Недавно первый в Китае 3D-печатный ландшафтный мост был официально открыт для публики в центральном парке Таопу района Путо в Шанхае. Этот позолоченный S-образный металлический мост длиной 15,25 метра, шириной 3,8 метра и высотой 1,2 метра словно мягкая лента покоится над извилистой водной гладью. Проектирование заняло более шести месяцев и потребовало сотен изменений, а фактическое 3D-печатное строительство было завершено всего за 35 дней за один цикл. Это не просто ландшафтный мост, но и инновационный эксперимент в области строительных технологий, знаменующий прорыв Китая в сфере 3D-печати в строительстве.
«Три горы» традиционного мостостроения
Мосты как ключевой элемент инфраструктуры на протяжении столетий строятся с использованием опалубки и ручной вязки арматуры. Традиционная модель долгое время сталкивалась с тремя основными ограничениями:
Длительные сроки: строительство 15-метрового ландшафтного моста от проектирования до возведения обычно занимает от двух до трех месяцев, при этом процесс трудоемок и сильно зависит от погодных условий.
Ограниченные формы: традиционные технологии зависят от опалубки, что затрудняет реализацию сложных трехмерных поверхностей и свободных обтекаемых форм; смелые архитектурные замыслы часто сдерживаются «рамками» опалубки.
Большие отходы материалов: опалубочное литье порождает значительное количество строительного мусора, низкий коэффициент использования материалов и высокий уровень выбросов углерода, что противоречит принципам «зеленого» развития.
Чэнь Сяомин, заместитель главного инженера Шанхайской строительной группы, отметил: «Такие трехмерные поверхности невозможно реализовать с помощью традиционных технологий. Технология 3D-печати превратила невозможное в возможное».
Парадигмальный переход от «ручного труда» к «роботизированной печати»
«Мозг»: Композитная роботизированная система 3D-печати на портальной раме
«Главным героем за кулисами» этого моста стала композитная роботизированная система 3D-печати на портальной раме, самостоятельно разработанная машиностроительной дочерней компанией Шанхайской строительной группы. Система в основном состоит из трехосной портальной конструкции, шестиосного высокоточного промышленного робота и устройства высокоскоростной экструзии (числового программного сопла), что обеспечивает более высокую точность 3D-печати, большие размеры и возможность создания более сложных пространственных структур.
Процесс печати напоминает послойное «наложение»: печать одного слоя занимает 8 часов и позволяет достичь толщины 4 мм. Поскольку длина одного слоя достигает 15 метров, неравномерное охлаждение материала легко приводит к образованию термических трещин и короблению. Строительная команда применила такие методы, как «предварительный нагрев перед печатью и поддержание температуры после печати», чтобы повысить температуру в рабочей зоне печати и обеспечить прочность сцепления между слоями на уровне 80–85% от прочности самого материала.
«Скелет»: Композитный материал из смолы и стекловолокна вместо бетона
В отличие от традиционных бетонных мостов, этот мост изготовлен из композитного материала на основе смолы и стекловолокна, а не из бетона и стали. После почти сотни испытаний печати и постоянной оптимизации команда остановила свой выбор на ASA (акрилонитрил-стирол-акрилат, инженерный термопласт) с добавлением определенной доли стекловолокна и антистарительных материалов.
Этот инновационный материал обладает высокой атмосферостойкостью, высоким модулем упругости, высоким пределом текучести и высокой ударной вязкостью, способен выдерживать длительное воздействие солнца и дождя, одновременно соответствуя двойным стандартам для материалов 3D-печати и строительных материалов. Согласно испытаниям, мост может одновременно выдерживать нормальное движение 20 взрослых человек, расчетный срок службы составляет 30 лет, и в течение этого периода не требует специального обслуживания.
«Эффективность»: 35 дней печати против традиционных двух-трех месяцев
От проектирования до готовой печати этот мост установил новый рекорд скорости строительства крупных ландшафтных мостов. Проектирование заняло более шести месяцев и потребовало сотен изменений, а фактическая печать была завершена всего за 35 дней за один цикл. Для сравнения, строительство ландшафтного моста аналогичного масштаба традиционными методами занимает от двух до трех месяцев.
