Enel Green Power 在地震帶 3D 打印永久性抗震混凝土結構

2024年10月3日，南極熊獲悉，可再生能源技術開發(fā)者 Enel Green Power與那不勒斯費德里科二世大學合作，成功率先使用 3D 打印技術在地震帶建造永久性混凝土結構，這在意大利尚屬首次。該項目在拉齊奧地區(qū)的Montalto di Castro 發(fā)電廠實施，代表了建筑和能源領域的重大創(chuàng)新。這些結構是Alessandro Volta 發(fā)電廠電池儲能系統(tǒng) (BESS) 的一部分，旨在儲存發(fā)電廠產生的多余電力。這些結構包括一座小型工業(yè)建筑和主要電氣設備的基礎，標志著可持續(xù)建筑的新時代。

這一里程碑是意大利首個使用 3D 打印技術建造的非臨時混凝土建筑，也是全球能源領域首批此類建筑之一。重要的是，該項目已獲得抗震許可，這意味著它可以安全地用于地震多發(fā)地區(qū)，這是意大利地震帶的一個重要考慮因素。這種創(chuàng)新的施工方法能夠獲得土木工程部門的批準，凸顯了該項目背后的技術嚴謹性和創(chuàng)新性。這些發(fā)展標志著 Enel Green Power 和整個 Enel 集團向前邁出了重要一步，他們正在努力實現(xiàn)更可持續(xù)、更高效的建筑實踐。

蒙塔爾托迪卡斯特羅的 BESS 設施的建設采用了增材制造技術，也就是通常所說的 3D 打印。該過程涉及根據(jù)在計算機上設計的數(shù)字模型逐層創(chuàng)建對象。在這種情況下，機械臂使用海德堡材料公司專門為 3D 打印設計的水泥材料制造了 11 面墻和其他組件。每面墻大約 3 米高、1.5 米寬，總共打印了約2.5 公里的材料。支撐電氣設備的地基采用類似的方式建造，每一塊都更像樹根等自然形成的物體，而不是傳統(tǒng)的混凝土結構。

墻壁和地基在那不勒斯附近的沃拉制造完畢后，被運到蒙塔爾托迪卡斯特羅工廠進行組裝。這種在場外打印建筑組件，然后在最終地點組裝的過程讓人想起建造大型樂高積木。這種建筑不僅具有創(chuàng)新性，而且效率很高。蒙塔爾托迪卡斯特羅工廠的建筑很小，約 15 平方米，但其重要性在于建造它的技術和方法。該項目將傳統(tǒng)的預制技術（例如單獨建造屋頂）與尖端的 3D 打印技術相結合，展示了兩種方法的兼容性。

3D 打印在建筑行業(yè)具有諸多優(yōu)勢。首先，它大大縮短了建筑時間。蒙塔爾托迪卡斯特羅的施工時間不到傳統(tǒng)方法所需時間的一半。這種速度對于能源行業(yè)至關重要，特別是在不斷發(fā)展的可再生能源領域，快速安裝可以提高競爭力。此外，3D 打印消除了對模板的需求，模板是傳統(tǒng)上用于在澆筑混凝土硬化時將其固定到位的臨時模具。這既減少了所需的勞動力，也減少了對環(huán)境的影響，因為浪費的材料更少。

可持續(xù)性是 Enel Green Power 使命的核心，而 3D 打印在減少建筑對環(huán)境的影響方面發(fā)揮著關鍵作用。通過優(yōu)化混凝土的分布，3D 打印可最大限度地減少材料使用量（在某些情況下可減少 50%），從而降低二氧化碳排放量。鑒于混凝土生產占全球二氧化碳排放量的很大一部分，這種減少是一項至關重要的好處。此外，通過使用更少的材料和減少浪費，3D 打印符合可再生能源行業(yè)的目標，該行業(yè)旨在最大限度地減少整個生產和基礎設施生命周期對環(huán)境的影響。

除了環(huán)保優(yōu)勢之外，3D 打印還提供了更大的設計靈活性。通過數(shù)字設計和增材制造，可以輕松處理傳統(tǒng)建筑技術難以實現(xiàn)或無法實現(xiàn)的復雜形狀和定制細節(jié)。這種靈活性不僅為建筑創(chuàng)意開辟了新的可能性，而且還提高了結構的機械性能。3D 打印的高度數(shù)字化特性還提高了現(xiàn)場安全性，因為大部分勞動都是自動化的，從而降低了工人的風險。

Montalto di Castro 項目并非一帆風順。據(jù)參與的工程師介紹，控制打印過程的一致性和確保材料的結構完整性是關鍵障礙。生產高達三米的部件，同時保持其軟態(tài)和硬態(tài)的穩(wěn)定性，需要精確控制擠出速度和打印塊的幾何形狀。然而，該項目的成功完成證明了 3D 打印在克服這些挑戰(zhàn)和創(chuàng)造耐用、可靠的結構方面的潛力。

Enel Green Power 與那不勒斯費德里科二世大學的合作始于兩年前，目標是開發(fā)一種革命性的 3D 打印元件結構計算理論。該理論在現(xiàn)場實施之前，經過了實驗室和數(shù)值模擬的嚴格測試。這些努力的結果已提交給意大利土木工程部和公共工程高級委員會審批。項目團隊致力于研究和創(chuàng)新，其成果很可能成為未來工程和建筑研究的教科書范例。

展望未來，Enel Green Power 計劃進一步開發(fā)建筑領域的 3D 打印技術。該公司已經通過意大利國家恢復和復原力計劃 (NRRP) 獲得了 ARTES4.0 能力中心的資助，用于工業(yè)化 3D 打印能源基礎設施結構元素的過程。即將推出的 OM3GA 項目將與多家合作伙伴合作，包括意大利領先的 3D 打印機制造商 WASP和專門從事先進材料的公司 Materias。目標是使用移動工廠為變電站設備創(chuàng)建 3D 打印基礎，允許直接在現(xiàn)場打印結構，進一步降低運輸和環(huán)境成本。

Montalto di Castro 項目標志著 Enel 和整個能源行業(yè)向前邁出了重要一步。通過展示 3D 打印永久性抗震混凝土結構的可行性，Enel 為更快、更可持續(xù)的施工方法打開了大門。隨著技術的不斷發(fā)展，它很可能在能源領域發(fā)揮越來越重要的作用，特別是在可再生能源基礎設施的發(fā)展中。3D 打印能夠縮短施工時間、減少材料使用并降低二氧化碳排放，為當今行業(yè)面臨的一些關鍵挑戰(zhàn)提供了有希望的解決方案。