Enel Green Power 在地震帶 3D 打印永久性抗震混凝土結(jié)構(gòu)

2024年10月3日，南極熊獲悉，可再生能源技術(shù)開發(fā)者 Enel Green Power與那不勒斯費(fèi)德里科二世大學(xué)合作，成功率先使用 3D 打印技術(shù)在地震帶建造永久性混凝土結(jié)構(gòu)，這在意大利尚屬首次。該項(xiàng)目在拉齊奧地區(qū)的Montalto di Castro 發(fā)電廠實(shí)施，代表了建筑和能源領(lǐng)域的重大創(chuàng)新。這些結(jié)構(gòu)是Alessandro Volta 發(fā)電廠電池儲(chǔ)能系統(tǒng) (BESS) 的一部分，旨在儲(chǔ)存發(fā)電廠產(chǎn)生的多余電力。這些結(jié)構(gòu)包括一座小型工業(yè)建筑和主要電氣設(shè)備的基礎(chǔ)，標(biāo)志著可持續(xù)建筑的新時(shí)代。

這一里程碑是意大利首個(gè)使用 3D 打印技術(shù)建造的非臨時(shí)混凝土建筑，也是全球能源領(lǐng)域首批此類建筑之一。重要的是，該項(xiàng)目已獲得抗震許可，這意味著它可以安全地用于地震多發(fā)地區(qū)，這是意大利地震帶的一個(gè)重要考慮因素。這種創(chuàng)新的施工方法能夠獲得土木工程部門的批準(zhǔn)，凸顯了該項(xiàng)目背后的技術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)性和創(chuàng)新性。這些發(fā)展標(biāo)志著 Enel Green Power 和整個(gè) Enel 集團(tuán)向前邁出了重要一步，他們正在努力實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)、更高效的建筑實(shí)踐。

蒙塔爾托迪卡斯特羅的 BESS 設(shè)施的建設(shè)采用了增材制造技術(shù)，也就是通常所說的 3D 打印。該過程涉及根據(jù)在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)的數(shù)字模型逐層創(chuàng)建對(duì)象。在這種情況下，機(jī)械臂使用海德堡材料公司專門為 3D 打印設(shè)計(jì)的水泥材料制造了 11 面墻和其他組件。每面墻大約 3 米高、1.5 米寬，總共打印了約2.5 公里的材料。支撐電氣設(shè)備的地基采用類似的方式建造，每一塊都更像樹根等自然形成的物體，而不是傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)。

墻壁和地基在那不勒斯附近的沃拉制造完畢后，被運(yùn)到蒙塔爾托迪卡斯特羅工廠進(jìn)行組裝。這種在場外打印建筑組件，然后在最終地點(diǎn)組裝的過程讓人想起建造大型樂高積木。這種建筑不僅具有創(chuàng)新性，而且效率很高。蒙塔爾托迪卡斯特羅工廠的建筑很小，約 15 平方米，但其重要性在于建造它的技術(shù)和方法。該項(xiàng)目將傳統(tǒng)的預(yù)制技術(shù)（例如單獨(dú)建造屋頂）與尖端的 3D 打印技術(shù)相結(jié)合，展示了兩種方法的兼容性。

3D 打印在建筑行業(yè)具有諸多優(yōu)勢(shì)。首先，它大大縮短了建筑時(shí)間。蒙塔爾托迪卡斯特羅的施工時(shí)間不到傳統(tǒng)方法所需時(shí)間的一半。這種速度對(duì)于能源行業(yè)至關(guān)重要，特別是在不斷發(fā)展的可再生能源領(lǐng)域，快速安裝可以提高競爭力。此外，3D 打印消除了對(duì)模板的需求，模板是傳統(tǒng)上用于在澆筑混凝土硬化時(shí)將其固定到位的臨時(shí)模具。這既減少了所需的勞動(dòng)力，也減少了對(duì)環(huán)境的影響，因?yàn)槔速M(fèi)的材料更少。

