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ADVANTIC

創新人才能在具挑戰性的環境下為建構創造複合材料

引領未來智造

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位於澳洲內陸的卡爾古麗聯合金礦 (Kalgoorlie Consolidated Gold Mines) 頂部裝設之加強屋頂結構。由 Advantic 提供。

以先進的結構材料為建築師和工程師擴展工具機能

鐵鏽、腐蝕和嚴峻氣候對含有鋼和混凝土的老舊結構來說都是極嚴重的威脅,不過隨著時間過去,材料也更加進化了。位於俄亥俄州代頓的 Advantic 設計並製造創新的聚合複合材料,為傳統的混凝土和鋼提供高效能的替代材料,用更輕、更耐用的材料幫助結構通過嚴峻環境狀況的考驗,大大驚艷了營造業界。

在營造材料上使用航太科技

Advantic 是專門提供進階營造材料的新創公司,創造客製化的複合材料,讓工程師和建築師在面對充滿挑戰的環境狀況時有更多樣化的選擇。Advantic 總裁布萊德‧兜德肯 (Brad Doudican) 說:「如果世上真的有『簡單化按鈕』的話,我們在營造業裡就像這種按鈕。如果複合材料可以正確解決問題,我們就會針對問題找到對的材料解決方案。」

複合材料會融合兩種不同的材料,以便創造出更輕量或者更耐用的替代品。據 Advantic 營運副總裁傑夫‧尼爾森 (Jeff Nielsen) 指出:「我們目前主要針對玻璃纖維和一些不同類型的樹脂化學物,把航太科技開發出來的材料拿來,再針對土木市場和建構運用這些技術。」

Advantic 在俄亥俄州代頓的預製現場。由 Advantic 提供。

每個 Advantic 專案都是獨一無二的,並會和客戶全面合作,一同制定初步預算、工程、材料方法,還會對建構及安裝提出建議。Advantic 會在內部進行製造程序,生產栓好且不需焊接的元件。兜德肯說:「我們通常最後給客戶的就是一組套件,就跟組合玩具一樣。用飛機送達的時候就是一套包含螺帽和螺絲在內的元件組合,再用卡車運到施工現場。」

證明營造用複合材料的價值

Advantic 第一份大型專案在 2013 年完工,當時他們協助紐約市地下鐵鑄造聚合複合材料,以便符合新消防法規的通風要求,新材料比混凝土輕 75%,具有同等的抗壓強度,非腐蝕性,又有更優異的無線電滲透率--這對該專案的維護需求十分重要。

Advantic 下一個專案面臨的挑戰更大:強化位於澳洲內陸嚴酷環境的卡爾古麗聯合金礦那像體育場一樣大的鏽蝕鋼造屋頂結構。重點是,團隊成員只有 10 天時間可以完成專案。

Advantic 為卡爾古麗礦場提出的解決方案,名為「結構合列護套」(Structural Syntactic Jackets),重量輕到可以從俄亥俄州空運到澳洲。右圖是近距離拍攝的護套實際使用情形。由 Advantic 提供。

Newmont Mining Corporation 曾經花上許多年幫卡爾古麗尋找解決方案,但還是面臨即將關閉的情形,傳統強化方式需要花費大量時間,成本又高,又需要多名安裝工作人員,這些是最主要的問題。Advantic 接到洽詢之後,很快就一口答應了。

兜德肯表示:「我們和他們進行了一點初步工程,向他們展示我們內部有既輕量又強韌的複合材料,還有我們的設計能力,這些都可以用來處理他們面對的結構問題。然後,就有了一系列可以解決主要結構問題的產品。我們在美國這裡製造產品,因為重量很輕,所以空運去澳洲成本也不高。」

