3d數(shù)字化技術范文

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篇1

關鍵詞：髖臼骨折；3d打印；個性化

中圖分類號：R445.3；R681.6 文獻標志碼：A 文章編號：1008-2409（2016）05-0146-05

隨著社會快速發(fā)展，高能量創(chuàng)傷致髖臼骨折發(fā)病率明顯上升，髖臼骨折占全身骨折的3%～8%。髖臼骨折常伴顱腦損傷、腹部損傷等并發(fā)癥，嚴重影響患者生活質量，致殘率及病死率高。髖臼骨折治療是創(chuàng)傷骨科領域的一個難題，其難度在于髖臼骨折有較多的近、遠期并發(fā)癥。髖臼骨折是關節(jié)內骨折，復位要求達到解剖復位，內固定力學性能要求高。內固定作為治療髖臼骨折的主要手段，其質量直接關系治療療效和預后。傳統(tǒng)方案是術前進行X線照片及CT掃描，提供二維圖像供手術醫(yī)生了解病情并構建手術計劃參考。手術計劃只能憑醫(yī)師的經(jīng)驗和想象能力，無法將手術全貌與成員組交流。近20多年來，“數(shù)字醫(yī)學”概念的提出及在醫(yī)療領域的初步應用，信息科學目前在現(xiàn)代醫(yī)學方面嶄露頭角。在外科領域，“數(shù)字醫(yī)學”對外科手術產(chǎn)生了重要變革。通過現(xiàn)代計算機技術，建立解剖的人體結構模型、用于評估治療效果的模型、用于術式評估的人路模型、用于手術練習的現(xiàn)場模型等。在數(shù)字化技術的指導下，數(shù)字化醫(yī)學成像系統(tǒng)及計算機系統(tǒng)完成手術前的數(shù)字化規(guī)劃，使得手術更加精準及個體化。如何將數(shù)字化設計的術前規(guī)劃方案精準再現(xiàn)是一個難題，而3D打印技術在數(shù)字醫(yī)學輔助下可以在髖臼骨折手術術前規(guī)劃、精準實施手術之間搭起橋梁。然而，現(xiàn)有的數(shù)字化技術和3D打印技術在髖臼骨折的內固定治療中仍存在一些局限，有待進一步完善。筆者就3D打印數(shù)字化技術在髖臼骨折內固定治療中的應用進展作一綜述。

1 3D打印數(shù)字化技術與傳統(tǒng)手術的比較

1.1術前優(yōu)化設計

髖臼骨折的傳統(tǒng)手術方法是依據(jù)X線及CT橫斷面影像判斷髖臼骨折的移位情況，并進行骨折類型分類，選定合適內固定器械及相對應的手術入路，然后完成手術。而數(shù)字化技術及3D打印技術的出現(xiàn)，對髖臼骨折的治療起到劃時代的作用。3D打印技術又稱“快速成型技術”，是一種與傳統(tǒng)“減材制造”技術相反、在三維數(shù)字模型的基礎上采用逐層制造方式將材料堆積起來的新型“增材制造”技術。1986年，Chuck Hull發(fā)明了光固化立體印刷技術（SLA），并產(chǎn)生第一臺3D打印機，1989年Deckard發(fā)明選擇性激光燒結技術（SLS），1992年Crump發(fā)明熔融沉積成型技術（FDM），1993年Sachs發(fā)明了3D噴印技術（3DP）等，3D打印在醫(yī)學中最先應用于牙科及頜面外科，近年來在骨科中的應用也日益得到重視。Wu等用3D打印技術制作了2例髖臼、1例跟骨和1例股骨內髁（Hoffa骨折）復雜骨折的骨骼模型，在模型上模擬手術，術前將鋼板預彎，并明確螺釘?shù)能壍篮统叽纾故中g時間縮短，且增加了手術操作的精確度，術后X線片及CT檢查顯示骨折復位良好。Dai等采用3D打印技術為10例嚴重骨盆損傷需行半骨盆切除置換術的患者制備了骨盆模型，數(shù)字化設計手術方案，確定切除范圍，設計并植入個體化假體，術中操作順利，假體匹配良好，術后X線片示假置良好。Chen等利用該技術進行人工髖關節(jié)置換術，使手術時間明顯縮短。Hurson等將3D技術應用于20例髖臼骨折患者，認為該技術可使醫(yī)生對骨折類型更加清晰，有利于培訓年輕醫(yī)生。曾參軍等將3D打印髖臼骨折仿真模型，體外模擬手術可使手術更加精準、安全、完美。

傳統(tǒng)的手術設計對于復雜類型的髖臼骨折，CT提供的有限信息在手術設計方面作用有限，不能做出準確的方案。影像科提供的圖像局限于幾個截面的三維圖像，骨科醫(yī)生不能按照自己需要任意角度、方向觀察骨折情況，這影響了骨科醫(yī)生對骨折情況的全面了解和制定詳細的術前計劃。數(shù)字化設計則具有不可比擬的優(yōu)勢，診斷明確、通用性高，可重復和共享手術設計過程。術前運用Mimics軟件利用髖臼骨折CT數(shù)據(jù)三維重建骨盆、股骨近端三維模型，運用三維編輯分離單一骨折塊并去掉股骨頭，能更加清晰地顯示關節(jié)內的骨折塊以及其方向和移位情況。在Mimics 3D界面，還能對三維模型進行任意方向和角度觀察，從而能讓臨床醫(yī)生更加細致、全面地了解患者的骨折情況，為確定髖臼骨折的治療方案提供參考。

在內固定術前模擬演練手術操作步驟方面，數(shù)字化技術更有優(yōu)勢。通過虛擬復位對每個單一骨折塊進行移位以恢復其解剖結構，運用復位骨折模型可以對鋼板植入位置和植入螺釘方向和長度進行最優(yōu)化的設計，為體外模擬內固定植入提供參考。陳宣煌等提出利用多平面三維測量設計髖臼骨折內固定植入物，能夠精準定好重建鋼板植入位置。宋軍等應用三維重建技術虛擬模擬手術確定重建鋼板位置并測量螺釘方向，對手術有一定幫助。

1.2 3D打印數(shù)字化技術可簡化手術操作

3D打印骨折模型不僅能幫助醫(yī)生了解骨折復位前、后情況，而且利用模型術前精確預彎鋼板。在傳統(tǒng)手術中，折彎鋼板往往需要根據(jù)術中探查情況，決定鋼板的安放位置，再借助鋁板貼合骨面折彎出預彎雛形，然后依照鋁板折彎鋼板。這不僅在手術中消耗了大量時間，而且鋁板折彎精確度低，位置也存在不確定性。而數(shù)字化設計結合3D打印技g能在術前折彎好鋼板，提前折彎的鋼板位置唯一、精確度高，術中操作簡化，縮短了手術時間，減少術中軟組織的剝離。

利用數(shù)字化設計確定螺釘方向和長度并在3D實物模型上進行模擬手術，省去了在術中測量螺釘長度的時間。避免術中多次透視的煩瑣步驟，降低醫(yī)生和患者的射線照射量，同時也減少了手術時間。張國棟等提出的基于多平面三維測量應用于髖臼骨折數(shù)字化設計的方法，通過三維切割的方式實現(xiàn)虛擬骨折快速復位，并預設重建鋼板的植入位置，通過3D打印可以選擇重建鋼板進行預彎以適應復雜骨面。曾參軍等提出3D打印與腹腔鏡輔助的髖臼骨折手術可以顯著減少透視時間和透視量。

1.3建立手術導向模板

骨盆和髖臼骨折的影像導航手術已被很多骨科醫(yī)生所采用，但是導航系統(tǒng)耗材昂貴，且需要一定的技術，臨床推廣有一定難度。近年來，有學者將數(shù)字化三維重建技術、逆向工程技術和快速成形技術結合起來研究并設計出簡便的導航模板，輔助拉力螺釘置入，降低了手術風險，縮短了手術時間，為現(xiàn)代化骨科提供了新的輔助手段和治療理念。CT三維重建模型可以對手術區(qū)的結構進行數(shù)字化分析，在此基礎上應用逆向工程技術針對螺釘進釘通道設計出導航模板模型，并利用快速成形技術將導航模板模型生成實體。術中應用導航模板進行導航，為準確進釘提供了確實的位置和方向，不僅提高了準確性，而且使內固定操作變得更加快捷、簡便。陳鴻奮等將現(xiàn)代影像學、計算機三維重建、逆向工程技術及快速成形技術相結合，設計制作出髖臼后柱拉力螺釘進釘導航模板，實驗結果表明，根據(jù)該導航模板可以準確地輔助拉力螺釘?shù)闹萌恕Ｐ煊聫姷冗M行了髖臼后柱骨折順行拉力螺釘置釘導向器的研究，通過CT數(shù)字化技術對髖臼后柱骨折順行拉力螺釘進釘點和進釘方向的測量，為導向器的設計提供了解剖學基礎，有助于提高髖臼后柱骨折順行拉力螺釘置釘?shù)某晒β屎蜏蚀_性，降低手術風險和減輕手術損傷。佟礦等設計的骶髂關節(jié)骨折固定手術導向模板為骶髂關節(jié)拉力螺釘?shù)捻樌萌胩峁┝肆己玫膸椭?/p>

2 3D打印數(shù)字化技術在髖臼骨折治療中存在的問題

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【關鍵詞】引擎；動畫；渲染

中圖分類號：TP317 文獻標志碼：A 文章編號：1007-0125（2017）10-0122-01

在今天動畫已經(jīng)成為主流的藝術表達形式之一，孿生出許多風格迥異的表現(xiàn)手法。能夠兼顧商業(yè)大賣和文化輸出的好萊塢模式日漸成為主流。數(shù)字媒體技術的進步又不斷地鞏固著好萊塢動畫模式的地位。

針對傳統(tǒng)三維動畫電影的制作需投入大量人力財力和時間。數(shù)字引擎技術則進行了大量的優(yōu)化：一、建立了保存初級項目的開發(fā)預設從而減短了制作周期；二、精簡優(yōu)化了模型，提高了重復利用率；三、能夠建立動畫運動數(shù)據(jù)原型；四、無需耗費大量工作長時間渲染，實時渲染功能大量減少渲染時間。本文著重通過U3D引擎技術探索動畫電影的創(chuàng)作過程。

計算機圖形技術的成熟是數(shù)字動畫能夠發(fā)展迅速的主要原因。與之齊頭并進的是該成果在電子類游戲中的大量普及和推廣，優(yōu)秀的電子游戲不斷推動著數(shù)字動畫技術的革新。我們所接觸到的cg動畫大量是通過數(shù)字引擎來制作。

