Автоматизація призводить до 50% скорочення споживання матеріалів, 63% скорочення викидів і 75% економії часу

Дерев’яне будівництво є однією з галузей, які найбільше розвивається завдяки розвитку ШІ та автоматизації. Будівельна галузь на 20% схильна до автоматизації та заміни ШІ, включаючи 3D-друк і робототехніку.

Штутгартський і Фрайбурзький університети використали роботів і автоматизоване виробництво, щоб побудувати та встановити куполоподібний дерев’яний павільйон у кампусі Фрайбурзького університету.

Прототип liv MatS Biomimetic Shell використовує комбінацію методів обчислювального проектування, роботизованого виготовлення та автоматизованого складання. За словами науковців Університету Штутгарта, будівля поєднує в собі різні дослідницькі підходи двох кластерів досконалості для досягнення архітектурного синтезу.

Йдеться про два кластери:

  1. Інститут обчислювального проектування та будівництва Штутгартського університету;
  2. Інститут будівельних конструкцій і проектування конструкцій.

Команда проекту, очолювана професором Ахімом Менгесом і професором Яном Ніпперсом, стверджує, що автоматизація призвела до:

  • Скорочення споживання матеріалів на 50%;
  • Скорочення викидів порівняно з традиційним дерев’яним будівництвом на 63%.

Прототип liv MatS Biomimetic Shell

Розташований у FIT Freiburg Center for Interactive Materials and Bioinspired Technologies, це буде дослідницький простір для розробки інноваційних, міждисциплінарних дослідницьких ідей.

Внутрішній вигляд прототипу liv MatS Biomimetic Shell. (Автор фото: Роланд Гальбе, ©ICD/ITKE/IntCDC Університет Штутгарта).
Внутрішній вигляд прототипу liv MatS Biomimetic Shell. (Автор фото: Роланд Гальбе, ©ICD/ITKE/IntCDC Університет Штутгарта).

Конверт павільйону площею 640 квадратних метрів складається з 127 пустотілих дерев’яних касет, з’єднаних хрестоподібними гвинтами.

Відкриті касети складаються з верхнього та нижнього шару тришарової ялинової дошки та крайових балок, зібраних у вигляді будівельних модулів.

Балки з клеєного бруса зміцнюють відкриті касети. 
Балки з клеєного бруса зміцнюють відкриті касети.

У будівлі використовується гібрид матеріалів з низьким вмістом вуглецю та термоактивованої плити перекриття з переробленого бетону. Підлога працює з низькими температурами потоку від місцевої геотермальної енергії, забезпечуючи тепловий комфорт у приміщенні взимку та пом’якшуючи високі теплові навантаження влітку. У проекті також є мансардне вікно з системою затінення, що реагує на погоду. Система була розроблена в університетських дослідженнях біоміметичного принципу відкриття та закриття конусів рослин, що контролюються вологістю. Крім того, павільйон також включає «Сонячні ворота», які складаються з 424 самоформуючих елементів затінення, виготовлених з біоматеріалів і запрограмованих за допомогою процесу 4D-друку.

«Сонячні ворота»
«Сонячні ворота»

Робототехнічне виготовлення було важливою частиною процесу будівництва

Окремі порожнисті дерев’яні касети були виготовлені з використанням пересувної 7-осьової роботизованої платформи. 12-метрова роботизована платформа поєднала касети в чотири дерев’яні частини довжиною до 3,5 метрів.  Окремі порожнисті касети були з’єднані за допомогою важкого робота з попередньо відформатованих у цифровому вигляді дерев’яних деталей.

Роботизоване заводське виготовлення за межами підприємства. ( Автор зображення: Університет Штутгарта )
Роботизоване заводське виготовлення за межами підприємства. ( Автор зображення: Університет Штутгарта )

«Робототехніка скоротила час будівництва на 75% порівняно з ручним будівництвом. Деталі склеювали, фрезерували, свердлили та різали за допомогою пильного полотна з точністю до субміліметра», –  повідомила команда проекту.

Використовуючи 4D-друк, команда успішно виготовила та зібрала унікальні компоненти, зокрема освітлювальні та акустичні елементи, безпосередньо на порожнистих активах. Ця форма взаємодії людини і машини в процесі виготовлення дозволяє різним учасникам співпрацювати в спільному цифровому технологічному ланцюжку, дозволяючи практичне цифрове доповнене ручне виготовлення складних компонентів з високою точністю.

Кіберфізична збірка на місці. (Автор фото: ICD/ITKE/IntCDC Університет Штутгарта)
Кіберфізична збірка на місці. (Автор фото: Університет Штутгарта)

Компоненти були з’єднані на місці роботизованим краном-павуком, який підхоплював їх за допомогою вакуумного захвату, автоматично розміщував на місці та утримував, доки другий кран-павук автоматично не з’єднав їх разом.