卓越结构大奖2026｜亚洲首个建筑用3D金属打印技术科研突破 「织．爱」缔造最浪漫打卡地标

坐落于将军澳入境事务处总部婚礼花园的户外型雕塑「织．爱」，是由建造业创新科技基金支持，建筑署、承建商、大学及内地科研机构合作，首个政府工务工程建造，也是亚洲首个大型3D金属打印建筑。「织．爱」利用创新技术打破传统钢结构的直绾和简单曲线限制，实现了复杂流畅而多变的设计，确保作品结构安全的可行性，成功将科技与艺术融为一体。因应其创技术的研究和应用，本年度荣获香港工程师学会「卓越结构大奖」中的「研发及应用大奖」。

以新娘头纱为灵感 WAAM技术突破限制

随著将军澳入境事务处总部于2024年6月11日正式启用，标志著以先进技术设计建筑的重要里程碑。协兴建筑有限公司（协兴）执行董事苏国亮（Derek）表示，「入境处新总部采用多项创新和智能技术来提升可持续发展表现，位于「婚礼花园」的标志性装置「织．爱」既是香港首个采用3D金属打印技术的大型试点作品，也是其中的标志性影相背景。建筑署设计团队从新娘头纱在微风飘动中得到灵感，创造出连续起伏的双曲面。」

「织．爱」是一个结构复杂的作品，创作过程中运用了参数化设计（Parametric Design），协兴BIM团队在考虑可打印限制的前提下进行整个结构的几何优化，并采用电弧增材制造（Wire Arc Additive Manufacturing，简称WAAM）技术进行3D金属打印。刘思威教授指，「WAAM技术是由传统焊接工艺发展而来，透过机械臂自动化程序来建造。虽然现时市面上最为广泛应用的是选择性激光熔化（Selective Laser Melting，简称SLM）高精度金属 3D 列印技术，但却存在成本高速度慢、尺寸受限等缺点。至于WAAM使用电弧熔化金属焊丝，沉积速率高、成本低，加上机械臂技术日趋成熟，能根据电脑输出的路径进行移动打印，特别适合大型建筑结构。」事实上，荷兰阿姆斯特丹在2021年曾利用WAAM技术打造全球首座3D打印不锈钢行人天桥MX3D。「我们希望透过『织．爱』这一作品将WAAM技术优势引入香港，并且证明香港拥有足够的技术和人才做到大型建筑3D打印金属结构。」Derek补充。

整体设计复杂精细 结构安全和耐用性兼备

「织 · 爱」的独特之处在于能够利用创新技术实现复杂流畅的设计，将传统冰冷的工业材料转化为富有艺术性的建筑作品，同时确保作品的可行性、结构安全和耐用性。苏国亮表示，「由于作品是香港以及亚洲首个3D金属打印技术建筑作品，我们本身并无相关案例考。因此施工团队期间遇到的最大挑战就是打印工艺本身。首先，我们在设计规划时必须小心妥善规划机械臂路径，避免打印枪和已打印结构碰撞。第二，WAAM有个物理限制，就是打印倾斜角度超过45度，熔融金属就会滴下。因此，团队最终将整个作品的结构分拆成七个分段，确保每一分段的打印角度控制在42度以内。此外，我们必须同时考虑现场组装精度，故此整件作品如何分块、如何处理接口都是前所未有的挑战。」

陈绍礼教授指，「因应『织．爱』极为复杂的自由曲面，研究团队为确保作品的结构安全，透过大量测试来确定设计参数和WAAM钢材在不同方向的强度、利用3D扫瞄量化表面凹凸、支座设计和安置等，并采用『二阶直接分析法』（Second-order Direct Analysis），透过先进的电脑程式NIDA模拟结构在十号风球和极端温度下的真实反应，确保作品在恶劣天气下都安全稳定。」

以作品的经验成果 推动业界全速转型

电脑模拟以外，研究团队亦进行大量物理测试，包括材料拉伸试验、压缩试验验证构件稳定性、以及焊缝测试等。团队更在竣工后使用3D扫描和设计模型比对，发现98.9%的区域偏差控制于±10毫米内，精度非常高。刘思威教授指，「与传统CNC 加工（Computer Numerical Control）相比，WAAM技术令施工时间缩短52%，节省成本67%，材料浪费减少80%，结构重量减轻31.2%，一系列数据明确显示出新质生产力的优势。换言之，透过科技创新和数码化制造，我们可以用更少资源创造更高价值。」

「织．爱」既是亚洲首个大型3D金属打印建筑，也是全球少数开放予公众使用的大型承重3D打印金属结构，证明了WAAM在香港使用的可行性。刘思威教授表示，「从设计到竣工，我们建立了一套符合现行规范的设计方法，为未来同类项目立下基准。而我们编写的研究论文『香港首个建筑用3D打印金属亭『织·爱』的设计与制造』（Design and fabrication of Hong Kong’s first constructional 3D-printed metal pavilion ‘Weaving Love’）在国际期刊《Scientific Reports》发表后，读者遍布世界各地，引发国际工程界对3D打印建筑的讨论和关注。」

总括而言，「织．爱」的成功为「政府—大学—业界」进行了一次成功的协作示范，亦是香港建造业发展新质生产力的一次成功实践。透过技术创新将科技与艺术完美融合，将结构工程正由经验主导走向数据驱动，机械人同智能化技术推动 3D金属打印，令香港成为建筑科技创新嘅枢纽。本项目特别感谢发展局、建筑署、入境署、建造业议会及建造业创新及科技基金的支持与协助。

（资料由客户提供）