• 工业加工

    桥梁构建新范式 3D打印建造桥梁或成常态

    2019-01-16来源:3D帝国网

      从世界上目前最长的吊桥日本明石海峡大桥到以世界最长的公铁两用桥被载入《吉尼斯世界纪录大全》的南京长江大桥,从屡经兴废而依然名声不倒的伦敦塔桥到被誉为近代桥梁工程的一项奇迹的美国金门大桥,从香港世界最长的行车、铁路两用吊桥到新加坡极具科幻感的双螺旋桥,桥梁工程是现代交通体系的重要组成部分,也是极具科技创新和复杂工艺的土木工程。

      在现代科技和智能制造的影响下,桥梁与科技的结合日益紧密,与3D打印的跨界合作,将成为桥梁史上的重要里程碑。

      3D打印创新桥梁建造方式

      2019年1月,由清华大学(建筑学院)-中南置地数字建筑联合研究中心设计研发,与上海智慧湾投资管理有限公司共同建造的3D打印混凝土步行桥在上海落成。这座桥采用了三维实体建模,桥栏板形似飘带,与桥拱一起构筑出轻盈优雅的体态,横卧在上海智慧湾池塘上。桥面板上是珊瑚纹路,珊瑚纹之间的空隙填充细石子,形成园林式的路面。整体桥梁工程用了两台机器臂3D打印系统,共用450小时打印完成全部混凝土构件。桥体由桥拱结构、桥栏板、桥面板三部分组成,桥体结构分为44块,桥栏板分为68块,桥面板共64块,均通过打印制成。这些构件的打印材料均为聚乙烯纤维混凝土添加多种外加剂组成的复合材料,具有可控的流变性,可满足打印需求,造价只有普通桥梁造价的三分之二。研发团队表示对这座桥进行了1:4缩尺实材桥梁破坏试验,其强度可满足“站满行人”的荷载要求。

      同样是在上海,还有另外一座位于普陀区桃浦智创城的3D打印桥梁。这座“树脂桥”为国内首个将正式投入实际应用的景观桥梁。该桥位于普陀区桃浦中央绿地近武威路一侧,建成后将用于桃浦中央绿地内一座小岛与沿岸的连接通道。这坐桥梁以树脂为材料,通体采用3D打印技术制造而成,全长约15米。目前虽然桥已完成整体打印,但是接下来将进行桥体各项性能指标和安全性能监测,预计2019年上半年完成现场吊装,并与市民见面。

      而在国外,3D打印在桥梁工程上的巧妙应用同样让人大开眼界。

      荷兰一家名BAM的公司,自己开发出了一套特有的钢筋和混凝土同时打印的技术,这种技术可以在混凝土铺设的时候,就可以直接把钢筋加入。他们根据这一技术,建造了一座让钢筋混凝土充分融合的3D打印桥梁,并且通过了无数次的测试,还有两吨的重量测试。而经过测试全部得出,这个桥梁是非常安全可靠的。

      由西班牙加泰罗尼亚高等建筑研究院设计,西班牙建筑商安迅能公司实施建造的阿尔科文达斯桥长12m,宽1.75m,由8个通过3D打印技术预制的微型钢筋混凝土节段拼装而成。该桥设计中使用的3D自动打印机重约15吨,长、宽、深均为2米。2 分钟可以打印出5 毫米,相当于每个工作班次可以打印出2米,1天可以打印出1个节段。1个节段打印好之后,进行表面处理,剔除周围的毛边。因此,打印和处理1个节段需要耗时2天,2周多时间可以打印完所有8个节段。将8个节段组拼完成后,采用平板汽车整体运输至现场,借助2台汽车吊进行整体吊装。由于在建造过程中原材料的可回收性,以及3D打印整体的可持续性,该桥梁的建造无需花费过多资金。通常混凝土结构所需要的材料和能源,以及产生的废料的数量已经在3D打印技术的帮助下大大减少。

      3D打印提高生产效率 优化桥梁结构

      在采用3D打印建造桥梁的过程中,其较为显著的优点是可缩短桥梁建造周期,并提高建筑材料的利用率。对于建造复杂程度较高的桥梁而言,采用3D打印可以更好地凸显桥梁的细节特征,并最大限度的还原建筑设计师的创意。3D打印没有形状构建难易之分,任何设计图纸都可以变成现实。在桥梁施工过程中,构造复杂构件的制作尤为困难,且制造精度、外观质量较难保证。而这些问题在3D打印面前将不是问题,3D打印技术通过分层打印可以轻松实现任何形状制造。届时所有的景观桥梁将无需工程师担心如何进行钢筋加工、模板安装,工程师要做的就是将需要的构造形式以设备可识别的数字模型文件进行传输运行。

      显著提高生产效率是3D打印的又一优势。采用多台3D打印设备的协同作业实现不同工序的连续作业,使各工序实现无缝衔接,且在正常工作状态下可以实现连续不间断的施工,有效提高施工效率。

      3D打印还可以节约材料,降低成本。使用3D打印技术后钢筋搭接及尺寸误差造成的材料浪费将成为过去。而且还可以轻松实现材料的连续性不受破坏,同时可以有效保证材料的外观尺寸,避免材料尺寸偏差造成的材料浪费。

      尤为重要的是,采用3D打印设备参与施工环节可以有效减少人力资源的投入,诸如高空作业、临边作业、水上作业、恶劣天气作业等都将不再有施工人员的直接参与。

      未来借助3D打印建造桥梁或将成为常态

      立交桥、人行天桥、跨海大桥等各式桥梁的出现,极大的提高了通行效率。为了完善交通体系、加快桥梁等基础设施的建设速度,借助3D打印技术修建桥梁或将成为未来桥梁建造发展趋势。

      不论科学技术发展到哪种程度,只有将其应用于人们的生产生活中,技术的价值才能得到充分体现。3D打印也一样,在推动桥梁建造水平不断提升的同时,其本身的价值也将逐渐显现。3D打印在桥梁建筑中复杂结构构造、节约成本、提高生产效率等诸多优势是现有造桥技术所望尘莫及的,虽然现阶的3D打印技术不能取代现有造桥技术,但是与现有技术结合,实现优势互补,则可以在桥梁建筑领域实现互利共赢。

      而对于桥梁建造从业者而言,3D打印技术无疑是一种新技术。3D打印在桥梁建筑行业的应用,必将对传统的桥梁建造工艺产生一定的冲击。只有加强对3D打印等前沿技术的学习,才能真正实现桥梁建造的智能化和现代化。

      结束语:因为3D打印技术的融入,给未来桥梁建造以更多的想象空间和创造空间,在科技、美学、力学的协同作用下,桥梁建造变得愈发富有新意和创造性,在注重桥梁坚固性和实用性的同时,个性化、创新性的各式桥梁也将不断涌现。而3D打印注定将成为时代科技的烙印,在桥梁建设史上留下浓墨重彩的一笔。

    相关推荐