河源建筑3D打印太亮眼让你不敢相信

83 人阅读 | 时间:2019年10月29日 15:00

中建二局华南公司广东建设基地举办“建筑3D打印”示范工程打印观摩会,国际首例原位3D打印二层示范建筑在中建二局华南公司广东建设基地正式打印(右图,冯晓铭 摄),标志着3D打印技术在建筑领域取得突破性进展,为河源全域全面融入粤港澳大湾区提供有力的技术支撑。

  打印的示范建筑为一栋建筑面积230平方米,总高度7.2米的双层办公楼,打印实施单位为中建二局华南公司广东建设基地。打印现场,技术人员将各种配比好的建筑材料倒进搅拌机,输送到打印头,打印头在中控全自动平台的控制下,按照预先设计好的路径,以10cm/s的速度,把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的二层房屋变成实物。

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  记者在现场看见,示范建筑已经打印出3米多高。据悉,该示范建筑于10月22日“开打”,首层不间断连续打印需时约30小时,首层打印完后将紧接着进行第二层打印,预计11月上旬将打印成型,届时它将成为世界上最大的原位3D打印双层建筑。

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  近年来,龙川县坚持发展“以建筑工业产业化为引领,电子电器、空气能、现代建筑、新材料等多产业融合发展”的现代产业体系,全力打造大湾区现代产业差异化发展的重要承载地。当前,该县工业园区拥有包括中建二局广东建设基地在内的建筑工业化企业15家,总投资额约60亿元,为龙川打造粤北地区建筑产业化生产及物流中心提供强大支撑。

  这次实施打印的中建二局广东建设基地于2017年2月签约落户龙川,当年12月建成投产,今年1月份获评广东省首批装配式建筑产业基地,年产钢结构10万吨、PC构件10万立方米、铝模板10万平方米,先后参建了一大批国家和省、市重点工程。

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国最大的原位3D打印建造技术项目在中建二局广东建设基地成功实施,3D打印机“吃进去”特殊的混凝土混合物“打印材料”,将“吐出来”一栋建筑面积230平方米、高近8米的二层办公楼。

  据悉,按照设计,预计首层仅需30余小时即可完成打印施工。首层打印完后将紧接着进行第二层打印,预计11月上旬将打印成型,届时它将成为世界上最大的原位“轮廓工艺”3D打印双层建筑。

  该栋国内乃至全球首个原位3D打印建筑的面世,将为建筑3D打印技术示范工程应用奠定基础,标志着国内首个原位3D打印技术“试验田”成功试水,为龙川县全域全面融入粤港澳大湾区建设提供强大的技术支撑,从而实现高质量发展提效破局。

  见证全国首个原位3D打印房屋

  10月22日,中建二局广东建设基地打印项目现场,由打印架体、材料制备和输送设备组成的3D打印机已经调试好。整个打印机由6根边长500mm的方钢立柱、2根18.4m长的升降框架、2根14.55m的移动横梁、打印头和机电部分组成。据现场技术人员介绍,该打印机有效打印范围为14.6×12.3×10m。

  据介绍,这次动工的房屋3D打印项目是中建股份自主立项课题《建筑3D打印技术研究与应用示范》的技术中试项目。3D中试建筑设计占地面积约120平方米、建筑面积约230平方米,整体建筑2层,建筑一层高3.5m、二层高3.3m,屋顶为坡型。这次实施打印部分为墙体和构造柱,墙体厚度200mm,构造柱250mm,楼板、梁、楼梯和门窗为预制构件。

  建筑原位3D打印是在施工现场预先安装打印机设备,调配打印材料,根据施工阶段实时打印建筑。它是以数字模型文件为基础,运用可黏合混合物材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

  工作人员在打印施工前,按设计图纸已完成叠合梁、板预制及钢筋网片加工。同时,要准备好水泥、沙等打印材料,这些原材料都是技术人员通过反复试验后,确定的可用于本建筑3D打印项目的材料,比如河沙骨料粒径不大于3mm,水泥强度等级范围为C30-C50等等,这些建筑原材料及添加剂按照一定比例混合后,即可成为打印材料。

