29メートルのスパンが世界記録を破る？オランダの最新のコンクリート3Dプリント橋が稼働開始

はじめに: 3D プリント技術を使用して橋を建設することが新しいトレンドになりつつあります。建設者はテンプレートを必要とせず、橋の形状をよりユニークにすることができます。世界中で、10 を超える 3D プリント橋が建設されたと報告されており、橋の長さの記録は絶えず破られています。

2021年9月10日、Antarctic Bearは、オランダが最近、スパン29メートルの3Dプリントコンクリート歩道橋を建設したことを知りました。これは世界最長の3Dプリントコンクリート橋だと言われています。大きさで言えば、河北工業大学の28.15メートルの3Dプリント「趙州橋」や上海スマートベイ科学技術パークの26.3メートルの3Dプリントコンクリート歩道橋よりもわずかに長いです。

△オランダにある全長29メートルの3Dプリントコンクリート橋。この3Dプリント橋は、オランダ公共事業・水道管理総局（Rijkswaterstaat）とデザイナーのMichiel van der Kleyによって設計されました。これは、オランダのナイメーヘン市が2018年に欧州グリーン首都に選出されたことを記念するものです。

この橋は、建設会社BAMとWeber Beamixがコンクリート印刷工場で製造した。ナイメーヘン市は橋の街であり、この特別で革新的な橋は素晴らしい追加要素です。

3Dプリント技術によりデザインの自由度が向上

この橋のプロジェクトの詳細は4月に初めて発表され、3Dプリントされた橋として世界最長の記録を破る計画が明らかになった。

このプロジェクトでは、コンクリートの 3D プリント技術を活用して、橋の設計にさらに自由な形式を導入しました。材料の選択やコンクリートの型枠などの従来のプロセスに制限されないため、橋の設計時にさまざまな場所でさまざまな力を吸収し、よりパーソナライズされた要素を追加することができます。

プロジェクトチームは、まず橋の設計を 3D プリント可能な構造コンポーネントに変換し、次にパラメトリックモデルを作成して橋の最終設計を生成しました。モデルは、元の設計を一連の構造的制約に適合させ、アイントホーフェン大学が設定した印刷仕様に従ってセグメント化し、橋の最適化された内部形状を生成しました。

△橋の3Dプリントコンクリート構造部品

3Dプリントは持続可能な建設技術です

このプロジェクトの主な目標は、橋だけでなく住宅やその他の建物にもコンクリート 3D プリント方法を使用することで得られる設計と持続可能性の利点を実証することです。

3D プリントされた橋は、従来の方法で建設される橋よりもはるかに速く建設でき、必要なコンクリートの量も少なくなります。これらの要因により、コンクリート 3D プリントは、持続可能性と設計の自由度の観点から、将来の建設プロジェクトにとって魅力的な技術となります。

「原材料の使用量が減り、建設のスピードを大幅に上げることができる」とアイントホーフェン大学のコンクリート構造教授、テオ・サレット氏は言う。「将来的には、コンクリートをさらに持続可能なものにし、再利用もできるようにしたい」

全長29メートルのこの橋は、世界最長の3Dプリントコンクリート製歩道橋と言われており、2021年9月8日に正式にオープンしました。

プロジェクトチームは、「この3D製造技術では、プリンターが構造強度が必要な部分にのみコンクリートを印刷するため、材料を最大50％節約できます。3D技術は成熟しつつあり、歩道橋をより速く、より持続的に、より安価に建設するための重要な選択肢になりつつあります」と述べています。

△3Dプリントコンクリート橋の組み立て

世界中の他の3Dプリント橋

①上海ウィズダムベイ3Dプリントコンクリート歩道橋

2019年1月、清華大学（建築学院）中南地デジタル建築研究センターの徐衛国教授のチームが設計・開発し、上海智慧湾投資管理有限公司と共同で建設した3Dプリントコンクリート歩道橋が、上海智慧湾科学技術パークに完成しました。

歩道橋の長さは26.3メートル、幅は3.6メートルで、橋の構造は中国の古代趙州橋の構造方式を借用しており、荷重を支えるために単一のアーチ構造を採用しており、アーチの足の間の距離は14.4メートルです。橋が実際のプリント施工に入る前に、1:4 スケールの実物大の橋の破壊テストが実施され、その強度は歩行者全員の荷重要件を満たすことができました。

橋梁プロジェクト全体の印刷には2台のロボットアーム3Dプリントシステムが使用され、すべてのコンクリート部品の印刷には合計450時間がかかりました。同じサイズの橋と比較すると、そのコストは一般的な橋の3分の2にすぎません。橋本体の印刷と建設には型枠や鉄筋が使用されなかったため、プロジェクトコストが大幅に節約されました。歩道橋は、アーチ構造、手すり、デッキの3つの部分で構成されています。橋の構造は、0.9×0.9×1.6メートルのコンクリート3Dプリントユニット44個で構成されています。手すりは68個のユニットに分割して印刷され、合計64個のデッキも印刷で作られています。これらの部品の印刷材料はすべて、ポリエチレン繊維コンクリートにさまざまな混和剤を加えた複合材料です。多くの配合テストと印刷実験を経て、印刷要件を満たす制御可能なレオロジーを実現しました。この新しいコンクリート材料の圧縮強度は 65 MPa、曲げ強度は 15 MPa に達します。
② 河北工業大学が3Dプリントした「趙州橋」

