流云橋全貌。 記者 王代強(qiáng) 攝

“3，2，1，茄子！”12月14日，成都市龍泉驛區(qū)驛馬河公園，臨近中午，仍有一波接一波游客排著長(zhǎng)隊(duì)，爭(zhēng)相與流云橋合影。

兩周多前，驛馬河公園二期正式開(kāi)園，隨之亮相的流云橋迅速成為網(wǎng)紅打卡地——它是全球最長(zhǎng)高分子3D打印橋，由中建西南設(shè)計(jì)研究院和上海建工園林集團(tuán)合作完成。整橋全長(zhǎng)66.8米，其中3D打印部分橋長(zhǎng)21.58米、最寬處8米、最高處2.68米，橋身藍(lán)白相間，若輕盈靈動(dòng)的絲帶，又若漂浮天際的流云，集功能實(shí)用與工藝觀賞為一體。

為什么要設(shè)計(jì)這樣一座橋，這么長(zhǎng)的橋是怎么打印出來(lái)的？近日，記者走訪流云橋的設(shè)計(jì)制作團(tuán)隊(duì)，揭開(kāi)其誕生之謎。

1 設(shè)計(jì)靈感源于河流與絲綢

從驛馬河公園5號(hào)停車場(chǎng)進(jìn)入公園，沿著一條健身步道先向前行，再向右走。大約300米后，眼前呈現(xiàn)一片草坪和竹林環(huán)繞的“臥云澤”景觀湖。湖的一角，橫臥一道白色圍欄、藍(lán)色橋面的“V”字形橋，這就是流云橋。在低處平視湖面，天空和橋體在水中的倒影融為一體，恰似流云在天上飄動(dòng)，很有立體感、流動(dòng)感。

為何要在這里建這么一座橋？中建西南院景觀院院長(zhǎng)程銳介紹，主要有三點(diǎn)考慮。其一，驛馬河公園西北側(cè)為大運(yùn)會(huì)主場(chǎng)館（東安湖體育公園），橋建于此能讓來(lái)自全世界的與會(huì)人員推窗就能看到，領(lǐng)略公園城市風(fēng)光，展現(xiàn)科技力量。其二，經(jīng)考察調(diào)研，驛馬河公園二期南部主要為集中居住區(qū)和中央活動(dòng)區(qū)，北部為商業(yè)和商住區(qū)，南北往來(lái)人員流量大，橋建于此能更好服務(wù)周邊市民休憩。其三，隨著驛馬河公園開(kāi)放，到此處玩耍的小孩越來(lái)越多，希望借此橋打造科普走廊，實(shí)現(xiàn)教育功能。

“2019年就提出了橋的構(gòu)想，并由院里專家組牽頭，與項(xiàng)目施工方一起對(duì)選址、建造條件等可行性進(jìn)行了調(diào)查研究?！本坝^院四所所長(zhǎng)張曉翔說(shuō)，光是橋的設(shè)計(jì)就花了約半年時(shí)間。景觀院總建筑師張靜表示，設(shè)計(jì)的最大難點(diǎn)，是如何兼顧橋的功能性和美觀性。作為景觀橋，要實(shí)現(xiàn)“一橋一景”，經(jīng)過(guò)多輪“頭腦風(fēng)暴”，設(shè)計(jì)思路逐漸清晰。

橋梁形態(tài)設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于驛馬河區(qū)域內(nèi)自由奔騰的河流，歡快流淌的小溪似絲綢之路在面前展開(kāi)?！熬€條流暢、靈動(dòng)輕盈，是整座橋的外形特色?！本坝^院四所所長(zhǎng)張曉翔介紹，流云橋一面橋梁扶手是一個(gè)峰兩邊平緩寓意“一山連兩翼”；另一面橋梁扶手是兩個(gè)峰一個(gè)谷，寓意“兩山夾一城”。

同時(shí)，作為功能性橋梁，流云橋還需具備通行、照明等主要和輔助功能?！盀榱耸忻駛兺砩系牟叫邪踩瑯蝮w添加了照明的輔助功能，屆時(shí)的效果可以用浪漫來(lái)形容?！背啼J說(shuō)。

這也是全球最長(zhǎng)高分子3D打印橋。張曉翔解釋，高分子是指其使用的是高分子材料。在此前的3D打印橋中還有更長(zhǎng)的，但使用的是混凝土、鋼材、木材等，高分子材料的特別之處在于具有很大的形態(tài)和外觀塑造空間，且表面更光滑，質(zhì)感更好。

