3D打印技術(shù)在水運(yùn)工程中的探索

周亞林　王梅

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，越來越多的工程建設(shè)項(xiàng)目異軍突起，工程建設(shè)領(lǐng)域內(nèi)3D打印技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍，技術(shù)的進(jìn)步使得3D打印技術(shù)顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)，可以在很大程度上降低成本，縮短工期，給工程施工帶來極大的便利。本文首先介紹3D打印技術(shù)，對(duì)水運(yùn)工程中使用3D打印技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)想，通過分析該技術(shù)在水運(yùn)工程中的施工優(yōu)勢(shì)，針對(duì)施工結(jié)構(gòu)，對(duì)3D打印技術(shù)在水運(yùn)工程中的應(yīng)用問題進(jìn)行分析，展望3D技術(shù)在水運(yùn)工程施工中的未來，推動(dòng)該技術(shù)在水運(yùn)工程中的應(yīng)用和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);水運(yùn)工程;存在問題;應(yīng)用設(shè)想和展望

中圖分類號(hào)：U615? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）04-0037-02

經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步推動(dòng)交通設(shè)施建設(shè)的高效發(fā)展，水運(yùn)作為現(xiàn)代交通工具中的重要組成部分，在人們的生活中具有十分重要的地位，與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)。水運(yùn)設(shè)施作為國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，具有建設(shè)周期長的特點(diǎn)，在工程建設(shè)中，通過采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行快速建設(shè)，一直就是施工人員和技術(shù)人員關(guān)注的重要課題，也是施工單位在施工中遇到的重點(diǎn)難點(diǎn)。3D打印技術(shù)作為水運(yùn)工程建設(shè)中的重要應(yīng)用技術(shù)，是保障現(xiàn)代水運(yùn)工程建設(shè)質(zhì)量的重要先決條件，該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使得水運(yùn)建設(shè)工程的效率和質(zhì)量得到大幅度提地提升，也為水運(yùn)建設(shè)地高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供了良好的機(jī)遇。

1 3D打印技術(shù)

目前，3D打印技術(shù)在我國建筑領(lǐng)域的發(fā)展相對(duì)比較成熟，越來越多的工程實(shí)踐為水運(yùn)建設(shè)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，就其在水運(yùn)建設(shè)中的地位和作用而言，創(chuàng)新性和實(shí)用性的潛力非常大，該技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)了水運(yùn)建設(shè)工程項(xiàng)目的智能性和現(xiàn)代性，是未來大型化、重型化建設(shè)的重要發(fā)展趨勢(shì)。

3D打印在學(xué)術(shù)上的名稱為“增材制料”，在進(jìn)行制造的過程中，利用事先確定好的數(shù)學(xué)模型三維CAD，也可以利用微處理器對(duì)一些零散的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件以及不同成品的部件進(jìn)行分析整理，在這個(gè)過程中，具體堆疊的形式比較多，各種各樣的3D打印工藝也有所不同，使得不同工藝下的打印材料類型也具有較大的差距，雖然類型不同，但主要的基本原理是相同的。當(dāng)前社會(huì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)下，隨著科學(xué)技術(shù)的不同應(yīng)用和普及，3D打印技術(shù)在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中得到不斷的普及，包括工業(yè)、科學(xué)研究、航空航天、消費(fèi)電子以及汽車、農(nóng)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域。在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，3D建筑打印技術(shù)作為整個(gè)3D打印技術(shù)分支，與傳統(tǒng)的3D打印技術(shù)相比，具有極大的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)還具有自身濃烈的行業(yè)特色。3D打印技術(shù)在工程施工中的具體運(yùn)用，使得設(shè)計(jì)的空間大大增大，制造成本大幅度降低，通過數(shù)字化的方式，將三維實(shí)體加工轉(zhuǎn)變?yōu)槎S平面加工序列的過程，在這個(gè)施工過程中，不會(huì)由于建筑類型和其他影響因素的復(fù)雜性增加建設(shè)成本，耗費(fèi)的時(shí)間也相對(duì)較短，生產(chǎn)效率得到極大的提升。

