極端環(huán)境下增材建造（混凝土3D打�。┘夹g(shù)發(fā)展，中交一公院富志鵬演講分享

南極熊導(dǎo)讀：2024年8月，“第一屆極端環(huán)境交通基礎(chǔ)設(shè)施高品質(zhì)建養(yǎng)與防減災(zāi)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第七屆中國公路學(xué)會(huì)工程地質(zhì)和巖土分會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)”在西安順利召開。極端環(huán)境綠色長壽道路工程全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、學(xué)術(shù)帶頭人富志鵬，受邀在會(huì)上作題為《極端環(huán)境交通基礎(chǔ)設(shè)施增材智能建造技術(shù)研究》的演講，從研究背景與技術(shù)需求、增材智能建造核心技術(shù)體系、交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域應(yīng)用研究、技術(shù)成效與應(yīng)用展望等方面分享了工程領(lǐng)域增材建造技術(shù)。

△富志鵬作“極端環(huán)境交通基礎(chǔ)設(shè)施增材智能建造技術(shù)研究”學(xué)術(shù)報(bào)告

不久后，憑借西北地區(qū)首座3D打印城市景觀拱橋“常寧印”等落地工程產(chǎn)生的廣泛社會(huì)影響力，10月19日陜西衛(wèi)視“絲路新周刊”節(jié)目報(bào)道了其建造理念與落地現(xiàn)狀，采訪了中交一公院副總經(jīng)理富志鵬，并對(duì)一公院的3D打印技術(shù)發(fā)展歷程及應(yīng)用成效進(jìn)行了介紹。

△陜西衛(wèi)視《絲路新周刊》欄目報(bào)道

富志鵬，工學(xué)博士，正高級(jí)工程師，博士生導(dǎo)師。極端環(huán)境綠色長壽道路工程全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任及學(xué)術(shù)帶頭人，中交一公院副總經(jīng)理、工程技術(shù)研究院院長。長期從事道路工程設(shè)計(jì)建造與科技研發(fā)工作，對(duì)極端環(huán)境公路工程設(shè)計(jì)建造有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)�，F(xiàn)任陜西省重點(diǎn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)“交通基礎(chǔ)設(shè)施健康保障創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)“帶頭人，壩道工程醫(yī)院中交分院執(zhí)行院長，交通運(yùn)輸部人才培養(yǎng)示范基地負(fù)責(zé)人，中國技術(shù)市場協(xié)會(huì)交通運(yùn)輸委員會(huì)副主任等職。主持或參與國家級(jí)、省部級(jí)等重大科研項(xiàng)目30余項(xiàng)，20余條高速公路設(shè)計(jì)、70余個(gè)項(xiàng)目咨詢審查。先后獲得省部級(jí)特等、一二三等及專項(xiàng)科技獎(jiǎng)勵(lì)10項(xiàng)，工程勘察設(shè)計(jì)及咨詢一二三等獎(jiǎng)3項(xiàng)；申請(qǐng)專利35項(xiàng)，其中發(fā)明專利24項(xiàng)；參編標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范6項(xiàng)，其中行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)；發(fā)表高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文30余篇，出版專著3部，獲得全國公路優(yōu)秀科技工作者、陜西省三秦英才特殊支持計(jì)劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、陜西省總工會(huì)“工人先鋒號(hào)”、中交集團(tuán)“品牌團(tuán)隊(duì)"負(fù)責(zé)人等榮譽(yù)稱號(hào)。   

