10 невероятных строительных технологий, которые могут изменить мир
Последствия пребывания людей на Земле усугубляются с каждым днем. Наше потребление энергии растет и становится только хуже. Население также растет, что создает серьезную нехватку пространства, воды и еды. Наконец, стремительно меняется окружающая среда, и природа оказывает серьезное влияние на города по всему миру. Для решения ряда таких проблем необходимы инновационные изменения в сфере старых строительных технологий, которые сделают будущее красивым, чистым и, самое главное, пригодным для жизни.
Бамбуковые города
Большинство современных людей считают бамбук декоративным материалом. Но на самом деле это невероятный строительный ресурс. Бамбук растет быстро, он прочнее стали и устойчивее цемента. Поэтому Penda, архитектурная студия в Пекине, Китай, хочет использовать бамбук в качестве основного ресурса для строительства целого города.
Этот город будет устойчивым, экологически чистым и недорогим. Здания будут строить, связывая бамбуковые пучки вместе, перевязывая их веревкой. Используя такую технику, Penda думает, что сможет построить город, который вместит 200 000 человек к 2023 году.
Как только общая структура будет завершена, можно будет с легкостью добавлять горизонтальные и вертикальные блоки. Кроме того, комнату или даже целое здание из бамбука можно будет разобрать без особых усилий, а бамбуковые прутья всегда можно использовать повторно.
Алмазные нанонити
Насколько нам известно, алмазы — самый прочный минерал, который встречается в природе на Земле. Это делает алмазы прекрасным строительным материалом при должном подходе.
Ученые Пенсильванского университета создали инновационные алмазные нанонити, которые в 20 000 раз тоньше человеческого волоса. При этом алмазные нанонити считаются самым прочным материалом на Земле (и, возможно, в целой Вселенной). Помимо тонкости и прочности, они также невероятно легкие.
Исследователи смогли создать эти нити ультратонких алмазов, применяя чередующиеся циклы давления к изолированным молекулам бензона в жидком состоянии. В результате этого рождались кольца атомов углерода, которые были упорядочены в цепи.
Такие нанонити, возможно, вряд ли будут использовать в повседневном строительстве, но в амбициозные проектах, например, при создании троса космического лифта, вполне.
Аэрогелевая изоляция
Аэрогель — не новый материал. Его обнаружили еще в 1920-х годах. Он создается в процессе удаления жидкости из геля и замещения жидкости газом. В процессе этого, вещество становится сверхлегким, поскольку на 90% состоит из воздуха. Для изоляции оно подходит идеально. Аэрогель использовали для изоляции трубопровода в промышленных зонах и даже на марсоходе.
Aspen Aerogels хочет использовать аэрогели для домашней изоляции. Компания создала продукт под названием одеяла Spaceloft, с которыми довольно просто работать из-за их веса и тонкости. Несмотря на свою легкость, эти одеяла в два-четыре раза превосходят по изоляционным свойствам традиционные изоляции из стекловолокна или пены.
Одеяла Spaceloft также позволяют парам воды проходить через них, а также являются огнестойкими, как ни странно. Хотя дома, обернутые аэрогелем, не будут такими же огнестойкими, как дома в «451 градус по Фаренгейту», этот тип изоляции должен уменьшить количество домашних пожаров.
Проблема в том, что аэрогель намного дороже традиционной изоляции, хотя и сэкономит деньги на счетах за энергию на длинной дистанции. Кроме того, не все дома можно с легкостью модернизировать этим материалом. Такие одеяла лучше всего подойдут для старых домов, либо новых, которые будут специально устроены для изолирования аэрогелем.
Дорожный принтер
Прокладка дороги занимает много времени. В среднем один работник может проложить 100 квадратных метров в день, используя традиционные методы. Дорожные принтеры вроде Tiger Stone могут сократить этот процесс, «распечатывая» до 300 квадратных метров булыжной мостовой в день.
Другой RoadPrinter RPS может укладывать до 500 квадратных метров в день. От одного до трех операторов кормят кирпичами машину. Затем толкатель сортирует кирпичи в узор, словно ковер. В этот момент гравитация берет свое и машина укладывает кирпичную дорогу. Затем похожий на каток валик придавливает кирпичи к месту.
Эти принтеры работают на электричестве и не содержат множества движущихся частей, что делает их простыми в использовании и обслуживании. Кроме того, они не создают много шума, особенно по сравнению с традиционными методами мощения дорог.
Конечно, основное различие между большинством дорог и теми, что укладывают эти печатные машины, в том, что они кладут кирпичи, булыжник или плитку вместо асфальта. Тем не менее блочные дорогие даже лучше, чем асфальт, поскольку они фильтруют воду, расширяются при замерзании и служат дольше.
Бестросовые многонаправленные лифты
Большая проблема с крупной инфраструктурой в том, что нет эффективного способа в ней перемещаться. Люди ходят всегда с одной скоростью и на определенное расстояние. И в каждом лифте зачастую лишь одна движущаяся кабинка. Если вам приходилось использовать лифт в большом здании, вы знаете, что иногда ожидание смерти подобно.
Немецкий производитель лифтов ThyssenKrupp планирует избавиться от этих проблем. Вместо использования кабелей он предлагает пустить лифты на основе магнитной левитации (маглевы). Тогда они смогут передвигаться как вертикально, так и горизонтально. Это также позволит использовать больше одной кабинки на шахту, что сэкономит время ожидания.
