Бъдещето на строителството: В Япония отпечатаха железопътна гара на 3D принтер и тя вече работи

В японския град Арида бе построена първата в света железопътна гара от елементи, отпечатани на 3D принтер. Конструкцията е била сглобена за една нощ – между последния вечерен и първия сутрешен влак. Движението по линията не е било прекъсвано нито за минута. Проектът е съвместна работа на Serendix, железопътния оператор JR West и швейцарския производител на роботи ABB. И това не е изолиран експеримент: в Япония вече бе разпечатана двуетажна къща, в която може да се живее.

Как е възможно само за една нощ гарата да бъде построена с помощта на 3D печат

Обикновено изграждането или обновяването на железопътните проекти е дълга история. Serendix изчисли, че изграждането на гара с подобни размери, направена от конвенционален стоманобетон, би отнело един или два месеца. През цялото това време трябва да се ограничава движението на влаковете, да се затварят пероните и да се търпят шум и прах. За малките селски гари, каквито в Япония има хиляди, това е особено неудобно – бюджетът е скромен, а пътниците няма къде да отидат. Не е изненадващо, че 3D строителните принтери, които могат значително да ускорят тази работа, привличат все по-голямо внимание.

Гара Хацушима е създадена от четири елемента, отпечатани на 3D принтер във фабрика и след това сглобени направо на място. Според Serendix сглобяването на четирите модула на място е отнело около два часа. Металните пръти са били поставени в монтажните отвори и закрепени с лепило. Цялата работа – включително премахването на старата конструкция, подготовката на основите и монтирането на новата сграда – е била завършена в рамките на шест часа между последния и първия влак.

Роботът ABB изигра ключова роля във фазата на фабричното отпечатване: индустриалната ръка нанася строителната смес слой по слой с висока точност. Това направи възможно създаването на части със сложна форма, които биха изисквали скъп кофраж при традиционното бетониране. Подобни системи вече бяха използвани, когато строителен робот отпечата най-голямата сграда и счупи всички рекорди.

Как изглежда 3D принтираната станция Хацушима в Япония

Проектът е реализиран за гара Хацушима по линията Кисей в град Арида, префектура Вакаяма, в сътрудничество с JR West и архитектурното бюро Neuob. Новата сграда заменя дървена конструкция от 1948 г. – старата станция е западнала след близо 80 години експлоатация на морския бряг.

Павилионът има дъговиден покрив и е с размери 6,3 метра ширина, 2,1 метра дълбочина и 2,6 метра височина. По отношение на площта той е около 10 кв. м – малка, но завършена станция с навес и чакалня. По стените са изобразени мандарини и саблеклюн – символи на региона Арида, изработени в 3D релеф, което би било изключително скъпо при обичайното бетонно строителство.

Интересна подробност: елементите са отпечатани вертикално, а не хоризонтално, както обикновено. След отпечатването те са завъртени на 90 градуса. Това намалява видимостта на следите от дъжд върху фасадата и улеснява поддръжката на сградата.

JR West твърди, че сградата е устойчива на земетресения, сравними със стоманобетонните къщи – критично качество за Япония. Конструкцията се състои от четири блока, отпечатани от строителен разтвор (morta) и подсилени с излят бетон.

Защо 3D отпечатаните сгради са по-евтини и по-бързи от конвенционалното строителство

Основното предимство е липсата на кофраж. При класическото бетонно строителство всяка стена се нуждае от форма, в която се излива разтворът. Ако стената е права – това е сравнително лесно. Но ако добавите арка, извивка или релефна украса, разходите за кофраж рязко се покачват. При формоването всяка форма, по-сложна от правоъгълник, изисква рамки по поръчка и допълнителни опори, докато 3D принтирането дава възможност да се създават сложни форми без допълнителни разходи.

Според The Japan Times разходите за изграждане на станцията в Хацушима са били около половината от цената на подобна конструкция, направена от конвенционален стоманобетон. А действителното време за сглобяване е било дори по-малко от първоначалната оценка от шест часа – по-малко от три часа.

Схемата на работа изглежда по следния начин: елементите се отпечатват в завода на Serendix, преминават през допълнителна обработка (армиране, изливане на бетон), след което се доставят на обекта и се сглобяват. В случая с Хацушима модулите дори са транспортирани с железница – логично, като се има предвид, че гарата се намира точно на релсите.

Япония строи гари с помощта на 3D печат – и защо?

Япония се сблъсква с намаляването на работната сила поради застаряването на населението. Особено тежко страда строителната индустрия: средната възраст на работниците се увеличава, а младите хора не се стичат към строителните обекти. В същото време разходите за материали и труд се увеличават.

JR West, един от най-големите оператори в Япония, разполага с много малки гари по селските линии, много от които са построени в средата на 20-ти век и трябва да бъдат подменени. Традиционната реконструкция е дълга, скъпа и изисква екип от квалифицирани работници. Триизмерното принтиране решава няколко проблема наведнъж: необходими са по-малко хора, строителството е по-бързо, а разходите са по-ниски. Неслучайно то все по-често се включва в списъка на строителните технологии, които могат да променят света.

JR West е избрала Хацушима заради крайбрежното ѝ разположение, което ще ѝ позволи да се оцени доколко сградата издържа на соления морски въздух. Компанията също така планира да оцени разходите за строителство и поддръжка, за да разбере дали си струва технологията да бъде разширена и за други станции.

Къде се използва 3D принтирането в строителството в целия свят

Гара Хацушима не е първият голям проект на Serendix. През 2022 г. компанията построи първата си 3D принтирана къща – Sphere. Това е сферична стоманобетонна сграда с площ под 10 кв. м, сглобена за по-малко от 24 часа, на стойност около 3 млн. йени (приблизително 25 500 долара). По-късно се появява моделът Fujitsubo – едноетажна къща с площ 50 кв. м на цена 5,5 млн. йени (около 37 700 долара), отпечатана за 44 часа и половина.

През 2024 г. Serendix закупи три нови строителни 3D принтера, с което общият им брой достигна осем, а до края на 2025 г. планира да увеличи броя им до дванадесет. Те включват портални принтери за големи проекти с площ до 100 кв. м и принтери с роботизирана ръка за детайлен печат.

ABB, от своя страна, отдавна се занимава с 3D принтиране в строителството. В Германия индустриалният робот ABB IRB 6700 беше използван за отпечатването на новата сграда на Червения кръст – първата нежилищна 3D отпечатана сграда в страната. Софтуерът на ABB поддържа различни процеси на адитивно производство, включително заваряване, печат на пелети и печат на бетон.

Гара Хацушима е първата стъпка в проучването на 3D принтирането за железопътната инфраструктура. JR West и Serendix възнамеряват да анализират разходите и изискванията за поддръжка, за да решат дали технологията е подходяща и за други гари.

Ако експериментът се окаже успешен, последиците могат да се разпространят далеч извън Япония. Малките транспортни съоръжения – спирки, павилиони, технически сгради – се срещат във всяка страна, а поддръжката им е скъпа. Възможността за принтиране и сглобяване на такава сграда за една нощ, без да се спира движението, е не само демонстрация на технология, но и потенциално нов стандарт за обновяване на остаряващата инфраструктура по света.

Този проект е само началото. Японското министерство на транспорта планира да използва 3D принтирането за бързо възстановяване на инфраструктура след природни бедствия и за изграждане на малки спирки в селските райони, където изпращането на строителни екипи е икономически неизгодно.