走向高鐵！3D打印將幫助英國(guó)從2022年起建造新的高速HS2鐵路運(yùn)輸網(wǎng)

南極熊導(dǎo)讀：近日，英國(guó)即將建成的高速2號(hào)（HS2）鐵路網(wǎng)倫敦終點(diǎn)站的承包商透露，他們打算從明年開(kāi)始在施工中使用3D打印。南極熊了解到，在此項(xiàng)目中建筑商是通過(guò)使用一種被稱為"Printfrastructure"的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)建造混凝土板，而不是像傳統(tǒng)模式那樣先把材料運(yùn)到那里才開(kāi)始建造。

這種技術(shù)在避免了線路受限問(wèn)題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了持續(xù)的隧道建設(shè)。該試驗(yàn)將于2022年開(kāi)始，我們還將看到在某些地區(qū)使用石墨烯填充的混凝土而不是鋼筋，有可能使線路的建設(shè)比以前更快速和可持續(xù)。

承包SCS JV工程的工程經(jīng)理AndrewDuck說(shuō)："Printfrastructure的鋼筋混凝土3D打印所實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化創(chuàng)造了一個(gè)類似工廠的環(huán)境，提供了高質(zhì)量的產(chǎn)品。重要的是，我們要給Printfrastructure這樣的技術(shù)以蓬勃發(fā)展的機(jī)會(huì)，因?yàn)樗鼮樾袠I(yè)提供了一步步改變的可能性。這種新型環(huán)保的3D打印建造方式既提高了材料的使用效率，又減少了我們的碳排放。"

△HS2車(chē)站的列車(chē)的概念圖片，采用ChangeMaker3D的技術(shù)可以幫助HS2回到正軌。圖片來(lái)自HS2

快速推進(jìn)停滯不前的HS2項(xiàng)目

在過(guò)去的20年里，英國(guó)的鐵路旅行增加了一倍多，盡管投入了超過(guò)740億英鎊用于改善鐵路網(wǎng)絡(luò)，但鐵路網(wǎng)一直無(wú)法跟上需求。雖然有可能通過(guò)進(jìn)一步的升級(jí)來(lái)解決過(guò)度擁擠的問(wèn)題，但據(jù)估計(jì)，這將導(dǎo)致在未來(lái)15年內(nèi)有2700個(gè)周末關(guān)閉，對(duì)全國(guó)各地的旅行造成重大影響。

為了避免這種情況，英國(guó)交通部在2009年成立了一家名為HS2的公司，其目的是建立一條日運(yùn)量為30萬(wàn)的線路，連接倫敦和曼徹斯特、利茲等北部城市。然而，自啟動(dòng)以來(lái)，該項(xiàng)目一直被批評(píng)為造成破壞，沒(méi)有達(dá)到最初的范圍，而且預(yù)算不斷增加，據(jù)說(shuō)已經(jīng)超過(guò)了440億英鎊。

更糟糕的是，受COVID-19疫情的影響已經(jīng)推遲了許多HS2站點(diǎn)的施工，據(jù)說(shuō)也導(dǎo)致該項(xiàng)目耗費(fèi)了17億英鎊的應(yīng)急預(yù)算，并需要在未來(lái)提供更多資金。鑒于HS2的失誤，HS2公司決定采用3D打印技術(shù)，現(xiàn)在可以被視為試圖讓項(xiàng)目回到正軌，特別是考慮到該技術(shù)的速度和自動(dòng)化潛力。

△ChangeMaker3D公司的混凝土3D打印技術(shù)正在運(yùn)行中。照片來(lái)自HS2

Printfrastructure 3D打印

SCS JV是Skanska、Costain和STRABAG的合資公司，負(fù)責(zé)建設(shè)HS2的倫敦隧道，現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)向ChangeMaker 3D及其技術(shù)來(lái)優(yōu)化這一過(guò)程。被稱為 "Printfrastructure"的新型建造技術(shù)是HS2公司的專有工藝，它涉及使用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人安裝的3D打印機(jī)，以精確地創(chuàng)建復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)的規(guī)格。

人們普遍認(rèn)為，一旦在HS2的倫敦終點(diǎn)站現(xiàn)場(chǎng)完成部署，這些機(jī)器人將能夠進(jìn)入其他工藝受物理限制而不能作業(yè)的區(qū)域，減少了對(duì)復(fù)雜和昂貴的物流計(jì)劃的需求。ChangeMaker 3D程序的自動(dòng)化性質(zhì)也使其有可能減少任何建筑引起的旅行中斷，因?yàn)橥ǔ１仨殨和７��?wù)以保證工人安全。

此外，作為一個(gè)額外的好處，承包商預(yù)計(jì)該技術(shù)將能夠創(chuàng)建內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這不僅起到加固作用，而且使用更少的材料�？紤]到這一點(diǎn)，承包商們還與Versarien合作，將石墨烯整合到3D打印混凝土中，可能使他們能夠減少整個(gè)項(xiàng)目的碳排放。

最終，SCS JV認(rèn)為，部署ChangeMaker3D的技術(shù)可以使隧道的混凝土和碳排放量減少高達(dá)50%。更重要的是，該公司認(rèn)為由于從建造流程中移除了鋼材并減少對(duì)耗油卡車(chē)的依賴，采用3D打印技術(shù)可以幫助其整個(gè)運(yùn)營(yíng)更加生態(tài)友好。

HS2的創(chuàng)新經(jīng)理Rob Cairns說(shuō)："SCS JV和ChangeMaker 3D正在合作的項(xiàng)目是HS2實(shí)現(xiàn)的那種意義深遠(yuǎn)的創(chuàng)新的一個(gè)絕妙證明。"隨著一個(gè)跨越十年和全國(guó)的建設(shè)計(jì)劃，該項(xiàng)目正在創(chuàng)造一個(gè)理想的環(huán)境，以開(kāi)發(fā)有可能改變主要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方式的技術(shù)。"

△使用3D打印技術(shù)，現(xiàn)在有可能創(chuàng)造出獨(dú)特的建筑，如無(wú)支撐的 "Striatus"（圖）。照片來(lái)自Studio Naaro

環(huán)保型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)在路上

與傳統(tǒng)的建筑技術(shù)相比，3D打印技術(shù)可以釋放出更大的幾何定制能力，使結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)大的功能，同時(shí)使用更少的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。僅在上個(gè)月，就有幾個(gè)項(xiàng)目將這一想法付諸實(shí)踐，包括蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Block研究小組的工程師們所架設(shè)的無(wú)支撐3D打印橋梁。

同時(shí)，澳大利亞UTS建筑學(xué)院的研究人員與設(shè)計(jì)公司BVN建筑公司合作，開(kāi)發(fā)了一種環(huán)保的機(jī)器人3D打印空調(diào)裝置。“珊瑚礁2.0”系統(tǒng)由可回收的塑料制成，由相互連接的過(guò)濾管組成，可以幫助減少現(xiàn)有設(shè)備中的碳用量達(dá)90%。

來(lái)自荷蘭的建筑公司Aectual采取了一種類似的可持續(xù)發(fā)展的方法，成功地將海灘上的垃圾變成了獨(dú)特的3D打印 "貽貝 "植物支架。這些植物支架由100%的回收塑料制成，現(xiàn)在作為限量版在Sabato的網(wǎng)站上出售，其目的是將"自然的海灘感覺(jué)"帶入人們的家中。