  打印开始前,技术人员将配比材料倒进搅拌机,经搅拌后通过材料输送泵输送到方形打印头,根据控制平台中预先设计好的打印路径,打印头以10cm/s的速度,把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的两层房屋变成实物。整个过程仅需5-6名工作人员,结构打印3天即可完成,整个建造周期也不过20天。而这个普通的二层建筑,是我国乃至全世界首个在原位进行3D打印的建筑。

  据了解,即将新鲜出炉的3D打印二层建筑物主体构架,由200多层单层厚度为1cm-3cm的混凝土构成,内置有钢筋笼、钢筋网片,牢固、安全。建筑功能多样适用,一层设有展厅、卫生间、休息室和楼梯间,二层设有会客厅、办公室、卫生间。建筑结构设计方面,结合3D打印进行建筑和结构设计,充分考虑3D打印结构与地基基础、楼板、梁及预制构件、水电安装和装饰施工的节点连接特点,实现建筑的3D打印建造。

  据悉,打印前设计师要对打印建筑进行三维设计模型,然后通过控制程序,对设计模型进行切片、数据化处理,才有打印现场可以看到的打印作业镜头,以及最后打印出相应的设计图形。

  “3D打印设备‘吃进去’原材料,‘吐出来’一栋楼,实现有效的节约建材、缩短工期、减少人力。” 中建二局广东建设基地3D打印项目经理黄云说道,建筑3D打印技术与普通打印工作原理基本相同,打印机内装有特殊的混凝土拌合物 “打印材料”,通过电脑控制把三维立体图里的形状直接逐层打印成立体构件。与传统的建造技术相比,3D打印建造技术具有数字化、智能化、机械自动化程度高等特点,可有效降低施工成本,是一种全新的建设方式。

  据了解,这次采用原位轮廓工艺3D打印建造的办公楼较过去的3D打印技术有三方面突破:一是原位打印,即现场直接将主体打印成型,无需二次拼装;二是采用轮廓工艺,即打印出的墙体为中空的,方便添加保暖填充物;三是首次将这项技术运用到双层建筑上,结构难度更大。

  据悉,建筑3D打印项目是中建股份科技研发课题《建筑 3D打印技术研究与应用示范》的工程展示,该课题由中建股份技术中心和中建二局华南公司联合立项,是全国乃至国际最大的原位3D打印建造技术项目。

  龙川成为国内首个原位3D打印技术“试验田”

  中建二局广东建设基地房屋3D打印项目今年7月份在深圳宝安(龙川)产业转移工业园动工建设。项目由中国建筑股份有限公司技术中心进行研发和提供技术支持,中建二局华南公司参与实施。

  打印项目由打印设备和打印材料制备两大块,其中打印设备的安装和相关调试工作在9月底完成,打印材料制备由商混站进行基础材料的搅拌制备,现场使用时二次搅拌生产。输送设备采用螺杆式砂浆输送泵,最大输送量210L/min,最大输送高度40m。历经3个月的建设和调试,房屋3D打印于10月22日启动,标志着龙川成为国内首个原位3D打印技术“试验田”。

  据悉,建筑3D打印是将需要打印的建筑构件利用计算机进行模型分割,将三维的图形信息转化为打印路径,再将混凝土或砂浆拌合物通过输送系统泵送至打印头,利用打印系统将凝结时间短、强度发展快的混凝土精确分层布料,逐层叠加累积成型的过程。

  3D打印建造技术与传统的建造技术相比,具有数字化、智能化、机械自动化程度高等特点,同时可有效降低施工成本。目前采用原位“轮廓工艺”3D打印的示范建造实施,既检验了原位3D打印建造技术可实施性,也为实际应用积累经验、为该项技术的推广应用奠定基础。

  3D打印不仅可以打印房子,还可以打印各种建筑结构件。在中建二局广东建设基地的3D打印工地,摆放着的背靠式长凳、四方长桌、圆形建筑、浮雕甚至是各种立体字均是3D打印出来的。中建二局广东建设基地相关负责人表示,打造出来的各种建筑构件可以吊到高层进行安装,或者在打印出来的空心墙体外壳、空心柱子中,再灌注混凝土,这样不仅施工简单,而且建筑强度也大大增加。此外,这种新型的建筑方式,大幅度减少了对工人数量的需求,也大幅加快了建设进度。