2 “蓋被子”防止材料變形

上海建工集團(tuán)旗下的上海園林綠化建設(shè)公司，是國(guó)內(nèi)3D打印領(lǐng)域“領(lǐng)頭羊”，從2018年開(kāi)始實(shí)施大型3D打印，曾整體打印全球首座高分子材料3D景觀橋——上海普陀桃浦3D打印橋，以及當(dāng)時(shí)全國(guó)最大的3D打印橋福建泉州3D打印橋，也是此座“流云橋”的施工方。

“形象地說(shuō)，3D打印的過(guò)程就像是在做一筆畫的蠟像雕塑?！鄙虾@林綠化建設(shè)公司智慧建造中心主任龔明介紹，打印設(shè)備的噴頭將流體狀的材料一層層擠出疊加成型，最后再對(duì)每段打印構(gòu)件進(jìn)行拼接端面的加工。此次打印流云橋的設(shè)備和桃浦3D打印橋是同一套，但進(jìn)行了技術(shù)迭代。

打印之前，先在電腦中數(shù)字設(shè)計(jì)建造橋模型。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，特別是結(jié)構(gòu)受力情況，先進(jìn)行建模仿真分析再打印一段試樣，進(jìn)行檢測(cè)，再返回修改模型、優(yōu)化參數(shù)。龔明說(shuō)，3D打印的幾個(gè)核心控制因素是材料性能、加工工藝和環(huán)境溫度。

流云橋的打印材料和其他3D打印橋的材料基本相同，主要是高分子材料，通俗講就是一種做塑鋼門窗用的工程塑料，還要再加入一定比例的玻璃纖維和改性添加劑以增強(qiáng)強(qiáng)度。同時(shí)需要裝備的擠出系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的技術(shù)匹配，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終確定流云橋的玻璃纖維的比例為20%，材料總計(jì)用了12噸。

要打印這么長(zhǎng)的橋，但又不可能設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套同樣長(zhǎng)的打印設(shè)備，于是采取分段打印的方式制作，將21.58米需要打印的構(gòu)件分成了16段，分段打印好再進(jìn)行拼接安裝，也有利于裝卸運(yùn)輸。

“雖然以前也打印過(guò)3D橋，但桃浦橋、泉州橋都是直來(lái)直去的。流云橋是弧形的，打印部分最大曲率15度，引橋部分（橋頭連接湖岸處）曲率將近90度。”龔明說(shuō)，這一方面對(duì)打印程序編寫提出挑戰(zhàn)，同時(shí)對(duì)打印的精細(xì)度、精準(zhǔn)度提出了非常高的要求。如果打印出來(lái)的成品有一點(diǎn)點(diǎn)瑕疵，就可能造成后期無(wú)法完美拼接，為此他們對(duì)打印設(shè)備進(jìn)行了反復(fù)調(diào)試和改造，同時(shí)專門開(kāi)發(fā)了一套不等高打印的軟件程序。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是，構(gòu)件越大，打印時(shí)就越容易變形、翹曲，穩(wěn)定性下降，甚至無(wú)法成型。他們又經(jīng)過(guò)反復(fù)研發(fā)試驗(yàn)，將原打印設(shè)備的噴頭研發(fā)換成了每小時(shí)能擠出20公斤原料的打印噴頭，而此前的桃浦橋、泉州橋用的噴頭每小時(shí)只能擠出8公斤或10公斤原料，既提升了打印效率，又確保了打印構(gòu)件的成型穩(wěn)定性。

此外，因?yàn)楫?dāng)時(shí)沒(méi)有恒溫車間，而打印施工期正逢開(kāi)年前后，有幾天溫度很低。而最佳打印環(huán)境溫度需要保持在30度至35度左右，這樣打印構(gòu)件才不容易變形?！跋氡M一切辦法讓熱量流失得慢一點(diǎn)，我們嘗試用被子將車間罩起來(lái)，開(kāi)取暖器保溫。”龔明說(shuō)，同時(shí)，這一次實(shí)現(xiàn)了采用紅外熱成像設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控打印構(gòu)建溫度場(chǎng)，進(jìn)行閉環(huán)打印。如今，隨著一系列技術(shù)的革新和新裝備的研發(fā)，已經(jīng)不需要蓋被子保溫了。