本次會(huì)議是在中國工程院土木、水利與建筑工程學(xué)部、中國公路學(xué)會(huì)、中國交通建設(shè)集團(tuán)有限公司指導(dǎo)下，由極端環(huán)境綠色長壽道路工程全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)起的全國性學(xué)術(shù)會(huì)議。會(huì)議邀請(qǐng)中國科學(xué)院院士、中國工程院院士20余位蒞臨指導(dǎo)，領(lǐng)域內(nèi)杰出青年、長江學(xué)者、教授、專家等國家高層次人才50余位齊聚長安，會(huì)議以建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、防減災(zāi)、綠色、韌性、安全為主題，圍繞精細(xì)化勘察技術(shù)、病害監(jiān)測與評(píng)估、材料和建筑韌性、應(yīng)急搶通、道路交通規(guī)劃和安全對(duì)策等關(guān)鍵方向，搭建高層次、高品質(zhì)學(xué)術(shù)平臺(tái)，通過深入交流與合作，共同推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

以下是富志鵬演講的主要內(nèi)容：

1. 研究背景與行業(yè)需求：增材智能建造技術(shù)的興起與挑戰(zhàn)

自2013年起，全球范圍內(nèi)啟動(dòng)了制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的競賽，中國也提出了《中國制造2025》和“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，增材制造成為關(guān)鍵一環(huán)。在此背景下，工程建造行業(yè)正經(jīng)歷數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，其中增材智能建造技術(shù)尤為突出。針對(duì)我國交通基礎(chǔ)設(shè)施在極端環(huán)境下的建設(shè)挑戰(zhàn)，如高寒高海拔地區(qū)的惡劣自然條件導(dǎo)致的施工效率低、質(zhì)量保障難等問題，工程結(jié)構(gòu)增材智能建造技術(shù)因其快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、少人無模的優(yōu)勢被視為解決方案。該技術(shù)主要面向材料、算法、工藝、裝備、軟件、控制系統(tǒng)等方面展開研究，盡管已取得一定成果，但仍存在大量關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用難題。中交一公院作為行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，緊跟前沿技術(shù)，已建成交通系統(tǒng)首家3D打印建造實(shí)驗(yàn)室，并形成了面向交通基礎(chǔ)設(shè)施的成套增材智能建造核心技術(shù)體系，應(yīng)用場景廣泛，前景廣闊。   

△工程結(jié)構(gòu)增材智能建造技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用場景

2. 核心技術(shù)體系構(gòu)建：增材智能建造技術(shù)的全面突破

中交一公院面向工程領(lǐng)域的增材智能建造技術(shù)，通過多學(xué)科交叉研究，實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)到應(yīng)用的全過程技術(shù)布局。該體系成功解決了復(fù)雜環(huán)境下材料性能調(diào)控、打印裝備尺度精度受限、設(shè)備系統(tǒng)智能化難度大、異型構(gòu)件打印路徑開發(fā)難、質(zhì)量影響因素復(fù)雜等五大關(guān)鍵技術(shù)難題。

在材料方面，自主研發(fā)了低碳膠凝材料、OPC材料體系及OPC-SAC復(fù)合材料體系，建立了相應(yīng)的技術(shù)體系并應(yīng)用于示范工程。

裝備方面，開發(fā)了機(jī)械臂打印設(shè)備系統(tǒng)和大尺度模塊化桁架裝備系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了五代工具端的革新，提升了打印流量、精度、效率和質(zhì)量。

△機(jī)械臂打印設(shè)備系統(tǒng)和大尺度模塊化桁架裝備系統(tǒng)

系統(tǒng)平臺(tái)方面，研發(fā)了首套完備的混凝土3D打印控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全工藝過程的安全監(jiān)控和精準(zhǔn)協(xié)同。   

△第一套相對(duì)完備高效的混凝土3D打印控制系統(tǒng)

工藝方面，實(shí)現(xiàn)了前端設(shè)計(jì)數(shù)字化和任意復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的靈活打印。質(zhì)量控制方面，通過參數(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了打印質(zhì)量的高精度控制。

△實(shí)現(xiàn)前端設(shè)計(jì)數(shù)字化，任意復(fù)雜三維斜向空間、懸挑結(jié)構(gòu)多自由度靈活打印

3. 交通基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用探索：增材智能建造技術(shù)的多樣化實(shí)踐