一、數(shù)字引擎與影視動畫的融合

數(shù)字引擎可以提供三維虛擬環(huán)境的視頻錄制應用，是一個實時演示過程，可以用動畫鏡頭語言來表達藝術家的想法和理念，類似于電影。中國的影視動畫技術雖然在進步，但引擎技術在動畫中的普及與歐美還相距甚遠，影視動畫在制作的過程中還是普遍采用傳統(tǒng)的制作流程。隨著這些年的不斷發(fā)展，許多人開始對這種更優(yōu)的制作方法有了深入了解。如近些年火爆的《守望先鋒》和《英雄聯(lián)盟》等，玩家更加注重的是游戲帶來的體驗，而無所謂制作者所用的技術方法。

二、數(shù)字引擎動畫的物理架構

數(shù)字引擎自有一套物理體系結構。前期的構架中應表明數(shù)據(jù)應該如何產(chǎn)生、模擬、計算、然后演算出一個結果，籃球會按照怎樣的弧線進籃、火車能跑多快等，我們生活中常見的現(xiàn)象就是物理系統(tǒng)所研究的范圍，保證觀看者所體驗的感覺像在真實世界中那樣運動，這樣特定的規(guī)律就是物體運動要遵循的規(guī)律。物理引擎能夠控制模型的運動，碰撞檢測是將物體在動畫中建立一個對象，因為事物的不同、原理的特征，來檢測數(shù)字引擎的工作理念和相互制約相互發(fā)展的原理，連續(xù)的碰撞系統(tǒng)檢測對物理性會有很大的影響。

數(shù)字引擎使動畫創(chuàng)作的過程更便捷、更有效率。在動畫的創(chuàng)作中數(shù)字動畫引擎提升效率主要在實時渲染和調節(jié)動作兩個方面。程序語言是引擎動畫實時渲染的實現(xiàn)媒介，運行中的工作指令由數(shù)字信號程序接口轉變?yōu)樾螤顖D形，“實時渲染”所呈現(xiàn)出的圖形折射到人的眼睛，實時的畫面渲染對鏡頭提供了很多的可能，不需要經(jīng)過漫長的渲染等待時間而直接把畫面中的顏色、空間、特效疊加成像，可實時改動，打破了固定機位的局限。但實時渲染所呈現(xiàn)出的畫面精度還有待進一步提高，隨著技術的不斷革新，新的程序或編碼都是可以實現(xiàn)的，呈現(xiàn)的視覺效果與人真實看到的景物也會越來越接近，正如《使命召喚》的實時渲染的宣傳片，那令人驚嘆的效果背后是一代新技術的崛起，接近真實的材質質感、光影變化，人物面部的細節(jié)處處展現(xiàn)在我們眼前，這一技術最繁雜的地方是如何向觀影人展示出最高的畫面質量，數(shù)字引擎的輸出即為關鍵。引擎技術可以理解為動畫得以運行的底架基礎，有了這個基礎框架就可以填充內容了，但這僅僅是一個平臺基礎，優(yōu)秀的影片始終是取決于優(yōu)質的內容。

隨著引擎技術的不斷發(fā)展，在短時間內普通人制作出動畫成為可能，與歐美相比我們在這一領域的研究有明顯的滯后，可參考的經(jīng)驗和和資料也多為舶來品，行業(yè)內還沒有形成標準化的生產(chǎn)流程，創(chuàng)作者按自己想法去摸索，導致后期工作量的陡增。引擎動畫承接了傳統(tǒng)動畫制作的理念，分為了設計、制作、合成。設計階段即為設計人物、道具場景，與傳統(tǒng)的設計概念并無不同；制作階段著重解決模型、camera攝像機和材質球；合成階段是執(zhí)行文件導出傳統(tǒng)視頻文件。

從開始的實驗性摸索到最后的成片過程中充斥著困難，但通過不斷地完備已有方案，尋找現(xiàn)階段引擎技術的優(yōu)勢和不足。就像面部的細微表情、動物身體的毛發(fā)等細節(jié)地方很難達到傳統(tǒng)動畫的自然隨意，但隨著數(shù)字技術的不斷革新，動畫與引擎的結合必將更加密切、完美，新的動畫引擎一定可以更加高效、快速、簡潔地模擬出真實的質感，更加逼真的視覺效果，從而為動畫人提供一個更加廣闊的平臺。

參考文獻：

[1]汪代明.引擎電影――電子游戲與電影的融合[J]電影藝術，2007（03）.

[2]John Haddon，Carsten Kolve，Roberto Hradec，et al.An open Source Framework For Visual Effects Software Development[EB/OL].http：///files/an open source frame-work for visual effects software development.pdf.

[3]吳帥.實時3D游戲引擎角色動畫組件的設計實現(xiàn)[D].北京大學，2014.

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【關鍵詞】 3D GIS技術 虛擬化校園系統(tǒng) 數(shù)字化

隨著社會不斷進步信息化、數(shù)字化開始融入到人們的生活二維的校園地理信息系統(tǒng)也逐漸開始轉變?yōu)槿S的校園地理信息系統(tǒng)3D GIS技術開始逐漸在校園中得到應用。而虛擬化校園的提出則始于上個世紀80年代Jaron Lanier 提出的“虛擬現(xiàn)實”（Virtual Reality）這一概念他認為利用計算機可以模擬出一個虛擬的世界可以讓用戶產(chǎn)生一種身臨其境的感覺[1]。因此隨著虛擬地理環(huán)境技術、數(shù)字庫等信息技術的不斷發(fā)展以此為基礎選擇Visual C++或者Map Objects作為技術的開發(fā)平臺建立起一個可視化的虛擬的平臺能有效夠幫助學校的相關人員進行校園的布局和管理工作的開展具有非常大的使用價值。為此本研究主要在分析虛擬數(shù)字校園系統(tǒng)功能的基礎上深入探究3D GIS技術對于虛擬化數(shù)字校園發(fā)展的影響旨在探究虛擬數(shù)字校園的技術實現(xiàn)為今后數(shù)字化校園的發(fā)展與建設提供參考和借鑒的資料。

一、虛擬校園系統(tǒng)的功能

1.1圖層管理

通過連接Arc GIS 中數(shù)據(jù)庫，在系統(tǒng)中的圖形模塊功能能夠實現(xiàn)加載或者卸載圖層，通過縮放或者平移能夠將校園內的建筑院，校道，甚至是花壇，水體都能夠具體反映出來，同時，該系統(tǒng)還能支持圖形的輸出。

1.2虛擬校園場景的驅動

虛擬校園場景的驅動是實現(xiàn)虛擬數(shù)字化校園的重要環(huán)節(jié)。在建設完成3D 模型后，只有將其放置在房在相應的漫游環(huán)境中，才能真正實現(xiàn)讓觀察者身臨其境的目標。

1.3屬性查詢

該系統(tǒng)對于校園內的建筑物，或者系統(tǒng)內的信息檢測，定位和查詢都能夠以快速、準確地的姿態(tài)進行。同樣，在對系統(tǒng)信息進行統(tǒng)計分析也是非常準確、快速的，使其能夠準確地提供相應的信息數(shù)據(jù)，有助于建筑物的管理和設計。同時，這種檢索和查詢是一種雙向的結構，用戶既可以根據(jù)圖形查看屬性，同時也可以根據(jù)屬性查看圖形。

二、虛擬校園技術實現(xiàn)

2.1建模

在建模的過程中，如果在3D MAX中利用布爾進行運算，那么物體則存在產(chǎn)生變化的可能性，甚至會出現(xiàn)計算錯誤的現(xiàn)象，進而影響到了正常的工作[2]。但是，此時如果選擇的是利用矩形―編輯樣條線―附加―擠出這種形式來進行運算，那么所得到的的效果將會大大優(yōu)于前者。

2.2 Arc Scene中模型信息缺失的解決

模型導入到Arc Scene時必須以3DS格式進行導入，在導入后，客戶通過系統(tǒng)進行觀察時可能存在出現(xiàn)部分損失的現(xiàn)象（例如無法顯示透明玻璃，以至于顯示窗體沒有玻璃）。此時，通過3D MAX復制或在陣列時通過選擇“復制”操作，就能夠將在Arc Scene中無法顯示的模型信息。但是，如果是通過選擇“實例”或者“參考”而得到的模型，那么就不能夠在Arc Scene中完全顯示出來。

2.3材質損失或其他損失的解決

在將模型導入到Art scene之后后，存在輪廓完整但紋理材質丟失的可能性，這對系統(tǒng)的效果也會有大大的影響。因此，為了解決這一問題，操作者可以將模型及其紋理貼圖通過同一路徑進行保存，這種方式在導入后雖然顏色、亮度等方面會出現(xiàn)一定程度的失真，但這種失真卻是可以通過3D Effects上的工具進行調節(jié)的，調節(jié)后將不會相應模型的效果[3]。

三、結語

在信息化、數(shù)字化的社會背景下信息數(shù)字化在實際的應用中得到了良好的發(fā)展。而在此背景下校園中使用3D GIS技術構建虛擬化校園系統(tǒng)不僅可以建立起一個有效的校園管理系統(tǒng)為學校的科學管理提供技術支持還能為師生的信息查詢提供便利。對學校的發(fā)展而言有著非常大的影響。而同時完善的數(shù)字校園信息系統(tǒng)不僅僅有效促進學校的發(fā)展在其他領域也能做出巨大的貢獻。因此在未來的發(fā)展過程中還需要不斷重視虛擬數(shù)字校園系統(tǒng)的建設促進虛擬數(shù)字校園的發(fā)展。

參 考 文 獻

[1]陳旭，何原榮，岳秋霞.基于MAPGISK9的三維虛擬校園系統(tǒng)設計[J].赤峰學院學報（自然科學版），2014，v.30；No.19612：17-19.