В процессе строительства две шестиосные роботизированные руки работали совместно, напечатав все основные компоненты. Такой роботизированный метод строительства не только позволил сэкономить около 50% затрат на рабочую силу, но и значительно повысил эффективность строительства. Изделия 3D-печати изготавливаются как единое целое, и после доставки в контейнерах к месту назначения их установка занимает всего один-два дня.
Исторический скачок от «трудоемкого» к «наукоемкому» производству
Решение проблемы нехватки рабочей силы в строительстве
По мере исчерпания демографического дивиденда проблема нехватки рабочей силы в строительной отрасли становится все более острой. Технология 3D-печати, благодаря своей автоматизации и высокой эффективности, может сэкономить строительным компаниям до 50% затрат на рабочую силу, став важным технологическим путем для снижения давления на рынок труда в отрасли.
Коэффициент использования материалов близок к 100%, выбросы углерода снижены более чем на 60%
Традиционное мостостроение потребляет большое количество стали и бетона, в то время как новый композитный материал, используемый в 3D-печатном мосту, может заменить традиционные строительные материалы, уменьшая зависимость от природных ресурсов. В процессе строительства коэффициент использования материалов близок к 100%, практически отсутствуют отходы, а выбросы углерода снижены более чем на 60% по сравнению с традиционными технологиями, что соответствует национальным стратегическим целям «двойного углерода».
Освобождение дизайна от ограничений, переосмысление архитектурной эстетики
Технология 3D-печати позволяет воплотить в реальность свободные формы и сложные поверхности из воображения архитекторов, перенося их с чертежей в жизнь. Этот мост демонстрирует красивые трехмерные изогнутые формы, создавая свободно меняющийся, динамичный образ моста. Чэнь Сяомин считает, что преимущества технологии 3D-печати проявляются в области архитектурного декора, позволяя лучше раскрыть художественность архитектуры.
От «единичного случая» к «масштабированию»
Воспроизводимое и масштабируемое техническое решение
Сюй Чжэн, секретарь парткома и председатель правления Шанхайской строительной группы, заявил на церемонии открытия, что этот 3D-печатный мост «предлагает воспроизводимое и масштабируемое техническое решение для будущего инфраструктурного строительства». Известно, что Шанхайская строительная группа накопила богатый опыт в области 3D-печати зданий, ранее завершив такие проекты, как 3D-печатный мост в Цюаньчжоу и самый длинный в мире 3D-печатный мост в Чэнду, способствуя переходу аддитивных технологий от «единичных случаев» к масштабному применению.
От ландшафтных мостов к муниципальным проектам
В настоящее время применение 3D-печати в мостостроении расширяется от ландшафтных мостов к муниципальным проектам. Параллельно в рамках проекта общественного парка Наньцяоюань в районе Фэнсянь Шанхая строится пешеходный мост из 3D-печатного бетона с несъемной опалубкой общей длиной 66,8 метра и чистым пролетом 34,0 метра, который после завершения станет самым большим пролетом в мире среди 3D-печатных конструкций.
Промышленная модернизация от «печати мостов» до «печати домов»
Отраслевые эксперты отмечают, что технология 3D-печати может сэкономить строительным компаниям до 50% затрат на рабочую силу при возведении домов, одновременно сокращая количество пыли и строительного мусора на площадке, что соответствует принципам «зеленого» строительства и устойчивого развития. От мостов до домов, от ландшафтов до жилья — технология 3D-печати в строительстве открывает рынок объемом в триллионы юаней.
С момента появления первого в Китае 3D-печатного смоляного моста в центральном парке Таопу в 2019 году до установки шампанско-золотистого S-образного металлического моста в том же парке в 2026 году, китайская технология 3D-печати в строительстве прошла полный цикл от «лабораторной проверки» до «инженерного применения». 35 дней на изготовление за один цикл, экономия 50% затрат на рабочую силу, снижение выбросов углерода на 60%, 30-летний срок службы — за этими цифрами стоит эпохальный снимок перехода китайской строительной отрасли от «трудоемкого» к «наукоемкому» типу производства.
Как заявила Шанхайская строительная группа, этот 3D-печатный мост — не просто ландшафтный мост, но и инновационный эксперимент в области строительных технологий, предлагающий воспроизводимое и масштабируемое техническое решение для будущего инфраструктурного строительства. Когда роботизированные руки заменяют арматурщиков, композитные материалы заменяют железобетон, а 35 дней заменяют два-три месяца, китайское строительство создает свою собственную новую парадигму «интеллектуального производства».