同濟(jì)大學(xué)團(tuán)隊(duì)3D打印“云亭”“步行橋”躋身國(guó)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(wú)需依賴(lài)人工？數(shù)字建造已不再是大學(xué)教授們?cè)趯W(xué)術(shù)論壇上侃侃而談的理念或?qū)嶒?yàn)了。工程領(lǐng)域的未來(lái)已來(lái)——

上海臨港，滴水湖畔，一片綠樹(shù)叢中，一間首次運(yùn)用熱塑性高分子材料、以機(jī)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(kāi)始向公眾展示。

沒(méi)有梁和柱，長(zhǎng)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(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院袁烽教授團(tuán)隊(duì)。就在今年暑假，該團(tuán)隊(duì)剛剛完成了世界上第一座使用改性塑料，通過(guò)機(jī)器人裝備3D打印出來(lái)的步行橋﹔一年前，運(yùn)用數(shù)字建造的方法，該團(tuán)隊(duì)還指揮機(jī)器人砌出一面像絲綢一般復(fù)雜而又細(xì)膩的曲面磚牆......

對(duì)袁烽團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，手頭正在進(jìn)行的全新實(shí)驗(yàn)，都是一場(chǎng)場(chǎng)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(xué)是典型的工程學(xué)科，當(dāng)下，技術(shù)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(shè)計(jì)領(lǐng)域是否也會(huì)掀起新風(fēng)潮？ 大約四年前，一次參加國(guó)際會(huì)議的經(jīng)歷，讓袁烽在數(shù)字建造方向開(kāi)始了新工科的探路。

“最初，我用塑料替代鋼筋，用3D打印技術(shù)打印出梁和樓板�！庇脤�(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，當(dāng)時(shí)袁烽聚焦的其實(shí)是大尺度的機(jī)器人空間打印技術(shù)。一邊研究、打印最基本的建筑結(jié)構(gòu)，一邊做受壓、抗拉等結(jié)構(gòu)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，袁烽發(fā)現(xiàn)，自己竟然已經(jīng)橫跨建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、機(jī)械學(xué)以及材料學(xué)等多學(xué)科的邊界。

“3D打印，既要考慮結(jié)構(gòu)性能，又要考慮成本，這迫使我關(guān)注新材料研發(fā)�！睆淖畛醮蛴』镜牧褐鶚前褰Y(jié)構(gòu)，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(tuán)隊(duì)對(duì)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(jì)大學(xué)的校園一景。讓袁烽意外的是，這座橋吸引了校內(nèi)其他學(xué)科專(zhuān)家的關(guān)注。“當(dāng)時(shí)有位材料學(xué)教授站在橋上摸了摸橋面，然后問(wèn)我改性塑料的耐候?qū)嶒?yàn)情況，提醒我注意它在極端溫度下的表現(xiàn)。”果不其然，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(shí)驗(yàn)室，“升級(jí)”材料。

“這次實(shí)驗(yàn)不算成功。但最有價(jià)值的是實(shí)驗(yàn)過(guò)程本身。發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，才能開(kāi)啟有意義的持續(xù)性研究�！痹檎f(shuō)。

跨學(xué)科合作，“適用”才可能成為最好

“云亭”不僅是一個(gè)“既穩(wěn)又美的空間結(jié)構(gòu)”，更是一個(gè)多科學(xué)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(gè)月，袁烽團(tuán)隊(duì)在改性塑料的研發(fā)上取得了新進(jìn)展。採(cǎi)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(qiáng)度高、韌性好以及熱固性好等優(yōu)點(diǎn)。

從制作方式來(lái)看，“云亭”是由7軸機(jī)器臂裝備24小時(shí)不間斷工作，通過(guò)空間打印加工而成，是眼下在最熱門(mén)的機(jī)器人建造技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新。用于數(shù)字建造的機(jī)器臂，從研發(fā)到生產(chǎn)都需要適應(yīng)性的“定制”，必然經(jīng)歷多學(xué)科的交叉。

而早些年，當(dāng)袁烽嘗試機(jī)器人砌牆面的時(shí)候，就開(kāi)始向機(jī)械專(zhuān)業(yè)的同行請(qǐng)教，造訪了不少學(xué)界專(zhuān)家后意識(shí)到，完成機(jī)器建造任務(wù)，所需要的機(jī)器臂，在技術(shù)上不一定是絕對(duì)“高精尖”，而是適用就好。

新工科，呼喚新的教學(xué)思想及科研合作平臺(tái)

涉足數(shù)字建造領(lǐng)域的四年，袁烽團(tuán)隊(duì)不僅在大尺度空間打印這個(gè)“點(diǎn)”上達(dá)到了國(guó)際前沿水平，他的朋友圈也開(kāi)始“日長(zhǎng)夜大”：除了建筑學(xué)界的同行，“新朋友”更多是來(lái)自機(jī)械、土木工程、計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)以及最時(shí)髦的人工智能領(lǐng)域。

在接受採(cǎi)訪時(shí)，袁烽坦言，由于新工科有時(shí)涉及多學(xué)科交叉，所以對(duì)學(xué)者來(lái)說(shuō)，要能適時(shí)、及時(shí)尋找到科研上的合作伙伴，全新溝通和學(xué)術(shù)交流機(jī)制的搭建尤為重要。“現(xiàn)在，我們碰到難題、需要尋求科研伙伴時(shí)，還不得不在朋友圈裡吼一聲�！�

不得不說(shuō)，由傳統(tǒng)工科與其他學(xué)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(tái)的生成。（首席記者 樊麗萍）

來(lái)源：文匯報(bào)