土工試驗(yàn)規(guī)程鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程

　　托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）的多項(xiàng)發(fā)明和創(chuàng)新改變了美國(guó)人的工作和生活方式，他也因此聞名于世。

　　但他并不是完美的，他曾經(jīng)失敗過(guò)，其中一次失敗是建造灌澆混凝土房屋的系統(tǒng)太過(guò)昂貴，使得改變住宅建筑的努力功虧一簣。

　　100多年后，研究者嘗試通過(guò)利用3D打印實(shí)現(xiàn)愛迪生未能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

　　其中一種最新的3D打印系統(tǒng)可通過(guò)手機(jī)、跟蹤平臺(tái)，將建筑技術(shù)擴(kuò)展到偏遠(yuǎn)地區(qū)和環(huán)境惡劣的地區(qū)。麻省理工學(xué)院（MIT）仍然在研究機(jī)器人3D打印系統(tǒng)，該系統(tǒng)已經(jīng)能夠在不到14小時(shí)內(nèi)，成功建造直徑50英尺、高12英尺的穹頂建筑。其開發(fā)者指出，該系統(tǒng)可利用多種材料進(jìn)行“打印”，不但包括混凝土，還包括機(jī)器本身在現(xiàn)場(chǎng)挖掘出的土壤，并能夠完成錐形墻及其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件等。

　　MIT媒體實(shí)驗(yàn)室介導(dǎo)物質(zhì)研究小組（MMG）的Steven Keating指出，總體構(gòu)想是“將生物學(xué)作為靈感和設(shè)計(jì)工具”，在建筑業(yè)內(nèi)推動(dòng)產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)和方法。MMG專注于自然啟發(fā)設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)不利用零部件設(shè)計(jì)和建造結(jié)構(gòu)，而是利用3D打印平臺(tái)構(gòu)建結(jié)構(gòu)和外觀，然后再形成諸如內(nèi)部橫梁或窗戶等構(gòu)件。

　　一幅光影繪畫展示了新系統(tǒng)打印大型結(jié)構(gòu)的能力，并通過(guò)數(shù)字控制形成復(fù)雜的彎曲。圖：StevenKeating/MIT

　　獲得MIT機(jī)械工程博士學(xué)位的Keating指出，多年以來(lái)，建筑方法幾乎未曾發(fā)生變化?！傲悴考还潭ㄔ谝黄?，然后將零部件組裝成為建筑物。零部件則在工廠制造。”他說(shuō)。

　　一種替代方法是“采用類似于生物系統(tǒng)的方法，”他說(shuō)。機(jī)器人3D平臺(tái)（數(shù)字化建設(shè)平臺(tái)）應(yīng)模仿生物系統(tǒng)，將建筑物視作一個(gè)有機(jī)體，而這個(gè)有機(jī)體的設(shè)計(jì)和建設(shè)采用了一套無(wú)縫連接并支撐整體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。

　　設(shè)備由一個(gè)巨大的機(jī)械液壓臂構(gòu)成，該液壓臂被固定在一輛改裝過(guò)的卡車上，末端有一個(gè)較小的機(jī)械臂，由太陽(yáng)能光伏板提供動(dòng)力。這種組合擴(kuò)大了可用材料的范圍和靈活性。

　　“可以將小的機(jī)械臂視作一根手指，”Keating說(shuō)，“這根手指具有補(bǔ)償機(jī)能，并能以更復(fù)雜的方式移動(dòng)?！?/p>

　　這與正在研究中的其他大型3D打印機(jī)之間存在很大不同。多數(shù)3D打印機(jī)通過(guò)龍門起重機(jī)或軌道移動(dòng)，并由一個(gè)固定結(jié)構(gòu)支撐噴嘴，由于支撐系統(tǒng)物理尺寸的限制，因此也限制了建筑結(jié)構(gòu)的尺寸。Keating指出，可自由移動(dòng)的移動(dòng)式平臺(tái)能夠建造任何尺寸的物體，因其占地面積小，因此適用于多數(shù)建筑工地。

