Innowacyjne technologie budowlane Perspektywy budownictwa przyszłości

Pavillon Landesgartenschau Schwäbisch Gmünd 2014
Pavillon Landesgartenschau Schwäbisch Gmünd 2014 | Foto: ICD/ITKE/IIGS Universität Stuttgart

Produkcja samochodów, samolotów i maszyn bez użycia systemów sterowanych komputerowo dziś jest już nie do pomyślenia. Można to nazwać „Przemysł 4.0“. Budownictwo nie nadąża za tymi trendami, dlatego nie można jeszcze mówić o Budownictwie 4.0.

Większość budynków powstaje z wykorzystaniem metod, które były stosowane już 50 lat temu. Pierwsze próby budowania domów przy użyciu robotów nie wyszły poza stadium eksperymentu. Także budynki z drukarki 3D wciąż pozostawiają wiele do życzenia. Ale aktualny boom budowlany i przekonanie, że budownictwo z powodu swojej szkodliwości dla środowiska to branża, w której szczególnie potrzebne jest działanie, stanowi dla naukowców motywację do poszukiwania nowych materiałów i technologii budowlanych.

Budownictwo drewniane zmienia się z prymitywnego ciesielstwa w przemysł high-tech. W budownictwie betonowym stal zastępowana jest zbrojeniami tekstylnymi albo matami węglowymi, co umożliwia znacznie cieńszą i lżejszą konstrukcję. Grupa badawcza z Uniwersytetu Technicznego w Dreźnie pod przewodnictwem Manfreda Curbacha, dyrektora Instytutu Budowli Masywnych (Institut für Massivbau), należy do pionierów zastosowania tego innowacyjnego materiału. Użycie wydajnego betonu zbrojonego włóknem węglowym pozwala ograniczać emisję dwutlenku węgla, a nawet go wiązać. Ponadto można zmniejszyć zużycie piasku, które w niektórych regionach świata stanowi problem.

HygroSkin Pavillon | FRAC 2013 HygroSkin Pavillon | FRAC 2013 | Foto: ICD Universität Stuttgart Pochodzący z Frankfurtu architekt Achim Menges, profesor projektowania wspomaganego komputerowo na Uniwersytecie w Stuttgarcie, to kolejny pionier takich działań. Także on poszukuje nowych materiałów budowlanych, na przykład materiałów higroskopijnych, które zmieniają swoją formę w zależności od wilgotności powietrza. Za pomocą tej technologii zbudował pawilon, którego fasady otwierają się, gdy świeci słońce i zamykają, gdy powietrze jest wilgotne, bez użycia siły napędowej czy wyraźnego zmęczenia materiału. Aktualnie pracuje nad technologią druku 3D, która umożliwi syntetyczną produkcję elementów budowlanych reagujących na warunki pogodowe. Fantazja przy wykorzystaniu tych technologii nie zna granic.

HygroSkin Pavillon | FRAC 2013 HygroSkin Pavillon | FRAC 2013 | Foto: ICD Universität Stuttgart Menges pracuje nad nowymi pomysłami także w zakresie budownictwa drewnianego, które obecnie rozwija się w niezwykłym tempie. Budując pawilon na regionalnej wystawie ogrodniczej (Landesgartenschau) w Schwäbisch Gmünd w 2014 r. pokazał niekonwencjonalny sposób budowania z płyt, zainspirowany anatomią jeżowców. Ich szkielet składa się z płytek o skomplikowanych złączeniach, które zostały odtworzone w budowli z drewna.

Pavillon Landesgartenschau Schwäbisch Gmünd 2014 Pavillon Landesgartenschau Schwäbisch Gmünd 2014 | Foto: ICD/ITKE/IIGS Universität Stuttgart Zmarły w 2015 r. architekt i inżynier Frei Otto także uważał, że natura jest najlepszym konstruktorem oraz czerpał inspirację z naturalnych konstrukcji i materiałów. Podobnie jak on, Menges łączy różne dyscypliny, pracując z inżynierami, w tym inżynierami materiałów, biologami i informatykami. 

Pavillon Landesgartenschau Schwäbisch Gmünd 2014 Pavillon Landesgartenschau Schwäbisch Gmünd 2014 | Foto: ICD/ITKE/IIGS Universität Stuttgart Modele ze sznurków i drutów, które wykonywał Frei Otto, przypomina też Elytra Filament Pavilion, pokazany w 2016 r. na dziedzińcu Victoria and Albert Museum w Londynie. We współpracy z pochodzącym ze Stuttgartu inżynierem Janem Knippersem powstała struktura zainspirowana elytrami – pokrywami skrzydłowymi u owadów. Została ona zapleciona na stelażu przez robota, a delikatna siatka z włókna szklanego i twarde pręty z włókna węglowego uzupełniają się, tworząc niezwykle stabilną konstrukcję nośną.

Elytra Filament Pavillon | Victoria and Albert Museum London Elytra Filament Pavillon | Victoria and Albert Museum London | © ICD/ITKE | Foto: NAARO Menges zainteresowany jest także skomputeryzowanymi morfogenetycznymi procesami projektowania, a więc użyciem komputerów nie tylko do wytwarzania budowli, np. przez roboty, ale także do tworzenia formy. Ich cele to optymalne wykorzystanie wydajności materiałów, opracowanie zrównoważonych materiałooszczędnych technologii budowlanych oraz uproszczenie, przyspieszenie i ekonomizacja procesu budowy.

Elytra Filament Pavillon | Victoria and Albert Museum London Elytra Filament Pavillon | Victoria and Albert Museum London | © ICD/ITKE | Foto: NAARO Menges uważa, że jego rolą jest także edukacja – należy przygotować następne pokolenie architektów na daleko idące zmiany w najważniejszym obszarze ich działalności, czyli projektowaniu. Stąd eksperymentalne pawilony, mające na celu pokazanie, w jaki sposób nowe procesy na poziomie projektowania i wykonania znajdują odzwierciedlenie w architekturze. Jako efekt uboczny, nowe metody budowania pozwalają architektom projektującym spektakularne budowle eksperymentalne stworzyć fascynujące, estetyczne, niemal poetyckie dzieło, które oczaruje wszystkich odwiedzających taką wystawę.

Badacze na uczelniach wyższych otwierają przed nami coraz to nowe perspektywy budownictwa przyszłości. Teraz rolą branży budowlanej jest skorzystać z nich, dostosowując je do potrzeb rynku i wprowadzając do powszechnego użytku. Wciąż jeszcze widać tu braki, podobnie jak w zakresie nowelizacji i ustanawiania odpowiednich norm i przepisów.