极端环境下增材建造（混凝土3D打印）技术发展，中交一公院富志鹏演讲分享

南极熊导读：2024年8月，“第一届极端环境交通基础设施高品质建养与防减灾学术会议暨第七届中国公路学会工程地质和岩土分会学术年会”在西安顺利召开。极端环境绿色长寿道路工程全国重点实验室副主任、学术带头人富志鹏，受邀在会上作题为《极端环境交通基础设施增材智能建造技术研究》的演讲，从研究背景与技术需求、增材智能建造核心技术体系、交通基础设施领域应用研究、技术成效与应用展望等方面分享了工程领域增材建造技术。

△富志鹏作“极端环境交通基础设施增材智能建造技术研究”学术报告

不久后，凭借西北地区首座3D打印城市景观拱桥“常宁印”等落地工程产生的广泛社会影响力，10月19日陕西卫视“丝路新周刊”节目报道了其建造理念与落地现状，采访了中交一公院副总经理富志鹏，并对一公院的3D打印技术发展历程及应用成效进行了介绍。

△陕西卫视《丝路新周刊》栏目报道

富志鹏，工学博士，正高级工程师，博士生导师。极端环境绿色长寿道路工程全国重点实验室副主任及学术带头人，中交一公院副总经理、工程技术研究院院长。长期从事道路工程设计建造与科技研发工作，对极端环境公路工程设计建造有丰富的工程经验。现任陕西省重点创新团队“交通基础设施健康保障创新团队“带头人，坝道工程医院中交分院执行院长，交通运输部人才培养示范基地负责人，中国技术市场协会交通运输委员会副主任等职。主持或参与国家级、省部级等重大科研项目30余项，20余条高速公路设计、70余个项目咨询审查。先后获得省部级特等、一二三等及专项科技奖励10项，工程勘察设计及咨询一二三等奖3项；申请专利35项，其中发明专利24项；参编标准规范6项，其中行业标准2项、团体标准4项；发表高质量学术论文30余篇，出版专著3部，获得全国公路优秀科技工作者、陕西省三秦英才特殊支持计划科技创新领军人才、陕西省总工会“工人先锋号”、中交集团“品牌团队"负责人等荣誉称号。   

本次会议是在中国工程院土木、水利与建筑工程学部、中国公路学会、中国交通建设集团有限公司指导下，由极端环境绿色长寿道路工程全国重点实验室发起的全国性学术会议。会议邀请中国科学院院士、中国工程院院士20余位莅临指导，领域内杰出青年、长江学者、教授、专家等国家高层次人才50余位齐聚长安，会议以建设、养护、防减灾、绿色、韧性、安全为主题，围绕精细化勘察技术、病害监测与评估、材料和建筑韧性、应急抢通、道路交通规划和安全对策等关键方向，搭建高层次、高品质学术平台，通过深入交流与合作，共同推动行业高质量发展。

以下是富志鹏演讲的主要内容：

1. 研究背景与行业需求：增材智能建造技术的兴起与挑战

自2013年起，全球范围内启动了制造业智能化转型的竞赛，中国也提出了《中国制造2025》和“互联网+”行动计划，增材制造成为关键一环。在此背景下，工程建造行业正经历数字化、智能化转型，其中增材智能建造技术尤为突出。针对我国交通基础设施在极端环境下的建设挑战，如高寒高海拔地区的恶劣自然条件导致的施工效率低、质量保障难等问题，工程结构增材智能建造技术因其快速实现复杂结构、少人无模的优势被视为解决方案。该技术主要面向材料、算法、工艺、装备、软件、控制系统等方面展开研究，尽管已取得一定成果，但仍存在大量关键技术及应用难题。中交一公院作为行业领军企业，紧跟前沿技术，已建成交通系统首家3D打印建造实验室，并形成了面向交通基础设施的成套增材智能建造核心技术体系，应用场景广泛，前景广阔。   

