力，数据的结果会相差很大，切成小段打印再组装可能是比较合适的、安全的作法。

（对比表格）

可以肯定，跨度越大，若通过3D打印一次成型的难度越大。难度不是在打印本身的作业上，而是能不能实现力学的性能上。毕竟，安全是最重要的，如果打印出来的桥最后都成了断桥，就没有了前途。

好在，这些困难可以用技术的办法来解决。于是，又一座大跨度的打印桥横空出世了，地点还是上海：智慧湾科创园（宝山）。

（站满了人的上海混凝土3D打印步行桥）

这座桥与前面两座桥最大的不同有两点：一是打印材料是混凝土，二是桥长达到26.3米，宽度3.6米。长度上与第一、二座打印桥分别超出了11.05米、8.8米，跨出了一大步。

不要小看这两件不同之处，可以看作是一次小小的质变了，使普及应用变得更容易被社会各界所接受。3D打印进入建筑业的步伐，正在加快！

2，没有改变的地方在哪？

上面通过介绍，我们可以明显地感觉到建筑工程的建造正在发生重大改变。好处是：周期变得更短了、质量变得更有保障了、劳动条件变得更好了、过程变得更简单了、安全隐患变得更少了、投入变得更经济了、观感也变得更丰富了，等等。

那么，是不是立马就能带来建筑业的革命呢？答案是：不会。

3D打印桥梁，虽然改变了施工方法，影响还是有限的，因为被结构性能制约了。就拿上面三座桥来说事，第一二座桥只不过10多米，真正跨度到底有多大，没有查到资料，说不定比桥长小了很多，无非是一个小跨度的简支构件，而且是类似T型梁、箱梁的结构。如果将桥面设计成一块平板，靠树脂打印怕是满足不了载重的需要，所以应用场景上受到了很大的限制。

换句话说，那两座打印桥，试验的意义更大。

26.3米的混凝土打印桥，比起前面两桥是实现了突破，但仍然挣脱不了传统材料与建筑力学的束缚，应用的场景也是有限的。

据介绍，尽管桥长是26.3米，但实际跨度只有14.4米，一下子打了个对折。而且，桥结构就是传统意义上的拱桥，除了砌筑材料获取方法不同外，与千余年的赵州桥是一样一样的。这座打印桥，施工中也是需要搭设脚手架的（只不过可以简单很多而已），也一定是需要桥两端有安全可靠的基座的，砌块的施工顺序及合龙控制也是一样一样的（由于有吊车等机械，劳动强度比古代低很多而已）。

（桥纵剖图）

（桥拱结构施工结束）

我从网络上找到一段视频，可以快速了解整个施工过程。从视频可知，施工时，水沟里面的水也被抽干了，就是为了使施工中的模架搭设更方便、更安全。

对于石拱桥而言，跨度在15米以内，算小儿科（从赵州桥到现在，我们已经积累了大量的经验）。这座桥的出现，还是我上面提到的类似观点：用来试验混凝土打印技术及应用的意义更大一些，在实用性上、普及性上还有待改进完善。

不管是树脂打印的，还是混凝土打印的，收缩性、耐久性上与传统材料相比，究竟有没有较大的不同，是必须观察的。特别是拱结构，打印构件的收缩一旦出现，就是最大的安全隐患，严重时会导致桥梁倒塌。特别是混凝土打印，在不考虑是否掺加了抗收缩制剂的情况下，由于满足流动性，水的掺比必然会较大、骨料的颗粒必然会较小，收缩的可能性是蛮大的。

（混凝土打印拱桥的视频）

3，打印桥带给我的思考

3D打印用于建筑行业的前景非常广阔，且不议我在上面考虑到的缺点，单就现有的技术水平就已经可以有很多应用场景，以及由此带来的综合收益。比如：道路里各种大小的、深埋的涵洞就完全可以用打印品，解决了现场施工排水难、工期长、浇捣质量不均匀等痛点。

再比如，附着在结构上的复杂造型体，交给3D打印最合适不过。从此，与雕刻、塑型为生的专业技术人员、匠人们，可要将自己的技能升级到熟练使用3D打印工具（机械）了。

还有更多、更好的应用领域可以开发，由于专业性太强，不在这里详细列举。

最后，寄语相关3D打印的技术公司：如果能实现打印体内强度可调节的话（如打印出来的效果，与混凝土构件内配上钢筋的效果相近或相同），那就不得了，必火无疑，

——我们期待着！

2019-09-02

图片数据均源于公开网络