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裝配式建筑在骨料生產線中的應用及3D打印技術的展望

來源:李原 晶品集料
時間:2015-04-08
摘要:自黨的十八大會議召開以來,全力建設生態文明社會的發展觀念逐步深入人心。要建設美麗中國,就要按照尊重自然、順應自然、保護自然的理念,貫徹節約資源和保護環境的基本國策,把生態文明建設融入經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設各方面和全過程。而裝配式建筑在建筑領域中就能很好地擔當起這個任務。在裝配式建筑之后,3D打印技術能否取代傳統建筑模式的江湖地位,也將在本文中探討。
  關鍵字:裝配式、環保、節約、3D打印。
  
  2013年1月1日,國務院辦公廳以2013年1號文的形式轉發了發改委、住建部《綠色建筑行動方案》(國辦發2013-1號)文件,重點要求充分認識開展綠色建筑行動的重要意義,并將“推動建筑工業化”被列為十大重要任務之一。
  
  在骨料行業朝氣蓬勃發展的今天,我們要在建設骨料生產線項目的過程中以實際行動支持并貫徹“保護環境和節約資源”的基本國策,推行綠色建筑,建設綠色礦山。裝配式建筑在此過程中就是一個很好的參與者。
  
  為充分貫徹國家“節約資源、保護環境”的基本國策,并適應現階段骨料行業各類業主對產品的不同需求,我院從研發、設計環節對傳統骨料生產線中工程量大,施工工期較長的各類鋼結構工程進行了裝配式結構體系的研發,對皮帶支架、桁架、各類單流程車間等結構圖進行了標準化設計。這些裝配式結構體系有效降低了施工繁瑣程度,同時標準化的設計也將整個廠區的設計周期大幅縮短。此類裝配式結構可重復利用、輕易重建。產品所有構件均可進行標準化、工廠化生產,質量穩定,運至工地現場后進行組裝成型后即可直接進行設備、非標的安裝,大大縮短了施工工期。
  
  在實際工程中只要將整個裝配式結構的相應各個尺寸的構件在工廠加工完成并運輸至施工現場后,施工作業就變得像搭積木一樣簡單。將相應構件按照預定設計安裝在設計位置,通過一定的邏輯連接將他們固定就可完成整個建筑的搭建。在施工現場不需要太多的建筑設備及原材料,省去了大量的現場加工環節,可大大改善傳統施工現場環境臟亂差的現象。
  
  不僅僅生產環節可以使用裝配式鋼結構,廠內的綜合用房,門衛室,磅房等輔助建筑也可采用裝配式鋼結構房屋進行施工。鋼結構房屋重量輕、強度高。由于采用鋼材作承重結構,用新型建筑材料作圍護結構,一般用鋼結構建造的住宅重量是鋼筋混凝土住宅的二分之一左右。
  
  并且裝配式鋼結構房屋還擁有以下優點。
  
  1、節能:由于外掛板為兩面混凝土中間夾50厚擠塑板,使其保溫性能較傳統建筑的外墻外保溫或外墻內保溫性能更好。同時也解決了傳統建筑因為做了外保溫而帶來的外墻面裝修脫落現象。
  
  2、環保:由于采用工廠化生產使得施工現場的建筑垃圾大量減少,因而更環保。
  
  3、節省模板:由于疊合板做樓板底模、外掛板作剪力墻的一側模板,因此節省了大量的模板。
  
  4、縮短工期降低成本:由于大量的墻板及預制疊合板都在工廠生產,從而大大降低了現場施工強度,省去了砌筑和抹灰工序,大大縮短了整體工期,且綜合成本較混凝土房屋更低。
  
  說了裝配式建筑,就不得不說3D打印技術對傳統建筑模式形成的挑戰。
  
  和傳統的建筑方式相比,3D打印技術減少了多道工序:鍛造、鑄造、熱處理、粗加工、現場放樣、支模等。更能縮短原型設計驗證時間,減少裝配零件數量,真正實現了一體設計,一體成型。消除了傳統加工限制,提高了設計自由度,降低了制造、設備、材料、人工、庫存成本。
  