可持續(xù)性是 Enel Green Power 使命的核心，而 3D 打印在減少建筑對(duì)環(huán)境的影響方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過優(yōu)化混凝土的分布，3D 打印可最大限度地減少材料使用量（在某些情況下可減少 50%），從而降低二氧化碳排放量。鑒于混凝土生產(chǎn)占全球二氧化碳排放量的很大一部分，這種減少是一項(xiàng)至關(guān)重要的好處。此外，通過使用更少的材料和減少浪費(fèi)，3D 打印符合可再生能源行業(yè)的目標(biāo)，該行業(yè)旨在最大限度地減少整個(gè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施生命周期對(duì)環(huán)境的影響。

除了環(huán)保優(yōu)勢(shì)之外，3D 打印還提供了更大的設(shè)計(jì)靈活性。通過數(shù)字設(shè)計(jì)和增材制造，可以輕松處理傳統(tǒng)建筑技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)或無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜形狀和定制細(xì)節(jié)。這種靈活性不僅為建筑創(chuàng)意開辟了新的可能性，而且還提高了結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。3D 打印的高度數(shù)字化特性還提高了現(xiàn)場安全性，因?yàn)榇蟛糠謩趧?dòng)都是自動(dòng)化的，從而降低了工人的風(fēng)險(xiǎn)。

Montalto di Castro 項(xiàng)目并非一帆風(fēng)順。據(jù)參與的工程師介紹，控制打印過程的一致性和確保材料的結(jié)構(gòu)完整性是關(guān)鍵障礙。生產(chǎn)高達(dá)三米的部件，同時(shí)保持其軟態(tài)和硬態(tài)的穩(wěn)定性，需要精確控制擠出速度和打印塊的幾何形狀。然而，該項(xiàng)目的成功完成證明了 3D 打印在克服這些挑戰(zhàn)和創(chuàng)造耐用、可靠的結(jié)構(gòu)方面的潛力。

Enel Green Power 與那不勒斯費(fèi)德里科二世大學(xué)的合作始于兩年前，目標(biāo)是開發(fā)一種革命性的 3D 打印元件結(jié)構(gòu)計(jì)算理論。該理論在現(xiàn)場實(shí)施之前，經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)室和數(shù)值模擬的嚴(yán)格測試。這些努力的結(jié)果已提交給意大利土木工程部和公共工程高級(jí)委員會(huì)審批。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)致力于研究和創(chuàng)新，其成果很可能成為未來工程和建筑研究的教科書范例。

展望未來，Enel Green Power 計(jì)劃進(jìn)一步開發(fā)建筑領(lǐng)域的 3D 打印技術(shù)。該公司已經(jīng)通過意大利國家恢復(fù)和復(fù)原力計(jì)劃 (NRRP) 獲得了 ARTES4.0 能力中心的資助，用于工業(yè)化 3D 打印能源基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)元素的過程。即將推出的 OM3GA 項(xiàng)目將與多家合作伙伴合作，包括意大利領(lǐng)先的 3D 打印機(jī)制造商 WASP和專門從事先進(jìn)材料的公司 Materias。目標(biāo)是使用移動(dòng)工廠為變電站設(shè)備創(chuàng)建 3D 打印基礎(chǔ)，允許直接在現(xiàn)場打印結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低運(yùn)輸和環(huán)境成本。

Montalto di Castro 項(xiàng)目標(biāo)志著 Enel 和整個(gè)能源行業(yè)向前邁出了重要一步。通過展示 3D 打印永久性抗震混凝土結(jié)構(gòu)的可行性，Enel 為更快、更可持續(xù)的施工方法打開了大門。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，它很可能在能源領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，特別是在可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展中。3D 打印能夠縮短施工時(shí)間、減少材料使用并降低二氧化碳排放，為當(dāng)今行業(yè)面臨的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)提供了有希望的解決方案。