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關鍵詞：建筑結構；數(shù)字化建造；3D打印；拓撲優(yōu)化

縱觀建筑結構歷史的發(fā)展，變革往往來自背后的設計方法與建造工具，如透視法對文藝復興的影響，切石法對巴洛克的推動，軸側畫法對現(xiàn)代主義的作用，而現(xiàn)如今，隨著建造的操作主體經(jīng)歷手工、傳統(tǒng)機械、數(shù)控機械乃至3D打印機的轉化，建造的操作對象從傳統(tǒng)磚混材料向先進復合材料發(fā)展，同時結合由計算機技術孕育而生的參數(shù)化設計、算法化設計，毫無疑問地，建筑結構的數(shù)字化設計與建造時代已經(jīng)到來。

1 3D打印

作為建筑結構數(shù)字化建造中極其重要的組成部分，3D打印是以設計模型的三維數(shù)據(jù)為基礎，采用材料逐漸累加的方法生成三維實體的技術，因此又被稱為增材制造。作為第三次工業(yè)革命的重要標志，3D打印目前已廣泛應用于航空航天、汽車、醫(yī)療、珠寶、玩具等行業(yè)領域，對傳統(tǒng)社會生產(chǎn)造成巨大沖擊，成為公認的將改變人類未來的創(chuàng)造性技術。

與傳統(tǒng)的建筑結構建造方式相比，3D打印方式具有可實現(xiàn)高度復雜結構的自由生長成形、極大地減少施工工序、縮短施工周期、降低施工成本、環(huán)保節(jié)能等突出優(yōu)點，并且可以極大地拓寬建筑結構的設計空間，使建筑師更多的靈感與創(chuàng)意成為真實。

目前，輪廓工藝、D-Shape、自由形式建造是國際上建筑結構領域最被寄予厚望的三大3D打印技術。

美國南加州大學的Khoshnevis教授所提出的輪廓工藝研究項目已獲得美國宇航局NASA的資助，用于測試并評估采用輪廓工藝在月球上快速就地取材，批量建造住所、實驗室以及其它設施的可能性。Khoshnevis教授指出，在2050年左右，建筑結構的3D打印將會成為一種成熟的技術。

由意大利發(fā)明家Enrico Dini發(fā)明的D-Shape打印機使用的原料主要是砂與鎂基膠而非混凝土，建造出來的建筑結構質地類似于大理石，這種新型材料由于其堅固的微結晶結構而表現(xiàn)出良好的密實度和抗拉強度。

自由形式建造工藝是由英國拉夫堡大學創(chuàng)新和建筑研究中心提出的，并得到英國工程和自然科學研究委員會、福斯特建筑設計事務所等的資助與合作。

2014年，上海青浦張江工業(yè)園，我國的盈創(chuàng)建筑科技有限公司（以下簡稱盈創(chuàng)）采用自主研發(fā)的全球最大建筑3D打印機在24小時內打印了10棟房屋。2015年初，盈創(chuàng)又宣布打印出一棟15米高的六層住宅，以及作為上海浦東湯臣一品售樓處的1100平方米三層別墅。該別墅的建筑成本約100萬元人民幣，3D打印所用材料為回收的建筑垃圾、玻璃纖維以及高強混凝土。

2014年，奧雅納工程顧問（以下簡稱奧雅納）為荷蘭海牙的某項目設計張拉整體結構，但由于整個結構和電纜構成的網(wǎng)絡過于錯綜復雜，導致結構中處處存在著不規(guī)則連接與特殊結構角度，即1200個鋼節(jié)點各不相同。奧雅納的工程師們嘗試解放受傳統(tǒng)機械加工工藝束縛的設計思路，通過對鋼節(jié)點進行純力學意義上的優(yōu)化設計，得到相比傳統(tǒng)設計節(jié)省約75%材料的異形鋼節(jié)點，并利用選擇性激光燒結3D打印技術生產(chǎn)出了這些復雜的異形鋼節(jié)點。

2 拓撲優(yōu)化

正如奧雅納的工程師將3D打印技術與結構優(yōu)化結合起來從而充分享受到了自由設計的巨大優(yōu)勢，哈佛大學設計研究院的帕納約蒂斯教授也指出，數(shù)字化建造技術最重要的貢獻并不在于讓人類更易于建造復雜的建筑結構，而在于脫離建筑結構的拼裝體系、連接建構體系從而達到材料柔性分布體系。帕納約蒂斯教授認為，3D打印技術允許材料在空間中更加連續(xù)地復合在一起，同時建造出具有材料層級的結構，尤其是在多重材料打印技術的輔助下，將可以制造出各點材料屬性不一的結構。

帕納約蒂斯.米哈拉托斯教授基于連續(xù)體拓撲優(yōu)化等結構優(yōu)化方法，在參數(shù)化設計工具Grasshopper中開發(fā)出插件Millipede，允許建筑師在方案設計階段融入結構性能優(yōu)化的概念，使結構性能分析工具與建筑形態(tài)生成工具一體化。

作為數(shù)字化結構性能生形工具Millipede的算法原理之一，連續(xù)體拓撲優(yōu)化是過去二十多年里結構多學科優(yōu)化領域最熱門的研究方向。連續(xù)體拓撲優(yōu)化是指在指定的設計區(qū)域內，給定荷載與邊界條件，在一定的約束條件下，通過改變結構的拓撲形式或者說材料布局，使結構的某種性能指標達到最優(yōu)。目前最常見的連續(xù)體拓撲優(yōu)化方法有SIMP法、水平集法、ESO/BESO法等。連續(xù)體拓撲優(yōu)化方法在航空航天、汽車、機械等行業(yè)早已成為概念設計的有力工具，而對于采用3D打印技術建造的建筑結構，作為其數(shù)字化結構性能生形工具更是極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2004年，大森博司等在日本的芥川河畔辦公樓項目中使用擴展ESO算法對該樓的西、南、北三個立面進行拓撲優(yōu)化設計。2005年，磯崎新和佐佐木睦郎使用BESO算法對卡塔爾國際會議中心長達250m的入口進行拓撲優(yōu)化設計。謝億民等與澳大利亞BKK建筑事務所使用BESO算法對澳大利亞某城際高速公路凈跨72m的步行橋進行概念設計，同時還采用殼體單元優(yōu)化得到穿孔殼管設計，通過引入不同的周期性幾何約束調整出精彩各異的設計方案。2014年，Lauren等采用變密度法并考慮對稱約束與模式重復約束，實現(xiàn)超高層建筑的斜撐布局優(yōu)化。

3 結語

在建筑結構的數(shù)字化設計與建造時代中，人類將告別傳統(tǒng)的梁板柱構件拼裝體系，利用3D打印技術等數(shù)字化建造技術實現(xiàn)性能更優(yōu)更可控的材料柔性分布體系，使更多的靈感與創(chuàng)意成為真實。同時，以拓撲優(yōu)化方法為核心的建筑結構數(shù)字化設計工具將極大地拓寬建筑結構的設計空間，使結構性能化設計與建筑美學設計進一步融合。

參考文獻

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[2] 帕納約蒂斯?米哈拉托斯，閆超.柔度漸變在設計過程與教學中重新引入結構思考[J].時代建筑，2014（05）：26-33.

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關鍵詞:數(shù)字化測繪技術；建筑工程；測量

隨著城市化建設的推進，建筑工程得到了很大的發(fā)展機遇。建筑施工中，提高了測量技術的重視度，考慮到測量的需求，推行數(shù)字化測繪技術，保障測繪的合理性及科學性。數(shù)字化測繪技術，實踐性強，全面參與到建筑工程測量內，提供數(shù)字化的測繪服務。數(shù)字化測繪技術中，具備多樣化的技術內容，滿足了建筑工程測量上的基本需求。

1建筑工程測量中的數(shù)字化測繪技術分析

建筑工程測量內的數(shù)字化測繪技術，主要有信息化、數(shù)字化的特征，此項技術具備圖形處理的條件。數(shù)字化測繪技術的發(fā)展逐漸成熟，根據(jù)建筑工程測量的需求，配置好軟件及設備，規(guī)范好測量的信息，實現(xiàn)了數(shù)字化成圖。數(shù)字化測繪技術的一體化，完善了工程測量的環(huán)境，一來維護工程測量的精確性，二來提高測量的效率，避免建筑測量中出現(xiàn)誤差，更是體現(xiàn)數(shù)字化測繪技術的實踐性，確保建筑工程測量的合理性及科學性，預防測量問題。

2數(shù)字化測繪技術在建筑工程測量中的優(yōu)勢

2．1存儲簡單

建筑工程測量方面，數(shù)字化測繪技術，直接把測量結果，存儲到計算機系統(tǒng)內，不會改變測繪數(shù)據(jù)的信息性質，數(shù)字化的信息，其在存儲上，表現(xiàn)出了簡單的優(yōu)勢，節(jié)約了測量數(shù)據(jù)的存儲空間。

2．2精確度高

建筑工程測量對精確度的要求很高，數(shù)字化測繪技術，降低了人為參與量，由此預防了人為方面的誤差，保障工程測量的精確度［1］。誤差對工程測量的影響最大，數(shù)字化測繪技術，能夠消除工程中的誤差，利用信息化的手段，提升測量精度。

2．3測繪自動化

數(shù)字化測繪技術在建筑工程測量中，表現(xiàn)出了自動化的優(yōu)勢，測繪技術與軟件、計算機相互結合，實現(xiàn)了全方位的測繪自動化。測繪自動化優(yōu)勢，可以降低測量誤差的發(fā)生機率，獲取精確、準確的工程地圖。

3數(shù)字化測繪技術在建筑工程測量中的應用

結合建筑工程測量案例，分析數(shù)字化測繪技術的幾點應用，表明此類技術在測繪測量方面的作用。

3．1數(shù)據(jù)采集

建筑工程的復雜化、多樣化，增加了測量的難度。數(shù)字化測繪技術，應用到工程數(shù)據(jù)的采集方面，建筑測量內，涉及到大量的數(shù)據(jù)，采集時，通過數(shù)字化測繪技術，保障各項信息采集的準確性和真實性［2］。分析數(shù)字化測繪技術在采集方面的應用，如:(1)建筑主體結構的數(shù)據(jù)采集方面，通過數(shù)字化測繪技術，構建立體化的模型，通過模型，預測出建筑主體的信息并采集，方便后期各項數(shù)據(jù)的使用;(2)墻面結構的數(shù)據(jù)采集，數(shù)字化測繪技術，要對建筑的每個墻體，都實行測繪分析，包括墻體的承重數(shù)據(jù)，詳細記錄收集的數(shù)據(jù);(3)建筑的天花板方面，數(shù)字化測繪技術的采集，主要是測量吊板的數(shù)據(jù)，測繪出吊板的高度，深入研究吊板的信息，方便后期天花板的具體施工。

3．2地面測繪

建筑工程地面測繪的傳統(tǒng)方法，很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差，無法保障建筑的安全度，降低了測量的效率。為了提高地面測繪的準確性，引入數(shù)字化測繪技術，提供高效的測圖手段，構成大比例尺的地形圖［3］。數(shù)字化測繪技術在地面測量中，不會受到地面構筑物、地形等因素的影響，消除了地面測量內的誤差數(shù)據(jù)，還可以提供自動化的分析方法，確保地面測量的合理性。數(shù)字化測繪技術在地面數(shù)據(jù)測量中，其誤差控制在3cm以內，屬于地面測量中，最為有效的測繪技術方法。

