極端環(huán)境下增材建造（混凝土3D打印）技術(shù)發(fā)展，中交一公院富志鵬演講分享
時間：2024-11-07 08:30 來源：未知 作者：admin 閱讀：次
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)。
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。
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。現(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。
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。
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。
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。
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)。
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；建造過程具有無模化、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。
△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。
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。現(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；建造過程具有無模化、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。
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