△工程结构增材智能建造技术发展与应用场景

2. 核心技术体系构建：增材智能建造技术的全面突破

中交一公院面向工程领域的增材智能建造技术，通过多学科交叉研究，实现了从设计到应用的全过程技术布局。该体系成功解决了复杂环境下材料性能调控、打印装备尺度精度受限、设备系统智能化难度大、异型构件打印路径开发难、质量影响因素复杂等五大关键技术难题。

在材料方面，自主研发了低碳胶凝材料、OPC材料体系及OPC-SAC复合材料体系，建立了相应的技术体系并应用于示范工程。

装备方面，开发了机械臂打印设备系统和大尺度模块化桁架装备系统，实现了五代工具端的革新，提升了打印流量、精度、效率和质量。

△机械臂打印设备系统和大尺度模块化桁架装备系统

系统平台方面，研发了首套完备的混凝土3D打印控制系统，实现了全工艺过程的安全监控和精准协同。   

△第一套相对完备高效的混凝土3D打印控制系统

工艺方面，实现了前端设计数字化和任意复杂三维结构的灵活打印。质量控制方面，通过参数协同设计实现了打印质量的高精度控制。

△实现前端设计数字化，任意复杂三维斜向空间、悬挑结构多自由度灵活打印

3. 交通基础设施应用探索：增材智能建造技术的多样化实践

在交通基础设施领域，增材智能建造技术展现出广泛的应用潜力。典型应用场景包括路面路基结构、桥梁与隧道工程、声屏障、护坡、服务区及景观建筑等。在道路工程中，该技术结合高性能材料，能够实现轻质高强路面结构的快速建造，并可根据极端环境需求进行功能性设计。桥梁工程中，以西安市常宁新区考古文化公园混凝土3D打印景观拱桥为例，展示了从设计、模拟生产到智慧监测与集成控制的全过程应用。路侧市政景观工程中，该技术应用于围墙和门房工程，采用新型构造形式和组合结构，实现个性化、高质量的生产。打印生产关键技术方面，通过过程及环境温控、结构增强等辅助措施，确保了高质量生产。   

△从设计、模拟生产到智慧监测与集成控制

4. 技术成效与未来展望：增材智能建造技术的持续发展与影响

工程结构增材智能建造技术已广泛应用于交通基础设施、景观、桥梁、建筑等多领域，成效显著。一公院基于该技术主持包括国家级、省部级、自然科学基金重点项目在内的课题近40项，合同总额6000余万，节省工程成本数百万。围绕材料、装备、控制系统与平台、建造工艺等全技术链形成成套的知识产权群组，研究成果申请专利40余项，授权27项，其中发明7项；软件著作权4项；发表SCI检索及中文核心等高质量学术论文30篇;获得国家级、省部级、行业协会等荣誉奖励16项。部分核心研究成果鉴定为国际领先水平，团队创新水平总体处于国内领先地位。

研发的工程结构增材智能建造技术满足极端环境下技术及结构需求以外，成功解决了传统施工方式带来的施工周期长、设计自由度受限、人工及模板成本高以及环境影响大等共性问题。实现了建造增效70%以上；对于有艺术造型建造需求的复杂构件可实现度提升50%以上；建造过程具有无模化、少人化等特点，节省模板费用100%；预制装配，环保高效，社会、经济、生态效益显著。未来，该技术将进一步拓展应用场景，推进产业化发展，助力现代化基础设施建设体系的构建。

在多项落地建成的3D打印工程项目中，位于陕西省西安市的多座混凝土3D打印桥梁产生了广泛的社会影响力，引发关注。10月19日，陕西卫视《丝路新周刊》栏目聚焦报道了一公院设计建造的西北地区首座混凝土3D打印景观拱桥。   

据悉，中交一公院将继续深耕混凝土3D打印技术领域，面向交通、建筑等行业进一步扩大应用场景，助力推动现代化基础设施建造技术的绿色化、工业化与智能化升级。