3．3土質測繪

土質測繪，是指對建筑的原土，實行地質測繪。傳統(tǒng)測繪方法消耗的成本較多，以往建筑工程測量中，減少了土質測繪的工程量，導致地質測繪方面，失去了很多有用的數(shù)據(jù)。數(shù)字化測繪技術的應用，改善了原土測繪的環(huán)境，其不需要耗費過量的成本，配置數(shù)字化儀器、軟件、計算機系統(tǒng)等，構建土質測繪的體系。例如:數(shù)字化測繪在土質測量上，利用矢量化的掃描方法，完善測繪的過程，測繪技術上，考慮到土質測繪中的誤差，分析測繪的原圖，及時發(fā)現(xiàn)測繪原圖中的缺陷、誤差，采用數(shù)字化測繪技術，改進土質的測繪數(shù)據(jù)，標注到技術方案內，預防技術失控。

3．4定位測量

定位測量有利于維護建筑施工的準確性，數(shù)字化測繪技術參與了定位測量，確保后期建筑施工的順利進行。數(shù)字化測繪中的GPS技術，其在定位測量中，發(fā)揮著重要的作用。GPS技術能夠應用到復雜的環(huán)境中，不需要人為測量行為，在建筑工程測量內，提供全天24小時的定位測量，而且連續(xù)的測量出建筑工程的定位數(shù)據(jù)。GPS定位測量的準確度非常高，降低了定位信息的偏差。GPS技術能夠在靜態(tài)、動態(tài)的條件下，連續(xù)接收衛(wèi)星傳輸?shù)臏y量信息，體現(xiàn)了定位測量在效率、精度方面的優(yōu)勢。數(shù)字化測繪技術，準確的定位了建筑工程中的構筑物，能夠為建筑施工，提供可靠的定位數(shù)據(jù)，促使建筑工程在施工時，能夠把控好施工技術，避免引起定位上的缺陷。

3．5變形監(jiān)測

變形監(jiān)測關系到了建筑工程的安全性，有利于提升建筑的穩(wěn)定性水平。數(shù)字化測繪技術的變形監(jiān)測，直接把二維成像的信息，輸入到計算機系統(tǒng)內，全面分析建筑工程的變形數(shù)據(jù)［4］。數(shù)字化測繪技術得出了變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)，促使施工人員，能夠掌握建筑工程的變形信息，尤其是建筑基礎沉降、位置點的具體變化以及主體傾斜度，變形監(jiān)測在客觀的角度上，評估了建筑工程的變形狀態(tài)，充分了解了建筑工程的實際狀態(tài)。變形監(jiān)測滲透到建筑施工中，一旦發(fā)現(xiàn)了建筑變形問題，就要立即調整參數(shù)，防止建筑工程出現(xiàn)傾倒、裂縫的問題，維護建筑主體的安全性。數(shù)字化測繪技術下的變形監(jiān)測，可以全面應用到建筑項目上，而且計算機系統(tǒng)發(fā)展速度快，輔助提高了變形監(jiān)測的準確性和操作水平，施工人員掌握好變形監(jiān)測后，控制建筑工程的體系結構。

3．63D模型

3D模型是數(shù)字化測繪中最常用的軟件，利用3D模型，模擬建筑工程，明確建筑工程測量的實際情況，在3D模型中，獲取測繪的數(shù)據(jù)。數(shù)字化測繪技術中的3D模型，經(jīng)常采用CAD制圖軟件，測量人員根據(jù)工程的特征點，連接并構成建筑的基本軸線。CAD軟件內，在測繪的基礎上，靈活的修改建筑的軸線數(shù)據(jù)，同時補充相關的參數(shù)信息，保障特征點的準確性，規(guī)劃出建筑的主線條結構。3D模型軟件的使用，還要在數(shù)字化測繪技術中，實行細節(jié)性的設計和加工，以便構建出3D立體的建筑工程項目。數(shù)字化測繪技術利用3D模型，規(guī)劃了建筑工程的主體模型，對比建筑工程的現(xiàn)場，評估3D模型中的工程是否合理，利用數(shù)字化測繪，提高建筑工程測量的準確性。

4結束語

建筑工程測量技術，朝向信息化、自動化的方向發(fā)展。數(shù)字化測繪技術，是建筑工程測量中的必然產(chǎn)物，數(shù)字化測繪技術具有一定的優(yōu)勢，其根據(jù)建筑工程的測量實況，分配好數(shù)字化測繪技術的應用，確保數(shù)字化測繪技術，能夠準確的應用到建筑測量的各個環(huán)節(jié)內，充分體現(xiàn)出數(shù)字化測繪技術的實踐價值。

參考文獻

［1］韓劍，王旭．數(shù)字化測繪技術在建筑工程測量中的應用［J］．民營科技，2016(12):42．

［2］關朝旭．數(shù)字化測繪技術在建筑工程測量中的應用［J］．山東工業(yè)技術，2014(16):89．

［3］韋忠剛．數(shù)字化測繪技術在建筑工程測量中的應用探究［J］．山東工業(yè)技術，2016(08):103．

篇6

關鍵詞？演天津濱海新區(qū)；3D打印；政策建議

中圖分類號？演F407 ？眼文獻標識碼？演A ？眼文章編號？演1673-0461（2013）12-0068-05

一、引 言

2012年4月，英國《經(jīng)濟學人》雜志刊載封面文章《第三次工業(yè)革命》，將 3D 打印作為第三次工業(yè)革命的重要標志。同一時期，美國《時代》周刊將3D打印列為“美國十大增長最快的工業(yè)”。這一系列標志性事件，將3D打印技術推上前臺，引發(fā)了世人的廣泛關注。

二、3D打印技術概況及產(chǎn)業(yè)特點

（一）3D打印技術概況

3D打印技術是指通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術，綜合了數(shù)字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識，具有很高的科技含量。與切削等材料“去除法”不同，3D打印技術的主要流程是應用計算機軟件設計出立體的加工樣式，運用特定的成型設備，將粉末、液體、片狀等離散材料逐層堆積，“打印”出產(chǎn)品（如圖1所示）， 因此又稱為添加制造（AM，Additive Manufacturing）。

3D打印技術常在模具制造、工業(yè)設計等領域用于制造模型，現(xiàn)在正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用該技術打印而成的零部件。在汽車，航空航天、醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、工業(yè)設計、建筑、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程以及其他領域都有所應用。

（二）3D打印產(chǎn)業(yè)特點

雖然3D打印技術出現(xiàn)已有十幾年的歷史，但3D打印產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展階段的初期，業(yè)態(tài)尚不豐富，行業(yè)成熟度低，但未來的成長性非常好，從整個產(chǎn)業(yè)來看具有以下兩個特點。

產(chǎn)業(yè)鏈長，輻射帶動效應顯著。3D打印產(chǎn)業(yè)涉及材料技術、信息技術、裝備制造、生產(chǎn)業(yè)等諸多領域。僅耗材一項，就包括7個大類30余種工藝設備、幾百種打印材料。產(chǎn)業(yè)應用輻射面極廣，是制造業(yè)與服務業(yè)融合的典型產(chǎn)業(yè)，能夠催生大批新興產(chǎn)業(yè)。無論是從技術還是應用角度來看，3D打印相關技術及設備都屬于機械工程、自動控制、激光、計算機、新材料等多個領域的交叉融合。從產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，3D打印技術領域與上下游相關行業(yè)領域關聯(lián)十分緊密，帶動作用很強。

科技含量高，帶動制造業(yè)數(shù)字化變革。3D打印技術的應用大大縮短了新產(chǎn)品研制周期，能夠迅速提升復雜零件的制造能力，使復雜模型的簡單直接制造成為可能。3D打印技術顯著提高了新產(chǎn)品投產(chǎn)的成功率，大大降低了新產(chǎn)品的研發(fā)成本。目前，一個預測觀點在產(chǎn)業(yè)界廣為流傳，觀點認為：未來的制造業(yè)，人力、資金、設備等生產(chǎn)要素大規(guī)模集中化的工廠式生產(chǎn)方式將被摒棄，替代的將是更加靈活、所需要投入更少的3D打印生產(chǎn)方式。英國《經(jīng)濟學人》雜志將這種趨勢稱之為“社會化制造”，認為它將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動實現(xiàn)第三次工業(yè)革命”。

三、3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

（一）國外3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

當前，全球正興起新一輪數(shù)字化制造浪潮。發(fā)達國家為解決其制造業(yè)競爭力下降的難題，倡導“再工業(yè)化、再制造化”戰(zhàn)略，提出智能機器人、人工智能、3D 打印技術是實現(xiàn)數(shù)字化制造的關鍵技術，希望通過這三項數(shù)字化制造技術的突破，鞏固和提升其制造業(yè)主導權。3D打印技術隨著工藝、材料與裝備的逐漸成熟，引起了世界范圍的廣泛重視。美國是全球3D打印技術和應用的領導者。2012年3月，美國在“全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡”計劃中對3D打印產(chǎn)業(yè)作出重點部署。據(jù)美國權威3D打印行業(yè)咨詢機構Wohlers提供的數(shù)據(jù)，截至2011年底，全球3D打印機累計裝機臺數(shù)超過5萬臺，其中美國累計裝機臺數(shù)約占全球總量的50%，美國制造商所占全球市場份額超過70%。美國3D打印服務提供商Shapeways表示，他們已經(jīng)“打印”了75萬種產(chǎn)品，材料已經(jīng)涵蓋塑料、不銹鋼、銀、陶瓷和玻璃等。

除美國外，其他國家也在不斷加強3D打印技術的研發(fā)及應用。澳大利亞在2013年制定了金屬3D打印技術路線；南非正在扶持基于激光的大型3D打印機器的開發(fā)；日本著力推動3D打印技術的推廣應用。表1為2011年各國和地區(qū)3D打印技術應用的市場份額。

（二）我國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國3D打印技術研究起步較早，20世紀90年代初就開始對快速成形技術及設備進行研發(fā)，初具產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎。已有西安交通大學、華中科技大學、清華大學、北京航空航天大學等多家研究單位自主開發(fā)了成形設備并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，擁有自主知識產(chǎn)權。其中，部分便攜式桌面3D打印機已具備國際競爭力，進入了歐美市場。我國是繼美國、日本、德國之后第四個擁有3D打印設備的國家。但總體看來，國內缺乏能夠制造工業(yè)級3D打印機的企業(yè)；一些核心部件，如激光器、光路系統(tǒng)等仍依賴國外技術；打印材料單一，與國外材料的品種和性能等方面有差距；缺少原創(chuàng)性的3D打印新技術及裝備；應用寬度和深度不夠，與量大面廣的產(chǎn)品制造進程相比，還不具備價格優(yōu)勢。

