英国、鉄道輸送網の構築にコンクリート3Dプリント技術を採用

出典: スマート測定

2021年8月初旬、英国の近々建設予定の高速鉄道2号線（HS2）のロンドン終着駅の請負業者は、来年から建設に3Dプリントを使用する予定であることを明らかにした。このプロジェクトでは、従来のように建設を始める前に資材を現場に輸送するのではなく、建設業者は「プリントインフラストラクチャー」と呼ばれる技術を使用して、現場でコンクリートスラブを構築しました。

この技術により、線路制限の問題を回避しながら連続的なトンネル建設が可能になります。 2022年に開始予定のこの実験では、特定のエリアで鉄筋の代わりにグラフェンを充填したコンクリートが使用され、路線の建設がこれまでよりも迅速かつ持続可能になる可能性がある。

SCS JVエンジニアリングのエンジニアリングマネージャー、アンドリュー・ダック氏は次のように語っています。「プリントインフラストラクチャーの鉄筋コンクリート3Dプリントによって実現される自動化により、工場のような環境が生まれ、高品質の製品が提供されます。プリントインフラストラクチャーのような技術は、業界に画期的な変化をもたらす可能性があるため、普及する機会を与えることが重要です。3Dプリントを使用したこの新しい環境に優しい建築方法は、材料の使用効率を向上させ、二酸化炭素排出量を削減します。」
△HS2駅に停車する列車のコンセプトイメージ英国の鉄道利用者数は過去20年間で2倍以上に増加したが、路線網の改善に740億ポンド以上が投資されたにもかかわらず、路線網は需要に追いつけていない。さらなる改修によって混雑に対処することは可能ですが、これにより今後 15 年間で 2,700 か所の週末の閉鎖が発生し、全国の交通に大きな影響が出ると予測されています。

これを回避するため、英国運輸省は2009年にHS2という会社を設立し、ロンドンとマンチェスターやリーズなどの北部の都市を結ぶ、1日30万人の乗客を運ぶ路線を建設することを目指した。しかし、プロジェクトは開始以来、混乱を引き起こし、当初の規模に達しておらず、440億ポンドを超えたと言われる予算超過が膨れ上がったとして批判されてきた。

さらに悪いことに、COVID-19パンデミックの影響でHS2の多くの現場で建設が遅れ、プロジェクトの予備予算17億ポンドを超過し、将来的にさらなる資金が必要になると言われている。 HS2 の失敗を踏まえると、特にこの技術のスピードと自動化の可能性を考えると、HS2 が 3D プリントを採用するという決定は、プロジェクトを軌道に戻すための試みと見ることができる。
△コンクリート3Dプリント技術が稼働中
HS2 のロンドントンネル建設を担当する Skanska、Costain、STRABAG の合弁会社である SCS JV は、現在、ChangeMaker 3D とそのテクノロジーを活用してプロセスを最適化することにしました。「プリントインフラストラクチャー」と名付けられたこの新しい建設技術は、HS2 独自のプロセスであり、コンピューター制御のロボット搭載型 3D プリンターを使用して、仕様どおりに複雑なコンクリート構造物を正確に作成します。

HS2のロンドンターミナルに配備されると、ロボットは他の航空機が物理的に運行できないエリアにアクセスできるようになるため、複雑で費用のかかる物流計画の必要性が軽減されると広く期待されている。 ChangeMaker 3D プログラムは自動化されているため、作業員の安全を守るためにサービスを一時停止しなければならない場合が多いため、建設工事による移動の混乱を減らすことも可能になります。

さらに、追加の利点として、請負業者はこの技術により、補強として機能するだけでなく、より少ない材料で内部の格子構造を作成できるようになると期待しています。これを念頭に、請負業者は Versarien と協力して 3D プリントされたコンクリートにグラフェンを統合し、プロジェクト全体の二酸化炭素排出量を削減できる可能性も探っています。
最終的に、SCS JV は、ChangeMaker3D のテクノロジーを導入することで、トンネルのコンクリートおよび炭素排出量を最大 50 パーセント削減できると考えています。さらに同社は、3Dプリントを導入することで、建設プロセスから鉄鋼を排除し、ガソリンを大量に消費するトラックへの依存を減らすことで、事業全体をより環境に優しいものにすることができると考えている。

HS2 のイノベーションマネージャーである Rob Cairns 氏は、次のように述べています。「SCS JV と ChangeMaker 3D が取り組んでいるプロジェクトは、HS2 が実現する広範囲にわたるイノベーションの素晴らしいデモンストレーションです。10 年にわたる建設プログラムと国全体にわたるこのプロジェクトは、主要なインフラの構築方法を変える可能性のある技術を開発するための理想的な環境を作り出しています。」「
△サポートされていない「Striatus」
従来の建築技術と比較して、3D プリントはより高度な幾何学的カスタマイズを可能にし、より少ない材料で構造物を高度に機能化します。先月だけでも、ETH チューリッヒのブロック研究グループのエンジニアによるサポートなしの 3D プリント橋など、いくつかのプロジェクトでこのアイデアが実践されました。

一方、オーストラリアのUTS建築学部の研究者たちは、設計会社BVN Architectureと協力し、環境に優しいロボットによる3Dプリントエアコンユニットを開発した。リサイクル可能なプラスチックで作られたReef 2.0システムは、相互接続されたフィルターチューブで構成されており、既存の設備における炭素使用量を最大90パーセント削減するのに役立ちます。

オランダの建築会社 Aectual も同様に持続可能なアプローチを採用し、海岸のゴミをユニークな 3D プリントの「ムール貝」植物の支柱に変えることに成功しました。 100％リサイクルプラスチックで作られたこのプラントホルダーは、現在、サバトのウェブサイトで限定版として販売されており、人々の家庭に「自然なビーチの雰囲気」をもたらすことを目指している。

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