۵ تکنولوژی که معماری ساختمان‌های مدرن را تغییر داده‌اند

به گزارش «خبرنامه دانشجویان ایران»؛ اگر چند سال قبل از یک دانشجوی معماری می‌پرسیدند برای طراحی یک ساختمان به چه ابزارهایی نیاز دارد، احتمالاً پاسخ حول اتوکد، اسکیس، مدل‌سازی سه‌بعدی و شناخت مصالح می‌چرخید. امروز ماجرا متفاوت شده است. ساختمان دیگر فقط ترکیبی از بتن، فولاد، شیشه و نقشه‌های اجرایی نیست. نرم‌افزار، داده، سنسور، ربات، هوش مصنوعی، سیستم‌های متحرک و فناوری تولید انرژی هم وارد فرآیند طراحی و ساخت شده‌اند.

برای دانشجوی معماری یا عمران، شناخت این فناوری‌ها فقط یک موضوع جذاب دانشگاهی نیست. بسیاری از آن‌ها مستقیماً روی نوع پروژه‌هایی که در دفتر معماری، شرکت ساختمانی یا کارگاه با آن روبه‌رو می‌شوید اثر می‌گذارند. ممکن است در دانشگاه یک سقف را به‌صورت یک سطح ثابت طراحی کنید، اما در پروژه واقعی با سیستمی مواجه شوید که باز و بسته می‌شود، به شرایط آب‌وهوا واکنش نشان می‌دهد و بخشی از عملکرد اقلیمی ساختمان را بر عهده دارد.

در میان فناوری‌هایی که بیشترین تأثیر را بر معماری معاصر گذاشته‌اند، مدل‌سازی اطلاعات ساختمان یا BIM، ساختمان‌های هوشمند و اینترنت اشیا، چاپ سه‌بعدی ساختمان، معماری متحرک و سیستم‌های سقف و شیشه متحرک، و فناوری BIPV یا پنل‌های خورشیدی یکپارچه با ساختمان جایگاه مهمی دارند. هرکدام از این فناوری‌ها بخشی از فرآیند طراحی یا اجرای ساختمان را تغییر داده‌اند. به طور مثال نمونه‌های اجرایی معماری متحرک را می‌توان در پروژه‌های سقف و شیشه متحرک دید. برای آشنایی با شکل اجرای این سیستم‌ها و کاربردشان در تراس، روف‌گاردن، کافه، رستوران و سایر فضاهای باز می‌توانید نمونه پروژه‌های skyroofco.com را ببینید. دیدن پروژه اجراشده به دانشجو کمک می‌کند فاصله میان رندر معماری و جزئیات واقعی سازه، موتور، اتصالات، آب‌بندی و شیشه را بهتر درک کند.

در ادامه سراغ همین پنج تکنولوژی می‌رویم که فقط ظاهر ساختمان را عوض نکرده‌اند، بلکه روش فکر کردن معمار و مهندس درباره طراحی، اجرا و بهره‌برداری را هم تغییر داده‌اند.

۱. BIM؛ وقتی مدل سه‌بعدی فقط برای رندر نیست

یکی از مهم‌ترین تغییرات صنعت ساختمان، عبور از نقشه‌های جداگانه به سمت مدل‌سازی اطلاعات ساختمان یا BIM بوده است. اشتباه رایج میان دانشجویان این است که BIM را معادل «مدل سه‌بعدی حرفه‌ای‌تر» تصور کنند. مدل سه‌بعدی فقط شکل هندسی پروژه را نشان می‌دهد، اما در BIM هر عنصر می‌تواند اطلاعات داشته باشد. یک دیوار فقط دو خط یا یک حجم نیست. جنس، ضخامت، مشخصات فنی، ارتباط با عناصر دیگر و اطلاعات موردنیاز مراحل بعدی پروژه می‌تواند در مدل تعریف شود.

این تغییر برای دانشجوی معماری مهم است، چون روش طراحی را عوض می‌کند. فرض کنید در یک پروژه دانشگاهی محل کانال تأسیسات با تیر سازه‌ای تداخل داشته باشد. در یک نقشه دوبعدی ممکن است این مشکل تا مرحله اجرا دیده نشود. در محیط BIM، مدل معماری، سازه و تأسیسات می‌توانند در کنار هم قرار گیرند و بسیاری از این تداخل‌ها پیش از رسیدن پروژه به کارگاه مشخص شوند.

