來源：人民日報海外版
科研人員在為產(chǎn)生裂縫的點位做標記。本報記者 康樸攝
振動臺上，液壓桿通過劇烈晃動模擬地震。（俯視圖）受訪者供圖
海外客戶在交付現(xiàn)場了解中科視界的超高速攝像機使用方法。受訪企業(yè)供圖
3D打印混凝土民居模型，是浙江大學建筑工程學院副教授孫曉燕團隊送來測試的。模型原型也是3D打印的，位于河北省故城縣房莊鎮(zhèn)，由孫曉燕團隊建造，建成后成了當?shù)匾粋�“景點”，吸引不少行業(yè)專家和當?shù)乩习傩涨叭ァ按蚩ā薄?br/>
打印的房子，結實嗎？這是孫曉燕被問得最多的一個問題。
結不結實，最關鍵得看抗震性能。她曾聯(lián)合專注數(shù)字建筑與打印設計業(yè)務的靈砼科技（杭州）有限公司，用三維數(shù)字模型精確計算過，理論上，這座建筑的抗震性能很優(yōu)異。
為進一步驗證理論分析和模擬測算結果，孫曉燕與多領域多學科專家研討決定，開展振動臺模型實驗。房子搬不來，根據(jù)工力所振動臺尺寸限制，孫曉燕委托工廠做了5米長、1米多寬的最大尺寸縮尺比例全屋模型。
此次實驗總共設定6個工況，每種工況下要進行7次測試�！皽y試目標就是把它震壞，看看究竟能闖到第幾關，承受多強的地震�！睂O曉燕笑著說。
到第二個工況時，還沒有出現(xiàn)明顯裂痕。
振動臺，是一種能模擬地震發(fā)生的設備。眼前的這臺三向六自由度振動臺，既可以水平方向震動，也可以產(chǎn)生豎向震動，還可以產(chǎn)生不同方式的轉動，是國內(nèi)最先進的一套地震模擬設備，房屋、橋梁、隧道、大壩、管道、輸電線路的抗震測試它都能干。
一邊跟記者介紹設備情況，作為現(xiàn)場總指揮的趙登科一邊拿起對講機發(fā)出指令：“工況31，實驗準備�！�
“可以測試�！睂χv機那頭，中控室工作人員已準備就緒。
一架無人機從地面起飛，飛向房屋模型后方�！八梢杂涗浵路课菡w情況�！睂O曉燕說。
“開始！”
隨即，耳畔傳來一陣蜂鳴，振動臺液壓桿劇烈抖動地震來了。房屋出現(xiàn)輕微晃動。
震動消失后，幾名科研人員箭步邁上振動臺，目光仔細掃描房屋模型的每個角落，對產(chǎn)生裂痕的地方做下標記。
肉眼觀測只是輔助。布置在模型上的加速度傳感器、位移傳感器、應變片和基于視頻識別的光斑跟蹤技術，加上房屋兩側的4臺超高速攝像機，可以更精準捕捉房屋經(jīng)歷模擬地震后發(fā)生的細微變化。
超高速攝像機廠商合肥中科君達視界（以下簡稱“中科視界”）工作人員祝良應告訴記者，普通單反相機，可以拍攝幀率為120的視頻，也就是每秒鐘成像120個畫面。“這臺超高速攝像機，幀率可以達到3000，每秒產(chǎn)生6GB的圖像數(shù)據(jù)，房屋的每個細微變化都逃不過它的‘法眼’。”
大連理工大學建設工程學院副教授何化南告訴記者，為了保障建筑安全，我國制定了“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設防目標。
抗震設防目標是一個與地域相關的概念，而非震級。具體來說，小震指多遇地震，即在50年設計基準期內(nèi)，超越該烈度的概率為63%，震后不需修理；中震是指基本烈度的地震，在50年設計基準期內(nèi)超越概率為10%，允許有一定的損壞，但經(jīng)修理后仍能使用；大震是指罕見地震，在設計基準期內(nèi)，超越概率為2%3%，其設防目標為防倒塌，保護生命安全。
經(jīng)過一天的實驗，房屋模型在六度地震工況下未發(fā)生主體結構損壞；在七度、八度地震工況下雖產(chǎn)生裂縫但并未延伸至結構框架，整體結構完整；在九度地震工況下裂縫貫通但結構主體完整，并未發(fā)生倒塌和嚴重破壞。
也就是說，3D打印民居模型經(jīng)受住了考驗。這時，孫曉燕決定，給模型加配重看看這種新型民居在極端地震荷載下的結構破壞形態(tài)是什么，并從中找到抗震設計的關鍵。
工力所研究團隊根據(jù)房屋原型，為模型設計了1噸的配重繼續(xù)實驗。結果顯示，現(xiàn)有模擬地震所致的裂縫未到達房屋結構內(nèi)部的鋼筋混凝土框架，抗震性能優(yōu)異。孫曉燕計劃繼續(xù)研究實驗中出現(xiàn)的損傷，并適時開展原型抗震試驗，進行3D打印混凝土結構優(yōu)化設計。
在孫曉燕眼中，3D打印的混凝土建筑堪稱“變形金剛”。一方面，通過數(shù)字設計、增材制造、預制裝配，3D打印建筑可以快速精準建造，還可以適應多樣化的建筑外形需求；另一方面，墻體內(nèi)含空腔，嵌合鋼筋框架形成鋼筋混凝土結構，抗震性能好，安全耐久。
“在廣大鄉(xiāng)村地區(qū)，自建房多為磚瓦結構，壯勞力也存在短缺，用3D打印技術蓋房子前景廣闊�！睂O曉燕表示，作為新型建造工藝，3D打印混凝土民居的可靠性需要經(jīng)過進一步專業(yè)認證和實踐檢驗，縮尺模型的良好抗震性能為后續(xù)深入科研和相關技術推廣帶來信心。（本報記者 康樸）
《人民日報海外版》（2025年02月07日第10版）
