艺术与设计 - “喜”提新“花”，喜洲万花溪混凝土3D打印人行桥

©和畔皓森

探索利用智能建造（3DCP）对现状进行低成本的改造的技术路径，在满足经济适用性的前提下，利用固废材料实践了“无模板、少人工、高美学”的智能建造新范式。

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©和畔皓森 HOPE HOUSING

由和畔皓森 (HOPE HOUSING) 与昆明理工大学地域建筑环境数智化设计研究中心联合打造的云南首座3D混凝土打印步行桥在大理喜洲万花溪畔落成。这座“数字之花”以自主研发的柔性建造系统，将固废材料转化为融合前沿技术与地域美学的建筑实体，实践了“无模板、少人工、高美学”的智能建造新范式。

项目在原状基础上进行改造，不仅具备成型快、成本相对较低的优势，更以独特的数字化混凝土语言，将生态理念与地域文化凝为一体，让前沿技术浸润日常景观。凭借高精度、快部署与可定制的特点，该桥为大理生态文旅设施提供了可推广的轻量型样板，也展现出数字建造赋能乡土场景的可持续路径。

©和畔皓森 HOPE HOUSING

01 万花溪上添新“花”

LINK 重造连接

这座位于大理喜洲生态廊道关键节点的步行桥，已超越单一通行功能，成为串联自然、文旅与社区生活的活力纽带。它有机地融入了喜洲慢行交通系统，将万花溪两侧的“三溪一河”示范路段有机连接。设计在保留原石板桥场所记忆的基础上进行了轻量化改造，以精准的动作完成了廊道基础设施的品质优化。不仅提升了喜洲农文旅融合的交通体验，更通过激活周边资源，促进了“以旅带农”的可持续发展。如今，这座桥以最小的介入成为一处既承载日常通行、又吸引人群驻足的功能性景观节点，实现了生态价值、文化记忆与旅游体验的多元融合。

©和畔皓森 HOPE HOUSING

选择保留原有的青石板，以数字建造技术予其新的活力，是以微小的操作方式同时满足一座桥的记忆与重生。“苔痕上阶绿”与“往来无白丁”同存，俗雅兼赏。重新激活溪岸两侧的连接，让1号桥桥成为集功能通达、景观观赏与公共艺术性于一体的“打卡点”。

原石板桥（左）与现1号桥（右）

设计生成

©和畔皓森 HOPE HOUSING

CHALLENGES 复杂现状

本项目需在一座既有旧桥基础上进行改造升级，现状条件极为复杂。首先，原桥存在明显的高低差，呈一侧高、一侧低的不平衡状态；其次，桥体并非垂直于两岸布置，而是带有一定斜度，这两个因素共同导致了工程面临较大的技术与施工不确定性。

旧桥问题

原石板桥

原桥高低差

另外，现场施工场地十分狭窄，作业空间严重受限，给整个建造过程带来显著挑战。加之雨季降雨频繁、空气湿度持续偏高，昼夜温差明显易致材料胀缩；温湿度短时剧烈波动更直接影响打印材料的凝结与固化性能，进而威胁成型精度与结构强度。这些因素共同增加了施工难度与质量控制的不确定性，均需在实施中严格把控。

滑动查看现场作业环境

由于在制作打印模块前未进行现场测量，导致两侧踏步模块在实际安装时无法顺利放置到位，原有构件与现场结构条件严重不符。即便后续尝试另外的踏步与栏板分离设计的方案，也未能同时解决安装问题，且这种调整在视觉上的效果反而更不理想。因此，该过程版方案被放弃，并决定重新设计及制作。

过程版方案

结构基础导致无法吊装

过程版方案踏步无法稳固放置

为应对这一挑战，项目团队引入三维扫描技术进行高精度测量，确保后续施工与3D打印的精度相匹配。由于必须严格适应原有石板的角度及桥面距地面的高差变化，经数字化调整后，整桥的每一个打印构件均成为唯一的定制单元，没有两块完全相同。这一过程体现了数字化建造与现场条件深度融合的特点，也凸显出3D打印技术在适应复杂现状、实现构件级个性化定制方面的独特优势。

台阶3D扫描模型

现场情况的复杂性，对数字模拟与物理施工之间的协同提出了较高要求。其中，结构空间定位是首道难关：施工中每出现一处误差，都必须回传至数字模型进行实时调整。例如在钢梁基础施工阶段，首次完成面标高误差达200mm，团队通过多次三维扫描、模型比对与反馈修正，才逐步将误差收敛至允许范围内。后续钢梁在水平与垂直方向上的定位偏差，同样会直接影响打印模块的拼装精度，因此必须依据扫描模型对模块进行针对性调整。正是通过这种“扫描—比对—调整—施工”的闭环迭代流程，经过多轮优化与调适，最终实现了实体与设计的高度吻合，完成了精准建造。

施工误差

3D扫描模型辅助设计

踏步转角

DESIGN 设计美学

新的数字技术能够重新定义设计语言，突破传统设计的限制。使用3D混凝土打印 (3DCP) 技术的1号桥拥有美学上的天然优势，解构了传统步行桥的构成，将“踏步”、“栏板”与“扶手”融为一体，用一致的设计语言进行表达。让1号桥成为一道可踏、可坐、可倚、可扶，亦可桥上远望的景观。

