極限環境における付加的建設（コンクリート3Dプリント）技術の開発、CCCC第一道路工学研究所のFu Zhipeng氏の講演

南極熊紹介： 2024年8月、「極限環境下における交通インフラの高品質建設・維持管理と防災・減災に関する第1回学術会議及び中国道路学会工学地質学・地質工学部門第7回学術年次会議」が西安で成功裏に開催されました。極限環境におけるグリーン長寿道路工学国家重点実験室の副所長兼学術リーダーである傅志鵬氏は、「極限環境における交通インフラの付加的知能建設技術の研究」と題する会議に招待され、研究背景と技術要件、付加的知能建設のコア技術体系、交通インフラ分野への応用研究、技術成果と応用展望などの面から、エンジニアリング分野における付加的建設技術を共有した。

△傅志鵬氏が「極限環境下における交通インフラの付加的知能建設技術の研究」に関する学術報告を発表した直後、中国西北初の3Dプリント都市景観アーチ橋「長寧プリント」などのプロジェクトの広範な社会的影響力に依拠し、10月19日、陝西テレビの「シルクロード新週刊」番組でその建設コンセプトと実施状況が報道され、中国通信第一道路工程設計研究所の傅志鵬副所長にインタビューし、第一道路工程設計研究所の3Dプリント技術の開発経緯と応用結果が紹介された。

△陝西テレビの「シルクロード新週刊」欄で工学博士、上級エンジニア、博士課程の指導教員である傅志鵬氏が取り上げられました。極限環境におけるグリーン長寿道路工学国家重点実験室の副所長および学術リーダー、中国通信第一道路工学研究所の副所長、工学技術研究所の所長。彼は長年にわたり道路工学設計、建設、科学技術研究開発に従事しており、極限環境における高速道路プロジェクトの設計と建設において豊富なエンジニアリング経験を持っています。彼は現在、陝西省の重点革新チームである「交通インフラ健康保護革新チーム」のリーダー、ダム道路工程病院中国通信建設支部の執行役員、交通運輸部の人材育成モデル基地の責任者、中国科学技術市場協会の交通委員会の副主任を務めている。彼は、国家、省、省レベルの30以上の主要な科学研究プロジェクトを主導または参加し、20以上の高速道路を設計し、70以上のプロジェクトのコンサルティングとレビューを実施しました。省および省レベルの特別、一級、二級、三級、特別科学技術賞を 10 回受賞し、工程調査、設計、コンサルティング部門で一級、二級、三級賞を 3 回受賞。特許を 35 件申請し、そのうち発明特許は 24 件。業界標準 2 件、団体標準 4 件を含む 6 件の標準規格の編纂に参加。質の高い学術論文を 30 本以上、モノグラフ 3 冊を出版。国家優秀道路科学技術労働者、陝西省三秦人材特別支援計画科学技術イノベーションリーダー、陝西省労働組合連合会「労働者先駆者」、中国交通建設グループ「ブランドチーム」リーダーなどの栄誉称号を獲得。

この会議は、中国工程院土木・水資源・建築工学部、中国道路学会、中国交通建設集団有限公司の指導の下、極限環境におけるグリーン長寿道路工学国家重点実験室が主催する全国的な学術会議です。会議には中国科学院と中国工程院の20名以上の院士が招かれ、指導にあたった。この分野の優秀な若者、長江学者、教授、専門家など、50名以上の国家レベルの人材が長安に集まった。会議は建設、メンテナンス、防災・減災、グリーン、レジリエンス、安全をテーマに、洗練された調査技術、疾病監視・評価、材料と建物のレジリエンス、緊急時の対応、道路交通計画と安全対策などの重点方向に焦点を合わせ、ハイレベルかつ高品質な学術プラットフォームを構築し、深い交流と協力を通じて、業界の高品質な発展を共同で推進した。

傅志鵬氏の演説の主な内容は以下のとおりです。

1. 研究の背景と業界のニーズ: 付加的インテリジェント建設技術の台頭と課題

2013年以来、製造業のインテリジェント化に向けた世界的な競争が始まっており、中国も「中国製造2025」や「インターネット+」の行動計画を提唱しており、付加製造は重要なリンクとなっている。このような背景から、エンジニアリング建設業界はデジタル化とインテリジェント化の変革を遂げており、その中でも付加的なインテリジェント建設技術が特に顕著になっています。寒冷地や高地などの厳しい自然条件による施工効率の低さや品質保証の難しさなど、極限環境下における我が国の交通インフラ建設の課題に対し、少ない人員と金型なしで複雑な構造物を迅速に実現できる利点から、エンジニアリング構造物の付加的インテリジェント建設技術が解決策として注目されています。この技術は主に材料、アルゴリズム、プロセス、機器、ソフトウェア、制御システムなどの研究に焦点を当てています。一定の成果は達成されていますが、依然として重要な技術的および応用上の困難が多数残っています。中国交通建設第一工程局は業界のリーダーとして、常に最先端技術を取り入れ、交通システム初の3Dプリント建設実験室を建設し、交通インフラの付加的インテリジェント建設のための完全なコア技術システムを構築しており、その応用シーンは多岐にわたり、将来性も広い。

