卓越結構大獎2026｜亞洲首個建築用3D金屬打印技術科研突破 「織．愛」締造最浪漫打卡地標

坐落於將軍澳入境事務處總部婚禮花園的戶外型雕塑「織．愛」，是由建造業創新科技基金支持，建築署、承建商、大學及內地科研機構合作，首個政府工務工程建造，也是亞洲首個大型3D金屬打印建築。「織．愛」利用創新技術打破傳統鋼結構的直綰和簡單曲線限制，實現了複雜流暢而多變的設計，確保作品結構安全的可行性，成功將科技與藝術融為一體。因應其創技術的研究和應用，本年度榮獲香港工程師學會「卓越結構大獎」中的「研發及應用大獎」。

以新娘頭紗為靈感 WAAM技術突破限制

隨著將軍澳入境事務處總部於2024年6月11日正式啟用，標誌著以先進技術設計建築的重要里程碑。協興建築有限公司（協興）執行董事蘇國亮（Derek）表示，「入境處新總部採用多項創新和智能技術來提升可持續發展表現，位於「婚禮花園」的標誌性裝置「織．愛」既是香港首個採用3D金屬打印技術的大型試點作品，也是其中的標誌性影相背景。建築署設計團隊從新娘頭紗在微風飄動中得到靈感，創造出連續起伏的雙曲面。」

「織．愛」是一個結構複雜的作品，創作過程中運用了參數化設計（Parametric Design），協興BIM團隊在考慮可打印限製的前提下進行整個結構的幾何優化，並採用電弧增材製造（Wire Arc Additive Manufacturing，簡稱WAAM）技術進行3D金屬打印。劉思威教授指，「WAAM技術是由傳統焊接工藝發展而來，透過機械臂自動化程序來建造。雖然現時市面上最為廣泛應用的是選擇性激光熔化（Selective Laser Melting，簡稱SLM）高精度金屬 3D 列印技術，但卻存在成本高速度慢、尺寸受限等缺點。至於WAAM使用電弧熔化金屬焊絲，沉積速率高、成本低，加上機械臂技術日趨成熟，能根據電腦輸出的路徑進行移動打印，特別適合大型建築結構。」事實上，荷蘭阿姆斯特丹在2021年曾利用WAAM技術打造全球首座3D打印不銹鋼行人天橋MX3D。「我們希望透過『織．愛』這一作品將WAAM技術優勢引入香港，並且證明香港擁有足夠的技術和人才做到大型建築3D打印金屬結構。」Derek補充。

整體設計複雜精細 結構安全和耐用性兼備

「織 · 愛」的獨特之處在於能夠利用創新技術實現複雜流暢的設計，將傳統冰冷的工業材料轉化為富有藝術性的建築作品，同時確保作品的可行性、結構安全和耐用性。蘇國亮表示，「由於作品是香港以及亞洲首個3D金屬打印技術建築作品，我們本身並無相關案例考。因此施工團隊期間遇到的最大挑戰就是打印工藝本身。首先，我們在設計規劃時必須小心妥善規劃機械臂路徑，避免打印槍和已打印結構碰撞。第二，WAAM有個物理限制，就是打印傾斜角度超過45度，熔融金屬就會滴下。因此，團隊最終將整個作品的結構分拆成七個分段，確保每一分段的打印角度控制在42度以內。此外，我們必須同時考慮現場組裝精度，故此整件作品如何分塊、如何處理接口都是前所未有的挑戰。」

陳紹禮教授指，「因應『織．愛』極為複雜的自由曲面，研究團隊為確保作品的結構安全，透過大量測試來確定設計參數和WAAM鋼材在不同方向的強度、利用3D掃瞄量化表面凹凸、支座設計和安置等，並採用『二階直接分析法』（Second-order Direct Analysis），透過先進的電腦程式NIDA模擬結構在十號風球和極端溫度下的真實反應，確保作品在惡劣天氣下都安全穩定。」

以作品的經驗成果 推動業界全速轉型

電腦模擬以外，研究團隊亦進行大量物理測試，包括材料拉伸試驗、壓縮試驗驗證構件穩定性、以及焊縫測試等。團隊更在竣工後使用3D掃描和設計模型比對，發現98.9%的區域偏差控制於±10毫米內，精度非常高。劉思威教授指，「與傳統CNC 加工（Computer Numerical Control）相比，WAAM技術令施工時間縮短52%，節省成本67%，材料浪費減少80%，結構重量減輕31.2%，一系列數據明確顯示出新質生產力的優勢。換言之，透過科技創新和數碼化製造，我們可以用更少資源創造更高價值。」

「織．愛」既是亞洲首個大型3D金屬打印建築，也是全球少數開放予公眾使用的大型承重3D打印金屬結構，證明了WAAM在香港使用的可行性。劉思威教授表示，「從設計到竣工，我們建立了一套符合現行規範的設計方法，為未來同類項目立下基準。而我們編寫的研究論文『香港首個建築用3D打印金屬亭『織·愛』的設計與製造』（Design and fabrication of Hong Kong’s first constructional 3D-printed metal pavilion ‘Weaving Love’）在國際期刊《Scientific Reports》發表後，讀者遍佈世界各地，引發國際工程界對3D打印建築的討論和關注。」

總括而言，「織．愛」的成功為「政府—大學—業界」進行了一次成功的協作示範，亦是香港建造業發展新質生產力的一次成功實踐。透過技術創新將科技與藝術完美融合，將結構工程正由經驗主導走向數據驅動，機械人同智能化技術推動 3D金屬打印，令香港成為建築科技創新嘅樞紐。本項目特別感謝發展局、建築署、入境署、建造業議會及建造業創新及科技基金的支持與協助。

（資料由客戶提供）