2012年10月，亞洲制造業(yè)協(xié)會聯(lián)合華中科技大學、北京航空航天大學、清華大學等權威科研機構和3D行業(yè)領先企業(yè)成立了中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。鑒于3D打印技術的戰(zhàn)略意義，工信部、科技部也正在組織專家對我國3D打印技術的發(fā)展開展專項研究，制定規(guī)劃，在全國進行重點布局。

國內部分地區(qū)正積極繪制3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展藍圖。2013年3月，江蘇省《江蘇省三維打印技術發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化推進方案（2013-2015年）》，并組建三維打印產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新聯(lián)盟，推進3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展。南京市與中國3D產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟簽署中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)總部基地和中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心合作協(xié)議，建設3D打印應用中心、示范中心以及科普、教育、培訓、加工等中心。武漢市搶先成立了“中國首個3D打印工業(yè)園”。東莞市將3D打印作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)寫入了2013年的《政府工作報告》。此外，成都、重慶、長沙、青島等地正在建設或籌建3D打印產(chǎn)業(yè)園。

（三）3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

雖然3D 打印等數(shù)字化制造的核心技術仍處在發(fā)展的初級階段，產(chǎn)業(yè)還不成熟，但在產(chǎn)品設計、復雜和特殊產(chǎn)品生產(chǎn)、個性化服務等方面已顯示其獨特優(yōu)勢，產(chǎn)業(yè)鏈已初具出行，整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其發(fā)展趨勢具有以下兩個特點。

市場前景廣闊，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?D打印技術以操作簡單、成形精準、高效低耗等特點著稱，擁有廣泛的市場前景。據(jù)美國消費者電子協(xié)會最新的年度報告顯示，隨著汽車、航空航天、工業(yè)和醫(yī)療保健等領域市場需求的增加，3D打印服務的社會需求量將逐年增長，到2017年有望增長至50億美元。近20年來，3D打印產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模正以每年超過17%的速率遞增（如圖2所示），沃勒斯（Wohlers）最新報告顯示，2012年3D打印全球市場規(guī)模為22億美元，同比增長了29%；其中3D打印機的銷售量同比上升了25%，其中有38%產(chǎn)自美國，8.5%來自中國。

產(chǎn)業(yè)集中度不斷提升，壟斷形勢正在形成。美國上市公司3D Systems和Stratasys，Z Corpration公司、Solidscape公司以及德國的EOS公司、以色列 OBJET Geometries等公司，是目前全球3D打印產(chǎn)業(yè)的領軍企業(yè)。近幾年，3D打印設備制造企業(yè)正在一輪洗牌。美國Stratasys公司收購了OBJECT Geometries公司；3D Systems公司在2012年初收購了Z Corporation 公司和Vidar Systems公司。目前，Stratasys公司和3D Systems公司成為行業(yè)內兩大巨頭，Stratasys公司2011年擁有41.5%的市場份額。表2為國際最主要的5個3D打印企業(yè)或研發(fā)團隊以及它們的技術優(yōu)勢。

四、天津濱海新區(qū)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎

天津濱海新區(qū)是新世紀我國改革開放的最前沿，近年來憑借區(qū)位、政策優(yōu)勢，發(fā)展勢頭迅猛，濱海新區(qū)具備發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)的良好基礎：

一是具有相應的研發(fā)基礎。天津市擁有“天津快速成形技術工程中心”和“天津市激光技術工程中心”等快速成形技術研發(fā)單位。其中天津快速成形技術工程中心是國內最早開始此項業(yè)務的科研單位之一，在激光快速成形、快速制模、快速鑄造、快速測量、液壓及光機電產(chǎn)品開發(fā)、內燃機工作過程仿真、強度和流場計算、光彈應力分析、CAD/CFD /CAE/ CAM技術集成及產(chǎn)品優(yōu)化設計等方面擁有較強研發(fā)實力。同時河北區(qū)的快速模具創(chuàng)新研發(fā)基地、塘沽海洋高新區(qū)濱海國際工業(yè)設計園等產(chǎn)業(yè)園區(qū)等也提出聚集一批3D打印企業(yè)。

二是擁有一定市場規(guī)模。目前天津市電子信息、裝備制造、汽車、醫(yī)療器械、新能源、模具等行業(yè)對3D打印技術有一定的認知。全市已有超過200家企業(yè)應用了3D打印技術。濱海新區(qū)在3D打印技術應用方面的企業(yè)，主要有霍尼韋爾、富士通、亞安科技、新巨升電子等企業(yè)。在3D打印技術研發(fā)方面的企業(yè)，有濱海高新區(qū)天津微深科技公司、天津濱海雷克斯激光等企業(yè)。

三是具備產(chǎn)業(yè)鏈向下延伸優(yōu)勢。隨著技術的不斷發(fā)展，3D打印已經(jīng)逐步應用于制造業(yè)的各個領域。從近十年3D打印設備下游應用行業(yè)分布來看，個人消費品（以電子行業(yè)為主）和交通運輸設備占據(jù)主要份額；同時，醫(yī)療方面的占比在持續(xù)提升。而3D打印設備在航空航天領域的應用也穩(wěn)中有升。而上述幾類產(chǎn)業(yè)正是濱海新區(qū)大力推進的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，3D打印技術服務相關產(chǎn)業(yè)在新區(qū)發(fā)展，擁有廣闊的潛在目標客戶群，前景十分看好。

五、天津濱海新區(qū)發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)的政策建議

根據(jù)3D打印產(chǎn)業(yè)的特點和未來發(fā)展趨勢，結合濱海新區(qū)的實際情況，濱海新區(qū)推進3D打印技術及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要從以下幾個方面入手：

一是做好3D打印技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的頂層設計。通過深入調研區(qū)域內醫(yī)療行業(yè)、食品業(yè)、汽車制造業(yè)、航空航天制造業(yè)等相關行業(yè)未來對3D打印應用的市場需求，明確濱海新區(qū)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路，找出突破口，制定3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，編制濱海新區(qū)3D打印技術發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化推進方案，制定新區(qū)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖。

二是加強技術攻關，促進產(chǎn)業(yè)化。設立3D打印技術攻關和產(chǎn)業(yè)化專項，開展相關軟件、工藝、材料、裝備、應用、標準及產(chǎn)業(yè)化的系統(tǒng)性攻關。推進建設3D打印技術與其他先進制造技術融合的新型數(shù)字化制造體系。重點圍繞3D打印工藝優(yōu)化和制件性能提升技術、高效打印制造技術、精度控制技術、符合材料零件制造技術、智能制造技術、超限制造技術、生物組織打印制造技術等技術領域，加大項目資助力度。設立3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資基金，探索稅收優(yōu)惠政策。

三是建設高水平研發(fā)轉化平臺。為促進3D打印技術產(chǎn)業(yè)化，中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟擬選擇10個工業(yè)城市集中建設3D打印技術產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，投資2 000萬元，地方政府按照1∶1配套扶持。濱海新區(qū)應抓住這個機會，積極爭取創(chuàng)新中心落戶，借力亞洲制造業(yè)協(xié)會和中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，推動新區(qū)3D打印盡快走上產(chǎn)業(yè)化道路。同時，吸引清華、華中科技、西安交大、北航等研發(fā)機構在新區(qū)設立研發(fā)基地、檢測試驗平臺，開展科研成果轉化，率先布局3D打印技術及服務聚集區(qū)。

四是組建3D打印產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新聯(lián)盟。依托天津市快速成型技術工程中心、天津市激光技術工程中心、天津大學、天津工業(yè)大學、天津職業(yè)技術師范大學、天津濱海雷克斯激光、天津微深科技公司等高校、企業(yè)，并邀請清華、北航、西安交大、華中科大、江蘇紫金電子、杭州先臨三維科技等3D打印技術研究和應用的領軍者，組建濱海新區(qū)3D打印產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新聯(lián)盟。依托聯(lián)盟，策劃舉辦國家級3D打印高峰論壇，3D打印產(chǎn)業(yè)年度發(fā)展報告，舉辦產(chǎn)學研合作洽談會、研發(fā)成果信息會、企業(yè)需求對接會等，推動3D打印技術產(chǎn)業(yè)化。

五是培育3D打印產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)。目前，濱海新區(qū)在3D打印方面關鍵裝備研發(fā)制造能力不足是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。因此，需要充分發(fā)揮濱海新區(qū)科技創(chuàng)新資源聚集優(yōu)勢，通過開展3D打印技術專題招商引智活動，吸引海外3D Systems、Stratasys、Solidscape、Shapeways、EOS等跨國公司，以及國內南京紫金立德、湖南華曙高科、杭州先臨三維、深圳光韻達、北京隆源、上海聯(lián)泰、無錫飛而康等企業(yè)，彌補新區(qū)在3D打印設備研發(fā)制造能力的不足。

六是進一步發(fā)揮試點示范的帶動作用。建設3D打印技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)示范基地，推動3D打印技術應用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。重點在航空航天、汽車制造、醫(yī)療器械等領域分步驟、分層次開展示范應用，形成通用性、標準化、自主知識產(chǎn)權的應用平臺，在示范過程中制定相關行業(yè)標準，加快推進濱海新區(qū)3D打印技術、產(chǎn)業(yè)與應用協(xié)同發(fā)展，探索和積累3D打印機的運營和管理經(jīng)驗。

七是促進 3D 打印技術的社會化推廣。從區(qū)域層面出發(fā)，營造良好的3D打印技術相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展氛圍。強化3D打印方面的教育培訓，將 3D 打印相關技術納入相應學科建設體系，加快培養(yǎng) 3D 打印技術相關人才。依靠相關行業(yè)協(xié)會、博覽會、論壇等組織形式來進行 3D 打印技術和應用的培訓，并宣傳、推廣3D 打印技術，使更多的人能夠接觸3D打印技術，產(chǎn)生興趣，并逐步接受和使用相關技術。在科技館、文化藝術中心、青少年活動中心等公共機構進行 3D 打印技術的展示、宣傳和推廣。發(fā)展 3D 打印服務機構，推廣 3D 打印技術應用，為發(fā)展 3D 打印產(chǎn)業(yè)積累應用經(jīng)驗。

