قرن بیستویکم: تکامل تولید صنعتی معماری یا تکامل فرایند معماری؟ نوشته ی سمیه ابراهیمی، مهدی علیرضایی

مقدمه
با پیشرفت فناوریهای نوین آنچه که ذهن بسیاری از محققان را درگیر خود کرده، چگونگی تأثیرگذاری فناوری بر معماری در هزارهی سوم است. همانگونه که سایر بخشهای جامعه از فناوری متأثر میشوند، معماری نیز هر روزه با چالش ساختاری جدیدی روبهرو میشود که در عمق و سطح، تحولاتی را به همراه خواهد داشت. این دگرگونیها از فرایند طراحی معماری تا فناوری ساخت را در بر میگیرد. در این مقاله تأثیرات فناوری بر معماری را در حیطهی ساخت و تولید که بر خودکارسازی فرایندها و صنعتی کردن معماری تأکید دارد و تلفیقی از علوم مختلف مکانیک، الکترونیک و رایانه است، مورد نقد و بررسی قرار میدهیم.
1. کاربرد روباتها در معماری
استـفـاده از روبـاتها در سـاختوسـاز هـمانگـونـه کـه در صنایع گوناگون کاربرد دارد، امری است که در عصر جدید مورد توجه واقع شده است. روباتها ابزارهای مکانیکی و الکترونیکی برنامهریزیشدهای هستند که به صورت خودکار فرایندی را (در اینجا، ساخت) به انجام میرسانند. واژهی روبات در معماری شامل بازوهای روباتیک، دستگاههای CNC و پرینترهای سهبعدی است.
روبـاتها مـیتـوانند بـه معـماران در طـراحی و سـاخـت ایدههای خلاقانهتر کمک کنند و فرایندی الگوریتمیک را به انجام برسانند (تصویر1). همچنین آنها میتوانند زمان فرایند ساخت را کوتاهتر و نیز بهصرفهتر کنند و جایگزین کارگران ساختمانی شوند، به نحوی که معماری به فرایند تولید صنعتی ساختمان نزدیکتر شود.
روباتها فرایند ساخت را دقیقتر، در زمان کمتر، با هزینـهی کمتر، بدون آسیبهای ناشی از کار و فارغ از نگرانیهای ناشـی از قوانین کار به انجام میرسانند. آنها 24 سـاعـت در روز و 7 روز هـفته را کـار مـیکنـنـد و دستـمـزدی نـمیگیرد. کـاربرد اسـاسی روبـاتها در معمـاری میتواند در ساخت بناهای خاص با دقت بالا و یا برای مورادی باشد که تولید در مقیاس کلان مدنظر است؛ مثلاً برای ایجاد سرپناه مخصوص پناهندگان جنگی، آسیبدیدگان حوادث طبیعی و یا خانهسازی برای قشرهای کمدرآمد یا سرپناههای اضطراری، این روش با هزینهی کمتر و در زمان کمتر به تحقق کار به صورت انبوه منجر میشود.
نوع پیشرفتهتر این فناوری، امکان پرینت سهبعدی است که دکتر بهرخ خوشنویس، دانشمند ایرانی مستقر در سازمان ناسا، مبتکر و مبدع آن است. در ادامه به معرفی این فناوری نوین و کاربرد آن در ساخت بناها خواهیم پرداخت.