△ エンジニアリング構造付加型知能建設技術の開発と応用シナリオ
2. コア技術システムの構築：付加的知能建設技術の総合的突破

中国通信建設第一工程局のエンジニアリング分野向け付加的インテリジェント建設技術は、多分野にわたる横断的な研究を通じて、設計から応用までの全プロセスの技術レイアウトを実現しました。このシステムは、複雑な環境における材料性能の調整、印刷装置の寸法精度の限界、装置システムのインテリジェント化の難しさ、特殊形状部品の印刷パスの開発の難しさ、品質に影響を与える複雑な要因など、5 つの主要な技術的問題を解決しました。

材料面では、低炭素セメント系材料、OPC材料システム、OPC-SAC複合材料システムを独自に開発し、対応する技術システムを確立し、実証プロジェクトに適用しました。

設備面では、ロボットアーム印刷設備システムと大規模モジュールトラス設備システムを開発し、5世代にわたるツール側の革新を実現し、印刷フロー、精度、効率、品質を向上させました。

△ロボットアーム印刷設備システムと大規模モジュールトラス設備システムプラットフォームに関しては、初の完全なコンクリート3D印刷制御システムが開発され、プロセス全体の安全な監視と正確な調整を実現しました。

△技術面では、初の比較的完全かつ効率的な具体的な3D印刷制御システムにより、フロントエンド設計のデジタル化と、あらゆる複雑な3次元構造の柔軟な印刷が実現します。品質管理面では、パラメータ協調設計により高精度な印刷品質管理を実現しています。

△フロントエンド設計のデジタル化を実現し、多自由度を持つ複雑な3次元斜め空間やカンチレバー構造を柔軟に印刷
3. 交通インフラへの応用の探究：付加的インテリジェント建設技術の多様な実践

交通インフラの分野では、付加的なインテリジェント建設技術が幅広い応用の可能性を示しています。一般的な適用シナリオには、道路表面および路床構造、橋梁およびトンネルプロジェクト、防音壁、斜面保護、サービスエリア、景観建築などがあります。道路工学においては、この技術を高性能材料と組み合わせることで、軽量かつ高強度の舗装構造を迅速に構築することができ、また、過酷な環境の要件に応じて機能的に設計することもできます。橋梁プロジェクトでは、西安市長寧新区考古文化公園のコンクリート3Dプリント景観アーチ橋を例に、設計、シミュレーション制作からインテリジェント監視、統合制御までの全プロセスアプリケーションが実証されました。道路沿いの市営景観プロジェクトでは、この技術がフェンスや門番小屋のプロジェクトに適用され、新しい構造形態と複合構造を使用して、パーソナライズされた高品質の生産を実現します。主要な印刷生産技術に関しては、工程や環境の温度制御、構造強化などの補助的な対策により、高品質な生産を保証します。

△設計、シミュレーション生産からインテリジェント監視、統合制御まで
4. 技術的成果と将来の展望：付加的インテリジェント建設技術の継続的な発展と影響

工学構造物の付加的インテリジェント建設技術は、交通インフラ、景観、橋梁、建物など多くの分野で広く使用されており、目覚ましい成果を上げています。この技術を基に、第一公益研究所は国家、省、省庁、自然科学財団の重点プロジェクトを含む約40件のプロジェクトを主催し、契約総額は6,000万元を超え、数百万元のエンジニアリングコストを節約しました。材料、設備、制御システムとプラットフォーム、建設プロセスなど、テクノロジーチェーン全体にわたって完全な知的財産権グループが形成されました。研究成果は40件以上の特許を申請し、そのうち27件が認可され、そのうち7件は発明、4件はソフトウェア著作権、30件はSCI検索や中国コアジャーナルなどの高品質の学術論文を発表し、国家、省、省庁、業界協会レベルで16の栄誉賞を受賞しました。いくつかの中核的な研究成果は国際的にトップレベルにあると評価されており、チーム全体のイノベーションレベルは国内でもトップクラスです。

開発されたエンジニアリング構造付加型インテリジェント建設技術は、過酷な環境における技術的および構造的要件を満たすだけでなく、長い建設期間、限られた設計自由度、高い労働コストと型枠コスト、大きな環境影響など、従来の建設方法によってもたらされる一般的な問題もうまく解決します。施工効率は 70% 以上向上しました。芸術的な施工要件を持つ複雑な部品の場合、効率は 50% 以上向上します。施工プロセスは型を必要とせず、必要な人員も少なく、型枠コストを 100% 節約できます。プレファブリケーションと組み立ては環境に優しく効率的で、社会的、経済的、生態学的に大きなメリットがあります。将来的には、この技術はさらに応用範囲を拡大し、産業の発展を促進し、近代的なインフラ建設システムの構築に貢献するでしょう。

これまでに建設された数多くの3Dプリントプロジェクトの中でも、陝西省西安市に建設されたいくつかのコンクリート製の3Dプリント橋は、幅広い社会的影響を与え、注目を集めています。 10月19日、陝西テレビの「シルクロード新週刊」番組は、公的機関が設計・建設した中国北西部初のコンクリート3Dプリント景観アーチ橋の報道に焦点を当てた。

中国交通建設第一道路工程集団有限公司は、コンクリート3Dプリント技術分野への進出を継続し、運輸や建設などの業界への応用シナリオをさらに拡大し、現代のインフラ建設技術のグリーン化、産業化、インテリジェント化の推進に貢献すると報じられている。

極限環境における付加的建設（コンクリート3Dプリント）技術の開発、CCCC第一道路工学研究所のFu Zhipeng氏の講演

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