六、結 語

近來，全球正在興起新一輪數(shù)字化智能化制造浪潮。發(fā)達國家為解決制造業(yè)競爭力下降難題，大力倡導“再工業(yè)化、再制造化”戰(zhàn)略，提出智能機器人、人工智能、3D 打印技術是實現(xiàn)數(shù)字化制造的關鍵技術，并希望通過這三大數(shù)字化制造技術的突破，鞏固和提升其在制造業(yè)的主導權。雖然以3D 打印技術為首的數(shù)字化制造核心技術仍處在發(fā)展的初級階段，產(chǎn)業(yè)還不成熟，但在產(chǎn)品設計、復雜和特殊產(chǎn)品生產(chǎn)、個性化服務等方面已顯示出獨特優(yōu)勢。所以，我們應充分認識智能制造、數(shù)字化制造對我國的深刻影響，在區(qū)域發(fā)展尤其是轉變經(jīng)濟發(fā)展方式中，跟緊全球技術前沿，抓住這一制造業(yè)加快發(fā)展的機遇，深入研究以 3D 打印技術相關產(chǎn)業(yè)為代表的新型數(shù)字化智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，融入數(shù)字化智能化制造業(yè)發(fā)展浪潮，從而加快推動我國由“工業(yè)大國”向“工業(yè)強國”轉變。

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A Policy Research on the Regional Development of the 3D Printing Industry

——A Case Study of Tianjin Binhai New Area

Yang Zhao

（Binhai Research Institute in Tianjin，Tianjin 300456，China）

篇7

關鍵詞：非物質文化遺產(chǎn)；數(shù)字化保護；云計算；大數(shù)據(jù)；移動媒體

在全球化、城市化飛速推進的今天，非物質文化遺產(chǎn)這一民族文化基因受到了各國的高度重視。我國幅員遼闊、歷史悠長、民族眾多，孕育了豐富的文化藝術資源。由于非物質文化遺產(chǎn)其本身所具有的活態(tài)性、生態(tài)性、傳承性、漸變性等特征，無法形成統(tǒng)一的理想保護模型，保護難度較大。隨著信息化技術的不斷進步，利用現(xiàn)代信息技術對非物質文化遺產(chǎn)進行采集、保存、展示、傳播和開發(fā)利用，已成為非物質文化遺產(chǎn)保護工作中的普遍共識。

1 加快建立數(shù)字化保護數(shù)據(jù)標準規(guī)范

目前，我國現(xiàn)已完成《術語和圖符》《數(shù)字資源信息分類與編碼》《數(shù)字資源核心元數(shù)據(jù)》等3個基礎標準草案，和《普查信息數(shù)字化采集》《采集方案編寫規(guī)范》《數(shù)字資源采集實施規(guī)范》《數(shù)字資源著錄規(guī)則》等4個業(yè)務標準草案，但仍有大量業(yè)務標準規(guī)范亟待研究制定。一個完整的非物質文化遺產(chǎn)數(shù)字資源描述元數(shù)據(jù)標準，應包括完整描述非物質文化遺產(chǎn)數(shù)字資源具體對象所需的元素項的集合，以及各元素及修飾詞項的語義定義、著錄規(guī)則和計算機應用時的語法規(guī)定等。

大數(shù)據(jù)的技術特點可以歸納為4個“V”――Volume（數(shù)據(jù)體量大）、Variety（數(shù)據(jù)類型繁多）、Velocity（處理速度快）、Value（價值密度低）。大數(shù)據(jù)的處理流程為采集數(shù)據(jù)信息、利用分布式技術對海量數(shù)據(jù)進行查詢分類、挖掘數(shù)據(jù)來滿足數(shù)據(jù)分析需求。通過大數(shù)據(jù)的處理，可以輕松獲取想要的各類統(tǒng)計分析報表，從而有的放矢。在非物質文化遺產(chǎn)保護中，我們應利用大數(shù)據(jù)的技術特點和運行原理，在學習借鑒國內外元數(shù)據(jù)標準和數(shù)字圖書館建設的最新標準和規(guī)范等研究成果基礎上，建立科學規(guī)范的非物質文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護數(shù)據(jù)標準規(guī)范。從而使我國各級非物質文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護有依可循，從而提高非物質文化遺產(chǎn)保護工作的針對性和有效性。

2 協(xié)同搭建統(tǒng)一的非物質文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫云平臺

當前，各地已建立的非物質文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫各自為政，內容參差不齊、手段單一、信息單薄、數(shù)據(jù)無法互通共享等問題比比皆是，急需建立統(tǒng)一的非物質文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫平臺。考慮到硬件系統(tǒng)功能、設備維護升級、數(shù)據(jù)吞吐、網(wǎng)絡帶寬、流處理、存儲容量、數(shù)據(jù)安全、管理員技術水平等問題，日益成熟的云計算是目前較為良好的解決方案。

云計算包含基礎設施，即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）、軟件即服務（SaaS），綜合運用編程模式、海量數(shù)據(jù)分布存儲技術、海量數(shù)據(jù)管理技術、虛擬化技術、云計算平臺管理技術等技術模式，具有超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、通用性、高可擴展性、價格低廉等特點。截至2014年6月，阿里云服務的客戶數(shù)超過140萬，12306網(wǎng)站75%的余票查詢系統(tǒng)遷移至阿里云計算平臺，云計算的應用前景十分廣闊。

因此，我們可以在處理好非物質文化遺產(chǎn)知識產(chǎn)權的基礎上，將全國統(tǒng)一的非物質文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫平臺架設在優(yōu)秀的企業(yè)云計算平臺中。并根據(jù)不同用途和需求，進一步完善開放模塊、科研模塊、大數(shù)據(jù)分析模塊、賬戶模塊、數(shù)據(jù)收集模塊、信息交流模塊等數(shù)據(jù)庫模塊。加強非物質文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護工作的協(xié)同性。

3 充分發(fā)揮新興技術在數(shù)據(jù)采集中的重要作用

非物質文化遺產(chǎn)項目的存在空間、展示博物館等物理空間的真實展示，一直是非物質文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護中的難點，當前熱門的街景技術可以有效解決這一問題。街景技術是由街景車進行環(huán)境拍攝，然后把360度實景照片進行合成，進而進行虛擬展示的新興技術。其在文化保護宣傳方面已有涉及，如介紹北京文化遺產(chǎn)的App應用“北京文化遺產(chǎn)”，可以足不出戶360度查看北京市各個文化遺產(chǎn)的建筑風貌、周邊環(huán)境等。將街景技術引入到非物質文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護中，將極大地提高了工作效率，降低保護成本，加快保護進度。

其次，隨著3D影視技術的興起與成熟，3D顯示設備的崛起與推廣，將3D技術運用到非物質文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護中已越來越具有可操作性。例如，通過動作捕捉和三維建模技術，全方位展示某一非物質文化遺產(chǎn)項目中的動作要領；通過3D攝像機拍攝某一非物質文化遺產(chǎn)項目的節(jié)日慶典，讓觀者有一種置身于慶典的真實感；通過制作某一代表非物質文化遺產(chǎn)精神內涵的3D電影，宣傳中國優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化。通過3D技術對非物質文化遺產(chǎn)進行數(shù)字化保護，能讓民眾容身于非物質文化遺產(chǎn)的生存語境，提升感官認知，產(chǎn)生情感共鳴。

4 綜合運用移動媒體的宣傳開發(fā)功能

當下，利用移動媒體進行辦公、學習、娛樂、保健、消費等活動，已成為人們獲取信息、分享交流、消費購物的重要接口。因此，開發(fā)和建立形式多樣、內容豐富、功能各異的非物質文化遺產(chǎn)項目移動應用，對于非物質文化遺產(chǎn)的宣傳和保護意義重大。

利用移動媒體對非物質文化遺產(chǎn)進行宣傳、保護可以從多方面入手：最便捷有效的方式是開通公眾微信號，結合H5技術，各類非物質文化遺產(chǎn)相關的新聞、介紹、視頻等內容，發(fā)起各類投票、獎勵等活動，擴大其覆蓋面和影響力；利用已收集的非物質文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)開發(fā)移動App，形成分類清晰、內容豐富、手段多樣的宣傳展示體系，及時與更新內容信息，增加App的用戶黏度；開發(fā)針對某一非物質文化遺產(chǎn)項目的移動媒體游戲，用戶在游戲中學習相關的非物質文化遺產(chǎn)知識，提升對項目的熟識度。并通過增加電子商務模塊，讓用戶在了解非物質文化遺產(chǎn)項目內容的基礎上，購買相關產(chǎn)品，促進非物質文化遺產(chǎn)項目的生產(chǎn)性保護。

非物質文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護，是要在充分把握新興IT技術的基礎上，結合我國非物質文化遺產(chǎn)的發(fā)展現(xiàn)狀和現(xiàn)實問題，合理利用新思想、新手段、新技術，通過對非物質文化遺產(chǎn)的保護、宣傳、傳承和利用，實現(xiàn)資源的多元化應用。從而提高保護效率，加快保護進度，提升保護水平，加強保護效果，并使之成為傳統(tǒng)保護方式的主要補充和延續(xù)。未來，隨著IT形勢的不斷發(fā)展變化，越來越多的高新技術將不斷豐富和完善非物質文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護的手段和途徑，并使之走向更為科學、更富效益、更利傳承的發(fā)展道路。

參考文獻：

篇8

創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)必須與信息技術緊密結合。20世紀90年代初數(shù)字化教學開始在我國出現(xiàn)，隨著教育信息化的迅速發(fā)展，這一輔助教學手段越來越多地被應用于臨床教學中，且深受教師和學生的喜愛。相對于傳統(tǒng)教學的單一性，數(shù)字化教學具有處理技術數(shù)字化、處理方式多媒體化、信息傳輸網(wǎng)絡化、學習資源系列化、使用過程智能化、資源建設可操作化等特點。因此，數(shù)字化教學具有即時性、豐富性、交互性和可持續(xù)性，數(shù)字化教學與傳統(tǒng)教學模式的結合，使得學生的學習興趣得到激發(fā)，主觀能動性得以發(fā)揮，教學重點、難點得到突破，臨床思維、實踐能力亦得以培養(yǎng)，大大提高了教學質量和效果。

