近日，宾夕法尼亚大学多面体结构实验室的研究团队成功开发出一种名为“3D打印双带状高性能混凝土地板”的新型建筑结构。该项目由建筑学副教授、实验室主任Masoud Akbarzadeh博士主导，旨在通过3D打印技术和创新设计显著减少混凝土使用量，从而降低建筑过程中的碳排放。

混凝土行业是全球碳排放大户，2021年约占全球总碳排放量的8%。面对持续增长的建筑需求，减少混凝土用量并提升其可持续性成为行业关键挑战。该研究通过机器人3D打印与结构设计优化，为建筑减碳提供了切实可行的解决方案。



该项目采用五轴机器人3D打印机制造了一种集成五个悬链线元素的地板系统，通过双带状后张拉技术组装成轻质结构。与传统的9英寸厚后张拉混凝土板相比，该结构实现了材料用量的大幅降低：混凝土减少40%，后张拉钢筋减少81%，同时碳化表面积增加超过65%，显著提升了结构的碳化潜力。

地板原型已在宾夕法尼亚大学Pennovation中心新开幕的展览中公开亮相。该结构由24个打印段和四个预制柱头组成，柱头将地板与四根支撑柱相连接。支撑柱同样采用3D打印技术制造，每根柱子由三部分组合而成，其外部3D打印外壳作为“失模模板”，包裹传统混凝土和钢筋，以满足结构强度与规范要求。



Masoud Akbarzadeh博士在LinkedIn上表示，这一系统整合了几何优化、数字化制造和模块化双带状后张拉技术，大幅降低了材料需求、隐含碳和能源消耗。该结构将在未来六个月内向公众开放，展示3D打印在推动建筑行业绿色转型中的实际应用价值。

这一研究成果突显了3D打印结合结构优化在实现碳中和目标中的重要作用，为基础设施领域的大规模减碳提供了新的技术路径。