از طرف دیگر، BIM دانشجو را مجبور می‌کند به ساختمان مثل مجموعه‌ای از اجزای واقعی نگاه کند. ضخامت سقف کاذب، فضای عبور تأسیسات، ارتفاع تیر، نوع پنجره و لایه‌های دیوار دیگر موضوعاتی نیستند که بتوان فقط با یک رندر زیبا از کنارشان عبور کرد. برای کسی که می‌خواهد وارد بازار کار شود، یادگیری BIM فقط یادگیری یک نرم‌افزار نیست. مهم‌تر از نرم‌افزار، فهم منطق همکاری میان رشته‌های مختلف است.

۲. ساختمان هوشمند؛ وقتی بنا فقط ساخته نمی‌شود، اطلاعات هم دریافت می‌کند

یک ساختمان معمولی عمدتاً طبق تصمیماتی که هنگام طراحی گرفته شده کار می‌کند. اما ساختمان هوشمند می‌تواند بخشی از تصمیم‌های عملیاتی خود را براساس داده تغییر دهد.

سنسور حضور تشخیص می‌دهد چه فضایی در حال استفاده است. حسگر دما و رطوبت شرایط محیط را اندازه می‌گیرد. سیستم کنترل می‌تواند روشنایی، تهویه یا تجهیزات مکانیکی را مطابق شرایط تنظیم کند. در پروژه‌های پیشرفته‌تر، داده‌های بخش‌های مختلف ساختمان وارد سیستم مدیریت ساختمان می‌شوند تا عملکرد تجهیزات قابل پایش باشد.

از دید معماری، نکته جالب این است که هوشمندسازی نباید در پایان پروژه مثل یک «آپشن» روی ساختمان نصب شود. اگر از ابتدا در طراحی دیده شود، روی محل تجهیزات، مسیر کابل‌کشی، دسترسی برای تعمیرات، نوع نورپردازی، نحوه کنترل پوسته و حتی سازمان‌دهی فضاها اثر می‌گذارد.

یک مثال ساده، کلاس دانشگاه یا فضای کار اشتراکی است. اگر ۳۰ نفر داخل فضا باشند، شرایط تهویه با زمانی که فقط دو نفر حضور دارند یکسان نیست. یک سیستم کنترلی می‌تواند داده حضور، دمای محیط یا کیفیت هوا را دریافت کند و تجهیزات را متناسب با شرایط واقعی به کار بیندازد.

اما «هوشمند» بودن الزاماً به معنای نصب تعداد زیادی گجت نیست. ساختمانی که ده‌ها تجهیز متصل دارد اما سیستم‌ها با هم هماهنگ نیستند، ممکن است فقط پیچیده‌تر شده باشد. دانشجوی معماری باید یاد بگیرد ابتدا مسئله را مشخص کند. آیا هدف کاهش مصرف انرژی است؟ کنترل آسایش حرارتی؟ امنیت؟ مدیریت نور؟ پاسخ به این سؤال تعیین می‌کند چه فناوری واقعاً لازم است.

۳. چاپ سه‌بعدی؛ وقتی ربات وارد کارگاه ساختمانی می‌شود

پرینتر سه‌بعدی برای دانشجوی طراحی صنعتی چیز عجیبی نیست. تفاوت زمانی شروع می‌شود که ابعاد دستگاه از یک میز کار فراتر می‌رود و قرار است یک قطعه ساختمانی یا بخشی از یک بنا را تولید کند.

در چاپ سه‌بعدی ساختمان، ماده به‌صورت کنترل‌شده و لایه‌به‌لایه مطابق مدل دیجیتال قرار می‌گیرد. یکی از حوزه‌هایی که پژوهش زیادی روی آن انجام شده چاپ بتن است. حذف یا کاهش قالب‌بندی می‌تواند امکان ساخت فرم‌هایی را فراهم کند که اجرای آن‌ها با قالب‌های معمول دشوار یا پرهزینه است.

