Najczęściej pojawiającymi się wyznacznikami budownictwa przyszłości będą kwestie związane ekobudowaniem, digitalizacją i automatyzacją procesów projektowych, zastosowaniem energooszczędnych i przyjaznych dla środowiska technologii i materiałów budowlanych.
Ekobudowanie
Rynek budowlany jest jednym z największych na całym świecie. Według danych Eurostatu jest odpowiedzialny za 10 proc. wytwarzanego PKB w Unii Europejskiej. Wpływ sektora budowlanego na środowisko przyrodnicze jest ogromny, bowiem w sposób bezpośredni przyczynia się do degradacji środowiska naturalnego i związanego z tym pogarszania się jakości i warunków życia. Budownictwo pochłania 1/6 zasobów słodkiej wody, odpowiada za ¼ powierzchni wyrębu lasów, zużywa 2/5 zasobów paliw płynnych oraz produkowanych materiałów. Jest również odpowiedzialne za zużycie ok. 70 proc. energii elektrycznej.
W związku z widmem braku energii na rynku głównym trendem wpływającym na branżę budowlaną będzie zapotrzebowanie na energię, które rośnie w tempie logarytmicznym. Stąd spodziewany jest rozwoju wszelkich nowych technologii w branży , które sprawią, że stanie się ono bardziej energooszczędne na etapie budowy i eksploatacji. Będzie to jedno z najważniejszych kryteriów definiujących budownictwo przyszłości. Prognozuje się dalszy rozwój technologii wykorzystującej odnawialne źródła energii na potrzeby eksploatacyjne wraz z odzyskiem ciepła w systemach grzewczych i wentylacyjnych.
Kolejnym zadaniem ekobudownictwa jest optymalizacja wykorzystania energii elektrycznej w obiekcie poprzez zastosowanie algorytmów sterujących automatyką budynku, dostosowujących warunki do aktualnych wymogów np. sterowanie wentylacją, oświetleniem w zależności od liczby osób i ich lokalizacją w budynku/pomieszczeniu.
Jednym z zagadnień ekobudowania jest tzw. budownictwo cyrkularne, zwane też budownictwem w obiegu zamkniętym, to odpowiedz na problem marnowania surowców i rosnącego zanieczyszczenia środowiska. Polega na efektywnym wykorzystaniu materiałów – poczynając od wydobycia, poprzez wykorzystanie, aż po sposób zagospodarowania odpadów, np. powstałych w wyniku rozbiórki budynku.
Przy szerokim zastosowaniu rozwiązań proekologicznych dla obiektu zmniejsza się zużycie energii średnio od 24 proc. do 50 proc., emisji dwutlenku węgla od 33 proc. do 39 proc., a zużycia wody o 40 proc .
Poniżej podano przykładowe przyszłościowe rozwiązania proekologiczne w zakresie stosowanych materiałów.
- Biobeton
Wykorzystanie biobetonu ze zdolnością do samonaprawy. Cały proces opiera się na wprowadzeniu do mieszanki cementu mleczanu wapnia wraz ze szczepami bakterii w specjalnych biodegradowalnych kapsułach. Gdy w betonie pojawia się szczelina, woda znajdująca się w niej otwiera kapsuły i aktywuje proces biologiczny. Bakterie rozpoczynają się namnażać, a w rezultacie dzięki specjalnemu pożywieniu wytwarzają kalcyt lub wapń. Samonaprawa betonu może potencjalnie wydłużyć żywotność nawierzchni i struktur o 50 proc., a także przyczynić się do braku koniecznościwykonywania kosztownych napraw.
Nowatorską technologią w zakresie materiałów budowlanych jest również możliwość pochłaniania dwutlenku węgla przez tężejący cement, a także rozwiązanie w postaci płyt chodnikowych wykonanych z materiałów zdolnych pochłaniać dwutlenek węgla.
- Beton zginalny
Jest to wynalazek naukowców z Uniwersytetu w Swinburne. Technologia tworzenia takiego betonu opiera się na dodaniu popiołu lotnego, powszechnego odpadu przemysłowego. Dzięki obecności tego kompozytowego polimeru w składzie betonu nowy materiał uzyskuje niesamowitą wytrzymałość przy wysokich (400-krotnych) właściwościach zginania. Produkcja tego typu betonu jest również przyjazna dla środowiska – zużycie energii potrzebne do jego powstania jest o 36 proc. niższe, a emisja dwutlenku węgla o 76 proc. mniejsza.