3D打印技術(shù)具有環(huán)保節(jié)能的功效，在增材制料的過程中，不同于傳統(tǒng)的方式，這就使得在生產(chǎn)過程中使用的材料得到充分的使用，材料浪費(fèi)的現(xiàn)象比較少，3D打印技術(shù)在使用的過程中，不會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵和建筑垃圾，具有明顯的環(huán)保作用。

另外，該技術(shù)適用于復(fù)雜的環(huán)境，惡劣的環(huán)境對(duì)其正常使用不會(huì)造成太大的影響。工作人員的培訓(xùn)成本較低，生態(tài)效率較高，全程由電腦操縱，具有明顯的智能化，設(shè)計(jì)師的自由性得到極大的提高，可以在一定程度上降低施工成本和人員成本，提高施工效率和質(zhì)量。

2 3D打印技術(shù)在水運(yùn)工程中的應(yīng)用設(shè)想

2.1 3D打印技術(shù)在混凝土工程中的應(yīng)用

在對(duì)混凝土進(jìn)行施工的過程中，利用3D打印技術(shù)可以很好地彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)施工的諸多不足，比如現(xiàn)場(chǎng)澆筑和預(yù)制裝配混凝土在施工工藝上存在的問題。水運(yùn)工程的建設(shè)會(huì)涉及到大量的混凝土和鋼筋混凝土，現(xiàn)場(chǎng)澆筑和預(yù)制裝配混凝土是常見的施工工藝，現(xiàn)場(chǎng)澆筑的混凝土在施工的時(shí)候具有抗震防滲的優(yōu)勢(shì)，整體結(jié)構(gòu)比較好，但缺點(diǎn)是施工的難度大，施工的時(shí)間比較長，對(duì)勞動(dòng)者的勞動(dòng)要求比較高，將3D打印技術(shù)應(yīng)用到混凝土的施工過程中，可以有效降低工程的造價(jià)成本。另外，港口施工極易受到氣候、水文等自然災(zāi)害的影響，通過使用3D打印技術(shù)，就可以取消相應(yīng)模板工序，也可以對(duì)工程的成本形成較大的節(jié)約，利用機(jī)械代替工人，可以有效地提高施工效率，加快施工速度，促進(jìn)工期的順利完工。

在對(duì)港口以及航道進(jìn)行施工的工程項(xiàng)目中，裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也得到廣泛的使用，采用先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)和設(shè)備對(duì)構(gòu)件進(jìn)行預(yù)制，可以給施工帶來極大的便利。3D打印技術(shù)在這種施工中具有極大的應(yīng)用價(jià)值，大多數(shù)預(yù)制構(gòu)件都可以通過3D打印技術(shù)在工廠的車間完成，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行打印生產(chǎn)。建筑工程的工作原理是相通的，在各類水運(yùn)工程建設(shè)項(xiàng)目中，3D打印技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用實(shí)例可以為各類水運(yùn)建設(shè)工程提供一定的參考和借鑒。

2.2 3D打印技術(shù)在新型防波堤結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

眾所周知，在港口以及海岸進(jìn)行施工的時(shí)候，這些地方對(duì)海岸的防護(hù)要求比較高，對(duì)于防波堤的要求自然也相對(duì)比較高。因此，為了降低波浪的反射和實(shí)際施工中的工程造價(jià)成本，越來越多的專家研制出各種各樣的防波堤結(jié)構(gòu)，新型的防波堤結(jié)構(gòu)與以往傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，該結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)于施工的要求比較高，這也在一定程度上給施工提出了更大的要求，但3D打印技術(shù)不會(huì)受到這類因素的影響，其耗費(fèi)的時(shí)間比較短，施工的建造成本較低，可以大幅度減少防波堤結(jié)構(gòu)的施工復(fù)雜性，給水運(yùn)建造工程帶來極大的便利。

