在全球制造業(yè)持續(xù)演進(jìn)的背景下，增材制造，即3D打印技術(shù)，正憑借其無需模具、高度自由成型的特性，逐步引領(lǐng)交通基礎(chǔ)設(shè)施向高質(zhì)量、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。中交第一公路勘察設(shè)計研究院（簡稱中交一公院），作為交通建設(shè)行業(yè)的佼佼者，自2016年起便深耕于3D打印技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用探索。憑借前瞻性的視野和強(qiáng)大的科研實力，該院不僅突破了多項技術(shù)難題，還構(gòu)建了產(chǎn)學(xué)研用一體化的創(chuàng)新體系，為交通行業(yè)的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)升級注入了新動力。

在探索過程中，中交一公院組建了跨界的創(chuàng)新團(tuán)隊，致力于打造全技術(shù)鏈的解決方案。隨著傳統(tǒng)澆筑施工方式的局限性日益凸顯，現(xiàn)代交通建設(shè)對于結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、高效建造以及節(jié)材環(huán)保的追求變得愈發(fā)迫切。而3D打印技術(shù)，以其數(shù)字化和智能化的特點，為解決這些問題提供了新的可能。

富志鵬，作為中交一公院的副總經(jīng)理、工程技術(shù)研究院院長，以及極端環(huán)境綠色長壽道路工程全國重點實驗室的副主任和學(xué)術(shù)帶頭人，正是這場創(chuàng)新之旅的引領(lǐng)者。他在極端環(huán)境道路工程領(lǐng)域積累了深厚的經(jīng)驗，并率先提出將3D打印技術(shù)引入交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的構(gòu)想。特別是針對極端環(huán)境下的工程建設(shè)難題，他積極嘗試運(yùn)用3D打印技術(shù)尋找解決方案，以期推動交通建設(shè)行業(yè)邁向新的發(fā)展階段。
富志鵬在學(xué)術(shù)會議上作“極端環(huán)境交通基礎(chǔ)設(shè)施增材智能建造技術(shù)研究”的學(xué)術(shù)報告，展現(xiàn)了他在該領(lǐng)域的深厚造詣。在他的引領(lǐng)下，一支融合了機(jī)電、材料、建筑、結(jié)構(gòu)等多學(xué)科背景人才的創(chuàng)新團(tuán)隊?wèi)?yīng)運(yùn)而生。這支團(tuán)隊致力于混凝土3D打印技術(shù)的探索，通過廣泛調(diào)研和對國內(nèi)外優(yōu)勢企業(yè)、研發(fā)機(jī)構(gòu)及高校的深入交流與合作，成功實現(xiàn)了“材料—裝備—工藝—質(zhì)量—應(yīng)用”的全技術(shù)鏈布局。值得一提的是，由技術(shù)負(fù)責(zé)人楊敏領(lǐng)銜的交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)智建造創(chuàng)新團(tuán)隊在2022年榮獲陜西省重點創(chuàng)新團(tuán)隊的稱號，成為國內(nèi)該領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)布局最全面、也是交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域3D打印唯一的省級創(chuàng)新團(tuán)隊。

在面對我國混凝土3D打印技術(shù)2016年剛起步、無成熟設(shè)備的困境時，富志鵬帶領(lǐng)團(tuán)隊迎難而上。憑借堅定的信念和不懈的努力，中交一公院在2017年建立了交通運(yùn)輸系統(tǒng)首家3D打印智能建造實驗室，從而開啟了自主研發(fā)混凝土3D打印技術(shù)的征程。經(jīng)過持續(xù)的研發(fā)和突破，中交一公院已實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的自主引領(lǐng)，為交通基礎(chǔ)設(shè)施的增材制造貢獻(xiàn)了重要力量。

機(jī)械臂3D打印系統(tǒng)。

如今，他們的探索之路已經(jīng)結(jié)出了豐碩的成果。他們研發(fā)出低碳高強(qiáng)、低成本3D打印混凝土材料體系，該體系能“消納”高達(dá)50%的工業(yè)廢棄物，滿足不同強(qiáng)度等級的需求，且工作時間范圍廣泛，使得混凝土能夠迅速“站立”。此外，他們針對機(jī)械臂3D打印裝備進(jìn)行了五代革新，自主研發(fā)了多種混凝土打印擠出端，滿足不同截面形狀的打印需求。同時，他們還開發(fā)了大尺度、模塊化、可擴(kuò)展的桁架裝備，實現(xiàn)六軸聯(lián)動和精準(zhǔn)控制，引領(lǐng)行業(yè)前沿。

