土工试验规程铁路工程土工试验规程

　　托马斯·爱迪生（Thomas Edison）的多项发明和创新改变了美国人的工作和生活方式，他也因此闻名于世。

　　但他并不是完美的，他曾经失败过，其中一次失败是建造灌浇混凝土房屋的系统太过昂贵，使得改变住宅建筑的努力功亏一篑。

　　100多年后，研究者尝试通过利用3D打印实现爱迪生未能实现的目标。

　　其中一种最新的3D打印系统可通过手机、跟踪平台，将建筑技术扩展到偏远地区和环境恶劣的地区。麻省理工学院（MIT）仍然在研究机器人3D打印系统，该系统已经能够在不到14小时内，成功建造直径50英尺、高12英尺的穹顶建筑。其开发者指出，该系统可利用多种材料进行“打印”，不但包括混凝土，还包括机器本身在现场挖掘出的土壤，并能够完成锥形墙及其他结构构件等。

　　MIT媒体实验室介导物质研究小组（MMG）的Steven Keating指出，总体构想是“将生物学作为灵感和设计工具”，在建筑业内推动产生新的设计和方法。MMG专注于自然启发设计，强调不利用零部件设计和建造结构，而是利用3D打印平台构建结构和外观，然后再形成诸如内部横梁或窗户等构件。

　　一幅光影绘画展示了新系统打印大型结构的能力，并通过数字控制形成复杂的弯曲。图：StevenKeating/MIT

　　获得MIT机械工程博士学位的Keating指出，多年以来，建筑方法几乎未曾发生变化。“零部件被固定在一起，然后将零部件组装成为建筑物。零部件则在工厂制造。”他说。

　　一种替代方法是“采用类似于生物系统的方法，”他说。机器人3D平台（数字化建设平台）应模仿生物系统，将建筑物视作一个有机体，而这个有机体的设计和建设采用了一套无缝连接并支撑整体结构的系统。

　　设备由一个巨大的机械液压臂构成，该液压臂被固定在一辆改装过的卡车上，末端有一个较小的机械臂，由太阳能光伏板提供动力。这种组合扩大了可用材料的范围和灵活性。

　　“可以将小的机械臂视作一根手指，”Keating说，“这根手指具有补偿机能，并能以更复杂的方式移动。”

　　这与正在研究中的其他大型3D打印机之间存在很大不同。多数3D打印机通过龙门起重机或轨道移动，并由一个固定结构支撑喷嘴，由于支撑系统物理尺寸的限制，因此也限制了建筑结构的尺寸。Keating指出，可自由移动的移动式平台能够建造任何尺寸的物体，因其占地面积小，因此适用于多数建筑工地。

　　可对原位打印泡沫实行动态着色，形成连续色彩梯度。图片：StevenKeating/MIT

　　Keating指出，该系统的关键是能够随着打印的进行而改变材料密度，从而形成锥形墙或建造悬垂部分，并达到建筑规范标准要求。该系统还能够混合诸如土壤等材料，用于建造压制土工结构。可以在机械臂上安装具有其他功能的工具，如：挖掘或磨铣工具。

　　“我们希望它不仅仅是一个3D打印机，”Keating说，他通过发表博士论文引导该系统的开发。“我们还希望它能够磨铣，使精度超过我们实际所需。”

　　测试时，Keating的团队利用数字平台打印模网混凝土构造物常用的聚氨酯泡沫块。“我们希望得到一种能立即使用的系统，”Keating说，他指出，要想发挥这一系统的全部潜力，还有大量研究工作要做。“我们希望在建筑工地能够轻松复制建造工艺，因此我们采用3D打印技术制造模网。

　　中空泡沫块中填有混凝土，用于形成墙体，并将内外构件与之连接。Keating指出，材料可在30秒之内凝固，整个测试可在14个小时之内完成，结果显示，该系统能够用于现有的项目，并符合现有的建筑规范要求。此外，他还指出，测试结果表明，该系统能够成功打印穹顶建筑，这是一种双曲结构，与标准建筑物相比，其结构更复杂。由于设备能够在移动时打印，“因此，它不受水平建筑空间的限制，”Keating说。

　　Keating指出，团队引入了地方承包商，以确保使用现有的成品材料，并遵循标准要求。“我们请承包商进行水压测试，”他说。“制造出完全符合规范要求的产品对我们来说很重要，”这是吸引资金的关键。取得的初步成功已经吸引了诸如谷歌（Google）和欧特克（Autodesk）等公司的注意，这些公司提供进一步开发所需的资金和空间。

　　进一步的工作包括使平台“更智能”，且能够完全自我维持。Keating指出，传感器将根据场地相对于太阳的具体位置，进行测量后确定安装窗户的最佳位置。地面雷达将决定地基的最佳位置，打印机则根据方向形成厚度不等的隔热墙：朝南的墙壁厚度可以比朝北的墙壁厚度小一些。可根据承载要求，使墙体形成锥形。

　　平台能够采用不同的材料，这对传统建筑材料成本存在限制的发展中地区和偏远地区、或者赈灾很有吸引力。“该系统可挖掘土壤，加入部分纤维制造压制土工结构，”他说道，此外其尺寸使其能够在较小的空间中运作。

　　“与其他技术相比，该项技术具有各种可能性，”Keating说。在未来的太空探索中，该系统可在火星上利用土壤和冰块工作。在地球上，“如果把种子放在压制土工构筑物的土壤混合物中，你会得到什么？一面绿色墙体。”

　　该系统何时可作为商用，还有待确定。Keating说，下一步的挑战是获得足够的资金，在较大的构筑物上进行大规模研究。“解决尺寸和规模问题将会非常耗时，”他说。

　　来源：美国机械工程师学会