世界第一座3D金屬列印橋,阿姆斯特丹智慧人行步橋/MX3D + Joris Laarman Lab + Arup + Autodesk

這座金屬人行步橋竣工代表著數年來的團隊合作到達顛峰,來自荷蘭尼德蘭)的數位製造公司MX3D於2015年啟動該計畫,希望採取其具有革新性的大型3D列印技術印製出一座金屬人行步橋,為數位工具在新的建築形式語言的創造性開拓方面創造一個有趣的、給人以啟迪的範例。

關於MX3D

自2014年以來,MX3D擁有超過10.000公斤的金屬3D列印物件和超過40人-年的經驗,將大尺寸機器人線弧增材製造(WAAM,Wire Arc Additive Manufacturing)及市場帶入生活的公司,並使使3D金屬列印更加靈活、快速和便宜。MX3D準備進一步改變市場,推出第一個專用機器人WAAM軟體,使公司、工程師和設計師能夠在內部列印端到端的大規模3D金屬物體。

MX3D在阿姆斯特丹市中心展示其傑作,12公尺長的全功能3D列印不鏽鋼,使得MX3D成為3D金屬列印領域的創新領導者。

阿姆斯特丹智慧人行步橋3D Metal Printing Bridge/MX3D + Joris Laarman Lab + Arup

© Adriaan de Groot

MX3D列印技術使用成品的銲接機器人來分層建造金屬物件,橋梁設計使用了生成式設計和拓撲最佳化技術,技術的整合使得橋梁形式更加自由,並明顯節省了材料用量。

阿姆斯特丹智慧人行步橋3D Metal Printing Bridge/MX3D + Joris Laarman Lab + Arup

© Thijs Wolzak

實驗室誕生的3D列印金屬橋結合數據蒐集

MX3D 智能橋是一個「實驗室」計畫,如此一說是因為該橋梁在設計和技術方面表現出的創新性。這座「智能橋」裝備有最先進的傳感器網路,並正在推動一項前端的研究計畫。

與相關學者和工業技術人員合作,阿姆斯特丹市政府將採用橋梁產生的數據流來探索物聯網(IoT systems)在都市環境中的意義,例如是否可以採取該系統對人群行為進行匿名分析,幫助探索紅燈區(Red Light District)旅遊業的影響,該計畫也提出了關於公開數據、數據倫理和城市分析的市民所有權的疑問。出於以上目的,阿姆斯特丹授予了這座橋梁兩年的許可。

阿姆斯特丹智慧人行步橋3D Metal Printing Bridge/MX3D + Joris Laarman Lab + Arup

感應器分佈圖

數位對映 Digital Twin的實現與應用

智能傳感器系統讓「數位對映(digital twin)」得以實現,實現此一點需要 MX3D、阿蘭·圖靈研究所(Alan Turing Institute, the Turing)、Arup、Autodesk、FORCE Technology 和特文特大學( University of Twente)進一步協作。

這些機構在過去三年中組構了一套複雜的傳感器網路,實現即時的數據收集,在即時模型中重現數據流以及根據橋梁的數位對映數據進行可以應用的分析。

阿姆斯特丹智慧人行步橋3D Metal Printing Bridge/MX3D + Joris Laarman Lab + Arup

© Thea van den Heuvel

橋樑以數據收集自行成長資料庫

安裝在橋樑上的傳感器會收集結構測量數據,例如應變、轉動量、活載重、位移和振動,同時也會測量如空氣品質和溫度這樣的環境變量。這些數據被匯集到一起,創建「數位對映」模型。這個精確的電腦模型能即時再現橋梁的物理狀態,幫助工程師評估橋梁是否健康,並在整個壽命期內監測橋梁的變化;從計算有多少人正在以多快速度行動開始,傳感器數據也用以教導橋梁來瞭解其自身狀況。

阿姆斯特丹智慧人行步橋3D Metal Printing Bridge/MX3D + Joris Laarman Lab + Arup

© Merlin Moritz

Autodesk公司投入整合工作

一支來自 Autodesk 的研究團隊在2015年協助計畫啟動後,又針對智能橋設計了專門的軟體,該套軟體承擔了主要的系統整合任務,從傳感器網路中收集數據並在一個即時重現橋梁使用反饋的數位對映模型中將其作視覺化處理。

Autodesk 公司在傳感器網路的設計和安裝階段與圖靈研究所的數據中心工程部(Data Centric Engineering Programme at the Turing)、FORCE Technology 和特文特大學展開合作,即便在原型階段進行橋梁結構測試時,該網路也呈現出了應有的作用。

負載和材料測試都是由數據中心工程團隊進行的,結果證明橋梁有能力承擔至少19.5噸的載重,而這已經超出了最高設計載重。

阿姆斯特丹智慧人行步橋3D Metal Printing Bridge/MX3D + Joris Laarman Lab + Arup

© Jande Groen

人工智能與數位倫理

英國數據科學和人工智能領域的國家級研究機構,圖靈研究所,採取從其數據中心工程部抽調數據科學和人工智能專家組建了一支跨領域的團隊參與到該橋梁作品中。圖靈研究所將在橋梁獲得的兩年運行許可期內持有全部數據,並對該計畫展開徹底的倫理審查以確保科學研究的初衷不會損害公眾的隱私權。

採取使用客製化的數據平台,圖靈研究所支持研究人員獲取儲存在其加密雲內的傳感器數據。研究人員擁有足夠的專業能力來為 MX3D 的原型橋開發一套先進的全新數位對映模型,並在橋梁使用的過程中運用相關。

阿姆斯特丹智慧人行步橋3D Metal Printing Bridge/MX3D + Joris Laarman Lab + Arup

© Thea van den Heuvel

作品資訊

作品名稱:MX3D智慧人行步橋

作品位置:尼德蘭阿姆斯特丹

業主:City of Amsterdam阿姆斯特丹市政府

作品類型:人行步橋、3D列印、數位製造

竣工:2021

尺寸:長度:12.2公尺; 寬度:6.3公尺; 高度:2.1 公尺

技術:MX3D, Proprietary Software

設計:Joris Laarman Lab、Arup、MX3D

設計師:Joris Laarman Lab

材料和結構工程師:Imperial College London

材料專家:ArcelorMittal

研究員:AMS-3D Building Fieldlab、Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions

數位對映傳感器網路和系統集成商:Autodesk

數位對映建模和分析器:The Alan Turing Institute

傳感器網路設計與安裝:FORCE Technology、University Twente & Autodesk

3D掃描:Faro Technologies

工程顧問:Heijmans & Mous

硬體計算:Lenovo

硬體機器:ABB

硬體傳感器網路:HBM

五金、銲接:Oerlikon

五金空氣淨化:Plymovent

銲接氣體:Air Liquide

攝影:Thea van den Heuvel、Adriaan de Groot、Jande Groen、Thijs Wolzak、Merlin Moritz