2. پرینت سهبعدی
در سال 2006 دکتر بهرخ خوشنویس، استاد دانشگاه کالیفرنیا ایدهی استفاده از پرینترهای سهبعدی را در ساخت خانه و حتا در مقیاسهای بزرگتر مطرح کرد. در این روش یک پرینتر عظیم با بازوهای روباتیک بر اساس طرح از پیش برنامهریزیشده، دیوارههای ساختمان را با لایههای سیمانی بنا میکند. روبات، نقاشی دیوارهها، کاشیکاری و تأسیسات الکتریکی و مکانیکی پیشبینیشده را نیز بر اساس نقشههای تهیهشده اجرا میکند. فرایند ساخت با این روش، ارزانتر، دقیقتر و سریعتر انجام خواهد شد و هزینههای نیروی انسانی به میزان قابل توجهی کاهش خواهد یافت. این فناوری میتواند در خلق فرمهای پیچیده نیز مفید واقع شود و کاربرد دیگر آن به هنگام بروز حوادث طبیعی است. با بهرهگیری از این فناوری میتوان با نیروی انسانی کمتر و سرعت بیشتر، برای افراد حادثه دیده سرپناههای مناسب بنا کرد. از آنجا که گسترش شهرها بهویژه در کشورهای درحالتوسعه، قابل توجه است و متعاقب آن حومههای شهری و زاغهنشینی گسترش یافته، میتوان با بهکارگیری فناوری پرینت سهبعدی، مسکن را به صورت انبوه و با کیفیت و قیمت مناسب تولید و عرضه کرد، به نحوی که چهره و بافت شهر نیز با آلودگیهای بصری نازیبا نشود.
ایدهی اولیه
این ایده تحت عنوان کانتور کرفتینگ (Contour Crafting) یا ساخت پیرامونی در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی مطرح شده است. با استفاده از این شیوه میتوان یک واحد مسکونی را در یک روز و با یکچهارم هزینهی روشهای ساخت سنتی، بنا کرد. این روش ساخت در سامانههای نظامی و تحقیقات فضایی و دریایی کاربرد دارد و یک روش ترکیبی است که بنا را توسط روباتها به صورت لایه به لایه میسازد (تصویر2). دیوارهها با فرمدهی لایهی بیرونی و ارتفاع دادن مادهای شکلپذیر همچون بتن ساخته میشوند و با استفاده از بازوهای روباتیک سطح آنها نرم و صیقلی میشود و هنگام بتنریزی، محل قرارگیری در و پنجرهها و عبور لولهها و داکتهای تأسیساتی در نظر گرفته میشود.
این فناوری، علاوه بر اینکه از انعطاف پذیری لازم برای تولید فرمهای منحنی و راستگوشه برخوردار است، میتواند در ایجاد فرمهای خاص نیز به کار رود.
روش ساخت پیرامونی میتواند علاوه بر استفاده در خانهسازی، در ساخت قطعات پلها، تونلها، نماهای عظیم و مجسمههای هنری بزرگ استفاده شود که کاهش خطرات در کارگاههای ساختمانی را موجب میشود و علاوه بر آن، با کاهش میزان ضایعات ساختمانی و استفاده از ماشینهای الـکـتریـکی، آلـودگیهای زیسـتمحـیطی را هـم بـه حـداقـل میرساند.
مزایای استفاده از این فناوری
برخی از مزایای استفاده از این روش نوین ساخت به صورت خلاصه عبارتند از:
ساخت یک خانهی متوسط در آمریکا 6 تا 9 ماه به طول میانجامد که با روش کانتور کرفتینگ چنین خانهای در یک روز تکمیل میشود.
در آمریکا حدود 30 میلیون خانوار با مشکل تأمین سرپناه با قیمت مناسب و فضای کافی مواجه هستند. در مقیاس جهانی نیز بهویژه در کشورهای درحالتوسعه، ضریب گسترش شهرها سالانه حدود 5 درصد است که متعاقب آن زاغهنشینی نیز رو به رشد است و حومهی شهرها جلوهای زشت و نامطلوب مییابند. فناوری جدید میتواند خانههایی مناسب شأن و مقام انسانی برای مردم کمدرآمد و فقیر تولید کند.
در حوادث طبیعی شاهد هستیم که با گذشت سالها و ماهها مردم هنوز هم در سرپناههای موقت به سر میبرند. این فناوری نوین میتواند سرپناههایی بادوام و راحت برای این افراد تولید کند. به عبارت دیگر، این خانهها سریع ساخته میشوند، اما در طولانیمدت قابل استفاده و ایمن هستند و به هیچ وجه موقتی نیستند.