  据悉,这块“试验田”生产出的3D打印技术成果将运用到深圳长圳公共住房项目中,也意味着国内原位3D打印技术将首次实现开结果。长圳项目是目前国内在建的规模最大的装配式公共住房项目,由中建二局承建,于2018年6月正式动工建设,计划2021年竣工交付,未来可提供住房9672套。

  “3D打印技术是一个智慧化建造技术,是建筑工业化发展的趋势,将为龙川全域全面融入粤港澳大湾区建设提供更有力的技术支撑。”龙川县委书记黄添胜表示,全域全面融入粤港澳大湾区建设,是落实党中央和省委、市委发展战略布局的具体举措,龙川要抢抓大湾区建设的“溢出效应”,推进产业融合、创新融合,成为大湾区现代产业差异化发展的重要承载地,打造大湾区科技创新成果转移示范区,着力实现与大湾区协同创新。

  据悉,龙川县坚持发展“以建筑工业产业化为引领,电子电器、空气能、现代建筑、新材料等多产业融合发展”的现代产业体系,全力打造大湾区现代产业差异化发展的重要承载地。目前,龙川县工业园区有建筑工业化企业15家,总投资额约60亿元。而通过这些企业,龙川县参建了一大批国家、省、市重点工程,如中国第一座核电站广东大亚湾核电站、深圳地标性建筑深圳地王大厦、世界第一高钢管砼大厦赛格广场以及香港国际金融中心、横琴口岸、腾讯总部大楼、迪拜双子塔楼等上百个项目的钢结构制作与安装工程,都有“龙川制造”的身影,真正实现了融入粤港澳大湾区建设。

  原位3D打印技术项目获得多项发明专利

  “中建技术中心自主研发的大型建筑3D打印机项目荣获了多项发明专利,出版了1本著作,发布了1项工法。”黄云表示,整个项目充满了科技创新的元素。

  据悉,中建股份自主立项《建筑3D打印技术研究与应用示范》课题于2017年开始执行,拟于明年6月份结题。课题主要从设备、材料、结构设计及示范应用四个方面开展研究活动。

  经过2年多的研究和实验,先后完成了3D打印材料的研发、3D打印设备设计开发、3D打印墙体性能试验等研究工作,并在中建中东公司搭建了3D打印试验室。目前, 3D打印建筑的结构设计及优化研究、建筑3D打印的工程示范及相关施工技术研究仍在进行中。

  虽未结题,但科技创新成果却收获颇丰。据了解,课题实施过程中,截至2018年,软件著作授权2项,发明专利授权3项、受理4项,新型实用专利授权5项、受理2项,发表论文8篇(核心及以上5篇),出版著作《混凝土3D打印技术及应用》(国内第一个建筑类3D打印标准),发布了“快硬早强混凝土3D打印施工工法”,中国工程建设标准协会标准——《混凝土3D打印技术规程》正在编制中。

  这些专利技术、软件著作等,为3D打印技术在实验项目的顺利进行提供了强有力的技术支持,保障示范建筑的顺利完成。

  缩短工期,节省成本,减少人工,绿色环保——建筑3D打印技术的应用,将会颠覆整个传统建筑业。而这项研究成果,曾先后亮相“中央企业贯彻落实新发展理念、深入实施创新驱动发展战略、大力推动双创工作成就展”和香港建造业创新展,得到了建筑行业的肯定。

  行百里者半九十。中建二局华南公司副总经理常俊国在28日的“建筑3D打印”示范工程打印观摩活动上表示,接下来将继续严格按照课题任务书的计划安排推进课题的研究工作,进一步加强建筑3D打印设备运行调试和建筑3D打印材料技术研究,让该项科研成果广泛应用到现代建筑业。

  “惟创新者进、惟创新者强、惟创新者胜”。不久的将来,随筑3D打印技术的日益完善,特别是3D打印技术在建筑行业的成功应用,建筑3D打印有望引领建筑业未来的方向。而作为科研项目转化地、实施地的龙川县,将继续以全域全面融入粤港澳大湾区建设为“纲”,深化体制机制改革,加强营商环境建设,为企业发展创造最佳的成长环境,全力打造大湾区现代产业差异化发展的重要承载地,争当全市融湾生态排头兵、建设全省绿色发展示范区。


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