重庆
在重庆大学虎溪校区缙云湖里，有一群校园“团宠”——黑天鹅。它们时而翩跹起舞，时而低首戏水，为校园增添了趣味和诗意。近日，一把造型优美的“天鹅椅”被摆放在了湖畔，椅子造型优雅，线条流畅，受到了不少同学的瞩目。
这把“天鹅椅”设计的灵感正是来自湖中天鹅，是重庆大学土木工程学院与建筑城规学院的六名大三学生，通过3D打印混凝土、计算机辅助人体工学交互优化设计等技术，将天鹅的优雅定格在了校园里。
这把椅子不仅扛得住400斤重量，还能“读懂”你的身体曲线！
脑洞大开又考虑全面的设计
“因为大学生创新训练项目，老师要求我们做‘应用 3D 打印混凝土技术的校园景观小品创意与建造’这个课题。”重庆大学土木工程学院土木工程专业大四学生李珩波介绍，说起校园景观，团队在开会讨论时，一下子就想到了学校的“团宠”黑天鹅，大家一致决定以黑天鹅为灵感做一把椅子，既要优美又要实用。
用天鹅的造型来做一把椅子，首先结构设计是大家碰到的第一个问题。因为3D混凝土打印不能加入钢筋等承重构件，必须由椅子本身来承担重量。
有了初步的设计方案和图纸后，在指导老师的提示下，团队成员决定先使用与混凝土材料性能相似的陶土，以设计图等比缩小的形式来完成设计实验。
陶泥在同学们手中被反复揉捏、塑形，每一次调整都力求不需要外部支撑，全靠空间形态让陶泥“自力更生”。经过无数次捏了改、改了捏，一个由空间曲面组成、以受压为主的天鹅椅雏形终于诞生了。
仅有陶泥模型还不够，还需要科学验证。同学们乘胜追击，建立了数值模型，用分析数据切切实实验证了天鹅椅的可行性。
要让椅子既美如雕塑又要坐上去拥有舒适体验，光靠颜值可不够。团队搬出了“黑科技”，人体工学交互设计+力学性能耦合优化。
同学们收集了重庆市大学生的身体特征数据，构建了人体肌肉骨骼模型。采用优化算法，将天鹅椅模型与人体坐姿模型的表面进行充分碰撞。
在经过一系列迭代计算后，设计出了贴合人体背部、臀部以及小腿的天鹅椅空间网格模型。最终形成了荷载分布均匀、椅子曲面流畅的优化设计方案——“坐上去就像被天鹅轻轻环抱！”
为了这把椅子他们发明了一种混凝土
设计方案有了，混凝土材料才是同学们碰到的最大难关。
一般来说，3D混凝土打印出来的“物件”，因为受力性能较差，只具备观赏价值。但这一次，团队需要突破一下——让其不仅具备观赏性，还需要有实用的功能。
在老师和研究生助教的指导下，他们经过反复试验，终于调配出兼顾强度和韧性、最适合3D混凝土打印技术的新型材料。
为了确保万无一失，他们还在3D打印混凝土界面布置了玻璃纤维网与马蹄钉。这就像给椅子穿了隐形铠甲，增强了天鹅椅的整体力学性能。
最终，这把椅子成功扛住了4个沙袋、400斤重量的“暴力考验”，团队成员李珩菠激动得忍不住在天鹅椅上跳跃起来！
“我们团队研发的这一套技术拿到了发明专利，在竞赛中也收获了奖项。”李珩波说，自己在大二下学期接触到这个3D混凝土打印技术，从天鹅椅的概念设计到产品落地，学到了很多课堂上学不到的东西，提升了对科研的理解和兴趣。也正是因为这个经历，自己下定决心继续深造搞科研。
“一次又一次的失败没有让我们气馁，日复一日地坚持磨炼了我们锲而不舍的精神。”团队中，来自土木工程学院的项目队长刘丹宁，不仅先后获得过国家奖学金等4项奖学金和重庆大学优秀共青团员荣誉称号，而且在他身上的韧劲也感染着其他同学。
这群大学生，用500多个日夜，从对空间结构设计、3D打印混凝土技术懵懂的小白，成长为了拿得出专利的专业能手。在跨专业火花四溅的头脑风暴中，让灵感的天鹅振翅而飞。
上游新闻记者 宋剑
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