در آمریکا ساخت یک خانهی معمولی در حدود 3 تا 7 تن ضایعات تولید میکند و آلودگیهای صوتی و زیستمحیطی نـیز بـه همـراه دارد. بخـش عمـدهای از مـنابع هـر کـشوری در صنعت ساختمان به کار میرود. این فناوری نوین، ساختوساز را بدون ضایعات و بدون سروصدا و آلودگیهای زیستمحیطی انجام میدهد.
در کشوری چون آمریکا که ایمنی ساختوساز تا حد زیادی رعـایت مـیشـود، سالانـه حـدود 400,000 کارگـر سـاخـتمانی مجروح و کشته میشوند. روش کانتور کرفتینگ با بهکارگیری روباتها میزان خطرات را در کارگاههای ساختمانی به صفر نزدیک میکند.
در معماری سنتی و رایج، هر تغییری در فرم معماری بنا و پیچیده شدن آنها باعث افزایش هزینهها میشود. اما در روش جدید ساخت میتوان بدون افزایش چشمگیر هزینهها فرمهای بسیار متنوعی ایجاد کرد (تصویر 3).
فناوری کانتور کرفتینگ یا ساخت پیرامونی
این فناوری مدلهای رایانهای را به صورت بیواسطه در مقیاس بزرگ تولید میکند. بازوهای روباتیک، تصاویر ذهنی و رایانهای را تجسم مادی میبخشند و سطوح را پرداختشده و بر اساس فرم درخواستی تولید میکنند. این روش ساخت، ترکیبی از روباتیک و سامانههای کنترل، تولید و حمل مصالح میباشد. در فرایند سـاخت، در ابـتدا سطـوح خـارجی شـکل میگیرد و سپس بین این سطوح با مصالحی مانند بتن پر میشود. در تصویر 3 نمونههای کوچک و ابتدایی ساختهشده با این روش را با تنوع در هندسهی فرمها مشاهده میکنید که با موادی همچون سرامیک و ترموپلاستیک ساخته شدهاند.
در تصویر 4 گنبد طراحیشده توسط ناسا را در مقیاس مفروض مشاهده میکنید. این گنبد اقامتگاهی، با استفاده از این روش در سایر کرات قابل ساخت و اجراست. در مرحلهی بعد، دیوارهای توخالی تولید شدهاند که در میان آنها ساختاری زیگزاگی قرار گرفته و به نوعی باعث تحکیم سازهی دیوار میشود. در تصویر 5 نازِلی که برای ساخت این نوع دیوارهای توخالی به کار میرود را مشاهده میکنید. نازل میانی نوسان میکند و فرمهایی زیگزاگی ایجاد میکند که از لحاظ سازهای مشابه تیرچه میباشند. تصویر 6 قدرت تیری که با این روش ساخته شده، را نمایش میدهد. توجه داشته باشید که سیمان مصرفی با فیبر کامپوزیتی، با سیمان و سنگدانه ترکیب و مسلح شده است. امروزه استفاده از فیبرهای ترکیبی به جای تیرهای فلزی در صنایع بتنی بسیار رواج یافته است. نمونههای زیادی از این دیوارهای توخالی ساخته میشوند که به نظر میرسد در بناهایی که نیاز به عایق صوت باشد، بسیار مناسب عمل میکنند.
در تصویر 7 دستگاهی را مشاهده میکنید که عملیات کانتور کرفتینگ انجام میدهد. این دستگاه برای ساخت بناهای یکطبقه با حدود هشت فوت ارتفاع دیوارها مناسب است و البته ابعاد بزرگتر این دستگاه برای سایر کاربردها نیز در دست ساخت است. در تصاویر 8 و 9 ساختار اجزای این دستگاه را به صورت شماتیک مشاهده میکنید.
خودکارسازی سایر کارهای ساختمان
پس از ایجاد زیرساختهای بنا توسط روش کانتور کرفتینگ باید روباتهای دیگری برای تکمیل روند کار اضافه شوند تا خودکارسازی فرایند ساخت بنا به طور کامل انجام شود. امروزه بسیاری از محصولات پیچیده به صورت کامل توسط روباتها تولید میشوند و ساختمان نیز از این امر مستثنا نیست. برخی از کارهای ساختمانی که میتواند به صورت خودکار انجام شوند عبارتند از:
کـاشیکـاری کــف و دیـوارهـا: یک بازوی روباتیک، ملات چسباننده را به صورت یکنواخت پخش میکند و بازوی دیگر، کاشیها را به صورت دقیق در جای خود قرار میدهد؛ کاری که به صورت دستی حدود 60 درصد زمان کاشیکاری را به خود اختصاص می هد و خیلی هم دقیق انجام نمیشود.
