世界最大 3D 打印工程,中国制造百米大坝却无人施工

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05-19 19:55

青海省内,湍急的黄河上游,有一座正在建造中的大坝——羊曲水电站。它是河干流龙羊峡水电站上游河段规划中「茨哈水电站、班多水电站和羊曲水电站」三个规划梯级电站的最下一级。电站总装机容量 120 万千瓦,预计 2024 年 7 月完成首台机组投产发电。

▲图片来自:《South China Morning Post》

建成后,羊曲水电站将通过青豫直流特高压外送通道向河南省每年输送电量约 50 亿千瓦时。这座最大坝高为 150 米的水电站,不仅首创采用了镶嵌混凝土面板堆石坝坝型,更特别的是,建造这座大坝,采用的是 3D 打印技术。

说起 3D 打印,许多人都不陌生。从小巧的零部件到大型的建筑,如今汽车、电子、航空航天、医疗、能源、建筑等多个领域都在使用这项技术。羊曲水电站如果建成,将会是世界上最大的 3D 打印建筑物。

▲图片来自:国家电投

如此庞大的建筑,是怎么利用 3D 打印建造的呢?从该项目首席科学家刘天云在《清华大学学报(自然科学版)》发布了的相关论文《大型填筑工程 3D 打印技术与应用》中可以知道,必不可少的关键词就是「AI 人工智能」。

▲图片来自:清华大学学报

这个项目使用的 3D 打印技术系统,包括工程建设调度中心系统和 3D 建造流水线作业。工程建设调度中心系统就相当于系统的中枢,要根据施工组织设计进度对填筑工程 3D 数字设计模型进行分层「切片」,并为施工设备规划路径和工序。

▲图片来自:清华大学学报

负责 3D 建造流水线作业的,是多种功能不同的智能工业设备。负责运输的设备将材料从开采地运输到施工现场后,由负责智能摊铺的设备会对施工位置进行识别测量后铺设材料。

材料铺好后,负责智能碾压的设备会借助 GPS 定位,根据规划好的路径进行碾压。如果发现碾压的质量不合格,还会自行安排重新施工。

▲图片来自:清华大学学报

更重要的是,这从运输到摊铺到碾压,这个过程中并不需要人工进行参与作业。设备根据调度中心下达的指令进行施工且通过网络实时反馈施工情况,方便调度中心负责控制的工作人员施工质量及调整任务指令。

通过 3D 打印技术与人工智能的配合,最明显的作用就是保持施工的高效,且在如此险峻的地形施工,比起人工,用智能设备也要安全许多。

▲图片来自:国家电投

不过,这个项目的 3D 打印技术系统在施工时也不是完全不需要人工参与,除了控制中心负责调度的工作人员,坝料开采环节中从附近山区开采施工所用的石材、土方的部分,目前也还是需要人工进行操作。

刘天云的论文提到,如水利大坝、高速公路、填方机场等工程建设行业中造工艺相对单一的填筑工程,建造过程与 3D 打印其实颇为相似。

▲ 图片来自:新华社

不止是羊曲水电站,如果可以将这种技术应用更多在大型设施的填筑工程,不仅能借助高效的流水线作业避免人工施工可能出现的错误,也能避免传统建造过程中工人可能会遭受的危险与伤害。

相信这座 150 米高的大坝,不仅会成为提供清洁能源的「绿色密码」,也会成为中国乃是世界范围内 3D 打印建造中的一根标杆。

 

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