این نکته برای دانشجوی معماری بسیار مهم است. چاپ سه‌بعدی قرار نیست هر فرم پیچیده‌ای را بدون محدودیت بسازد. دستگاه شعاع حرکت مشخص دارد، ماده باید رفتار مناسبی هنگام خروج از نازل و سخت‌شدن داشته باشد، هندسه باید قابل چاپ باشد و مسائل سازه‌ای همچنان پابرجا هستند.

در نتیجه طراحی برای چاپ سه‌بعدی با طراحی یک فرم آزاد در نرم‌افزار فرق دارد. معمار باید از خودش بپرسد مسیر حرکت ربات چیست، آیا لایه بعدی روی لایه قبلی پایدار می‌ماند، تأسیسات چگونه وارد قطعه می‌شوند، اتصال قطعات چگونه حل می‌شود و آیا فرم انتخاب‌شده واقعاً باعث کاهش مصرف ماده شده یا فقط پیچیدگی بصری ایجاد کرده است. برای دانشجویی که به طراحی پارامتریک، رباتیک، ساخت دیجیتال یا پژوهش در معماری علاقه دارد، این حوزه می‌تواند یکی از جذاب‌ترین مسیرهای تخصصی باشد.

۴. معماری متحرک؛ ساختمانی که می‌تواند شکل عملکردی خود را تغییر دهد

بخش زیادی از معماری سنتی بر اجزای ثابت استوار است. دیوار در جای خود می‌ماند، سقف ثابت است و نما معمولاً تغییر زیادی نمی‌کند. معماری متحرک یا Kinetic Architecture این فرض را به چالش می‌کشد. در چنین معماری‌ای، بخشی از بنا می‌تواند حرکت کند تا ساختمان خود را با شرایط محیط یا نوع استفاده هماهنگ کند. لوورها می‌توانند نسبت به تابش خورشید تغییر زاویه دهند. یک نمای متحرک می‌تواند میزان سایه را کنترل کند. شیشه‌های اسلایدی می‌توانند مرز میان داخل و خارج را باز کنند و سقف متحرک می‌تواند یک تراس یا فضای باز را بسته به بارندگی، آفتاب و نوع استفاده تغییر دهد.

این فناوری برای دانشجوی معماری یک درس مهم دارد: هر عنصر متحرک باید هم‌زمان از چند زاویه حل شود. یک سقف متحرک روی کاغذ ممکن است فقط دو وضعیت «باز» و «بسته» داشته باشد، ولی در پروژه واقعی سؤال‌ها خیلی بیشترند. وزن بخش متحرک چقدر است؟ نیرو چگونه منتقل می‌شود؟ موتور کجا قرار می‌گیرد؟ آب باران هنگام بسته بودن سیستم به کجا هدایت می‌شود؟ در زمان وزش باد چه محدودیتی برای حرکت وجود دارد؟ اگر برق قطع شود چه اتفاقی می‌افتد؟ مسیر تعمیر موتور یا تعویض قطعه کجاست؟ همین سؤال‌ها مرز میان «ایده معماری» و «جزئیات قابل اجرا» را مشخص می‌کنند.

سیستم‌های شیشه‌ای متحرک هم مسئله مشابهی دارند. در طراحی یک نمای شیشه‌ای گیوتینی یا اسلایدی، معمار فقط نسبت شفافیت و فرم قاب را انتخاب نمی‌کند. وزن شیشه، ریل، یراق، موتور، ایمنی کاربر، آب‌بندی، تخلیه آب و دسترسی تعمیراتی بخشی از طراحی هستند.

این حوزه برای دانشجویان جذاب است چون معماری، مکانیک، برق و سازه را به هم وصل می‌کند. کسی که فقط فرم را می‌بیند بخش بزرگی از پروژه را از دست می‌دهد. دیدن یک سیستم متحرک در زمان اجرا، گاهی بیشتر از چندین شیت دیتیل درباره رابطه طراحی و ساخت آموزش می‌دهد.

۵. BIPV؛ وقتی پوسته ساختمان فقط پوسته نیست

پنل خورشیدی را معمولاً به‌صورت تجهیزی می‌شناسیم که روی بام ساختمان نصب می‌شود. فناوری Building-Integrated Photovoltaics یا BIPV یک قدم جلوتر می‌رود. در این رویکرد، عنصر تولیدکننده انرژی می‌تواند خودش بخشی از پوسته معماری باشد.