在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，增材智能建造技術(shù)展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。典型應(yīng)用場景包括路面路基結(jié)構(gòu)、橋梁與隧道工程、聲屏障、護(hù)坡、服務(wù)區(qū)及景觀建筑等。在道路工程中，該技術(shù)結(jié)合高性能材料，能夠?qū)崿F(xiàn)輕質(zhì)高強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)的快速建造，并可根據(jù)極端環(huán)境需求進(jìn)行功能性設(shè)計(jì)。橋梁工程中，以西安市常寧新區(qū)考古文化公園混凝土3D打印景觀拱橋?yàn)槔�，展示了從設(shè)計(jì)、模擬生產(chǎn)到智慧監(jiān)測與集成控制的全過程應(yīng)用。路側(cè)市政景觀工程中，該技術(shù)應(yīng)用于圍墻和門房工程，采用新型構(gòu)造形式和組合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、高質(zhì)量的生產(chǎn)。打印生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)方面，通過過程及環(huán)境溫控、結(jié)構(gòu)增強(qiáng)等輔助措施，確保了高質(zhì)量生產(chǎn)。   

△從設(shè)計(jì)、模擬生產(chǎn)到智慧監(jiān)測與集成控制

4. 技術(shù)成效與未來展望：增材智能建造技術(shù)的持續(xù)發(fā)展與影響

工程結(jié)構(gòu)增材智能建造技術(shù)已廣泛應(yīng)用于交通基礎(chǔ)設(shè)施、景觀、橋梁、建筑等多領(lǐng)域，成效顯著。一公院基于該技術(shù)主持包括國家級(jí)、省部級(jí)、自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目在內(nèi)的課題近40項(xiàng)，合同總額6000余萬，節(jié)省工程成本數(shù)百萬。圍繞材料、裝備、控制系統(tǒng)與平臺(tái)、建造工藝等全技術(shù)鏈形成成套的知識(shí)產(chǎn)權(quán)群組，研究成果申請(qǐng)專利40余項(xiàng)，授權(quán)27項(xiàng)，其中發(fā)明7項(xiàng)；軟件著作權(quán)4項(xiàng)；發(fā)表SCI檢索及中文核心等高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文30篇;獲得國家級(jí)、省部級(jí)、行業(yè)協(xié)會(huì)等榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)16項(xiàng)。部分核心研究成果鑒定為國際領(lǐng)先水平，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新水平總體處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。

研發(fā)的工程結(jié)構(gòu)增材智能建造技術(shù)滿足極端環(huán)境下技術(shù)及結(jié)構(gòu)需求以外，成功解決了傳統(tǒng)施工方式帶來的施工周期長、設(shè)計(jì)自由度受限、人工及模板成本高以及環(huán)境影響大等共性問題。實(shí)現(xiàn)了建造增效70%以上；對(duì)于有藝術(shù)造型建造需求的復(fù)雜構(gòu)件可實(shí)現(xiàn)度提升50%以上；建造過程具有無�；�、少人化等特點(diǎn)，節(jié)省模板費(fèi)用100%；預(yù)制裝配，環(huán)保高效，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益顯著。未來，該技術(shù)將進(jìn)一步拓展應(yīng)用場景，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，助力現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)體系的構(gòu)建。

在多項(xiàng)落地建成的3D打印工程項(xiàng)目中，位于陜西省西安市的多座混凝土3D打印橋梁產(chǎn)生了廣泛的社會(huì)影響力，引發(fā)關(guān)注。10月19日，陜西衛(wèi)視《絲路新周刊》欄目聚焦報(bào)道了一公院設(shè)計(jì)建造的西北地區(qū)首座混凝土3D打印景觀拱橋。   

據(jù)悉，中交一公院將繼續(xù)深耕混凝土3D打印技術(shù)領(lǐng)域，面向交通、建筑等行業(yè)進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用場景，助力推動(dòng)現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施建造技術(shù)的綠色化、工業(yè)化與智能化升級(jí)。