最終解決方案共有 700 個元件,靠著兩個團隊和一台曲臂高空作業車,只花 9.5 天就輕鬆安裝完畢,不但在期限內完工,還替 Newmont 省下約 600 萬元澳幣的成本。工程成果在幾個月後就通過了實際考驗,當時來了一封寫著不祥主旨的電子郵件:「卡爾古麗有暴風雨。」當時有一場暴風雨橫掃澳洲內陸,在當地傷害了不少建築結構,不過,信裡附了一張暴風雨的圖片,圖片裡,Advantic 的結構在暴風雨旁依然屹立不搖,那封信裡寫著:「嘿,恭喜你們,全面負載測試順利過關。」

克利夫蘭城市動物園向 Advantic 洽詢修改猩猩圍欄,又再一次證明了他們的材料能耐。為了協助動物園導入新的猩猩,並讓動物們有更寬廣的空間,Advantic 設計了「猩猩通道」(Gorilla Chute),這是一種高架通道,可以讓猩猩以全方位檢視自己的棲息地,在這裡,複合材料比鋼樑更合適,以便減輕對猩猩和鄰近動物的干擾。

Advantic 的猩猩通道可以讓克利夫蘭城市動物園裡的猩猩從全方位檢視自己的地盤。由 Advantic 提供。

Advantic CAD 工程技術人員路克‧席德拉 (Luke Sideras) 表示:「使用鋼材製造的話,不僅焊接時會產生有毒氣體,安裝的聲音和干擾性也大,整體來說也會產生腐蝕性較高的環境。我們可以在送達動物園之前,就先在我們的廠房裡切割樑柱並打孔,這樣可以大幅減少猩猩需要暫時安排到其他地方的時間,減低這樣做對動物造成的壓力。這個專案進行起來真的很有趣,而且對所有人來說成果都很好。」

為進階材料提高熱忱

藉由這些成功案例,讓 Advantic 得以進入營造業界,不過由於傳統方法和進行專案的方式已經根深蒂固,因此要採納技術需要較長的時間,不過正如兜德肯所說,新材料對業主、承包商、工程師都是個風險,所以必須仰賴他的團隊用信任提高容忍這項風險的限度。透過使用 Autodesk Fusion 360(英文),Advantic 在現場和在俄亥俄州的店裡的工作同仁可以隨時合作修繕圖面,系統會即時反映所有變更內容。兜德肯說:「這能協助我們改善交出專案的流程,並因此建立客戶對我們的信賴,而這是我們所需的目標裡難度最高的項目。」

了解 Advantic 如何用 Fusion 360 開發複合材料。觀賞影片 (2:03 分鐘)。

Advantic 高強度和高效能的的複合材料也提高了客戶對他們的信賴,這種材料比起傳統材料來說要耐久得多。兜德肯說:「我們可以生產和混凝土強度相當的材料,但是重量卻只有混凝土的 50%、60% 或 75%。極輕量的混凝土在營造界裡可以帶來很大的機會,因為很多營造成本並非來自材料本身,而是如何想辦法把材料運到現場並安全建造起來。」

鑄造聚合物是 Advantic 最輕量的混凝土替代材料,通常可以在不靠昂貴且危險的高空設備的情況下即可四處移動,Advantic 也有開發比鑄造聚合物重的專利聚合混凝土配方,以便用在設備庫和壕溝的邊緣上,這種混凝土不會受到鹼性腐蝕影響,也沒有滲透問題。尼爾森表示:「有了混凝土和鋼的替代材料,這些複合材料真正為建築師和工程師擴展了手上工具的機能。」

兜德肯也同意,指出當建築師首次使用 Advantic 材料時還是會有點害怕,「不過當有鋼鐵建造者第一次跟你說:『哇,這東西真了不起,我們可以扛在肩膀上就搬走了!』或是『比起用傳統材料,我們的建造速度快了 3、5、10 倍』的時候,就表示你走這條路是對的了。」

這條路上滿載著對新材料的熱忱,這在這麼傳統的工業裡,是很了不起的事蹟。尼爾森說:「藉由導入複合材料改變營造業有趣的地方,就是看著其他人多快就能上手,這些人本來都在使用傳統的鋼、混凝土磚石和木頭,看到其他人馬上就能了解它們的價值真的非常令人振奮。」

 

本文其他版本先前刊於 Redshift(英文)。

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