羊曲水电站有望成为全球最大3D打印工程
“打印”一座水电站总共分几步

来源:中央纪委国家监委网站发布时间:2022-05-20 06:00
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中央纪委国家监委网站 沈东方

挖掘机器人采石,无人卡车运料……在井然有序的黄河羊曲水电站大坝施工现场,很少能看到建筑工人的身影,电脑控制的机器人才是主角。两年后,这里即将诞生全球最大的3D打印工程。

位于青藏高原的黄河羊曲水电站,是黄河干流龙羊峡水电站上游“茨哈、班多和羊曲”三个规划梯级电站的最下一级,主要任务是发电。此工程全部投产后,每年将节约标准煤耗146.7万吨,减少二氧化碳排放量441.2万吨,对于青海清洁能源外送以及“双碳”目标的实现意义重大。

3D打印是一种增材制造方式,在计算机的精准控制下,将所用的材料按照设计模型进行层层叠加,便能将蓝图变为实物。将3D打印技术概念运用到如此大型的工程建设中,羊曲水电站的尝试尚属首例,由此引发外媒关注。据美国“商业内幕网”报道,“待2024年完工,高达150米的羊曲水电站项目将成为世界上使用3D打印技术建造的最高建筑。”

但和普遍意义上的“电脑操控机器,实现一体成型”不同,3D打印技术在羊曲水电站的应用,并不是通过一个巨大的机器直接打印出完整的水电站。羊曲水电站项目首席科学家、清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室副研究员刘天云告诉记者,该项目通过电脑模型将大坝“切片”,分解成很多不同的建设步骤,并在每个步骤研发相应的机器人,一层层地完成作业,一步步从整体上实现3D打印的效果。

“比如,装料机器人可以像熟练驾驶员一样自主决策、自主作业。到了运料环节,装卸卡车可以实现无人驾驶,全自动地把料运到坝址并卸料,之后靠推土机、摊铺机把料摊铺平,最后靠压路机器人进行碾压作业。”刘天云表示,这一套流程下来,全都是电脑和机器人在发挥作用,因此只需要少量工人维护保养机器人,而不用亲自去操作这些工作。

一层一层“打印”而成的大坝,没有了钢筋的支撑,能牢靠吗?刘天云告诉记者,水电站的大坝属于柔性结构,它的稳定性主要依靠材料之间相互接触、挤压产生的摩擦力。因此,即便没有钢筋,在机器人们的精细化操作下,其稳固性是有保障的。

应用机器人、无人车和3D打印技术,除了可以节约人工成本之外,也能通过标准化的施工极大提升建设效率。传统的人工作业时,可能产生人为错误,比如卡车司机由于路线不熟练,将材料运输到错误的位置,而在冲击和强烈的振动下,压路机操作员也无法保持完全笔直的路径。“而机器人不一样,它们的学习能力很强,也不容易受到外界干扰。对于水电站建设等艰苦环境下的工程,机器人能够克服高反等问题自如地工作。”刘天云介绍道。

从运载火箭发动机上使用3D打印零部件,到采用3D打印技术制造的医用护目镜不起雾更贴合,再到3D打印的房屋在多地交付使用……大到数十米的建筑物,小到微纳米尺度的元器件,愈发成熟的3D打印技术如今正深入多个行业,广泛应用于生产生活各个领域。

我国拥有完备的产业体系、超大规模国内市场,以此为依托,3D打印技术有望不断拓展应用广度和深度,培育新的发展增长点,推动中国制造向更高技术水平、更高附加价值、更加绿色低碳的方向持续升级。