來源：人民日報(bào)海外版
科研人員在為產(chǎn)生裂縫的點(diǎn)位做標(biāo)記。本報(bào)記者 康樸攝
振動(dòng)臺上，液壓桿通過劇烈晃動(dòng)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(jī)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(xué)建筑工程學(xué)院副教授孫曉燕團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)建造，建成后成了當(dāng)?shù)匾粋�(gè)“景點(diǎn)”，吸引不少行業(yè)專家和當(dāng)?shù)乩习傩涨叭ァ按蚩ā薄?br/>
打印的房子，結(jié)實(shí)嗎？這是孫曉燕被問得最多的一個(gè)問題。
結(jié)不結(jié)實(shí)，最關(guān)鍵得看抗震性能。她曾聯(lián)合專注數(shù)字建筑與打印設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)的靈砼科技（杭州）有限公司，用三維數(shù)字模型精確計(jì)算過，理論上，這座建筑的抗震性能很優(yōu)異。
為進(jìn)一步驗(yàn)證理論分析和模擬測算結(jié)果，孫曉燕與多領(lǐng)域多學(xué)科專家研討決定，開展振動(dòng)臺模型實(shí)驗(yàn)。房子搬不來，根據(jù)工力所振動(dòng)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(shí)驗(yàn)總共設(shè)定6個(gè)工況，每種工況下要進(jìn)行7次測試�！皽y試目標(biāo)就是把它震壞，看看究竟能闖到第幾關(guān)，承受多強(qiáng)的地震�！睂O曉燕笑著說。
到第二個(gè)工況時(shí)，還沒有出現(xiàn)明顯裂痕。
振動(dòng)臺，是一種能模擬地震發(fā)生的設(shè)備。眼前的這臺三向六自由度振動(dòng)臺，既可以水平方向震動(dòng)，也可以產(chǎn)生豎向震動(dòng)，還可以產(chǎn)生不同方式的轉(zhuǎn)動(dòng)，是國內(nèi)最先進(jìn)的一套地震模擬設(shè)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(shè)備情況，作為現(xiàn)場總指揮的趙登科一邊拿起對講機(jī)發(fā)出指令：“工況31，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備�！�
“可以測試�！睂χv機(jī)那頭，中控室工作人員已準(zhǔn)備就緒。
一架無人機(jī)從地面起飛，飛向房屋模型后方。“它可以記錄下房屋整體情況�！睂O曉燕說。
“開始！”
隨即，耳畔傳來一陣蜂鳴，振動(dòng)臺液壓桿劇烈抖動(dòng)地震來了。房屋出現(xiàn)輕微晃動(dòng)。
震動(dòng)消失后，幾名科研人員箭步邁上振動(dòng)臺，目光仔細(xì)掃描房屋模型的每個(gè)角落，對產(chǎn)生裂痕的地方做下標(biāo)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(yīng)變片和基于視頻識別的光斑跟蹤技術(shù)，加上房屋兩側(cè)的4臺超高速攝像機(jī)，可以更精準(zhǔn)捕捉房屋經(jīng)歷模擬地震后發(fā)生的細(xì)微變化。
超高速攝像機(jī)廠商合肥中科君達(dá)視界（以下簡稱“中科視界”）工作人員祝良應(yīng)告訴記者，普通單反相機(jī)，可以拍攝幀率為120的視頻，也就是每秒鐘成像120個(gè)畫面�！斑@臺超高速攝像機(jī)，幀率可以達(dá)到3000，每秒產(chǎn)生6GB的圖像數(shù)據(jù)，房屋的每個(gè)細(xì)微變化都逃不過它的‘法眼’�！�
大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)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(shè)防目標(biāo)。
抗震設(shè)防目標(biāo)是一個(gè)與地域相關(guān)的概念，而非震級。具體來說，小震指多遇地震，即在50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)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(shè)計(jì)基準(zhǔn)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(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，超越概率為2%3%，其設(shè)防目標(biāo)為防倒塌，保護(hù)生命安全。
經(jīng)過一天的實(shí)驗(yàn)，房屋模型在六度地震工況下未發(fā)生主體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)框架，整體結(jié)構(gòu)完整；在九度地震工況下裂縫貫通但結(jié)構(gòu)主體完整，并未發(fā)生倒塌和嚴(yán)重破壞。
也就是說，3D打印民居模型經(jīng)受住了考驗(yàn)。這時(shí)，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(jié)構(gòu)破壞形態(tài)是什么，并從中找到抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
工力所研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)房屋原型，為模型設(shè)計(jì)了1噸的配重繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，現(xiàn)有模擬地震所致的裂縫未到達(dá)房屋結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋混凝土框架，抗震性能優(yōu)異。孫曉燕計(jì)劃繼續(xù)研究實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的損傷，并適時(shí)開展原型抗震試驗(yàn)，進(jìn)行3D打印混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
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(shè)計(jì)、增材制造、預(yù)制裝配，3D打印建筑可以快速精準(zhǔn)建造，還可以適應(yīng)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，壯勞力也存在短缺，用3D打印技術(shù)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(jìn)一步專業(yè)認(rèn)證和實(shí)踐檢驗(yàn)，縮尺模型的良好抗震性能為后續(xù)深入科研和相關(guān)技術(shù)推廣帶來信心。（本報(bào)記者 康樸）
《人民日報(bào)海外版》（2025年02月07日第10版）
