坚固复合材料盖板保障波哥大水资源安全

哥伦比亚波哥大的水资源存储与输送，如同任何大型城市区域一样，面临复杂挑战。问题不在于供水量——这座拥有约900万人口的城市年均降雨量达32英寸（824毫米），且波哥大河贯穿城市。真正的挑战在于如何捕集、处理并储存这些水，使其始终保持洁净饮用标准，随时满足居民与企业需求。为此，波哥大自来水下水道公司（EAAB）多年来在全市建设了59座水箱，用于储存处理后的水并保障客户供水。

其中部分水箱为全封闭式，可防止外界因素污染水质。另一些较早建成的则是巨型混凝土池，依靠一系列可拆卸盖板防护。名为“卡萨布兰卡”的水箱便是此类，位于波哥大南部Ciudad Bolivar社区，服务约300万人口。作为EAAB网络中最大、也是哥伦比亚最大的储水箱，卡萨布兰卡长144米（472英尺）、宽110米（361英尺）、深9米，容量达143,000立方米（3800万加仑）。一道纵贯中央的混凝土分隔墙将水箱分为两个等容积仓室。

维护这座66年高龄的卡萨布兰卡并非易事。2009年发现混凝土底板裂缝导致每小时泄漏36万升（9.5万加仑）水。采用聚脲涂层修复后泄漏量降为零。然而，水箱上方仍存隐患：原有盖板由混凝土与石棉混合制成，严重威胁水质与人体健康；且易损坏、维护成本高。EAAB亟需以更安全、轻量、耐用的替代方案取代旧盖板。

超大尺寸盖板，且数量巨大

EAAB决定采用复合材料方案，却立即面临规模挑战。卡萨布兰卡内部纵横交错的混凝土柱支撑着梁网，盖板搁置其上。梁间距约7.2米（23.6英尺），新盖板须自支撑跨越此间距以利用现有设施。EAAB提议采用轻量树脂传递模塑（LRTM）制造。难点在于：此尺寸、此用途的复合结构在哥伦比亚从未通过LRTM制造，多数制造商望而却步。

例外的是位于麦德林以南La Estrella的复合材料制造商Innovative Engineering Solutions（Soling）。Soling由Javiar Moreno于2014年创立，他在哥伦比亚经营多家复材公司。Soling工程协调员Rodrigo Vergara表示，盖板尺寸让多数制造商退避三舍：“哥伦比亚无人有此经验，因零件太大。这是哥伦比亚制造的最大复合材料零件。”但对Moreno而言，这是梦想成真：“‘不可能’不在他的字典里。他说‘我们要做成！’我回‘好！’”

Soling为卡萨布兰卡项目提出方案：840个圆顶矩形复合结构，每个长7.6米、宽2.4米（24.9×7.9英尺）。Vergara解释选择半圆顶设计：“圆周是力学抗性最强的几何形状，能保证盖板自支撑。同时需考虑从制造地到安装点260英里（418公里）的运输便利性。”

按EAAB规格，盖板采用LRTM成型，外表面蓝色胶衣、内表面白色胶衣。材料为玻璃纤维织物与聚酯树脂，单个盖板面积28.5平方米（207平方英尺），重320公斤（705磅），其中树脂208公斤。设计定型、交付承诺落实后，Vergara与Soling团队全力投入。

打造完美盖板

Soling并非孤军奋战。供应网络包括分销商Minepro SAS（麦德林）、设备商Magnum Venus Products（MVP，美国田纳西州诺克斯维尔）、材料商Andercol（麦德林，提供聚酯树脂基体、胶衣及技术支持）和Jushi（中国桐乡，提供E-玻璃纤维织物）。

制造始于模具。为满足EAAB交付节奏，Soling先确定生产节拍。为避免安装新盖板时污染水源，EAAB同意在安装区域排空半个水箱。水箱存储容量减半带来挑战，因此需尽快完成交付安装。经协商，Soling定下日产6片盖板的计划。三班倒、每班8小时的产能下，需两副模具，每副每班生产1片。模具自制，采用玻璃纤维复合材料公母模设计，钢结构支撑。

模具就绪后，Soling与Minepro、MVP合作确定工艺：每副模具设两个树脂注射口、一个真空口。MVP推荐Patriot Innovator大流量RTM泵机组，配合Turbo Autosprue阀、通用接头、密封件及模具配件。

生产流程：母模喷涂白色胶衣，公模喷涂蓝色胶衣（均由Andercol供应）；手工铺设Jushi供应的E-玻璃毡/织物于母模；起重机降下公模合模夹紧；抽真空后注射树脂，约40分钟完成；室温固化；脱模修边至最终尺寸，于盖板法兰面切割排水槽。

Vergara称，盖板尺寸巨大且对重量、尺寸要求严苛，是最大挑战。注射口位置与注射时序经反复试错及专家咨询，最终确立高重复性、高可靠性工艺。“最大挑战是安装构件重量，不能超既有结构承载。这要求所有件几何与重量高度一致，唯有保证重复性的工艺能做到。”

成品盖板从麦德林附近工厂运抵波哥大卡萨布兰卡现场，吊装就位于支撑梁上，工人站于梁上微调定位。盖板未机械固定，但设计上非特殊情况无需移动或拆卸。

Soling于2019年初启动设计，2020年开工制造。受疫情及偶发机械故障影响曾间歇停工，但Vergara表示7-8个月内完成全部840片盖板制造，于2020年底收工。新盖板预计使用寿命大幅延长、维护成本大幅降低。

Vergara总结：卡萨布兰卡项目证明了Soling制造高质量、高性能、大型复合结构的能力，打开了新机遇大门。“此项目打破了‘此等量级零件无法用此法制造’的固有认知，我们做到了。对Soling未来而言，一件事很清晰：没有我们做不了的项目。”