لولهکشی: در روش کانتور کرفتینگ، داکتهای عبور لولهها در دیوارها تعبیه میشوند و در نهایت، اتصال لولهها به لولههای تعبیهشده در درون دیواره انجام خواهد شد. بازوی روباتیک، لولهی بعدی را با استفاده از الِمنت حرارتی به سیستم لولهکشی متصل میکند. سیستم روباتیک لولهکشی میتواند برای هر نوع لولهای بهکار رود، فقط در لولههای پی.وی.سی و در برخی از انواع آن میتوان از چسب برای اتصال اجزا استفاده کرد.
سیمکشی: استفاده از یک سامانهی مدولار مشابه سیمکشی اتوبوسها و وسایل نقلیه میتواند در روش کانتور کرفتینگ به کار رود. این مدولها اشکال متفاوت دارند و در مسیر سیمکشی به همدیگر متصل میشوند. کلید و پریزها پس از پایان سیمکشی در جای خود نصب میشوند.
نصب حسگرها: در ساختمانهایی که با روش کانتور کرفتینگ ساخته میشوند، بهتر است از حسگرهایی برای هوشمندسازی و کنترل وضعیت سازه بهره برد. این حسگرها نحوهی کارکرد بنا و بازخورد آن در طول زمان را نشان میدهند، میزان دما، رطوبت، فشار، لرزش و سایر موارد اثرگذار بر ساختار بنا را در طول زمان کنترل میکنند و نموداری از کارکرد بنا را به نمایش میگذارند. هریک از این حسگرها باید توسط بازوهای روباتیک در جای مناسب خود در درون مصالح قرار گیرند.
عایقکاری، نقاشی و نازککاری: عایقکاری دیوارها میتواند با استفاده از بازوهای روباتیک و نازلها انجام شود. این نازِلها، مصالح مورد نظر (سیمان، گچ یا پلی اورتان) را به صورت یکنواخت بر روی سطح پخش میکنند. پس از کامل شدن دیوار، روبات نقاش با استفاده از اسپری، دیوارها را بر اساس مشخصات درخواستی رنگ میکند. میتوان با مکانیسم چاپگرِ جوهرافشان بر روی دیوارها هر طرحی را تصویر کرد.
3. کاربرد عملی پرینت سهبعدی و تأثیرات آن در معماری
فناوری همواره ابزاری در دست معماران بوده است و در همهی مراحل، از طراحی گرفته تا ساخت، تأثیرگذار است. پرینترهای سهبعدی نیز بهتدریج جایگاه خود را در معماری خواهند یافت. اما سؤالی که در اینجا مطرح میشود این است که آیا پرینت سهبعدی روح هنری و زیبایی کیفی مورد نظر معماری را با خود به همراه خواهد داشت و یا معماری را به حد تولیدات صنعتی و انبوه تقلیل میدهد؟
یکی از مزایای استفاده از پرینترهای سهبعدی، تولید انبوه است اما مهم این است که دنیای اطلاعات، دنیاییست که تکثر و تفاوت را در بر میگیرد و معماری میتواند به تعداد انسانهایی که بر روی کرهی خاکی زندگی میکنند متنوع و رنگبهرنگ باشد. این انسان است که فناوری را هدایت میکند و هدایت این فناوری نو به سمتی که رنگوبویی از روحیات انسانی در آن جریان یابد، وظیفهی معماران و هنرمندان است. معماری فقط ساخت سرپناه نیست، بلکه هدف آن ایجاد فضایی است که روح انسان در آنجا سکنا میگزیند و به آرامش میرسد. مباحثی که بر تأثیر فناوری بر معماری و سایر ابعاد زندگی بشر تمرکز دارند، میتوانند راهگشایی برای انسانیتر شدن فناوری باشند، به نحوی که همواره این انسان باشد که فناوری را بر اساس خواستههای متعالی خود کنترل میکند. حکم آن بوده است که فناوری ابزاری برای رسیدن انسان به هدفش باشد، نه اینکه انسان به ابزاری تبدیل شود که توسط فناوری کنترل میشود. فناوری ساخت به روش کانتور کرفتینگ نیز در راستای پاسخگویی به نیازهای اساسی انسانها و ترسیم زندگی بهتر برای آنها در حال حرکت و پیشرفت است و نمونههایی از بناها با این شیوهی نوین در سراسر دنیا ساخته شدهاند که در ادامه به معرفی برخی از آنها خواهیم پرداخت.
