【领航新征程】数字建造要适应无处不在的“跨界”

短短四年，同济大学袁烽教授团队在大尺度空间打印领域“弯道超车”，跻身国际前沿

在浦东临港，滴水湖畔，“云亭”犹如一张半透明空间之网，自然地撒落于大地上。林边摄

■本报首席记者　樊丽萍

盖房子再也无需依赖人工？数字建造已不再是大学教授们在学术论坛上侃侃而谈的理念或实验了。工程领域的未来已来——

上海临港，滴水湖畔，一片绿树丛中，一间首次运用热塑性高分子材料、以机器人装备整体3D打印完成的建筑展品——“云亭”近日全新落成，开始向公众展示。

没有梁和柱，长11米、宽11米、高约6米的“云亭”犹如一张半透明空间之网，自然地撒落在大地上，体态轻盈、空间震撼，却又能稳固矗立。“云亭”出自同济大学建筑与城市规划学院袁烽教授团队。就在今年暑假，该团队刚刚完成了世界上第一座使用改性塑料，通过机器人装备3D打印出来的步行桥；一年前，运用数字建造的方法，该团队还指挥机器人砌出一面像丝绸一般复杂而又细腻的曲面砖墙......

对袁烽团队来说，手头正在进行的全新实验，都是一场场涉足新工科的探索——走的路是新的，连带着，自己的“朋友圈”也都更新了。

“挑战失败”的经历更宝贵

建筑学是典型的工程学科，当下，技术的发展使得不少传统行业面临颠覆式发展，传统的建筑设计领域是否也会掀起新风潮？　大约四年前，一次参加国际会议的经历，让袁烽在数字建造方向开始了新工科的探路。

“最初，我用塑料替代钢筋，用3D打印技术打印出梁和楼板。”用专业术语来说，当时袁烽聚焦的其实是大尺度的机器人空间打印技术。一边研究、打印最基本的建筑结构，一边做受压、抗拉等结构应力实验，袁烽发现，自己竟然已经横跨建筑学、结构学、机械学以及材料学等多学科的边界。

“3D打印，既要考虑结构性能，又要考虑成本，这迫使我关注新材料研发。”从最初打印基本的梁柱楼板结构，到今年暑假刚完成的世界上首座3D打印步行桥，再到完成更大尺度建筑“云亭”，袁烽团队对改性塑料不断探索。

今年8月，一座外表黝黑、以全新改性塑料打印的步行桥成为同济大学的校园一景。让袁烽意外的是，这座桥吸引了校内其他学科专家的关注。“当时有位材料学教授站在桥上摸了摸桥面，然后问我改性塑料的耐候实验情况，提醒我注意它在极端温度下的表现。”果不其然，持续多日的高温，使得袁烽不得不将这座只诞生42天的世界首座3D打印步行桥搬回实验室，“升级”材料。

“这次实验不算成功。但最有价值的是实验过程本身。发现新的问题，才能开启有意义的持续性研究。”袁烽说。

跨学科合作，“适用”才可能成为最好

“云亭”不仅是一个“既稳又美的空间结构”，更是一个多科学交叉的高科技产物。

从黝黑的步行桥到透明的“云亭”，仅仅四个月，袁烽团队在改性塑料的研发上取得了新进展。采用大尺度空间打印方式建造的“云亭”，由于加入了特殊纤维的热塑性高分子材料，具有强度高、韧性好以及热固性好等优点。

从制作方式来看，“云亭”是由7轴机器臂装备24小时不间断工作，通过空间打印加工而成，是眼下在最热门的机器人建造技术领域的创新。用于数字建造的机器臂，从研发到生产都需要适应性的“定制”，必然经历多学科的交叉。

而早些年，当袁烽尝试机器人砌墙面的时候，就开始向机械专业的同行请教，造访了不少学界专家后意识到，完成机器建造任务，所需要的机器臂，在技术上不一定是绝对“高精尖”，而是适用就好。

新工科，呼唤新的教学思想及科研合作平台

涉足数字建造领域的四年，袁烽团队不仅在大尺度空间打印这个“点”上达到了国际前沿水平，他的朋友圈也开始“日长夜大”：除了建筑学界的同行，“新朋友”更多是来自机械、土木工程、计算机专业以及最时髦的人工智能领域。

在接受采访时，袁烽坦言，由于新工科有时涉及多学科交叉，所以对学者来说，要能适时、及时寻找到科研上的合作伙伴，全新沟通和学术交流机制的搭建尤为重要。“现在，我们碰到难题、需要寻求科研伙伴时，还不得不在朋友圈里吼一声。”

不得不说，由传统工科与其他学科交叉融合而形成的新工科，正呼唤着全新的科研合作方式和科研平台的生成。