1.1構建婦產(chǎn)科學教學數(shù)字化素材

在婦產(chǎn)科學教學中，在板書、掛圖、標本、錄像、模型等傳統(tǒng)教學方式的基礎上，充分利用信息技術工具，包括多媒體、數(shù)字視頻、數(shù)字音頻、網(wǎng)站、Web3D、電子郵件等開展教學活動。目前，教學中應用最多的是多媒體課件，其可以通過圖表、文字、聲音、視頻等多媒體方式將抽象的內容表述清楚，解決了教學中難以表達的問題，幫助學生理解和記憶。但隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展壯大，學生接觸信息的多元化，上述多媒體課件即文本結合多媒體素材已越來越不能滿足現(xiàn)代教育發(fā)展的需要。隨著醫(yī)學的發(fā)展，臨床上已可以通過3D來實現(xiàn)對人體的檢查和手術，大大提高了醫(yī)療的直觀性和成功率。Web3D技術是Web技術與3D技術相結合的產(chǎn)物，其與多媒體技術充分結合可以制作3D多媒體課件，能極大地吸引學生的注意力，激發(fā)學生的學習熱情，提高學習效率，該技術必將成為今后網(wǎng)絡多媒體發(fā)展的主流。在婦產(chǎn)科學教學中女性生殖系統(tǒng)解剖內容枯燥且學生不易掌握，實習過程中難以掌握各種婦科腫瘤切除和盆腔淋巴結清掃術所涉及的盆腔解剖結構，采用美麗的醫(yī)學人體3D圖片、3D動畫、3D視頻和女性盆腔三維可視化模型讓學生更加直觀地了解了人體女性生殖系統(tǒng)的器官及血供來源和淋巴分布，配以腹腔鏡手術視頻和音頻講解，幫助學生掌握女性生殖器解剖和婦產(chǎn)科相關手術概念。應用Web3D技術讓學生觀看排卵、受精、胚胎著床和胚胎發(fā)育全過程，幫助學生了解人類生命的起源和發(fā)育過程。傳統(tǒng)教學中難點之一：正常分娩的分娩機制，內容抽象難懂，利用數(shù)字化模擬圖像動畫使課本上不連續(xù)的內容變得連續(xù)而且生動、形象，抽象、難懂的知識瞬間明了。作者收集了臨床婦產(chǎn)科常見病和多發(fā)病的病例資料，如子宮肌瘤、宮頸癌、前置胎盤、妊娠期高血壓疾病等，建立了病例資料庫，按照常規(guī)臨床診療路徑制作出數(shù)字化模擬數(shù)據(jù)庫，供學生使用。學生通過病史采集、體格檢查，然后選擇相關實驗室檢查，并根據(jù)結果判斷模擬患者的診斷，列出治療途徑。在宮腹腔鏡手術中利用宮腹腔鏡拍攝出女性生殖系統(tǒng)的全景錄像，采集成數(shù)字圖像，然后，利用軟件將這些圖像制作成一個個場景，供學生進行虛擬探索，使得學生對宮腹腔鏡常規(guī)手術操作及婦產(chǎn)科基本手術概念有了初步的了解。

1.2建立網(wǎng)絡互動教學模式

將上述婦產(chǎn)科學數(shù)字化素材上傳至重慶醫(yī)科大學網(wǎng)絡教學綜合平臺，包括理論課PPT（PowerPoint）、3D圖片、動畫、臨床問診錄像，以及體格檢查、常見婦產(chǎn)科基本操作、手術視頻等，利用網(wǎng)絡的交互性，網(wǎng)上進行課程作業(yè)的布置、答疑討論、在線測試、經(jīng)驗交流、資源共享等，在課余時間學生亦可通過網(wǎng)站預習或復習課堂知識，如有疑問可通過電子郵件或網(wǎng)上提問的形式與教師即時交流。通過網(wǎng)絡互動教學可實現(xiàn)師生交流，充分調動學生的主觀能動性，引導其積極、主動地學習婦產(chǎn)科學相關知識，鍛煉其臨床思維能力。同時，將“微信”這一當下最時髦的信息交流方式納入婦產(chǎn)科學教學中，歡迎學生關注重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院產(chǎn)科、婦科等微信平臺，通過多角度網(wǎng)絡教學學習婦產(chǎn)科學相關知識。這些交互式數(shù)字化教學資源和模式在婦產(chǎn)科學教學中的應用彌補了傳統(tǒng)教學的不足，使得婦產(chǎn)科學教學變得形象生動、易學易記，降低了授課難度，提高了學生的學習興趣，有利于學生對婦產(chǎn)科學專業(yè)知識的理解、記憶，明顯提高了教學效率，改善了教學質量。

2數(shù)字化教學資源應用于婦產(chǎn)科學教學的優(yōu)勢

數(shù)字化教學具有傳統(tǒng)教學模式無法比擬的特色：（1）數(shù)字化教學資源的多樣性；（2）在網(wǎng)絡環(huán)境中可以共享/獲取的共享性；（3）實時便捷性；（4）可擴展性和可延續(xù)性。數(shù)字化教學打破了傳統(tǒng)教學模式，使學生的主觀能動性得以充分發(fā)揮，間接地增加了課堂容量，教學效果大大提高。隨著近年來醫(yī)學模式的轉變和醫(yī)學院校招生規(guī)模的擴大，婦產(chǎn)科學教學面臨著前所未有的壓力，要求必須改變婦產(chǎn)科學教學模式。由于婦產(chǎn)科學的獨特性，使臨床教學資源匱乏，見習和實習過程中不可能讓每名學生均能進行盆腔相關檢查或操作，且患者隱私性要求高，過多的帶教容易引起醫(yī)患糾紛，因此，在傳統(tǒng)教學基礎上輔以數(shù)字化教學，通過數(shù)字化教學資源結合標準化患者及醫(yī)學模擬器材，利用仿真和互動的特性改變上述困境，使學生擁有一個具有真實感的訓練環(huán)境，有利于激發(fā)學生的學習積極性，鍛煉其實踐能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維能力，并可評估學生的臨床操作能力。

3數(shù)字化教學資源應用于婦產(chǎn)科教學的不足

在婦產(chǎn)科學教學活動中數(shù)字化教學有著傳統(tǒng)教學方式無可比擬的優(yōu)勢，同時，也存在一些不足之處，如可能導致對教材的忽略、教師主導地位的削弱、學生學習和思考空間被擠壓、評價系統(tǒng)尚不完善等。教學中的重點是教會學生如何理解、掌握、應用所學的知識，以期未來在臨床工作中能應用所學的知識進行疾病的診治。而在數(shù)字化教學中三維模型雖然有利于整體觀念的提升，但學生的注意力可能更多地集中在直觀的三維立體模型，而有可能不利于對疾病的全面、深入理解和掌握。雖然數(shù)字化3D教學擁有很多優(yōu)點，但其是虛擬的圖像、虛擬的模型和虛擬的場景，這些與真實的疾病、真實的臨床手術是存在差別的。而且婦產(chǎn)科學是一門實踐性很強的學科，盡管目前臨床實習和見習過程中存在很多困難，除利用客觀結構臨床能力考試和臨床模擬器材進行基本的技能訓練和考試外，仍需盡最大努力安排學生與患者接觸，讓學生采集病史，并親自動手檢查操作，這樣才能切實提高其臨床實際操作技能，鍛煉其臨床思維能力，故在婦產(chǎn)科學教學中不能只重視數(shù)字化教學，而忽視了傳統(tǒng)標本和見習、實習的作用，需要將傳統(tǒng)教學方式輔以數(shù)字化教學培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。數(shù)字化教學模式越來越多地應用對教師數(shù)字化教學的能力也提出了新的要求，要求教師具備使用和構建數(shù)字化教學資源的能力，且要及時更新教學信息、及時答疑解惑。且目前數(shù)字化教學尚缺乏良好的評價體系。下一步擬建立學生評價體系，以形成性評價為主、自評和互評相結合客觀評價學習效果、反饋學習信息。

4結語

篇9

關鍵詞：3D打印技術數(shù)字模型現(xiàn)狀發(fā)展趨勢

中圖分類號：TP391.73

1986年，美國科學家查克赫爾開發(fā)了第一臺商業(yè)3D印刷機，此為3D打印技術誕生的標志。但直到20世紀90年代才被關注，應用也主要局限在制造業(yè)、航空業(yè)等領域，那時叫“快速成型”技術。直到2010年11月，世界上的第一輛由3D打印機打印而成的汽車Urbee問世，3D打印才引起廣泛關注。目前全球已有不少公司推出了個人3D打印機，它已在日常生活中開始普及。傳統(tǒng)制造技術可謂是“減材制造技術”，而3D打印則是“增材制造技術”，它具有制造成本低、生產(chǎn)周期短等明顯優(yōu)勢。因此，3D打印技術將與其他數(shù)字化模式一起，推動第三次工業(yè)革命的進一步發(fā)展。

一、3D打印技術簡介

3D打印是快速成型技術的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。

3D打印通常是采用數(shù)字技術材料打印機來實現(xiàn)的。3D打印機是這一技術應用的核心設備。它與普通打印工作原理基本相同，打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層一層地疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。

目前，3D打印技術常在模具制造、工業(yè)設計等領域被用于制造模型，可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。它被逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術打印而成的零部件。該技術在珠寶制作、工業(yè)設計、藝術創(chuàng)作、航空航天和地理信息系統(tǒng)等領域都有所應用。除此以外，在醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、建筑設計、服裝設計等領域，這一技術的引入也為創(chuàng)新開拓了廣闊的空間。如2010年澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司合作，嘗試以活體細胞為“墨水”打印人體的組織和器官，是醫(yī)學領域具有重大意義的創(chuàng)新。

二、3D打印所需的關鍵技術

3D打印需要依托多個學科領域的尖端技術，至少包括以下幾個方面：

首先，在信息技術方面，要有先進的設計軟件及數(shù)字化工具，輔助設計人員制作出產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，并且根據(jù)模型自動識別出打印的幾道工序，以方便自動控制打印器材的走向。

其次，在精密機械方面，3D打印以“每層的疊加”為工作方式，因此，要生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品，必須對打印設備的精準程度、穩(wěn)定性有較高的要求，以確保疊加后的效果能符合人們的預期。

再次，在材料科學方面，用于3D打印的原材料比較特殊，要求必須能夠液態(tài)化、粉末化和絲化，在打印完成后又能重新結合起來，這一過程對于原材料具有合格的物理和化學性質方面提出了比較高的要求。

三、我國3D打印技術的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國積極探索3D打印技術的研發(fā)，初步取得成效。自20世紀90年代初以來，清華大學、西安交通大學、華中科技大學、北京航空航天大學等高校，在3D打印設備制造技術、3D打印材料技術、3D設計與成型軟件開發(fā)、3D打印工業(yè)應用研究等方面，開展了積極的探索，并取得了一些關鍵性的突破。其中，激光直接加工金屬技術發(fā)展較快，已基本滿足特種零部件的機械性能，有望率先應用于航天、航空設備制造；生物細胞3D打印技術取得顯著進展，已可以制造立體的模擬生物組織，為我國生物、醫(yī)學領域尖端科學研究提供了關鍵技術支撐。而高校在技術研發(fā)過程中，通過專利授予和技術入股等方式成立公司，加快了3D打印技術成果的產(chǎn)業(yè)化。目前，國內涌現(xiàn)出數(shù)十家3D打印制造設備與服務企業(yè)，已初步形成小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)市場。3D打印產(chǎn)業(yè)正成為投資熱點。不少原來從事數(shù)字化技術、材料技術、精密機械技術的企業(yè)紛紛考慮投資開發(fā)3D打印設備生產(chǎn)和服務。目前，中國已成為美國、日本、德國之后的3D打印設備擁有國。