اولین نمونهی یک ویلا که با استفاده از پرینت سهبعدی ساخته شده و قطعات آن پس از تولید در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند، توسط معماری به نام اینتیلین (Eentileen) طراحی شده و در شهر کوچکی خارج از کپنهاک دانمارک قرار دارد، مساحت آن حدود 1250 فوت میباشد و بهنوعی اصول معماری پایدار در آن رعایت شده است. قطعات چوبی این ویلا که توسط دستگاه C.N.C برش خوردهاند، بهآسانی در کنار یکدیگر ثابت شدهاند. این ویلا در مدتزمان شش هفته با تعدادی از قطعات پرینتشده و دو نفر نیروی انسانی تکمیل شد. فناوری پرینت سهبعدی علاوه بر اینکه بر روی کرهی خاکی کاربرد دارد، در فضا هم مفید است و مؤسساتی چون سازمان ناسا بر استفاده از این فناوری برای ایجاد اقامتگاه در فضا سرمایه گذاری کردهاند.
شرکت نورمن فاستر و شرکا نیز طرحهای اولیهی خود را برای اقامتگاههای فضایی آینده ارائه داده است. فاستر و همکارانش بر اساس ایدهی پرینت سهبعدی به طراحی اقامتگاهی در کرهی ماه پرداختهاند. این اقامتگاه گنجایش چهار نفر را دارد و در محیطی شبیهسازیشده با شرایط فضا آزمایش خواهد شد. این بنا ساکنین را در برابر حرات بالا و تشعشعات حفظ میکند (تصویر 10).
در تصویر 11 کاربرد پرینت سهبعدی برای ایجاد اقامتگاه در فضا توسط ناسا را مشاهده میکنید؛ این همان طرح ابداعی توسط دکتر بهرخ خوشنویس، دانشمند ایرانی ابداع کرده است. در آغاز این پروژه برای ساخت بناهایی ماندگار، قابل اطمینان و اقتصادی در فضا شیوهها و ابزارهای مختلف ساخت مورد مطالعه و آزمون قرار گرفتند. در این پروژهی ویژه، یک معماری خاص با فناوری ساخت روباتیک در هم میآمیزد تا فرایند ساختی سریع، آسان و با در نظر گرفتن محدودیتهای اجرایی موجود در سطح کرهی ماه حاصل شود. استفاده از فناوری روباتیک موجب بسط، گسترش و آزمودن شیوههای مختلف ساخت عناصر زیربنایی، شناخت بهتر مزایا، محدودیتها، امکان سنجی اجرایی، تطبیقپذیری با شرایط محیطی و به طور کلی امکان استفاده از چنین فناوریهایی در فضا میشود. عناصری که باید بر روی سطح ماه یا مریخ ساخته شوند عبارتند از: سکوی فرود، بخش سکونتگاهی، جادهها و مسیرهای دسترسی، دیوارهای ضد انفجار و محافظ (دارای مقاومت مکانیکی و حرارتی در برابر اصابت شهاب سنگها)، فضاهای ضد غبار و بسیاری از عناصر دیگر که همگی باید مطابق با اصول معماری بوم آورد (ISRU) طراحی و ساخته شوند.
