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)會議暨第七屆中國公路學(xué)會工程地質(zhì)和巖土分會學(xué)術(shù)年會”在西安順利召開,。極端環(huán)境綠色長壽道路工程全國重點實驗室副主任、學(xué)術(shù)帶頭人富志鵬,，受邀在會上作題為《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)生的廣泛社會影響力，10月19日陜西衛(wèi)視“絲路新周刊”節(jié)目報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,，并對一公院的3D打印技術(shù)發(fā)展歷程及應(yīng)用成效進行了介紹。

△陜西衛(wèi)視《絲路新周刊》欄目報道

富志鵬,，工學(xué)博士,，正高級工程師,，博士生導(dǎo)師。極端環(huán)境綠色長壽道路工程全國重點實驗室副主任及學(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)計建造與科技研發(fā)工作,，對極端環(huán)境公路工程設(shè)計建造有豐富的工程經(jīng)驗�,，F(xiàn)任陜西省重點創(chuàng)新團隊“交通基礎(chǔ)設(shè)施健康保障創(chuàng)新團隊“帶頭人，壩道工程醫(yī)院中交分院執(zhí)行院長,，交通運輸部人才培養(yǎng)示范基地負(fù)責(zé)人,，中國技術(shù)市場協(xié)會交通運輸委員會副主任等職。主持或參與國家級,、省部級等重大科研項目30余項,，20余條高速公路設(shè)計、70余個項目咨詢審查,。先后獲得省部級特等,、一二三等及專項科技獎勵10項，工程勘察設(shè)計及咨詢一二三等獎3項,；申請專利35項,，其中發(fā)明專利24項；參編標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范6項,，其中行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項,、團體標(biāo)準(zhǔn)4項；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劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才,、陜西省總工會“工人先鋒號”,、中交集團“品牌團隊"負(fù)責(zé)人等榮譽稱號。   

本次會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、中國交通建設(shè)集團有限公司指導(dǎo)下,，由極端環(huán)境綠色長壽道路工程全國重點實驗室發(fā)起的全國性學(xué)術(shù)會議,。會議邀請中國科學(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,，會議以建設(shè),、養(yǎng)護、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)測與評估、材料和建筑韌性,、應(yīng)急搶通,、道路交通規(guī)劃和安全對策等關(guān)鍵方向，搭建高層次,、高品質(zhì)學(xué)術(shù)平臺,，通過深入交流與合作，共同推動行業(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)+”行動計劃,，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打印建造實驗室,，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，實現(xiàn)了從設(shè)計到應(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)平臺方面,，研發(fā)了首套完備的混凝土3D打印控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了全工藝過程的安全監(jiān)控和精準(zhǔn)協(xié)同,。   

△第一套相對完備高效的混凝土3D打印控制系統(tǒng)

工藝方面,，實現(xiàn)了前端設(shè)計數(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)計實現(xiàn)了打印質(zhì)量的高精度控制,。

△實現(xiàn)前端設(shè)計數(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)高強路面結(jié)構(gòu)的快速建造,，并可根據(jù)極端環(huán)境需求進行功能性設(shè)計,。橋梁工程中，以西安市常寧新區(qū)考古文化公園混凝土3D打印景觀拱橋為例,，展示了從設(shè)計,、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)，實現(xiàn)個性化,、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)增強等輔助措施,，確保了高質(zhì)量生產(chǎn)。   

△從設(shè)計,、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,、省部級、自然科學(xué)基金重點項目在內(nèi)的課題近40項,，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、建造工藝等全技術(shù)鏈形成成套的知識產(chǎn)權(quán)群組,，研究成果申請專利40余項,，授權(quán)27項，其中發(fā)明7項,；軟件著作權(quán)4項,；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、省部級,、行業(yè)協(xié)會等榮譽獎勵16項,。部分核心研究成果鑒定為國際領(lǐng)先水平,，團隊創(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,。實現(xiàn)了建造增效70%以上；對于有藝術(shù)造型建造需求的復(fù)雜構(gòu)件可實現(xiàn)度提升50%以上,；建造過程具有無�,；�、少人化等特點,，節(jié)省模板費用100%,；預(yù)制裝配，環(huán)保高效,，社會,、經(jīng)濟、生態(tài)效益顯著,。未來,，該技術(shù)將進一步拓展應(yīng)用場景，推進產(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,。

在多項落地建成的3D打印工程項目中，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》欄目聚焦報道了一公院設(shè)計建造的西北地區(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)進一步擴大應(yīng)用場景,，助力推動現(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,。