©和畔皓森 HOPE HOUSING

出于结构受力上的考量，1号桥新增部分不宜再为原有石板增加新的荷载。设计采用拱形钢梁作为桥体两侧主要受力构件，并巧妙地通过在3D打印构件上设计“凹”型构造以适配钢梁。该构造设计免去了多余的物理钢筋或化学胶粘，仅利用3D打印的优势使模块以自身重力完美嵌入底部钢梁，同时模块之间的相互作用力保证了每个模块均不会位移，简单有效。

力学分析

打印模块

“凹”型嵌合

打印模块与钢梁严密嵌合

SCENES 多元场景

1号桥同时也是一处功能性连接与多元化场景的混合体。桥体原跨度9m，连接万花溪两侧混行景观道，原石板桥面与道路间有高差，且未作处理。1号桥重新处理了功能性上的两岸连接、上桥高差、行走安全及结构安全等问题，同时以流畅的造型赋予其更多的趣味性场景。3D打印出来的如同花朵褶皱般的踏步及栏板，提供了除去几秒钟的通行以外，人群驻留的可能性。

立面与剖面

©和畔皓森 HOPE HOUSING

02 绿色再生的建造

RECYCLED 变废为宝

3D打印混凝土与传统浇筑混凝土的核心差异，源于其无需模板、逐层堆叠的建造方式。为实现顺利打印，材料必须兼顾打印过程中的流动性与堆积后的快速强度发展，同时确保耐久性并严格控制干燥收缩。另一方面，这种新兴工艺也推动了混凝土材料体系的创新，例如更多地利用工业固废、本地原材料以及地基聚合物（Geopolymer）等，从而减少对水泥的依赖，降低碳排放，并展现出更好的地域适应性与环保潜力。以1号桥为例，其打印混凝土中掺入了40%的固废掺合料，就近取材，将邻近建筑工地的砖渣和磷石膏作为骨料纳入打印油墨，实现了资源的就地循环利用。

昆明理工大学-和畔皓森数字设计与智能建造实验室

打印过程1

打印过程2

EFFICIENT资源高效

省材与减重是3D打印的天然优势，机器人打印能够支持自定义模块形状，以及模块内部的支撑结构，以最少的打印材料做出最轻的构件。该技术通过算法驱动机械臂，不仅能够自由塑造复杂的外部模块形态，更能对内部结构进行拓扑优化，生成高效的受力网络。其核心在于，仅在最关键的应力点布置必要的支撑材料，从而创造出高达约70%截面透空率的轻质构件。这意味着与传统实心铸造或减材制造相比，每一次打印都能直接节省70%的材料成本并减轻约70%的构件重量。

增材建造

数字仿真打印模拟

线性打印

TEMPLATE-FREE 取消模板

没有混凝土3D打印技术加持的步行桥均需使用模板在浇筑后固化混凝土形态，这一过程不仅效率低下，且混凝土在现场浇筑后必须经历漫长的强制性养护期，项目进程被严格锁定在特定的环境和时间框架内。相比之下，3D混凝土打印技术从根本上颠覆了这一模式。它通过数字模型直接驱动打印设备，将混凝土材料以精确可控的方式层层堆积成型，彻底摒弃了物理模板。其中最具革命性的一点是对生产时空的解放，构件可以在异地的、受控的工厂环境中进行打印和干燥。这意味着生产不再受限于施工现场的天气、场地与工期，可以全天候进行，并在养护达标后运输至现场进行快速组装。这是一种生产逻辑的根本性转变。

无模板建造

待干燥的模块

03 机器人3D混凝土打印

TOPOLOGY 拓扑优化

“材料究竟在哪里是绝对必需的，又可以在哪里被移除？”拓扑优化是3D打印优势的核心设计方法，如何在一个给定的设计体积内，根据具体的载荷条件、约束条件和性能目标自动确定最高效的材料分布方式。拓扑优化和3D打印是一对协同技术，一个是决定如何最智能地使用材料的“脑”，另一个是忠实构建这些复杂优化结构的“手”。二者共同构成了1号桥轻量化、高性能和可持续的技术基础。

分板尺寸及受力示意

24个打印模块

A1打印模块

PRINTING 打印技术

从打印路径、最大倾角到小比例的实验验证，1号桥从三个关键层面实现了创新与品质的保证。根据拓扑优化结果与力学分析，需先为机械臂规划出与主应力轨迹协同的沉积路径，以保证混凝土材料将沿着核心传力方向以最优路径被连续、定向地打印。同时，通过材料流变学测试与打印参数的反复校准，确定了无支撑状态下混凝土可稳定堆叠的临界最大倾角，达到了惊人的85.3°。最后，在正式打印前利用相同的数字模型与路径规划代码，先使用1:10的陶泥及1:20热塑性塑料进行缩尺模型全流程打印，以保证这套可控建造系统下1号桥的最终呈现效果。

最大倾角85.3°

1:10陶泥打印模型

1:20塑料打印模型

从打印实验到实际建造

ON-SITE 在地建造

在地的、轻量化、快速的，是本项目的技术主旨。通过工厂生产与在地安装的协同模式，实现全流程的轻量化、快速化与高精度建造。所有构件均通过先进工艺在受控环境内预制完成，实现材料与能源的高效利用，并彻底消除现场湿作业与模板工程，从而免除施工对场地环境的直接干扰与资源浪费。从数字模型到实体建筑，全程贯彻“所见即所得”的精准控制，确保设计意图的完整呈现与施工品质的一致性。这一模式不仅响应可持续建设需求，更以技术驱动实现对环境友好、对地区负责的智能建造新实践。