  3D打印技術能實現直接從三維CAD數字模型成形完全致密的功能金屬零件的快速制造,甚至一些機械設備零部件、復雜的非標易損件等小批量組件的制造及修復,實現廠內自產自用,這是3D打印神奇的地方。而這項技術并非遙不可及。在軍用領域,我國的航母艦載機殲-15的開發就有3D打印技術的功勞;國內某驅逐艦內部設有3D打印方倉,可快速修復特定類型的受損部件。在民用領域,3D打印的獨棟別墅,多層住宅房屋的例子已屢見不鮮;3D打印的義牙、義肢、心臟等也已經開始臨床應用??梢韵胂?,在不久的將來,隨著3D打印技術的高速發展,它將在工業造型、機械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫學、考古、文化藝術、雕刻、首飾等領域掀起一場改革風暴。
  
  但目前3D打印技術還面臨著諸多難題,大多來自于技術本身發展水平的限制,其中有如下幾個最突的問題:
  
  1、工藝問題:3D快速成型的基礎是分層疊加原理,然而,用什么材料進行分層疊加,以及如何進行分層疊加卻有很大的分歧。因此,除了常見的分層疊加成形法之外,現在正在研究、開發一些新的分層疊加成形法,以便進一步改善制件成品性能,并提高成形精度和成形效率。
  
  2、材料問題:快速成型材料性能要滿足:①有利于快速精確的加工出成型;②用于快速成型系統直接制造功能件的材料要接近零件最終用途對強度、剛度、耐潮、熱穩定性等要求;③有利于快速制模的后續處理。發展全新的3D快速成型材料,特別是復合材料,例如納米材料、非均質材料等仍是努力的方向。
  
  3、精度問題:目前,3D快速成形件的精度一般處于±0.1 mm的水平??焖俪尚图夹g的基本原理決定了該工藝難于達到與傳統機械加工所具有的表面質量和精度指標,把快速成型的基本成形思想與傳統機械加工方法集成,優勢互補,是改善快速成型精度的重要方法之一。
  
  4、軟件問題:目前,3D快速成型系統使用的分層切片都是用一系列三角網格來近似表示CAD模型的數據文件的。而這種數據表示方法存在不少缺陷,如三角網格會出現一些空隙而造成數據丟失,還有由于平面分層所造成的臺階效應,也降低了零件表面質量和成形精度,目前,應著力開發新的模型切片方法,如基于特征的模型直接切片法、曲面分層法,即直接對CAD模型進行切片處理,得到模型的各個截面輪廓,或利用反求工程得到的逐層切片數據直接驅動快速成型系統,從而減少三角面近似產生的誤差,提高成形精度和速度。
  
  5、能源問題:當前3D快速成型技術所采用的能源有光能、熱能、化學能、機械能等。在能源密度、能源控制的精細性、成型加工質量等方面均需進一步提高。
  
  綜上所述,3D打印技術在廣泛應用之前還有很長的路要走,3D打印技術本身標準及規范的制定,應用領域相關規范的制定等,都需要時間的證明及市場的認可才能走進千家萬戶,才得以應用在各類生產及生活中去?,F在3D打印技術取代裝配式建筑在江湖中的地位還為時過早,但科技日新月異,更有大數據的輔助進行快速成型技術的創新及研究??梢韵胂?,在不久的將來,3D打印建筑將取代傳統方式建造的房屋,成為建筑行業的新的發展方向。


 

3D打印的建筑模型

 

 

3D打印的房屋


裝配式車間主體結構1

  


裝配式欄桿及樓梯


 

裝配式車間梁與梁的連接

 

 

裝配式車間主體結構2


3D打印建筑過程示意


  原文閱讀請點擊:http://jingpinjl.com/about/lookag.php?lgid=37


編輯:金哲

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