- Cegła Cool Bricks, PV
Cool Bricks, to produkowana z wykorzystaniem druku 3D cegła, która posiada własny system chłodzenia. Ze względu na jej porowatą strukturę powietrze może swobodnie przepływać przez nasycone wilgocią otwory, które w efekcie odparowuje i powoduje ochładzanie materiału. W efekcie wystarczy deszcz lub po prostu oblanie wodą zbudowanej z nich ściany, aby uzyskać pożądany efekt Materiał ten doskonale sprawdza się w rejonach o gorącym klimacie, umożliwiając zminimalizowanie wykorzystania energochłonnych systemów HVAC.
Niedawno, chemicy z Uniwersytetu Waszyngtona w St. Louis opracowali cegłę, która może być źródłem światła. Zostały one pokryte polimerem PEDOT, dzięki czemu mogą stanowić samodzielne źródło energii lub zostać wykorzystane do oświetlenia awaryjnego.
- Drewno
Drewno to jeden z najbardziej przyjaznych dla środowiska materiałów budowlanych, który dzięki nowej technologii może uzyskać dodatkowe właściwości w zakresie wytrzymałości i trwałości, nie tracąc przy tym właściwości ekologicznych.
W Austrii, Francji i Niemczech stosowana jest metoda Naturi. Jej istota polega na pionowym układaniu drewnianych belek. Rozwiązuje to problem kurczenia się, izolacji termicznej i stabilności konstrukcji.
W nowoczesnym budownictwie stosuje się również technologię CLT, która wykorzystuje wielkoformatowe, konstrukcyjne płyty z drewna klejonego krzyżowo. Jest to nowa technologia w budownictwie wysokościowym – przy jej zastosowaniu w Londynie powstał 9-piętrowy budynek o 30 metrach wysokości. Technologia ta dowodzi, że drewno nie musi być materiałem wykorzystywanym tylko do budowy tradycyjnych domów, ale może służyć jako zastosowany na szeroką skalę budulec obszarów miejskich.
Na tym kończymy 1. część artykułu. W 2. (dostępnej już we wrześni) omówimy, jak digitalizacja i automatyzacja procesów może usprawnić budownictwo w niedalekiej przyszłości.
Jednym z najważniejszych trendów we współczesnej branży budowlanej jest zmiana podejścia do narzędzi wykorzystywanych w projektowaniu obiektów – na rzecz ich ujednolicania i centralizowania. Do niedawna proces projektowania budowlanego wykorzystywał mnóstwo niezależnych „wysp informacyjnych”: od małych plików Excel, po duże aplikacje typu ERP. Wprowadzana obecnie technologia BIM oznacza tu zasadniczy przełom – pozwala na koordynację działań różnych branż zaangażowanych w prace nad obiektem – na etapie projektu i wykonawstwa, a następnie eksploatacji budynku.
Jest to jednak tylko jedna z licznych innowacji cyfrowych, które zmieniają budownictwo. Jak zobaczycie w przeglądzie poniżej, jesteśmy świadkami technologicznej rewolucji na znacznie większą skalę.
Technologia BIM
Jest to skrót od ang. building information modeling, co oznacza modelowanie informacji o budowaniu. Wspomniany już we wstępie BIM służy do tworzenia danych w procesach projektowania, konstrukcji i eksploatacji oraz do zarządzania nimi. Integruje wielobranżowe dane, umożliwiając tworzenie szczegółowych reprezentacji cyfrowych, zarządzanych w otwartej platformie chmurowej – i pozwala wszystkim zaangażowanym podmiotom na współpracę w czasie rzeczywistym. Technologia BIM obejmuje cały cykl życia inwestycji – od projektowania, przez budowę i wyposażenie obiektu, jego zarządzanie i eksploatację, kończąc na remontach czy rozbiórce. Ma liczne powiązania z różnymi obszarami: BHP, jakością, finansami, sprzedażą, cenami, montażem, zarządzaniem nieruchomością. Każdy element obiektu, który zostanie dodany, usunięty lub zmieniony, uwidacznia się i automatycznie wpływa na całokształt projektu, który dzięki BIM jest od razu korygowany z uwzględnieniem dokonywanych zmian.
