全国首例！湖南“打印”出了一条水库鱼道

没有模板、无需人工浇筑，一台履带式悬臂设备在电脑指令下，沿预设轨迹平稳移动，机械臂端的打印头不断挤出特制混凝土，一层层“垒”起带弧度的墙壁。

9月11日，在益阳市金塘冲水库施工现场，一段长36.78米、包含19段隔板和3种不同曲面结构的鱼道，通过3D技术“打印”出来。

这是全国水利行业首次将原位3D打印技术应用于实际受力的主体水工结构。由湖南港航水利集团湖南省水电设计院牵头开展的这项研究成果，由此从实验室走进重大水利工程施工现场。

金塘冲水库工程是湖南省“十四五”水安全保障规划十大标志性工程之一，也是全国首批12个智能大坝建设试点项目之一。其设计、施工等多个环节，数字化、智能化技术深度介入。

为何在鱼道上试用3D打印？

鱼道，是鱼类洄游的“生命通道”，其作用是帮助鱼类从下游游到上游。为减缓流速，为鱼类创造适合洄游的环境，鱼道内布设有大量隔板、弯曲墙体，构件形态复杂，施工精度要求高。

而本次采用3D打印技术建设的这段鱼道有19段隔板、三种形态、曲面各异。传统模板面对这类“个性”构件，施工难度大。

“每一处特殊构件，都需要重新设计、制作模板，工序繁多，复杂曲面结构的施工精度也难以控制。”湖南省水电设计院数字工程院工程师熊浩然介绍，采用3D打印施工，可以让设计模型“指挥”设备，设计什么形状，就可以根据模型打印什么形状，一次到位。

更妙的是，3D打印出来的混凝土表面相对粗糙，更接近自然河床的质感，能够增加水流阻力、降低局部水流速度，让鱼群洄游时“抓得住”，游起来更有“脚感”，也更省力。

3D打印在建筑业、桥梁领域已有成熟应用，但在水利领域多停留于小样、模型或非主体附属构件的制作。

“过去更多是将砖块等小型构件在工厂或车间打印完成，再运往施工现场进行拼装，属于‘预制组装’。”熊浩然介绍，金塘冲水库鱼道采用的原位3D打印，直接在施工现场完成主体结构成型，挑战更大。

核心难点还是在于材料。传统混凝土依靠模板围挡定型，可慢慢凝固；但原位3D 打印没有模板托举，混凝土从喷头挤出，就要立刻“站稳身形”，才能向上继续堆叠。材料既要流动性好，能够顺畅泵送挤出；挤出之后，又要快速定型、不坍塌变形，二者本身存在矛盾。

打印过程也同样考验精度。打印设备每走一层，打印轨迹都要和钢筋、加强筋精准咬合，打印出的“外壳”还要承受后续内部混凝土浇筑时的压力。

为攻克这些难题，项目团队历时一年开展材料研发和工艺试验。

室内打印验证复杂曲线和隔板结构成型能力

团队从数十种可选材料中筛选特种纤维及外加剂，反复调试配比，适配出水利工程现场的特种玻璃纤维混凝土。经测试，这种材料初凝时间约40分钟，90分钟内可以完成凝结定型，能够顺畅泵送挤出，且快速定型，为逐层打印创造了条件。

实验室试验达标，不等于工地现场可用。施工现场温度、湿度多变，都会干扰材料性能。今年4月至5月，项目团队在项目现场开展3组1∶1足尺试验墙，反复校验材料配合比、加强筋设置、分层浇筑速度等关键参数，最终找出了最精确的参数。同时，针对现场可能出现的设备故障、材料异常等情况，团队制定了相应应急处置预案。

室外足尺试验验证工艺和监测方法

最终，历经室内试验、现场足尺试验和专家论证等环节后，整套3D打印技术才得以走上鱼道施工现场。

这也意味着，从专用打印材料研发、设计模型生成、打印设备施工，再到工程质量验收，一套适用于水利工程现场的原位3D打印施工流程就此形成。

据项目团队测算，相比传统工艺，3D打印鱼道减少了大量模板施工环节。以100米鱼道为例，制模人员可减少三分之二，工期可缩短15%。