بسیاری ساز و کارهای خاص مانند ایستگاه تولید برق سیار، اتاقک فشار سیار، جرثقیل چندبعدی سبُک، ماشینآلات حملونقل و همچنین مدلهای سکونتگاهی و نسل جدید لباسهای فضایی همگی در ناسا تحت آزمایش قرار میگیرند. این پروژه قصد به نمایش گذاردن یک نقشه و مسیر در جهت هماهنگی استفاده از بتن عملآوریشده در تعامل با فناوری ساخت روباتیک با هدف ساخت، تولید و گسترش سازههای سریع و مطمئن در ماه و مریخ را (بهعنوان اولین مقاصد فضایی انسان) دارد. این طرح پیشنهادی افزایش ایمنی فضانوردان، ارتقای کارایی سازهها، کارآمدی بیشتر در مقابل غبارهای فضایی و مخاطرات آنها، کاهش زمان ساخت و اقتصادی بودن هزینههای اجرایی را به ارمغان میآورد. استفاده از فناوری روباتیک در تقویت سیستمهای اجرایی ساختمان دارای مزیتهای قابل توجهی است.
معماری در فضا به طور کلی و معماری در ماه و مریخ به طور خاص، در جهت بهکارگرفتن خلاقیت در طراحی بناها و استفاده از فناوریهای نوین و اطلاعات ساختمانی و مدلسازی صنعتی، زبان ساختاری مختص به خود را برای معماران دارد. تمامی موارد ذکرشده باید در جهت ارتقای استفادهی بهینه از مواد و مصالح، انرژی و بودجه در نظر گرفته شود و معماران پیشرو از نقاط مختلف جهان به آزمودن این روش نوین ساخت به صورت عملی همت گماشتهاند.
گروههایی مانند SCI-Arc روش هندسهی فانتوم را که مشابه پرینت سهبعدی است، در معماری و خلق المانهای سهبعدی بهکار برده است. این سامانه شامل پروژکتور نور یو.وی، یک نوع رزین خاصِ حساسبهنور و بازوهای روباتیک میباشد و فرایند ساختی غیرخطی و سهبعدی دارد. نور در این سامانه بهعنوان ابزاری برای انتقال اطلاعات به شمار میرود و اطلاعات میتواند از محیط فیزیکی در مقیاس واقعی برای تولید فرم اقتباس شود.
4. جمعبندی و نتیجهگیری
در جمعبندی مبحث تأثیرات فناوری پرینت سهبعدی بر معماری میتوان نظرات نری آکسمن را مطرح کرد. از نظر آکسمن معماری به روش پرینت سهبعدی تنها ایجاد بنا با مصالح و فرمهای معمول نیست، بلکه هدف این فناوری تولید فرمهای غیرمعمول با مصالح غیرمعمول است. به عبارتی هدف، خلق بناهایی هوشمند با فرمهای الهامگرفته از طبیعت و هماهنگ با محیط است. بناهای پرینتشده به محرکها پاسخ میدهند، نفس میکشند و زندگی میکنند. این معماری، موجودی ترکیبی است که به همان اندازه که از علوم تأثیر میپذیرد، از هنر هم و به همان اندازه که از محیط تأثیر میپذیرد، از جامعه هم و به همان اندازه که از فرم تأثیر می پذیرد، از مصالح هم متأثر میشود.
سازندگان در آینده طرح خانه را خریداری میکنند و پرینترهای سهبعدی حتا طرحهای پیچیده را با هزینهی کمتر و در زمان کوتاهتری میسازند. استفاده از چاپگرها و اسکنرهای سهبعدی باعث میشود که اهمیت طراحی بیشتر و بیشتر شود؛ در مقابل نیز امکان کپی شدن هر طرح بدون توجه به حقوق طراحان در هر جای دنیا وجود خواهد داشت.
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
source
www.ContourCrafting.org
www.nasa.gov
www.archdaily.com
www.fosterandpartners.com
www.nasa.com
www.vimeo.com
www.designbuildsource.com.au
www.guardian.co.uk
www.dvice.com
www.ibtimes.com
www.weburbanist.com
www.inhabit.com
www.roboarch2012.com