大型 3D 建築列印的運用,開啟了更多城市基礎建設的可能性,而橋樑又是連接城鎮的重要交通樞紐,掌握了人流的往來。智慧 3D 列印橋樑的應用,能為新市政設計帶來什麼樣的轉變?

3D 列印建築技術

3D 列印建築技術,意指結合 3D 列印機械與建築媒材,從半空中「列印」出建築體的新建設技術。近期最有名的應用,莫屬法國巴黎聖母院在 2019 年慘遭祝融之災時,荷蘭 CONCR3DE 團隊研究如何運用大火摧殘下的建築殘骸作為原料,與 3D 列印技術重建聖母院。結合古蹟媒材與嶄新技術的修復方式,有別於傳統需大量資金、人力成本,耗材、耗時的過程,保全了八百年古蹟的悠久歷史。

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巴黎聖母院思提志(Stryge)雕像原型(上)與 3D 列印成品(下)比較。
圖片來源: Prosthetic Head via Wikimedia
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圖片來源: CONCR3DE

▲從掃描聖母院雕像原型,到3D打印成品的歷程。

3D 列印建築技術,為市政規劃開啟了新的可能性。下列是近期三個使用 3D 列印的例子:

案例一:荷蘭世界首座 3D 列印橋運用數位雙胞胎模型分析人流

橋樑是連接兩地的樞紐,也最能應用基礎建築的結構。在 2015 年啟動、2018 年完工的荷蘭首座 3D列印橋,座落於阿姆斯特丹的紅燈區 Oudezijds Achterburgwal 的運河上。這座鋼製結構橋是由荷蘭新創 MX3D 與 Joris Laarman Lab 共同設計,他們所使用的機器手臂除了能夠列印金屬結構,也能進行焊接,最終作出的橋身成品能支撐數千磅來往的人/車流。

▲首度在荷蘭設計週亮相的 MX3D 列印橋,運用機器手臂打印與焊接鋼製橋身結構。

除了創新的打印建築技術,設計團隊更與英國 Alan Turing Institute 與倫敦帝國理工學院的研究合作,MX3D 橋上裝設感測器網路系統,蒐集包括重量分佈、人/車流量與穿越速度、以及空氣質量等環境因子等數據,隨時檢測橋樑的安全性與人口流動動向。此外,這些數據能創出一個數位雙胞胎 (Digital Twin)的模型,進行未來設計的模擬與優化。

案例二:上海零空汙工程最大規模 3D 列印步行橋

在上海智慧灣科創園,號稱世界最大規模 3D 列印步行橋於 2019 年落成。這座橋身全長 26.3 公尺,寬 3.6 公尺,僅花費 140 小時完成,預估使用壽命能長達 30 年之久。

由清華大學建築學院徐衛國教授領軍的團隊,運用了自行開發的混凝土 3D 列印系統與列印媒材配方,進行高穩定性堆疊不塌落、高效率、高成型精度的工程。此建案最大的特點是,減少了傳統建案所產生的揚塵與建築垃圾的負面環境效果。團隊表示未來目標要能 3D 列印房屋,需要掌握除了結構穩定性以外,還有恆溫、防水、不同管線裝修的難題。這座橋同樣備有檢測系統,讓團隊能監控,作為未來延伸應用的學習案例。

案例三:放眼 2024 巴黎奧運 3D 列印人行天橋

從巴黎聖母院重建的經驗中學習,以 XtreeE、LafargeHolcim 引領的多位團隊將為 2024 年奧運會打造一座 40 公尺長的混凝土結構人行天橋。3D 打印技術的應用,相較於傳統建築手法,能節約 60% 的材料消耗成本,並且賦予建築師更多元的設計自由度。開發團隊也與 AI 技術公司 Quadric 合作,規劃如何運用橋身使用數據做出未來建案的預測模型。

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2024 年巴黎奧運 3D 混凝土列印人行天橋藍圖。
圖片來源: XtreeE
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Quadric 運用即時監控大數據,建立預測模型,以利未來設計決策。
圖片來源: Quadric

智慧 3D 列印建築——新市政規劃關鍵

論 3D 列印運用在橋樑的重要性,除了能以最少建築成本進行不同地區客製化橋樑設計、降低傳統建築手法對於環境的污染,更是分析城市間的人/物流動關係的重要節點。當更多應用整合,3D列印建築將成為未來市政規劃的重要關鍵。