2019年10月、河北工業大学北辰キャンパスにプレハブコンクリート製の3Dプリント趙州橋が完成し、2020年に「最長の3Dプリント橋」としてギネス世界記録™の称号を正式に獲得しました。河北工業大学の馬国偉教授のチームが建設したこの3Dプリント橋は、全長28.15メートル、有効スパン17.94メートルで、業界内外から注目を集めています。

3D プリントされた趙州橋は 1:2 のスケールで印刷され、現場で組み立てられました。これは現在、世界最長スパンのプレハブコンクリート 3D プリント趙州橋です。遠くから見ると河北工業大学の美しい景色となり、学生や観光客が時折写真を撮りにやって来ます。よく見ると組み立て構造が分かります。
橋のデッキと欄干には桃の花の要素が加えられ、世界中に学生がいることを暗示しています。同時に、欄干には1903、1912、1929、1952、1995、2019などの文字が埋め込まれており、創立以来116年間の学校の発展を暗示しています。

③スペースグレーの3Dプリント鉄筋コンクリート橋

2019年7月、スペースグレイの3Dプリントチームは、長さ5.5メートル、幅2.1メートル、高さ1.6メートルの、真に一体型の3Dプリントコンクリートアーチ橋を完成させたと発表しました。印刷材料は普通の425セメントに骨材と鉄筋を加え、総重量は約10トンです。印刷時間は32時間59分です。

すでに成熟したスペースグレイチームにとって、ブリッジ本体の印刷は技術的に難しくありませんでした。設計当初、プリント橋は人や大型車両を含む車両などが通行できる橋として定義され、橋の通常の使用に完全に準拠して設計されました。そのため、印刷時には大量の鉄筋を配置する必要があり、制御プログラム内の一時停止機能、ブレークポイント再開機能、印刷速度を随時調整する機能を十分に活用することができます。

④ ザハ・ハディド・アーキテクツの3Dプリントコンクリート橋

2020年、ヴェネツィア国際建築ビエンナーレの会場（マリナレッサ庭園）にユニークな形をしたレンガ造りのアーチ橋が登場し、通行人の好奇心と注目を集めました。

この橋は「Striatus」と呼ばれ、長さ16メートル、幅12メートルの歩道橋です。 3D プリントされたプレハブコンクリートパネルから組み立てられます。

Striatus は、Zaha Hadid Architects の Algorithmic Design Research Group (ZHACODE)、ETHZ (スイス連邦工科大学チューリッヒ校)、incremental3D (in3D) の共同プロジェクトであり、Holmic によって実現されました。

Striatus の設計は、伝統的な石積みと高度な技術の完璧な組み合わせであり、予算を半分に抑えることができる建設アイデアも提供します。従来の鉄筋コンクリート床製造技術と比較して、Striatus の設計と製造方法では、コンクリートを 70%、鉄鋼を 90% も節約できます。

⑤オランダのコンクリート3Dプリント歩道橋

2019年9月、オランダの企業Verticoはゲント大学と協力し、3Dプリントされたコンクリート製の歩道橋を開発した。

同社はコンクリート3Dプリントを使用することで、橋の建設に使用する材料を60％削減しながら、従来の方法で建設された橋と同じ重量に耐えることができました。

「この橋は、3Dコンクリートプリントの可能性を実証しています」と、Verticoの創設者であるフォルカー・ルイティンガ氏は語ります。「この橋を建設することで、Verticoはコンクリート3Dプリントの利点を実証しました。この技術は、構造物における材料最適化の問題を解決する鍵であり、CO2排出量を削減できるだけでなく、建設業界の生産性を向上させることができると考えています。」

⑥2024年パリオリンピックのための3Dプリントコンクリート橋

これはまだ建設されていない3Dプリント橋です。2024年のパリオリンピックに備えて、フランスのPlaine Commune Grand Parisは、長さ40メートルの3Dプリントコンクリート歩道橋を建設する予定です。

このプロジェクトに携わっている企業には、土木工学企業のFreyssinet、Levigne、Cheron Architects、コンピューティングおよび人工知能（AI）企業のQuadric、建築資材専門企業のLafrageHolcim、大規模3Dプリント企業のXtreeEなどがある。

40メートルスパンの歩道橋のデッキは、すべて3Dプリントされたコンクリートで建設される予定です。目標は、従来の構造物に比べて橋の建設に使用するコンクリート材料を 60 パーセント削減することです。

