Как развиваются новые технологии для обеспечения устойчивости в архитектуре
Когда мы говорим о технологиях, мы часто думаем о роботах, суперкомпьютерах, центрах обработки данных или смартфонах. Но технология также относится к изобретению первых каменных орудий или разработке парового двигателя, которые привели к первой промышленной революции. Этот термин происходит от сочетания греческих слов techne (искусство, ремесло) и logos (слово, речь) и представляет собой не что иное, как применение знаний для достижения целей конкретным и воспроизводимым способом в практических целях. В строительной отрасли, которая перемещает большие объемы ресурсов и людей, увеличение количества технологий означает внедрение новых методов, инструментов, автоматизации и программного обеспечения, которые могут повысить эффективность. Будучи исторически устойчивой к инновациям отраслью, строительный сектор оказывает огромное влияние на окружающую среду из-за выбросов углекислого газа и эксплуатации сырья. Однако, когда дело доходит до цифрового мира, строители рассматривают технологии как средство оптимизации практики, а также идентификации, реализации и управления своими проектами.
Фундаментальные принципы, лежащие в основе устойчивых зданий, включают снижение потребления ресурсов (эффективность энергии и воды), максимальное использование возобновляемых или перерабатываемых ресурсов, защиту окружающей среды и создание здоровой среды для пользователей. Это особенно актуально, если принять во внимание большое влияние промышленности и зданий на выбросы парниковых газов, а также растущий спрос на новое жилье во всем мире, поскольку городское население продолжает расти. Как отмечает Сами Атия, президент подразделения робототехники и автоматизации компании ABB: «Строительство — это то место, где автомобильная промышленность находилась около 50 лет назад с точки зрения плотности роботов и автоматизации. Оно исходит из более низкой базы, но будет расти. намного быстрее.» Ниже мы перечислили некоторые технологии, которые могут активно способствовать повышению устойчивости зданий и, даже если они не совсем новы, показали себя многообещающими.
Информационное моделирование зданий (BIM) и повышенный контроль процессов
Сегодня BIM все чаще используется для улучшения контроля и управления проектами. Это методология, которая в цифровом и трехмерном виде представляет физические и функциональные характеристики здания, позволяя профессионалам из разных областей работать вместе над разработкой точной и подробной виртуальной модели с ценной информацией для строительства и обслуживания здания. В отличие от САПР (системы автоматизированного проектирования), которая создает двухмерные линии без различия между элементами, BIM включает в каждый элемент несколько свойств в дополнение к их графическому представлению. Это позволяет пользователям интеллектуально управлять информацией на протяжении всего жизненного цикла проекта, автоматизируя такие процессы, как программирование, концептуальное проектирование, детализация, анализ, документирование, производство, строительная логистика, эксплуатация и техническое обслуживание, реконструкция и/или снос.
Усиление контроля над проектом означает меньшие потери труда и материалов, а также значительное сокращение ошибок.
Технология обеспечивает междисциплинарность между различными областями знаний, участвующими в проектировании. В конечном итоге это мешает традиционной динамике поэтапного проектирования проекта, требуя пересмотра этапов и их соответствующих объемов. Система BIM модернизируется и все больше интегрируется с облаком и лазерным сканированием, а также обеспечивает более точное моделирование энергопотребления (что мешает работе новых зданий).
Промышленное, модульное и сборное строительство.
Быстровозводимые здания также далеко не новы. Особенно после Второй мировой войны в странах Европы и Северной Америки появилось много примеров каталожных зданий, в основном жилых домов. Однако сегодня инновационные цифровые инструменты значительно упрощают предварительное изготовление, а вышеупомянутое BIM позволяет более точное представление и интеграцию с другими заинтересованными сторонами. Это позволяет изготавливать готовые или полуготовые модули на заводах, сокращая время строительства и количество ошибок и отходов.
Подход с открытым исходным кодом также позволяет пользователю в любой точке мира загрузить проект и изготовить его на месте или получить комплект для самостоятельной сборки через платформы электронной коммерции, такие как Amazon или Alibaba, которые могут отправлять сборные материалы прямо к порогу строительной площадки.
Это также может сделать здания более универсальными, с возможностью адаптации их к различным потребностям, которые могут возникнуть с течением времени, и даже к социальным и региональным особенностям, путем включения элементов (веранды, внутренние дворы), распределения окружающей среды или местных материалов. для покрытий и структуры.
Цифровые двойники в передовых методах строительства
Когда мы говорим о «цифровом двойнике», мы имеем в виду точное цифровое представление объекта или физического актива, такого как автомобиль, мост или здание. Но это не просто упрощенная трехмерная модель, это информационная модель, содержащая все детали проекта, от стадии планирования до его эксплуатации, обслуживания и информации о будущем использовании или повторном использовании. По сути, цифровые двойники — это динамичные, активные сущности, которые развиваются в режиме реального времени, обучаются и обновляются благодаря искусственному интеллекту. Они могут общаться со своими физическими близнецами, чтобы решать проблемы еще до их возникновения, оценивать новые возможности и готовиться к будущему.