Wirtualna i rozszerzona rzeczywistość
Wśród nowoczesnych technologii, które znajdują zastosowanie w architekturze i budownictwie, na szczególną uwagę zasługuje wirtualna rzeczywistość (VR). Wykorzystując zdjęcia, rendering i wideo 360°, tworzy ona symulację prawdziwego świata w środowisku cyfrowym. Podobnym rozwiązaniem jest rozszerzona rzeczywistość (AR), która polega na umieszczaniu w rejestrowanym obrazie wideo obiektów wygenerowanych cyfrowo – zostają one niejako nałożone na rzeczywisty obraz.
Cyfrowe bliźniaki (digital twins)
Cyfrowe bliźniaki to wierne, wirtualne kopie realnych obiektów – mogą to być zarówno niewielkie przedmioty, jak i budynki lub całe miasta. Technologia ta na pierwszy rzut oka może się wydawać tożsama z BIM, jednak są to odmienne rozwiązania. Zadaniem digital twins jest stałe symulowanie zachodzących interakcji na podstawie analizy gromadzonych danych. W ten sposób powstaje niejako cyfrowy odpowiednik fizycznego obiektu. Ten wirtualny sobowtór dostarcza informacji o aktualnym stanie budynku, jego infrastrukturze i o tym, jak obiekt wpływa na użytkowników.
O ile model BIM jest zazwyczaj statyczny, to cyfrowy bliźniak jest tworem dynamicznym, który może zmieniać się z czasem. Digital twins, dzięki wiernej symulacji, umożliwiają testowanie różnych scenariuszy i zagrożeń dla obiektu – wpływu klęsk żywiołowych, pożarów czy uszkodzeń konkretnych elementów.
Big data
Jest to pojęcie odnoszące się do ogromnych zbiorów zróżnicowanych i rozproszonych danych, których szczegółowa analiza może pomóc odkryć nowe i wartościowe informacje i zależności. Następnie mogą być one wykorzystane do usprawnienia istniejących procesów, przewidywania potencjalnych zagrożeń czy szacowania wydajności pracy, a w efekcie przełożyć się na redukcję kosztów operacyjnych.
Big data, w odpowiednim połączeniu z innymi nowoczesnymi technologiami stosowanymi w budownictwie – sztuczną inteligencją, uczeniem maszynowym czy Internetem Rzeczy – może okazać się potężnym narzędziem do optymalizacji projektów inwestycyjno-budowlanych. Odpowiednio opracowany zbiór informacji może na przykład pomóc w wyborze najlepszego terminu rozpoczęcia prac i w przewidywaniu ich przebiegu. Ponadto big data to także doskonałe źródło prognoz w oparciu o ewaluację danych na temat historii poprzednich projektów
Druk 3 D
Technologia druku 3D jest już dziś rozwijana w budownictwie (m.in. w postaci maszyn drukujących za pomocą nakładania mieszanki betonowej) i wdrażana do komercyjnej praktyki. Choć drukarka nie będzie w stanie zupełnie samodzielnie postawić domu, to jednak z jej pomocą można stworzyć elementy konstrukcyjne budynku. Jest to bardzo istotne dla budowlańców, gdyż pozwala skrócić czas powstawania inwestycji, zmniejszyć jej koszt oraz zredukować ilość generowanych odpadów.
Technologia ta oferuje także całkiem nowe możliwości architektom, dla których druk 3D jest szansą na realizację najbardziej kreatywnych pomysłów. Umożliwia także lepsze dostosowanie projektów do uwarunkowań naturalnych terenu budowy oraz do potrzeb przyszłych użytkowników budynku. Już dziś wielkoformatowe drukarki 3D pozwalają na realizację wielu pozornie abstrakcyjnych projektów, a kolejne lata z pewnością przyniosą intensywny rozwój w tej dziedzinie.
Jednym z interesujących projektów wykorzystujących druk 3D, które pojawiły się w ostatnim czasie, są drukowane w 3D ceramiczne pustaki PolyBricks. Mogłyby one nawet wyeliminować potrzebę stosowania zaprawy, gdyż wydrukowane elementy mają być łączone za pomocą odpowiednio ukształtowanych wypustek.
Jak podkreślają autorzy tego rozwiązania, tworzenie nowego typu cegieł, w odróżnieniu od omówionych wyżej technologii druku 3D całych domów, nie wymaga nawet wielkich maszyn ani nowej infrastruktury budowlanej.
