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NEST是瑞士兩個研究機構(gòu)Empa和Eawag聯(lián)合開發(fā)的模塊化研究和創(chuàng)新建筑，目前他們正在通過多學科跨界合作開發(fā)一個新項目，名為STEP2（STEP2單元匯集了循環(huán)經(jīng)濟、工業(yè)化建造、數(shù)字制造以及建筑圍護結(jié)構(gòu)和能源系統(tǒng)領(lǐng)域的創(chuàng)新；在該項目中，來自研究、建造行業(yè)的合作伙伴始終如一地致力于市場就緒的解決方案和流程，因此，所有創(chuàng)新都是以開放的方式沿著整個價值鏈推進的）。目前，STEP2已經(jīng)達到了一個重要的里程碑：通過3D打印模具技術(shù)和預應力技術(shù)制造了一個在世界范圍內(nèi)獨一無二的樓梯，這項融合了預應力的創(chuàng)新技術(shù)被命名為“Re-Fer”，是Empa團隊的衍生產(chǎn)品，已通過了最后的原型測試。

通過跨界的合作與研發(fā)，共同踐行具有市場價值的目標

定制化解決方案 Customized solutions

STEP2樓梯在計算機設計和最新3D打印技術(shù)的幫助下，為大家展示了令人印象深刻地混凝土結(jié)構(gòu)和制造方法。通過使用3D打印模板，可以創(chuàng)建比傳統(tǒng)定制模板更復雜的形狀，與此同時，所需材料的用量也可以顯著減少。

該進程實現(xiàn)了具備超高細節(jié)定制化的混凝土解決方案，并且在各自的應用領(lǐng)域能夠最佳地適配。此外，它在修復方面也具有巨大潛力，例如在歷史建筑翻新方面。

高復雜性 High complexity 

樓梯的設計靈感來自蘇黎世聯(lián)邦理工學院數(shù)字建筑技術(shù)學院主席。在此基礎上，項目團隊為各個步驟開發(fā)了一個復雜的、基于參數(shù)的模板系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用3D打印制作。數(shù)字建筑技術(shù)團隊負責人Benjamin Dillenburger解釋道：“對我們來說，重要的是可以使用數(shù)字化制造，這樣我們就可以生產(chǎn)出極其精細的混凝土構(gòu)件。該系統(tǒng)的一個關(guān)鍵標準是模板在具有多步驟生產(chǎn)中的可重復使用性。同時，我們還必須考慮3D打印的要求和材料以及填充模板的條件。” 為了滿足所有這些要求，整個項目團隊內(nèi)部的交流至關(guān)重要。

BASF Forward AM歐洲銷售總監(jiān)Anke Johannes表示：“對于BASF Forward AM來說，該項目是一個重要的里程碑，表明所使用的材料能夠滿足高要求，這有助于我們實現(xiàn)新的戰(zhàn)略目標，即使用3D打印模板來替代傳統(tǒng)模板施工的方案。”對于模板材料，該團隊選擇Ultrafuse?PET CF碳纖維增強復合材料（Ultrafuse? PET CF15 是一款PET碳纖維增強復合材料，由于其優(yōu)越的耐熱性，高強度和剛性，使它成為一種可應用在要求苛刻的工業(yè)領(lǐng)域），是因為其出色的性能非常適用于混凝土模板制造。事實證明，這是非常好的解決方案。

Reality check 實踐檢驗 

現(xiàn)在是時候把樓梯變成現(xiàn)實了，SW Umwelttechnik在自己的工廠里借助模板生產(chǎn)了臺階。所使用的材料是超高強纖維增強混凝土。SW Umwelttechnik首席執(zhí)行官Klaus Einfalt表示：“我們的混凝土可以形成非常薄和復雜的形狀， 這是普通鋼筋混凝土無法實現(xiàn)的。STEP2項目中樓梯的展現(xiàn)令人印象深刻，真是太棒了。”

? Empa

WalterGalmarini工程公司負責結(jié)構(gòu)分析的計算和評估。為了檢查計算值是否符合實際情況，會實時將步驟發(fā)送給Empa。在那里，Empa專家在工程師的監(jiān)督下對它們進行了各種荷載測試。第一個原型由三個臺階組成，全部單獨進行測試，基本上滿足了預期，同時也為優(yōu)化系統(tǒng)提供了新的發(fā)現(xiàn)。

? Empa

在隨后的原型中，不僅對靜態(tài)進行了測試，還對樓梯的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了測試。該團隊將三個臺階互相堆疊，并使用Empa衍生產(chǎn)品re-fer技術(shù)對其進行預應力處理。在此過程中，R18型鋼筋被放置于以確定的空腔內(nèi)并進行機械錨固。預應力是通過用電加熱進行的。隨后又進一步分析各個臺階以及整個系統(tǒng)的荷載力，測試結(jié)果：工程師們認為整個系統(tǒng)是可靠的。

來自ROK建筑公司的Michael Knauss表示：“我很高興樓梯的數(shù)字化定制解決方案不僅僅停留在紙面上，我們通過多方合作在實踐中得到了令人信服的結(jié)果。這對我們來說是該項目中一個極其重要的里程碑”。通過將這一概念的實踐驗證，現(xiàn)在可以制作最終的所有樓梯——這是實現(xiàn)NEST單元STEP2的又一重要步驟。