یعنی پنل فتوولتائیک فقط چیزی نیست که بعداً روی سقف سوار شود. می‌تواند بخشی از نما، سایبان، نورگیر یا حتی بعضی سطوح شیشه‌ای باشد. در چنین شرایطی، پوسته ساختمان هم نقش معماری دارد و هم در تولید انرژی مشارکت می‌کند. این تغییر از نظر طراحی بسیار مهم است.

وقتی پنل خورشیدی بعد از اتمام طراحی روی بام قرار داده شود، معمار آزادی کمتری برای هماهنگی آن با فرم ساختمان دارد. اما اگر تولید انرژی از ابتدای فرآیند طراحی بخشی از معماری باشد، می‌توان جهت، زاویه، سایه، فرم پوسته و نیازهای انرژی را هم‌زمان دید.

برای مثال در یک ساختمان چندطبقه، سطح نما ممکن است بسیار بیشتر از سطح بام باشد. در چنین شرایطی، استفاده از بخش‌هایی از نما برای تولید انرژی می‌تواند موضوع طراحی شود. البته این به معنای مناسب بودن BIPV برای هر پروژه نیست. جهت‌گیری، میزان سایه، هزینه سیستم، راندمان، تعمیرات و نحوه اتصال به شبکه برق باید از ابتدا دیده شوند.

از نظر دانشجویی، BIPV مثال خوبی برای فهم مفهوم «طراحی یکپارچه» است. معماری، تأسیسات الکتریکی و انرژی دیگر سه موضوع جدا نیستند. تصمیم درباره شکل یک سایبان می‌تواند هم روی کیفیت نور داخل اثر بگذارد، هم روی بار سرمایشی ساختمان و هم روی میزان انرژی تولیدشده.

همین نگاه را می‌توان در فناوری‌های دیگر هم دید. مرز رشته‌ها در صنعت ساختمان کم‌رنگ‌تر شده است. معمار لازم نیست مهندس برق یا برنامه‌نویس سیستم کنترل باشد، اما باید آن‌قدر از منطق سیستم سر دربیاورد که تصمیم طراحی او مانع عملکرد درست فناوری نشود.

یک دانشجوی معماری یا عمران دقیقاً چه چیزی از این فناوری‌ها یاد بگیرد؟

قرار نیست دانشجوی معماری در پنج حوزه مختلف متخصص شود. مهارتی که بیشترین ارزش را دارد، توانایی فهم رابطه میان «طراحی» و «سیستم واقعی» است.

• BIM را فقط برای مدل‌سازی یاد نگیرید. هماهنگی معماری، سازه و تأسیسات را تمرین کنید و ببینید یک تغییر کوچک در مدل چه اثری روی بقیه اجزا دارد.
• در ساختمان هوشمند ابتدا منطق سنسور، ورودی، تصمیم و خروجی را بفهمید. دانستن نام تجهیزات بدون فهم منطق کنترل فایده زیادی ندارد.
• در چاپ سه‌بعدی ساختمان به محدودیت دستگاه، رفتار ماده، ضخامت لایه و روش اتصال قطعات توجه کنید، نه فقط فرم‌های پیچیده‌ای که امکان تولیدشان وجود دارد.
• در معماری متحرک دیتیل حرکت را طراحی کنید. محل موتور، ریل، آب‌بندی، تخلیه آب، دسترسی تعمیراتی و حالت ایمن سیستم به اندازه فرم نهایی اهمیت دارند.
• در BIPV ساختمان را هم‌زمان از منظر معماری و انرژی ببینید. جهت خورشید، سایه‌اندازی، فرم نما و نیاز انرژی باید به یک مسئله مشترک تبدیل شوند.

تفاوت دانشجویی که فقط تصاویر پروژه‌های مدرن را می‌بیند با دانشجویی که فناوری پشت آن‌ها را می‌فهمد، در کارگاه مشخص می‌شود. وقتی برای اولین بار مقابل یک نمای متحرک، مدل BIM هماهنگ‌شده یا قطعه چاپ‌شده در مقیاس واقعی قرار می‌گیرید، سؤال اصلی دیگر «این ساختمان چقدر جذاب است؟» نیست. سؤال حرفه‌ای‌تر این است: این سیستم دقیقاً چگونه طراحی شده که بتواند در دنیای واقعی کار کند؟