Przykładów niezwykłych innowacji jest więcej. Zespół badawczy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) zamierza za pomocą technologii 3D „utkać” (bo słowo „drukować” mniej tu pasuje) cały pawilon – budowlę użytkową lub mieszkalną. Sposób jego tworzenia ma przypominać produkcję jedwabiu przez jedwabniki.
Fascynujący jest już sam proces prac nad nową technologią. Aby poznać know-how jedwabników, grupa naukowców pod wodzą Neri Oxman zainstalowała na główkach larw małe magnesy. Dzięki nim udało się zarejestrować charakterystyki ruchów wykonywanych przez larwy podczas tkania kokonu. Teraz badacze chcą je odtworzyć jako ruchy głowicy czy też ramienia drukującego w 3D. Cel jest taki, aby wykorzystać do drukowania większych prototypowych obiektów roje małych robotów, zamiast kłopotliwych, dużych instalacji, przypominających suwnice.
Robotyzacja, drony i egzoszkielety
Choć zastąpienie ludzi maszynami w branży budowlanej niesie ze sobą dużo korzyści, to nadal siła ludzkich rąk pozostaje najistotniejszym (a czasami i jedynym) czynnikiem odpowiedzialnym za produktywność na etapie realizacji projektu. Place budowy to dynamiczne środowisko pracy, charakteryzujące się dużą zmiennością, której sprostać mogą tylko najbardziej zaawansowane rozwiązania technologiczne.
W obliczu rozwijającej się automatyzacji możliwe jest, że w nieco dalszej perspektywie (po 2025 roku) na rynku pojawią się tzw. operatorzy budowy, którzy z poziomu tabletu lub terminala będą doglądali obsługi autonomicznych maszyn i kontrolowali ich pracę. Skąd maszyny te będą wiedziały, co mają robić? Otóż wszystkie ich zadania zostaną zaplanowane dzięki modelowaniu w cyfrowej rzeczywistości. To naturalne kierunki rozwoju, które zostaną wymuszone przez kompleksową optymalizację.
W budownictwie udało się także zaadaptować technologie o mniejszym poziomie skomplikowania. Takim przykładem są chociażby drony, które wykorzystuje się m.in. do kontroli bezpieczeństwa. Drony z zamontowanymi kamerami mogą monitorować obiekty i identyfikować niebezpieczne obszary. Jest to sposób na wyeliminowanie konieczności przeprowadzania osobistych inspekcji placu budowy bądź jej zaopatrzenia. Drony mogą zajmować się także dystrybucją potrzebnych materiałów budowlanych a także służyć do prowadzenia dokumentacji fotograficznej. To już teraźniejszość. Nowe perspektywy ujęcia projektu, możliwość dotarcia do trudno dostępnych miejsc czy rejestracja procesu wyburzania w celach jego późniejszej analizy – w tym względzie drony okazują się być doskonałym rozwiązaniem. Jest to jeden z podstawowych sposobów ich wykorzystania w budownictwie, znajdujący bardzo szerokie zastosowanie.
Kolejnym niezwykłym narzędziem wspierającym ludzi na placu budowy są egzoszkielety. Choć wciąż bardziej kojarzą się z fikcją fantastyczno-naukową, to w budownictwie zaczyna się już je stosować. Zadaniem egzoszkieletów jest wspieranie i odciążanie pracowników w trakcie wykonywania robót fizycznych, co zmniejsza ryzyko wypadków i urazów.
Technologia = optymalizacja i oszczędności
Nie ulega wątpliwości, że cyfryzacja na dużą skalę oraz implementacja technologii BIM w sektorze budowlanym będzie postępować. Wynika to z zapotrzebowania rynku, gdzie priorytetem staje się wydajność oraz redukcja czasu i kosztów. Inteligentne budownictwo przejawia się jednak nie tylko w zakresie projektowania komputerowego. Nowe technologie coraz mocniej zmieniają sam bezpośredni proces powstawania obiektu – poprzez wykorzystanie robotów, druku 3D, czujników czy innowacyjnych materiałów i technologii. Są stale opracowywane, udoskonalane i wdrażane na placach budów. A w ostatecznym rozrachunku z pewnością wpłyną na zyski firm w branży. Założeniem wszystkich tych innowacji jest wszak optymalizacja pracy na każdym etapie realizacji projektu.
Jeżeli jesteście zainteresowani dodatkowymi informacjami w tym zakresie, to zapraszamy do kontaktu z Rafałem Krzyżanowskim z Biura Oceny Ryzyka Technicznego (Rafal.Krzyzanowski@warta.pl).