加班加點(diǎn)，打印團(tuán)隊(duì)僅用了35天就完成了橋體打印，整個(gè)過(guò)程一氣呵成，實(shí)現(xiàn)了科技與藝術(shù)的完美融合。

3 推動(dòng)大型3D打印市場(chǎng)化

在對(duì)打印橋段拼接面加工完成后，大貨車將材料運(yùn)輸?shù)襟A馬河公園進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼接裝配。過(guò)程中，采用了三維激光點(diǎn)云掃射檢測(cè)技術(shù)，以保證成型和拼接安裝的精度。

站在流云橋上細(xì)看并用手觸摸橋的扶手，可以發(fā)現(xiàn)3D打印部分和其他采用輕質(zhì)航空材料制作的引橋部分，有細(xì)微的差別。打印部分有明顯的“褶皺”，是打印過(guò)程中原材料不斷堆積疊加擠壓形成的；而引橋部分則是光滑的，這是因?yàn)橐龢蚍鍪质峭ㄟ^(guò)數(shù)字化設(shè)計(jì)后進(jìn)行數(shù)控雕刻成型，再在其表面進(jìn)行特種涂層處理。

為了提高橋梁的穩(wěn)定性和通行的舒適度，在3D打印橋梁的下方增設(shè)了鋼梁作為疊合支撐受力。橋面還預(yù)留孔位，便于通過(guò)埋設(shè)管道等方式進(jìn)行排水和照明施工。

“流云橋最與眾不同之處，在于它大大突破了傳統(tǒng)橋梁的造型設(shè)計(jì)。”張曉翔說(shuō)，傳統(tǒng)的橋梁由石頭、木材、混凝土等材料制作，形態(tài)多為直線或者微曲線，造型單一，沒(méi)有太大變化，頂多在橋的外表做一些造型裝飾。而3D打印技術(shù)給了更大的設(shè)計(jì)空間，可以大膽設(shè)計(jì)成曲線造型，突出美感。

這也對(duì)橋梁景觀設(shè)計(jì)提出了更高要求?！叭缃癫辉賳螁螐墓δ芊矫嫒ピO(shè)計(jì)一座橋，還要更多兼顧其審美價(jià)值，以及如何讓其融入周邊環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人文、科普等關(guān)聯(lián)功能?！痹趶垥韵杩磥?lái)，這需要不斷更新設(shè)計(jì)理念，培養(yǎng)更多復(fù)合型設(shè)計(jì)人才。“我們將致力于開(kāi)拓創(chuàng)新，以科技助力設(shè)計(jì)，在景觀打造中嘗試更多的新技術(shù)、新材料?！?/p>

“這是一次成功的探索?！饼徝鞅硎荆瑢⒋笮?D打印技術(shù)全面推向市場(chǎng)化，還面臨資金、技術(shù)、人才等一系列挑戰(zhàn)。一套大型3D打印設(shè)備，至少要花一兩千萬(wàn)元，不少設(shè)備零部件需要從國(guó)外購(gòu)買，后續(xù)希望政府加大相關(guān)設(shè)備制造支持力度，培育壯大國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)備制造能力。

目前，大型3D打印是一個(gè)智慧密集型行業(yè)?！俺笮?D打印技術(shù)的研發(fā)，涉及裝備、電氣、工藝、軟件、材料等等專業(yè)，我們公司博士碩士一大把，我們需要進(jìn)一步突破技術(shù)，開(kāi)發(fā)出更便捷裝備、更便宜低價(jià)，環(huán)保低碳打印材料，讓普通技術(shù)人員也能參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)和設(shè)備操作?！饼徝髡f(shuō)。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的探索，上海建工集團(tuán)發(fā)現(xiàn)，建設(shè)恒溫車間投入巨大，且不利于靈活生產(chǎn)。龔明表示，他們正探索通過(guò)技術(shù)革新和設(shè)備改良，不建恒溫車間就能確保打印質(zhì)量。下一步，他們還將通過(guò)研發(fā)新材料、回收利用廢舊塑料、固碳技術(shù)等方式，實(shí)現(xiàn)更加低碳環(huán)保高效的3D打印生產(chǎn)，努力推動(dòng)大型3D打印技術(shù)全面走向產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化。