構造物のデジタル設計と、歩道橋のコンポーネントを工業条件下で生産し、現場で迅速に組み立てることができるという事実が相まって、プロジェクトに携わる建築家はより大きな設計の自由を得ることができました。この目的で 3D プリントを使用すると、部品の輸送が減り、コストが削減されるとともに、テンプレートが不要になります。

3Dプリントポリマーブリッジ
⑦泉州橋

2019年6月、新たな3Dプリント橋の製造が完了しました。「泉州ベルト3Dプリント橋」として知られるこの橋は、福建省泉州市の白崎湖生態ベルトに設置されました。一般の人が利用できるこの景観橋は、上海建設工程グループと上海クールイーグルロボットテクノロジー株式会社が大型3Dプリンターを使って建設した。

泉州大橋は長さ17.5メートル、高さ3.2メートル、幅3.2メートル、重さ12トンで、橋全体は3Dプリント技術を使ったポリマー材料で作られています。製造サイクル全体は 5 週間かかりますが、これは従来のコンクリートグラウト製造方法のほぼ半分の時間です。強度は鉄筋コンクリートに劣らず、1平方メートルあたり2キロニュートンの圧力に耐えられるため、橋に人がいっぱいいても、橋の強度を心配する必要はありません。

これは、昨年の上海桃埔中央緑地公園の景観橋に続き、上海建設工程グループと上海クールイーグルロボットテクノロジー株式会社が3Dプリント技術を使用して完成させたもう一つの橋です。 2018年11月に完成した桃埔中央緑地橋は重量が6トンあり、水平一体印刷で形成されました。2019年6月に完成した泉州連続山岳景観橋は重量が100％増の12トンに達し、組み立て前に16のセクションで垂直に印刷されました。使用される材料はASA+ガラス繊維強化粒状ポリマー材料です。 ⑧3Dプリント伸縮橋

2021年7月、一般公開を控えている「星空高架公園」には、川沿いの歩行者専用道路と高架回廊を結び、公園内で湖を渡る唯一の手段となる3Dプリント開閉式橋「一万年の車輪」が設置される。橋の長さは9.34メートル、重さはわずか850キログラム。9つの伸縮セクションに分かれており、開閉にかかる時間はわずか1分です。

この 3D プリントされた格納式橋のデザインは、Qi Baishi 氏の作品からインスピレーションを得ました。芸術的な美しさに加え、それ自体よりも重い重量を支えることができ、歩くときに安定感があります。

橋体全体と橋床版は3Dプリント技術で作られており、橋床版と橋体の各パネルはそれぞれ異なります。この橋は環境に優しい素材である炭酸ポリエステルで作られており、長年の使用で損耗しても環境を汚染することなくリサイクルできます。

⑨同済大学が改良プラスチック3Dプリント歩道橋を製作

2017年8月、新しい改良プラスチックで印刷された黒い歩道橋が同済大学のキャンパスのランドマークとなった。この橋は学内の他分野の専門家の注目を集めたが、数日間続いた高温のため、橋の建設者ユアン・フェン氏は、わずか42日しか経っていない世界初の3Dプリント歩道橋を研究室に戻して材料のアップグレードを行わざるを得なかった。

この実験は成功しなかったものの、中国で3Dプリント技術を使って橋を建設した最も初期の事例の一つであり、大きな進歩的意義を持っています。

⑩成都3Dプリント「柳雲橋」
これは、2021年8月に報道されたばかりの、成都市龍泉区易馬河公園にある世界最長のポリマー3Dプリント橋「六雲橋」です。

「六雲橋」は公園内の山影湖の上にあります。橋全体の長さは66.8メートルで、そのうち3Dプリントされた部分の長さは21.58メートル、最も広い部分の幅は8メートル、最も高い部分の高さは2.68メートルです。橋のデザインは、自由に流れる沂馬河と舞う絹からインスピレーションを得ています。
写真提供：中国建設西南研究所景観研究所
3Dプリントされたステンレス鋼の橋
⑪オランダ、アムステルダムの3Dプリントされたステンレス橋

2021年7月、オランダのアムステルダムで3Dプリントされたステンレス製の橋が、Antarctic Bearがこの3Dプリント橋について初めて報告してから3年以上を経て、ついに運用開始となった。

長さ12メートルのこの橋は、アムステルダム郊外にあるMX3Dの施設の一つで3Dプリントされた。このプロジェクトの当初の計画では、移動ロボットを使用して運河に直接印刷する予定でしたが、環境と歩行者の邪魔になる懸念から、最終的には工場で印刷し、運河まで運んで設置することに決定しました。

橋の独特な形状と流れるようなラインは、自動化技術と溶接を完璧に組み合わせた 3D プリント技術を使用して作成されました。同時に30人が橋の上を歩くことができます。橋のデザインは有機的で曲線が多く、橋の表面は建設後に後処理されていないため、3Dプリントされた鋼鉄が層ごとに積み重なっている様子がはっきりと見えます。橋のデッキには人が歩くためのパネルが敷かれています。

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