更為值得一提的是，他們國內(nèi)首創(chuàng)了面向質(zhì)量控制的軟硬件一體化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備全流程和全設(shè)備的控制、監(jiān)測、預(yù)警功能，以及全參數(shù)控制、交互和全數(shù)據(jù)采集、存儲與決策支持能力。它實現(xiàn)了6自由度空間復(fù)雜結(jié)構(gòu)打印及質(zhì)量控制的系統(tǒng)閉環(huán)，以及3D打印核心技術(shù)工廠化多設(shè)備系統(tǒng)的精準(zhǔn)協(xié)同。

在打印切片及路徑規(guī)劃方面，他們也取得了重要突破。核心算法包括矩形工具端實時同步路徑跟隨及空間路徑規(guī)劃技術(shù)，使得空間復(fù)雜結(jié)構(gòu)曲面和懸挑結(jié)構(gòu)的高效打印成為可能。

經(jīng)過8年的持續(xù)探索和突破，該團(tuán)隊已承擔(dān)和參與了包括國家級重點研發(fā)計劃在內(nèi)的多項科研項目。他們在材料、裝備、工藝、質(zhì)量、應(yīng)用等方面形成了以專利、學(xué)術(shù)論文、軟件著作權(quán)為代表的知識產(chǎn)權(quán)群組。其核心技術(shù)經(jīng)鑒定已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并榮獲陜西省優(yōu)秀工程勘察設(shè)計軟件一等獎。此外，他們還成功建設(shè)了交通行業(yè)首家“工程結(jié)構(gòu)3D打印技術(shù)中試基地”，并形成了省、市、央企三級創(chuàng)新平臺體系。

這些創(chuàng)新技術(shù)的突破為工程領(lǐng)域帶來了新的應(yīng)用示范。中交一公院的混凝土3D打印技術(shù)在短短幾年內(nèi)已成功應(yīng)用于多個實際工程項目中，不僅提高了施工質(zhì)效，還降低了工程成本和對環(huán)境的影響。從園林景觀工程到市政人行橋，從中原景觀提升定制工程到高原藏區(qū)極端環(huán)境下文化融合的隧道工程，他們的技術(shù)都取得了令人矚目的成果。

截至2024年，中交一公院已成功設(shè)計并建造了國內(nèi)近半數(shù)的3D打印混凝土橋梁，以及世界上規(guī)模宏大的定制化陣列式景觀圍墻。更值得一提的是，他們還承建了世界首例極端環(huán)境下的3D打印混凝土工程——位于世界屋脊的京藏高速公路羊八井隧道群。這一系列成就不僅充分展現(xiàn)了中交一公院在混凝土3D打印技術(shù)領(lǐng)域的卓越實力，更解決了極端環(huán)境下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重大難題。這些創(chuàng)新實踐為交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域帶來了新的曙光，也為未來類似工程提供了寶貴的經(jīng)驗和技術(shù)支持。

04 協(xié)同創(chuàng)新 引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展新篇章

在推動混凝土3D打印技術(shù)的突破與普及應(yīng)用方面，中交一公院始終走在前列。他們積極促進(jìn)多方協(xié)作，緊抓平臺建設(shè)機(jī)遇，以開放的心態(tài)匯聚行業(yè)內(nèi)外的優(yōu)勢資源和技術(shù)力量。2021年，中交一公院更是牽頭成立了交通基礎(chǔ)設(shè)施3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，與多家國內(nèi)外知名企業(yè)、高校建立了緊密的合作關(guān)系。該聯(lián)盟致力于共同開展技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定、人才培養(yǎng)等合作，以推動技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。此外，2022年他們還獲批了陜西省工程結(jié)構(gòu)3D打印產(chǎn)業(yè)技術(shù)集成與中試共享服務(wù)平臺，為業(yè)內(nèi)同行提供了共享資源和創(chuàng)新服務(wù)，進(jìn)一步加速了混凝土3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

西北地區(qū)首座混凝土3D打印景觀拱橋的成功建造，標(biāo)志著中交一公院在混凝土3D打印技術(shù)領(lǐng)域的又一重大突破。展望未來，隨著工程建設(shè)行業(yè)智能化、綠色化轉(zhuǎn)型的加速推進(jìn)，該院將繼續(xù)致力于混凝土3D打印技術(shù)的深入研究與應(yīng)用探索。面向極端環(huán)境下的工程挑戰(zhàn)，中交一公院將不斷尋求更加高效、穩(wěn)定、環(huán)保的打印材料和工藝，以推動交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的快速產(chǎn)業(yè)化。在這條充滿希望與憧憬的發(fā)展道路上，中交一公院愿與各方合作伙伴攜手共進(jìn)，共同描繪中國基建的嶄新篇章。