3 3D打印技術(shù)在水運(yùn)工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3D打印技術(shù)在水運(yùn)工程中的廣泛應(yīng)用，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它可以取消施工模具的安裝和拆卸流程，不需要人工進(jìn)行搗振，使得建筑工人的工作量大大降低，在進(jìn)行混凝土構(gòu)件的過程中，3D打印技術(shù)的應(yīng)用可以降低混凝土的使用量，節(jié)省大量的費(fèi)用，水運(yùn)工程的大多數(shù)異形結(jié)構(gòu)，在往后相似的工程中得到使用的可能性并不大，但3D打印技術(shù)可以有效避免這種結(jié)構(gòu)的浪費(fèi)。建筑材料在施工的過程中，可以采用工業(yè)和建筑垃圾，經(jīng)過科學(xué)的分類處理后得到重新利用，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，在施工中達(dá)到綠色施工的目的，避免粉塵和噪音的影響，并且降低了打印材料的浪費(fèi)，通過在計(jì)算機(jī)上完成相關(guān)工作，使得功能化和精度化的設(shè)計(jì)建筑得以實(shí)現(xiàn)?？傊?，隨著我國人力成本的上升和勞動(dòng)力的短缺，技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)工程施工工藝的進(jìn)步，3D打印技術(shù)會(huì)得到有效的使用，在水運(yùn)建筑工程領(lǐng)域得到更加廣泛的普及。

4 3D打印技術(shù)在水運(yùn)工程應(yīng)用中存在的問題

目前，3D打印技術(shù)在我國水運(yùn)建設(shè)工程的應(yīng)用普及程度還不是很高，沒有實(shí)現(xiàn)全部采用3D打印技術(shù)，這就需要行業(yè)的人員加強(qiáng)研究。3D打印技術(shù)目前在我國還沒有形成完整的管理體系，也缺乏相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)設(shè)計(jì)只是借鑒相似的建設(shè)，并通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)來確保其結(jié)構(gòu)的安全性，3D打印技術(shù)還有進(jìn)一步的提升空間，打印材料的質(zhì)量需要進(jìn)一步的更新，要保證其盡量符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，要求相關(guān)權(quán)威認(rèn)證。業(yè)主和設(shè)計(jì)人員要對(duì)3D打印技術(shù)在水運(yùn)工程上的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步的探討。

5 3D打印技術(shù)在水運(yùn)工程應(yīng)用中的展望

目前，在我國水運(yùn)工程建設(shè)過程中，在3D打印建筑業(yè)務(wù)比較集中的區(qū)域，通過設(shè)置3D打印工廠，將物資通過物流系統(tǒng)運(yùn)送到所需的工程進(jìn)行安裝。在3D打印技術(shù)發(fā)展到一定的階段，達(dá)到相應(yīng)的規(guī)模以后，還可以在全球布局3D打印設(shè)備租賃基地，進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)送和打印工作，這就在很大程度上催生了相關(guān)物流及租賃業(yè)務(wù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)的全球化和普遍化。

6 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)今社會(huì)，技術(shù)革新帶動(dòng)了行業(yè)的智能和高效發(fā)展，高新技術(shù)的使用使得工程的效率和質(zhì)量得到大大的提升。在水運(yùn)工程建設(shè)中使用3D打印技術(shù)，提高了工作水平，與此同時(shí)，要發(fā)揮3D打印技術(shù)的更大效用，相關(guān)人員要不斷進(jìn)行創(chuàng)新和探索，針對(duì)問題采取相應(yīng)的措施，爭取3D打印技術(shù)在水運(yùn)工程建設(shè)中得到最大價(jià)值的發(fā)揮。通過夯實(shí)理論基礎(chǔ)，加強(qiáng)實(shí)踐，善于從實(shí)踐中獲取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，不斷優(yōu)化升級(jí)，從而促進(jìn)水運(yùn)工程建設(shè)項(xiàng)目的高效發(fā)展和運(yùn)轉(zhuǎn)，減少工作人員的工作強(qiáng)度，節(jié)約工程施工的材料成本，進(jìn)而推動(dòng)我國工程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的長遠(yuǎn)進(jìn)步。

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