同濟大學團隊3D打印“云亭”“步行橋”躋身國際前沿

在浦東臨港，滴水湖畔，“云亭”猶如一張半透明空間之網(wǎng)，自然地撒落于大地上。林邊攝

蓋房子再也無需依賴人工？數(shù)字建造已不再是大學教授們在學術論壇上侃侃而談的理念或?qū)嶒灹恕９こ填I域的未來已來——

上海臨港，滴水湖畔，一片綠樹叢中，一間首次運用熱塑性高分子材料、以機器人裝備整體3D打印完成的建筑展品——“云亭”近日全新落成，開始向公眾展示。

沒有梁和柱，長11米、寬11米、高約6米的“云亭”猶如一張半透明空間之網(wǎng)，自然地撒落在大地上，體態(tài)輕盈、空間震撼，卻又能穩(wěn)固矗立。“云亭”出自同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院袁烽教授團隊。就在今年暑假，該團隊剛剛完成了世界上第一座使用改性塑料，通過機器人裝備3D打印出來的步行橋﹔一年前，運用數(shù)字建造的方法，該團隊還指揮機器人砌出一面像絲綢一般復雜而又細膩的曲面磚牆......

對袁烽團隊來說，手頭正在進行的全新實驗，都是一場場涉足新工科的探索——走的路是新的，連帶著，自己的“朋友圈”也都更新了。

“挑戰(zhàn)失敗”的經(jīng)歷更寶貴

建筑學是典型的工程學科，當下，技術的發(fā)展使得不少傳統(tǒng)行業(yè)面臨顛覆式發(fā)展，傳統(tǒng)的建筑設計領域是否也會掀起新風潮？ 大約四年前，一次參加國際會議的經(jīng)歷，讓袁烽在數(shù)字建造方向開始了新工科的探路。

“最初，我用塑料替代鋼筋，用3D打印技術打印出梁和樓板。”用專業(yè)術語來說，當時袁烽聚焦的其實是大尺度的機器人空間打印技術。一邊研究、打印最基本的建筑結(jié)構，一邊做受壓、抗拉等結(jié)構應力實驗，袁烽發(fā)現(xiàn)，自己竟然已經(jīng)橫跨建筑學、結(jié)構學、機械學以及材料學等多學科的邊界。

“3D打印，既要考慮結(jié)構性能，又要考慮成本，這迫使我關注新材料研發(fā)�！睆淖畛醮蛴』�本的梁柱樓板結(jié)構，到今年暑假剛完成的世界上首座3D打印步行橋，再到完成更大尺度建筑“云亭”，袁烽團隊對改性塑料不斷探索。

今年8月，一座外表黝黑、以全新改性塑料打印的步行橋成為同濟大學的校園一景。讓袁烽意外的是，這座橋吸引了校內(nèi)其他學科專家的關注。“當時有位材料學教授站在橋上摸了摸橋面，然后問我改性塑料的耐候?qū)嶒炃闆r，提醒我注意它在極端溫度下的表現(xiàn)�！惫�不其然，持續(xù)多日的高溫，使得袁烽不得不將這座隻誕生42天的世界首座3D打印步行橋搬回實驗室，“升級”材料。

“這次實驗不算成功。但最有價值的是實驗過程本身。發(fā)現(xiàn)新的問題，才能開啟有意義的持續(xù)性研究�！痹�烽說。

跨學科合作，“適用”才可能成為最好

“云亭”不僅是一個“既穩(wěn)又美的空間結(jié)構”，更是一個多科學交叉的高科技產(chǎn)物。

從黝黑的步行橋到透明的“云亭”，僅僅四個月，袁烽團隊在改性塑料的研發(fā)上取得了新進展。採用大尺度空間打印方式建造的“云亭”，由于加入了特殊纖維的熱塑性高分子材料，具有強度高、韌性好以及熱固性好等優(yōu)點。

從制作方式來看，“云亭”是由7軸機器臂裝備24小時不間斷工作，通過空間打印加工而成，是眼下在最熱門的機器人建造技術領域的創(chuàng)新。用于數(shù)字建造的機器臂，從研發(fā)到生產(chǎn)都需要適應性的“定制”，必然經(jīng)歷多學科的交叉。

而早些年，當袁烽嘗試機器人砌牆面的時候，就開始向機械專業(yè)的同行請教，造訪了不少學界專家后意識到，完成機器建造任務，所需要的機器臂，在技術上不一定是絕對“高精尖”，而是適用就好。

新工科，呼喚新的教學思想及科研合作平臺

涉足數(shù)字建造領域的四年，袁烽團隊不僅在大尺度空間打印這個“點”上達到了國際前沿水平，他的朋友圈也開始“日長夜大”：除了建筑學界的同行，“新朋友”更多是來自機械、土木工程、計算機專業(yè)以及最時髦的人工智能領域。

在接受採訪時，袁烽坦言，由于新工科有時涉及多學科交叉，所以對學者來說，要能適時、及時尋找到科研上的合作伙伴，全新溝通和學術交流機制的搭建尤為重要�！艾F(xiàn)在，我們碰到難題、需要尋求科研伙伴時，還不得不在朋友圈裡吼一聲�！�

不得不說，由傳統(tǒng)工科與其他學科交叉融合而形成的新工科，正呼喚著全新的科研合作方式和科研平臺的生成。（首席記者 樊麗萍）

來源：文匯報