當然，目前我國3D打印產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，存在一些影響3D打印產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的問題。首先是缺乏宏觀規(guī)劃和引導。3D打印技術涉及的各大領域，也屬于新能源新技術的研發(fā)行列中年，但在我國工業(yè)轉型升級、發(fā)展智能制造業(yè)、進入創(chuàng)新型國家的相關規(guī)劃中，對3D打印這一交叉學科的技術總體規(guī)劃與重視不夠。其次，企業(yè)對技術研發(fā)投入顯得不足。我國雖已有幾家企業(yè)能自主制造3D打印設備，但企業(yè)規(guī)模普遍較小，研發(fā)力量不足。在加工流程穩(wěn)定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術等諸多具體環(huán)節(jié)，存在缺陷，難以完全滿足制造的需求。

四、3D打印技術未來的發(fā)展趨勢

3D打印技術將淘汰傳統(tǒng)生產(chǎn)線，縮短制作周期，大大減少生產(chǎn)廢料，所需原材料用量即將減少到原來的三分之一甚至更少。這一技術在節(jié)約成本，提高制作精密度的基礎上，還彌補了傳統(tǒng)制造的諸多不足。它將在民用市場迅速推廣，開啟制造業(yè)的新的歷史開端，并同時為印刷工業(yè)帶來機遇。

隨著智能制造的進一步發(fā)展成熟，新的材料技術、控制技術和信息技術等不斷被廣泛應用在制造I領域，3D打印技術也將被推動式地發(fā)展。將來，3D打印技術的發(fā)展將體現(xiàn)出通用化、智能化和精密化等主要的趨勢。3D打印技術的速度和尺寸在不斷提高，其技術在不斷優(yōu)化，應用領域在不斷擴展，特別在圖形藝術領域，三維模型能夠更好地將制作者的想法意圖表達出來。一張圖可以勝于成百上千個文字的描述。專業(yè)人士堅信，個性化或定制化的3D打印可以將一個所想象的三維模型很快呈現(xiàn)在眼前，能夠以最快的速度對現(xiàn)有產(chǎn)品進行改進，增長的幅度將超出人們的想象。總之，3D打印技術將會極大地改變社會各種應用的未來！

參考文獻：

1.劉欣靈.3D打印機及其工作原理[J].網(wǎng)絡與信息，2012，（2）.

篇10

【關鍵字】制造業(yè)數(shù)字化，第三次工業(yè)革命，江蘇

一、第三次工業(yè)革命的新技術解讀

第三次工業(yè)革命的一個重要概念是“制造業(yè)數(shù)字化”。但“制造業(yè)數(shù)字化”不是一個全新的概念，在現(xiàn)今的大批量生產(chǎn)方式下就存在制造業(yè)數(shù)字化。一般來說，設計部門應用支持產(chǎn)品設計和工藝設計的各種圖形庫、數(shù)據(jù)庫和CAD軟件在電腦中產(chǎn)生數(shù)字化產(chǎn)品的圖樣、設計文件和工藝文件，完成產(chǎn)品開發(fā)過程的信息化，這就是產(chǎn)品設計的數(shù)字化。這一方式在現(xiàn)今的制造業(yè)中已經(jīng)被廣泛使用。而第三次工業(yè)革命角度下的“制造業(yè)數(shù)字化”與傳統(tǒng)所說的“制造業(yè)數(shù)字化”在產(chǎn)品設計數(shù)字化這一塊是相同的，它們的區(qū)別在于與產(chǎn)品設計的數(shù)字化結合的制造過程所用生產(chǎn)工具不同。為了顯示區(qū)別，本文把傳統(tǒng)模式下的“制造業(yè)數(shù)字化”稱為“制造業(yè)自動化”，第三次工業(yè)革命下的“制造業(yè)數(shù)字化”稱為“制造業(yè)數(shù)字化”。

（一）“制造業(yè)自動化”的生產(chǎn)工具。在現(xiàn)今的生產(chǎn)模式下，與產(chǎn)品設計的數(shù)字化結合的是精密數(shù)控裝備。具體來說，是將數(shù)字化設計產(chǎn)生的數(shù)字化模型從電腦里導入數(shù)控機床中，機床可以根據(jù)數(shù)字模型把一個復雜的產(chǎn)品按照程序從毛坯加工到成品。這一過程稱之為制造過程的數(shù)字化。這樣的制造業(yè)數(shù)字化仍是傳統(tǒng)模式的制造業(yè)生產(chǎn)方式。即需要先加工零部件再進行組裝。生產(chǎn)成本的降低建立在標準化批量生產(chǎn)的基礎上。 先進制造業(yè)跨國公司通過零部件的標準化、產(chǎn)品模塊化以及在全球構建價值網(wǎng)絡從而降低成本，獲得競爭優(yōu)勢。

（二）“制造業(yè)數(shù)字化”的生產(chǎn)工具。在第三次工業(yè)革命的視角下，與產(chǎn)品設計數(shù)字化結合的是快速成型技術。它不需要模具，也不需要切削打磨等一系列過程。而是通過使用粉末狀原料，逐層疊加塑形進行制造。這樣就大大降低原料用量，大幅降低生產(chǎn)成本。而且這種添加劑型制作流程對規(guī)模要求不高，無需生產(chǎn)線。特別適合個性化定制、小批量制作。 這會大大降低中小型企業(yè)和個人創(chuàng)業(yè)者的進入門檻，生產(chǎn)組織結構可以變得更靈活，更能適應需求的變化。這就帶來了一場新的產(chǎn)業(yè)革命，生產(chǎn)將從大規(guī)模生產(chǎn)線方式再次轉化為“家庭作坊式”的生產(chǎn)，從集中生產(chǎn)轉為分散生產(chǎn)，從標準化制造轉向個性化制造。由此帶來的結果是，市場競爭結構發(fā)生改變。

二、“制造業(yè)數(shù)字化”對江蘇的影響

（一）江蘇要素成本的比較優(yōu)勢可能被削弱。

長久以來，江蘇的經(jīng)濟發(fā)展主要依靠參與國際分工，加入全球價值鏈，以人力資源與環(huán)境的低價提供獲得比較優(yōu)勢來吸引外資。但第三次工業(yè)革命的快速成型技術使得小規(guī)模的分散式生產(chǎn)成為制造業(yè)發(fā)展方向。大規(guī)模生產(chǎn)的比較優(yōu)勢弱化，要素成本的比較優(yōu)勢也就弱化了。

（二）外資回流可能使江蘇省經(jīng)濟發(fā)展喪失部分資本動力。

對外資的引進與利用是江蘇省經(jīng)濟發(fā)展的一個重要動力。但隨著第三次工業(yè)革命的到來，直接從事生產(chǎn)的勞動力會不斷下降，勞動力成本占總成本的比例會越來越小，傳統(tǒng)的以廉價勞動力取勝的制造業(yè)將發(fā)生根本性變化。與此同時，發(fā)達國家擁有新型制造裝備技術和生產(chǎn)能力，重新獲得了在技術密集型和資本密集型方面的比較優(yōu)勢。曾經(jīng)為尋找低成本要素而從發(fā)達國家轉出的制造業(yè)有可能重新回流，制造業(yè)重心向發(fā)達國家偏移，外資會流向發(fā)達國家，參與發(fā)達國家的“再工業(yè)化”。

（三）大型企業(yè)將面臨更大的市場轉型壓力。

第三次工業(yè)革命解決了個性化定制的技術問題。這要求生產(chǎn)者要貼近消費市場，也使得工廠生產(chǎn)轉向個體生產(chǎn)，即創(chuàng)意設計者能夠從網(wǎng)絡上獲取產(chǎn)品設計的程序和模板，并借助快速成型設備，將創(chuàng)意瞬間轉化為個性化產(chǎn)品，使得創(chuàng)新者瞬間轉變?yōu)橹圃煺撸圃鞓I(yè)企業(yè)的主要業(yè)務將是研發(fā)、設計、IT、物流等，主要的環(huán)節(jié)不再是傳統(tǒng)的生產(chǎn)。生產(chǎn)者賣的既是服務，又是產(chǎn)品，分工生產(chǎn)轉向融合生產(chǎn)，制造業(yè)與服務業(yè)之間關系變得越來越密切，產(chǎn)業(yè)邊界漸趨模糊。大型企業(yè)一方面失去了規(guī)模優(yōu)勢，另一方面由于結構龐大，對市場反應的靈敏度也比不上小型新興企業(yè)，在未來的競爭中會處于不利地位。

三、江蘇產(chǎn)業(yè)升級對策

（一）加強研發(fā)、大力推進“制造業(yè)的數(shù)字化”。

新工業(yè)革命的核心是“數(shù)字化”制造，因此擁有新型制造裝備技術和生產(chǎn)能力至關重要。3D打印機現(xiàn)在的應用范圍還不廣，并沒有進入產(chǎn)業(yè)化階段。這是因為3D打印機技術還沒有完全成熟，只能在某些產(chǎn)業(yè)的某些領域內應用，傳統(tǒng)的制造模式目前還是主流。但毫無疑問，3D打印機代表了未來制造業(yè)方向，江蘇一定要把握這個先機，集中精力突破制造業(yè)“數(shù)字化”的關鍵技術，如3D打印機技術、新材料技術，促使制造業(yè)從傳統(tǒng)的自動化走向數(shù)字化。

（二）加強信息平臺建設。

個性化制造的要求生產(chǎn)者擁有對消費者的快速響應能力，實現(xiàn)生產(chǎn)與消費的無縫對接。因此，在制造業(yè)與服務業(yè)的邊界變的模糊，兩種產(chǎn)業(yè)開始融合的未來社會中，信息將扮演越來越重要的作用。江蘇應該以現(xiàn)代信息技術為引領，建立供各類市場主體和獲取各種信息的技術平臺，實現(xiàn)信息交流的暢通，適應第三次工業(yè)革命對市場供給與需求對接的更高要求。

（三）積極開展人才儲備。

第三次工業(yè)革命不僅要求先進制造技術及與其配套的研發(fā)人員能夠站在技術創(chuàng)新的前沿，而且對生產(chǎn)現(xiàn)場的工人提出了由簡單勞動向技能型勞動和知識型勞動提升的要求。江蘇應該適應未來制造業(yè)對人才的新要求，加快開展有利于前沿技術突破的科研體制改革、有利于知識型員工培養(yǎng)的教育體制改革。積極打造人才高地，引進高層次人才，培育適應第三次工業(yè)革命需要的人力資本優(yōu)勢。

參考文獻：