　　可對(duì)原位打印泡沫實(shí)行動(dòng)態(tài)著色，形成連續(xù)色彩梯度。圖片：StevenKeating/MIT

　　Keating指出，該系統(tǒng)的關(guān)鍵是能夠隨著打印的進(jìn)行而改變材料密度，從而形成錐形墻或建造懸垂部分，并達(dá)到建筑規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。該系統(tǒng)還能夠混合諸如土壤等材料，用于建造壓制土工結(jié)構(gòu)?？梢栽跈C(jī)械臂上安裝具有其他功能的工具，如：挖掘或磨銑工具。

　　“我們希望它不僅僅是一個(gè)3D打印機(jī)，”Keating說(shuō)，他通過(guò)發(fā)表博士論文引導(dǎo)該系統(tǒng)的開發(fā)?！拔覀冞€希望它能夠磨銑，使精度超過(guò)我們實(shí)際所需。”

　　測(cè)試時(shí)，Keating的團(tuán)隊(duì)利用數(shù)字平臺(tái)打印模網(wǎng)混凝土構(gòu)造物常用的聚氨酯泡沫塊。“我們希望得到一種能立即使用的系統(tǒng)，”Keating說(shuō)，他指出，要想發(fā)揮這一系統(tǒng)的全部潛力，還有大量研究工作要做?！拔覀兿Ｍ诮ㄖさ啬軌蜉p松復(fù)制建造工藝，因此我們采用3D打印技術(shù)制造模網(wǎng)。

　　中空泡沫塊中填有混凝土，用于形成墻體，并將內(nèi)外構(gòu)件與之連接。Keating指出，材料可在30秒之內(nèi)凝固，整個(gè)測(cè)試可在14個(gè)小時(shí)之內(nèi)完成，結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠用于現(xiàn)有的項(xiàng)目，并符合現(xiàn)有的建筑規(guī)范要求。此外，他還指出，測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠成功打印穹頂建筑，這是一種雙曲結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)建筑物相比，其結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。由于設(shè)備能夠在移動(dòng)時(shí)打印，“因此，它不受水平建筑空間的限制，”Keating說(shuō)。

　　Keating指出，團(tuán)隊(duì)引入了地方承包商，以確保使用現(xiàn)有的成品材料，并遵循標(biāo)準(zhǔn)要求?！拔覀冋?qǐng)承包商進(jìn)行水壓測(cè)試，”他說(shuō)。“制造出完全符合規(guī)范要求的產(chǎn)品對(duì)我們來(lái)說(shuō)很重要，”這是吸引資金的關(guān)鍵。取得的初步成功已經(jīng)吸引了諸如谷歌（Google）和歐特克（Autodesk）等公司的注意，這些公司提供進(jìn)一步開發(fā)所需的資金和空間。

　　進(jìn)一步的工作包括使平臺(tái)“更智能”，且能夠完全自我維持。Keating指出，傳感器將根據(jù)場(chǎng)地相對(duì)于太陽(yáng)的具體位置，進(jìn)行測(cè)量后確定安裝窗戶的最佳位置。地面雷達(dá)將決定地基的最佳位置，打印機(jī)則根據(jù)方向形成厚度不等的隔熱墻：朝南的墻壁厚度可以比朝北的墻壁厚度小一些?？筛鶕?jù)承載要求，使墻體形成錐形。

　　平臺(tái)能夠采用不同的材料，這對(duì)傳統(tǒng)建筑材料成本存在限制的發(fā)展中地區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)、或者賑災(zāi)很有吸引力?！霸撓到y(tǒng)可挖掘土壤，加入部分纖維制造壓制土工結(jié)構(gòu)，”他說(shuō)道，此外其尺寸使其能夠在較小的空間中運(yùn)作。

　　“與其他技術(shù)相比，該項(xiàng)技術(shù)具有各種可能性，”Keating說(shuō)。在未來(lái)的太空探索中，該系統(tǒng)可在火星上利用土壤和冰塊工作。在地球上，“如果把種子放在壓制土工構(gòu)筑物的土壤混合物中，你會(huì)得到什么？一面綠色墻體?！?/p>

　　該系統(tǒng)何時(shí)可作為商用，還有待確定。Keating說(shuō)，下一步的挑戰(zhàn)是獲得足夠的資金，在較大的構(gòu)筑物上進(jìn)行大規(guī)模研究?！敖鉀Q尺寸和規(guī)模問(wèn)題將會(huì)非常耗時(shí)，”他說(shuō)。

　　來(lái)源：美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)