3D打印赵州桥获 吉尼斯世界纪录
吉尼斯世界纪录一直倡导以创造世界纪录的方式激发人们的探索欲，并鼓励人们用一颗对新事物、对不确定性充满包容的心灵，在未知中去期待、探索和发现，创造无限可能。2020年7月21日，坐落于河北工业大学的装配式混凝土3D打印赵州桥，正式获得“最长的3D打印桥”吉尼斯世界纪录™称号。这座由河北工业大学马国伟教授团队共同建造的3D打印桥梁，全长28.15米、净跨度17.94米，受到业内外关注。
“将经历千年的赵州桥与现代化的3D打印相结合，建造一座装配式3D打印赵州桥，是对建造科技的传承和弘扬，也是对河北传统文化的认同和回归。这个步行桥的成功落成，可以推进智能建造关键技术的发展，对我国建筑现代化的进程也具有重要意义。” 河北工业大学马国伟教授说。
以3D打印技术再造一座赵州桥，从设计到落地，过程曲折而又艰难。2017年下半年，河北工业大学3D打印桥项目团队正式组建，经过选题、反复论证，项目正式启动已是2018年初，而整个桥梁完全建成则需要等到2019年9月30日。
一座全长不到30米的小桥，何以需要这么长的时间来“打印”?“最根本的原因，还是没有先例可循。无论是监管层面的设计规范和建设流程要求，还是桥梁设计施工本身，行业内并无既有的规范标准或范例供我们参考，一切都需要团队从头做起，确切地说是在未知中去摸索。” 作为项目统筹的河北工业大学王里博士说道。
“ 从设计环节开始，我们就遇到了很大的挑战。事实上，仅设计方案，我们就更改了很多次。”王里介绍说。理论上讲，如果打印机足够大，那么整个桥梁有可能会被完整打印出来。但我们团队主打的理念是面向装配式建筑的3D打印智能建造，将整个桥梁分割成多个模块，分别制作。这时，学科交叉带来的优势就体现出来了，极大程度上推动了项目的进展。
随着3D打印桥项目的推进，更多挑战随之浮出水面。而这时，传统造桥智慧的到援，最终使3D打印桥挺起脊梁，横跨河上。既然是以赵州桥为原型来新建桥梁，团队就必需先了解“母版”-- 土木建筑史上的丰碑赵州桥。作为缺少桥梁专业背景的团队而言，如有一位精通赵州桥前世今生的“老师傅”能前来指导一二就太有裨益了。这时，工程勘察设计大师王长科的到来为整个团队打开了一扇窗。
王长科是研究赵州桥的国学大师，曾对赵州桥做过非常系统的研究，并有相关著作论述。而其对赵州桥使用的力学原理，桥梁自身的工程概况、工程结构、受力分析、技术措施和建筑美学、建筑文化的了解正是3D打印桥团队所需要的。“王长科老师相当于我们的文化顾问，对于团队从整体了解赵州桥、进行3D打印桥的设计构想，提供了前置性指导意见和可靠的参考。”王里说。
而在施工装配阶段，更大的困难却是桥拱的装配。传统的做法是，抽干河水、搭建脚手架、依次施工，完成桥拱、桥身的搭建。但此次3D打印桥不同，它的桥拱被分成三大模块，需要一次性精准地吊装完成。
另一位工程勘察设计大师的指导，让这个问题迎刃而解。在海河综合开发改造工程中，主持设计和施工完成了多座创新型桥梁的韩振勇大师，提出了“体外拉索预应力”这一方法。所谓“体外拉索预应力”，就是将桥拱三大模块预先拼装，相当于弓箭的弓，“弓”两端的线也就是拉索，相当于弓弦;而吊装的时候，拉索会被拉紧，以控制桥拱结构、调整误差，等调整完毕，拉索放开，桥拱一次性装配完成。
除了桥梁技术，3D打印材料的选用，也是团队需直面的一大挑战。由于对通用水泥在3D打印领域的应用缺少经验，团队在寻找材料方面也颇费了一番周折。“为了确保万无一失，我们找到了西北地区最大的特种水泥集团尧柏集团的白明科总工程师，为我们这座桥梁定制化地研发了水泥。当时，我们带领7名研究生生，在水泥厂的研发实验室呆了2个月，和水泥厂总工程师就水泥颗粒度、矿物质成分、水泥特性进行了反复地讨论、验证。毕竟，3D打印的桥梁，是没有传统桥梁所使用的钢筋做模板的，有开裂的风险，而高质量的材料就尤为重要。”王里说。
数千年的造桥史，数代造桥人薪火相传，沉淀了厚重的造桥智慧。而对多元学科、新技术的包容，则使造桥这门古老的工艺突破以往界限，有了新的可能。3D打印赵州桥的故事，给出了一个惊艳的样板。
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