В строительной отрасли цифровые двойники обрабатывают, среди прочего, следующую информацию: эксплуатационные данные механических, электрических, гидравлических систем и систем отопления, вентиляции и кондиционирования; данные о запчастях и техническом обслуживании; данные об окружающей среде, полученные с помощью датчиков IoT.
По словам Рено Джахана, директора по информационным технологиям компании Saint-Gobain, «цифровые двойники позволяют моделировать процессы, материалы и системы и разрабатывать сценарии строительства, одновременно оптимизируя энергоэффективность, а также предоставляют реальные фактические данные о том, что представляет собой продукт на самом деле и где он находится. оно находится на оперативном уровне».
Например, алгоритмы машинного обучения или заранее запрограммированные программные последовательности могут сделать систему климат-контроля намного более экономичной. Помимо изменения интенсивности воздушного потока и температуры в зависимости от погоды, система может изучать и понимать требования каждого этажа в любое время суток и даже получать информацию из моделей погоды или возможной занятости помещения во время мероприятия. . Это особенно важно, поскольку большая часть углеродного следа зданий выбрасывается на этапе их эксплуатации, чему обычно не придают достаточного значения.
Использование цифровых двойников для моделирования и оптимизации эксплуатационных характеристик зданий может напрямую повлиять на выбросы углекислого газа от построенного здания. Благодаря этому можно добиться значительного сокращения содержания углерода, то есть выбросов, связанных со всем жизненным циклом здания, включая добычу и производство сырья, транспортировку, строительство, использование и окончание срока службы. утилизация. Обычно это рассчитывается с использованием оценки жизненного цикла (LCA) — методологии оценки, предназначенной для измерения такого воздействия. Включив информацию о материалах, использованных при строительстве здания, а также данные о его энергопотреблении и эксплуатации, становится возможным смоделировать воздействие на окружающую среду различных сценариев проектирования и строительства зданий, получив более полное представление об их воздействии. Кроме того, интеграция данных LCA в трехмерные модели (цифровые двойники) может сделать ценную информацию легко и немедленно доступной.
Приложения также могут предоставлять важные данные для помощи в принятии решений. Приложение GLASSPRO и GLASSPRO Live — это уникальные услуги Saint-Gobain Glass, открывающие новые перспективы в проектировании зданий и создании прототипов остекления посредством цифрового моделирования. Точная прогнозируемая физико-реалистичная визуализация стеклянного фасада снижает потребность в физических образцах стекла, обеспечивая устойчивый подход к прототипированию. Кроме того, это ускоряет процесс принятия решений по выбору идеального остекления фасада с желаемой эстетикой, соответствующей замыслу архитекторов и дизайнеров.
Могут ли 3D-печать и роботы изменить строительную отрасль?
Автоматизация открывает возможность экспериментировать с новой эстетикой, меняя процессы проектирования и строительства. 3D-печать, также известная как аддитивное производство, представляет собой накопление слоев определенного материала, которым может быть бетон, пластик, металл, земля и многое другое. В строительной отрасли это делается с помощью крупномасштабных принтеров, которые наносят материалы по трехмерной модели, созданной на компьютере.
Благодаря этому можно оптимизировать конструкцию и сократить количество материалов примерно на 40%, и хотя затраты по-прежнему высоки, предполагается, что будет происходить постепенное и значительное сокращение по мере разработки новых смесей более прочных материалов. .
Многие исследователи указывают на 3D-печать как на способ удовлетворить требования быстрой урбанизации, которую некоторые части мира испытают в ближайшие десятилетия. Особенно в развивающихся странах Африки и Азии, где ожидается значительный рост населения, технология 3D-печати может обеспечить доступные, гибкие и, возможно, устойчивые к изменению климата здания. Это касается не только целых зданий; инфраструктура и мебель также могут быть развиты.
Помимо экструзионных принтеров, на строительных площадках начинают появляться различные типы роботов. В следующем десятилетии мы можем стать свидетелями нескольких различных изобретений в области автоматизации зданий и робототехники, которые также произведут революцию в архитектурном, инженерном и строительном бизнесе, а также новые набеги на виртуальную и дополненную реальность. От использования машин, укладывающих блоки и устанавливающих оконные рамы, до дронов, которые сканируют местность или само здание, чтобы контролировать ход или безопасность работ, роль архитектора и самих строителей может стать скорее менеджером и наставником, особенно в повторяющихся или громоздких процессах.
Написание статьи о технологиях и инновациях может быстро устареть, поскольку неизбежно что-то будет упущено или что через несколько лет ее будут читать с пренебрежением или иронией. Даже если писатель приложил немало усилий, чтобы найти самые современные технологии, что-то всегда останется позади. Однако мы можем сказать без сомнения, что строительный сектор обладает огромным неиспользованным потенциалом для повышения эффективности и повышения устойчивости зданий и городов. И хотя сегодня это серьезная проблема, она также может стать моделью и вектором перемен для лучшего и более обнадеживающего будущего.
