日本清水建設(shè)采用3D打印建筑模板縮短6成工期

來(lái)源：隧道網(wǎng)

在建筑行業(yè)，為實(shí)現(xiàn)省力化施工，構(gòu)件的預(yù)制化是關(guān)鍵點(diǎn)。通過(guò)3D打印技術(shù)打印建筑模板作為一種全新的解決方案，將預(yù)制化的概念引入了現(xiàn)場(chǎng)施工，只需要有建筑物的3D CAD數(shù)據(jù)，就可以自由且迅速地打印出任何曲面形狀，還極大地提高了設(shè)計(jì)的自由度。

△3D打印機(jī)正在建造建筑模板

△通過(guò)3D掃描儀測(cè)量成品的形狀

在此之前，清水建設(shè)多次測(cè)試其3D打印產(chǎn)品的質(zhì)量和耐久性等，這次在一個(gè)真正的鐵路建設(shè)項(xiàng)目得到應(yīng)用。該項(xiàng)目的具體內(nèi)容是建造一個(gè)用于覆蓋交通廣場(chǎng)上方的大型平臺(tái)，模板被用于建造人行天橋的柱腳基礎(chǔ)和4個(gè)柱狀構(gòu)件。
這是清水建設(shè)首次在土木工程項(xiàng)目中采用大規(guī)模3D打印建筑模板，并使用了他們自主開(kāi)發(fā)的纖維增強(qiáng)砂漿“LACTM”，目前項(xiàng)目正在建設(shè)中。柱腳基礎(chǔ)的建筑模板作為非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件，在設(shè)計(jì)中將不具備任何承載能力。

△建筑模板運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行配筋后澆筑混凝土

另外，清水建設(shè)還利用了一臺(tái)配備了“混凝土DX實(shí)驗(yàn)室（LACTM和技術(shù)研究所的專用實(shí)驗(yàn)設(shè)施）”的材料擠出式3D打印設(shè)備，層壓成型了一個(gè)造型特殊（從圓形底座向頂部扭轉(zhuǎn)變成花瓣?duì)睿┑闹拥慕ㄖ０濉?br />
因?yàn)橹拥捏w積很大，高度為4.2m，直徑為2.2～2.7m，清水建設(shè)將一根柱子的建筑模板水平分為3部分、垂直分為2部分后，再使用3D打印機(jī)層壓成型。制作完成后，模板被運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)，先組裝就位，再澆筑混凝土，形成了4個(gè)形狀特殊的柱子。

△3D打印建筑模板中

△現(xiàn)場(chǎng)組裝及澆筑混凝土

高強(qiáng)度高韌性的新型3D打印材料
LACTM纖維增強(qiáng)砂漿是清水建設(shè)獨(dú)立開(kāi)發(fā)的3D打印材料，是在普通砂漿使用的水泥和沙子中加入了硅粉、高性能減水劑和6mm長(zhǎng)的合成短纖維，使其在打印模板之類的薄部件時(shí)，也能夠保持住形狀，達(dá)到2m以上的高度。

其次，利用LACTM層壓成型的構(gòu)造物還具有出色的耐久性，且層疊面高度一體化，以至于單純通過(guò)目視并不能看出來(lái)構(gòu)造物是被一層層打印出來(lái)的，內(nèi)部幾乎沒(méi)有氣泡和空隙，水、空氣不易進(jìn)入，延緩了劣化的速度。當(dāng)清水建設(shè)對(duì)暴露在外面一年多的試驗(yàn)品進(jìn)行表面吸水試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)完全沒(méi)有水滲入。

3D打印的優(yōu)勢(shì)
使用3D建筑打印機(jī)造出來(lái)的建筑模板，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)組裝和脫模，也減少了養(yǎng)護(hù)后脫模的等待時(shí)間。
清水技術(shù)研究所社會(huì)系統(tǒng)技術(shù)中心的首席研究員小倉(cāng)大季說(shuō)：“我們向客戶提出了這種方案，并強(qiáng)調(diào)了3D打印能縮短工期的優(yōu)勢(shì)?！?br /> 清水建設(shè)通過(guò)這種新興技術(shù)，只用7天就做完了標(biāo)準(zhǔn)施工方法需要18天的作業(yè)內(nèi)容，能節(jié)省了60%的施工時(shí)間。

清水建設(shè)眼中未來(lái)的施工現(xiàn)場(chǎng)
隨著3D建筑打印機(jī)的廣泛使用，清水建設(shè)已經(jīng)嘗試著描繪出了未來(lái)建筑工地的模樣。目前，工地上的主要作業(yè)內(nèi)容是澆筑混凝土，會(huì)有泵車和其他車輛來(lái)來(lái)往往。而第二階段則將是攜帶打印機(jī)到工地并現(xiàn)場(chǎng)安裝打印結(jié)構(gòu)。最后，第三階段的目標(biāo)是打印機(jī)自動(dòng)創(chuàng)建和安裝設(shè)計(jì)自由度高的結(jié)構(gòu)。

首席研究員小倉(cāng)大季表示：“首先，我們希望實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)打印。對(duì)于預(yù)制件，可以運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)尺寸是有限的，但通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)打印，我們可以直接建造更大尺寸的結(jié)構(gòu)，也省去了運(yùn)輸成本。”