结构创想，成果绽放——公司第二届结构设计竞赛成果展播（一）
为进一步落实习近平总书记关于青年工作的重要思想和关于技能人才工作的重要指示精神，为公司青年工程师提升职业技能水平和创新创效能力搭建平台，激励职工大力弘扬劳模精神、劳动精神和工匠精神立足本职岗位积极投身公司高质量发展实践，公司成功举办了第二届结构设计竞赛。各参赛队凭借扎实深厚的专业知识功底，从理论层面精心构思设计方案，首次运用光固化精细3D打印技术，快速实现方案模型的造型呈现，为各专业协调优化结构空间探索新路径，均取得了优异的成绩。
近期，公司将集中推出第二届结构设计竞赛优秀成果展播系列，一起来领略参赛队的风采吧~
本期展播：
团体一等奖获得者（综合设计二、五、九所）参赛队结构竞赛技术回顾
——建筑结构艺术与历史的对话
团队成员：综合设计二所——师欣莹 张垸苇 王柏顺
综合设计五所——李静园 张 锟
综合设计九所——冯 珲 张 榆
技术指导：综合设计二所——张俊文
团队口号：结构之上，历史之下；擎架古今，探秘未来。
01赛题背景
考古发掘作为揭示历史谜团与探寻文明脉络的核心手段，对作业现场的空间布局提出极高要求。理想的发掘环境应提供广阔且无遮挡的操作区域，便于考古人员多角度协同作业、大型设备灵活调度，并兼顾后期公众参观与教育展示的功能需求。
大跨结构凭借其独特的结构体系——如网架、网壳、张弦梁、膜结构等——能够在不设立内部支撑的条件下，高效覆盖数百至上千平方米的遗址区域，从而彻底避免柱体对考古操作及遗址本体的干扰与破坏。
本次竞赛以大跨结构设计为核心命题，要求参赛队设计并制作一个大跨结构模型。模型须满足以下条件：覆盖面投影尺寸不小于40cm×60cm，内部净空间不小于30cm×50cm×5cm，杆件间隔不大于10cm 。模型中央需设置单一加载点用于竖向荷载施加，整体须采用3D打印工艺成型。
02设计方案
本方案的设计灵感源于考古遗址、博物馆空间、古代建筑及文物遗存，深度融合历史意象与结构表现。借鉴太原北齐壁画博物馆“将艺术融入建筑本体”的理念，我们试图打造一个不仅满足功能需求，更能引导参与者沉浸于历史语境、感知时间流动与文明变迁的空间载体。
图1 太原北齐壁画博物馆
在形态构思上，我们融汇中国传统“天圆地方”宇宙观，将圆形穹顶置于方形基座之上，寓意天地交泰、文明承续。屋顶结构设计受马王堆帛画中的天象图示与古建藻井精美层叠的启发，将日月星辰等天文元素抽象为结构杆件，以1/8标准单元作为母体，通过旋转与复制生成整体屋盖形态。
时间的流转、宇宙的循环，在承载着厚重历史的探险中发掘过往，在亘古不变的星空下感受永恒和消亡。这便是本次参赛作品的设计理念：天圆地方，窥见千年；方匣藏珍，圆穹纳时。
03结构分析与模型优化
基于Midas Gen结构分析软件，我们进行了系统的力学性能模拟。材料参数依据3D打印厂家提供的材料性能参数进行定义，主受力弦杆采用直径3.5mm圆杆，连接杆选用直径2mm圆杆。在中心节点施加竖向荷载后，杆件内力分布符合结构预期。在100N节点荷载与自重共同作用下，模型最大变形仅为0.5mm，除中心竖杆外其余杆件最大内力为72N，表现出良好的力学性能。
图3 模型变形与内力
由于Midas Gen软件中无法建立弧线杆，为兼顾成型效果与结构表现，我们使用Rhino软件进行了模型优化，将部分直线杆转化为弧线杆，并在节点区域添加小球，以增强构件连接可靠性，同时提升整体视觉协调性与美学品质。
图4 模型优化
04加载表现
最终成型的结构模型净重126.0g，在逐级加载试验中（4.5kg、9.0kg、13.5kg、18kg、22.2kg），模型均未发生破坏，变形趋势稳定，相应增加的变形量分别为0.1mm、0.25mm、0.3mm、0.25mm、0.25mm。这一结果充分验证了结构体系的合理性、稳定性和承载能力。
图5 模型实体
图6 加载过程
05总结与展望
本次竞赛首次引入“美观性”评分维度，强调结构设计中“力”与“形”的结合，推动我们更深入思考历史、文化、艺术与工程之间的融合。在本方案中，为实现文化意象的转译与空间意境的表达，部分结构杆件未做极致轻量化处理，这在传统结构竞赛中或许并非最优策略，但却体现了我们对于“结构本身即艺术”的主张。
我们期待构建一个不依赖额外装饰仍具表现力的结构主体，尽管在纯粹力学效率上有所取舍，但这样的尝试拓宽了我们对结构美学的认知边界——真正的结构之美，源于其清晰传力的逻辑、与文化共鸣的形态，以及空间与历史的对话能力。这也为未来参与同类竞赛或实际工程项目提供了有价值的思考方向。