Дом площадью 200 кв. м является результатом длительного сотрудничества между исследователями-профессорами по ETH Zurich и экспертами в области строительства и специалистами по планированию. В проекте были задействованы более 30 компаний, общий результат которых поможет вообще всей отрасли найти перспективные решения для будущих застроек. Дом-демонстратор показывает, как цифровые процессы могут быть использованы в строительстве, какие новые возможности они предоставляют, какие формы позволяют конструировать и насколько оригинальны, энергосберегающие и инновационные объекты могут заменить старый формат энергетически крупнорасходных сооружений.
Анастасия Белецкая
Для строительства исследователи ETH Zurich в сотрудничестве с промышленными партнерами впервые внедрили несколько новых цифровых технологий от лаборатории до стройплощадки в рамках разработок Национального центра компетентности в области исследований (NCCR) Digital Fabrication. Восемь участников разработок - профессоров из Цюрихского политехникума - искали пути, чтобы сделать строительство более устойчивым и эффективным с помощью цифровых технологий и одновременно создать новые возможности дизайна для дома.
Дом-демонстратор показывает, как цифровые технологии могут быть использованы в строительных процессах
DFAB и здание NEST. Фото: Роман Келлер
Плетеная сетка (Mesh Mold): изготовление структурно оптимизированной бетонной стены на месте и без опалубки
Новая технология строительства Mesh Mold сочетает в себе две традиционно разделенные функции опалубки и армирования: с помощью работа цифровая модель стальной сетки производится с высокой точностью, а затем заполняется бетоном. Благодаря плотной конструкции сетки жидкий бетон не выливается. Таким образом, стальная сетка предусматривает и объединяет две функции — опалубки и арматуры. Это позволяет вывести стандартные элементы здания, а также структурно оптимизированные, изогнутые и нестандартизированные геометрии с минимальными отходами, меньшим количеством материала и энергии и значительно более низкими затратами на производство.
Новая технология строительства Mesh Mold сочетает в себе две традиционно разделенные функции опалубки и армирования
Бетон заливается в стальную сетку. Благодаря тесной структуре сетки и специальной смеси он остается внутри сетки и не утекает, что приводит к уменьшению количества строительных отходов. Фото: NCCR Digital Fabrication
Mesh Mold, заполненный бетоном вручную. Фото: NCCR Digital Fabrication
Второй помощник на площадке — In-situ Fabricator
In-situ Fabricator — это мобильный робот, предназначенный для изготовления строительных элементов на месте. Благодаря встроенной системе навигации и датчиков мобильный робот способен ориентироваться в изменяющихся условиях строительных площадок и может самостоятельно позиционировать себя и двигаться. Поскольку промышленная робототехника может быть оснащена разными инструментами, робот способен выполнять различные задачи на строительных площадках, которые опасны, угрожают здоровью или слишком сложны для человека. На NEST робот изготовил тонкоплетенную стальную сетку для несущей стенки, которая построена с использованием новой, уже упоминавшейся строительной технологии Mesh Mold.
Робот может выполнять различные опасные и сложные задачи. Но все же без человека на строительстве не обойтись
Smart Slab: изготовление функционально встроенных потолочных плит
С помощью 3D-принтера с высоким разрешением были сформированы сборные потолочные плиты. Затем отдельные элементы заполняются бетоном, армированными волокнами. Благодаря высокому разрешению принтера различные функции, такие как технология строительства, освещения и акустика, уже могут быть интегрированы в строительные элементы. Кроме того, свобода выбора технологии позволяет оптимизировать функциональные потолочные плиты. Таким образом, можно сэкономить значительное количество материала по сравнению со стандартными наливными конструкциями.
Участник проекта вручную соединяет деревянные балки, предварительно установленные проекта работами. Фото: NCCR Digital Fabrication / Roman Keller
Умное динамическое литье: предварительное изготовление нестандартизированных бетонных элементов с использованием процесса формирования робототехнических сколов
Smart Dynamic Casting - это технология непрерывного роботизированного скольжения, которая позволяет изготавливать несущие бетонные конструкции с переменным поперечным сечением без опалубки. Автоматизированный процесс состоит в том, что участок опалубки 40см длиной непрерывно заполняется бетоном и постоянно тянется вверх. Специальные присадки и добавки гарантируют, что после выхода из сегмента опалубки бетон гидратируется только в той мере, в какой он выдерживает сам себя и вес залитого выше слоя бетона. В пределах блока NEST техника была использована для изготовления фасадных элементов фундамента.
Специальные присадки гарантируют, что после выхода из сегмента опалубки бетон гидратируется только в той мере, в какой он сам себя выдерживает.
Робототехническое изготовление и сборка деревянных конструкций-скелетов
Трехмерная робототехническая конструкция высокоинтегрированных элементов из древесины расширяет возможности геометрического дизайна сборных конструкций и сводит к минимуму усилия, связанные с установкой отдельных элементов. В пределах блока NEST построена каркасная конструкция с панелью, в которой технические установки, такие как фотоэлектрические панели, тепловые коллекторы или системы затенения, были интегрированы в процессе работы.
Последний и самый большой сегмент Smart Slab весом почти 2,5” устанавливается на место. Фото: Digital Building Technologies (dbt), ETH Zurich / Andrei Jipa
Прозрачный и легкий фасад
Деревянные опорные конструкции позволяют изготавливать корпуса с высокой прочностью во всех направлениях, не требующих дополнительной арматуры. Исследователи DFAB HOUSE использовали эту свободу в выборе материала для разработки интегрированного высокотехнологичного решения фасада. Инновационная система светопрозрачного фасада сочетает в себе отличную теплоизоляцию и прозрачность гранул аэрогеля с легкостью и геометрической гибкостью мембранной системы. Результатом этой запатентованной технологии является тонкий фасад с новой эстетикой, что напоминает нам о фантастических лентах своими биоморфными чувственными формами.
Деревянная геометрия в интерьере DFAB HOUSE. Фото: Roman Keller
Жизнь в цифре
Неудивительно уже давно: мы живем среди предметов, знающих о нас больше, чем думаем. Наши телефоны открывают наши автомобили, платят за товары и предлагают нам посмотреть фильмы, коррелируя наши данные в поисковых системах. В DFAB HOUSE digitalSTROM работает с партнерами для разработки новых продуктов, систем, услуг и приложений, которые будут протестированы на жителях. DigitalSTROM - это платформа Smart Home, которая управляет всеми элементами дома независимо от производителя: аналоговые технологии, IP-устройства, аудио- и мультимедийные программы, технологии строительства, сенсоры и различные услуги. Интеграция искусственного интеллекта открывает новые возможности для устойчивого использования ресурсов, таких как энергия и вода, а также позволяет жилью быть еще более комфортным, безопасным и хорошим.
В DFAB HOUSE будут проживать непродолжительное время четыре жителя, которые могут пользоваться общими жилыми помещениями. Фото: Roman Keller
Интеллектуальное и гигиеническое распространение и энергоэффективное использование воды
Теплая, застойная вода в трубах обычных систем распределения повышает риск колонизации микроорганизмов. Система 3Eflow, установленная в DFAB HOUSE, эвакуирует воду из распределительных труб после ее использования, предотвращая рост бактерий, снижая потребление энергии и воды на 40%. Исследователи Eawag в сотрудничестве с Empa исследуют влияние системы 3Eflow на гигиену воды и поток энергии в распределительной сети с помощью интеллектуального контроля за приборами для точного мониторинга потребления воды.
Системы теплообмена частично восстанавливают энергию сточных вод в двух из душей DFAB HOUSE. Это достигается путем предварительного нагревания входной холодной воды примерно на 15 °C отработанной энергией использованной душевой воды. Вследствие этого на смесительный клапан необходимо подавать до 40% меньше горячей воды.
Фото: Roman Keller
Консорциум компаний-разработчиков в ближайшие годы продолжит использовать здание как платформу для внедрения и дальнейшего развития новых цифровых решений в реальной жизненной среде. А нам остается надеяться, что в ближайшее время строительные площадки в Украине тоже станут местом, где образуются лучшие условия для жизни людей.
Архитектура
Концепция: проф. Маттиас Колер, Конрад Грасер
Управление проектами: Конрад Грасер (руководитель), Марко Баур, Сара Шнайдер
Автор: Араш Адель, проф. д-р Бенджамин Дилленбер, д-р Катрин Дорфлер, Рена Гьесекке, проф. Матиас Колер, д-р Эна Льорет-Фритчи, д-р Мания Агеи Мейбоди, Фабио Скотто, Деметрис Шаммас, Андреас Тома
Конструкционное проектирование
Концепция: проф. д-р Джозеф Шварц
Инженер проекта: Марко Бахр
Авторы: д-р Хайме Мата Фалькона, проф. д-р Вальтер Кауфман, Даниэль Ренц, Томас Верль
Заказчик: Эмпа
Команда планирования
Архитектура: цифровое изготовление NCCR
Генеральный планировщик: ERNE AG Holzbau
Строительная техника: Dr. Schwartz Consulting AG
Строительная физика: Bakus Bauphysik und Akustik GmbH
Электротехника: Elektro Siegrist AG Проектирование климатического оборудования: Häusler Ingenieure AG
Технология строительства: Schibli Gebäudetechnik
Дизайн освещения: Sommerlatte & Sommerlatte AG
Об инновациях и жизни в будущем узнавали в информационном туре, организованном Посольством Швейцарии в Украине в мае этого года. Личная большая благодарность руководителю проектов Посольства Елене Чернеженко.