Наконец, магнитные лифты будут потреблять меньше энергии, что тоже хорошо для окружения. В 2016 году ThyssenKrupp планирует испытать новую лифтовую систему в здании в своем исследовательском кампусе.
Солнечная краска
Если каждый домовладелец распишет свою крышу такой солнечной краской, то сможет вырабатывать более чем достаточно энергии для дома, уменьшив таким образом зависимость от ископаемого топлива. Кроме того, солнечная краска дешевле в производстве, чем традиционные солнечные батареи. Солнечные батареи, используемые в этой краске, пока не очень эффективны, но ученые работают над этой проблемой.
Вертикальные города
Один из способов решить эту проблему — строить вертикальные города. Уже есть несколько предложений по вертикальным городам, которые можно построить в Сахаре, Объединенных Арабских Эмиратах (ОАЭ) и Китае.
Эти вертикальные города будут с гигантскими зданиями, которые будут обеспечивать людей жилыми домами, рабочими местами и магазинами. К примеру, итальянская фирма Luca Curci Architects собирается строить 189-этажное здание в ОАЭ. Оно сможет вместить 25 000 человек с магазинами и офисами. Поскольку людям не нужно будет покидать здание, это позволит решить проблему пространства и снизить уровень выброса углерода.
Такие мегаздания будут самоподдерживающимися и зелеными. Поскольку они большие, по всей площади стен можно разместить солнечные батареи. Также они будут использовать геотермальную энергию и собирать дождевую воду.
Умный бетон
Большинство типов бетона позволяет воде впитываться в землю, но лишь 300 миллиметров в час. Topmix позволяет пропускать 36 000 миллиметров воды в час, а это порядка 3300 литров в минуту.
Вместо того чтобы использовать песок для бетона, Topmix включает кусочки гранитного щебня, упакованные вместе. Вода просачивается через эти кусочки гранита, а после поглощается почвой, утекает в канализацию или собирается в водный резерв. Помимо уменьшения шанса затопления, Topmix сможет поддерживать улицы сухими и безопасными. Кроме того, воду можно направить в резервуары и использовать для нужд.
Проблема проницаемого бетона в том, что его можно использовать лишь в местах, где не слишком холодно. Холодная погода приведет к расширению бетона, что его уничтожит. Он также будет дороже обычного бетона, но на длинной дистанции города могут сэкономить деньги за счет снижения затоплений.
Умные кирпичи
Взглянув на Smart Bricks разработки Kite Bricks, несложно заметить их сходство с кубиками Lego. Эти строительные кирпичи имеют ручки сверху и могут соединяться подобно кусочкам Lego. Умные кирпичи удерживаются на месте при помощи арматуры и бывают самых разных форм.
Вместо использования цемента, такие кирпичи скрепляются вместе сильным двусторонним адгезивом. Изнутри здания к кирпичам можно прикрепить съемные сменные панели. Эти панели можно убрать при необходимости. Имеются также кубики для выстраивания полов и потолков. В центре блоки пустые, их можно заполнить при необходимости изоляцией, трубами и электропроводкой.
Такие кирпичи могут привести к улучшенному контролю тепла, гибкости в производстве и снижению стоимости производства на 50%.
Рой строительных роботов
В поиске инновационных методов строительства, Гарвардские исследователи обратились к природе за вдохновением, в частности, к термитам. Термиты могут строить большие структуры в отсутствие центрального управления. С этой целью они просто несут кусок грязи на место первой строительной площадки. Если она занята, несут к следующему месту.
Проект TERMES использует ту же идею роевого строительства, но использует маленьких роботов. Эти простые недорогие дроны строят структуры, следуя первоначальному дизайну и выкладывая блоки в первое же доступное место, пока структура не будет завершена. Рой совсем не требует вмешательства человека после постановки первоначальной задачи.
Такой род идеально подошел бы для строительства конструкций в опасных местах, в космосе или под водой. Он также мог бы делать черную работу, экономя время людей.
5 дорожных инноваций
Smart-дорога
Самоуправляемые автомобили, появление которых на дорогах общего пользования, по многим прогнозам, не за горами, потребуют преображения всей улично-дорожной инфраструктуры. Она должна будет иметь связь в режиме real time для обмена информацией с цифровыми, телеметрическими, геопозиционными устройствами автомобилей. Дороги будут оборудованы камерами и устройствами «компьютерного зрения», всевозможными датчиками, передающими информацию о ситуации на трассе и около нее водителю (в перспективе — роботу), пассажирам, а также формирующими базу big data. Внедрение подобных технологий позволит существенно повысить безопасность дорожного движения и сократить аварийность, откроет колоссальные возможности для анализа транспортных потоков.
Автодороги и транспортные средства постепенно превращаются в интегрированную интеллектуальную систему. «Активно внедряются интеллектуальные системы управления трафиком в зонах крупных городских агломераций, что в столице уже оказало положительное влияние на загрузку улично-дорожной сети. При этом внедрение интеллектуальных систем на автодорогах, запуск беспилотного движения в нашей стране будет зависеть не только и не столько от скорости развития технологий, сколько от формирования соответствующей нормативно-правовой базы», — говорит вице-президент Центра экономики инфраструктуры Павел Чистяков.
Цифровой двойник
Технологии BIM (Building Information Modeling) дают возможность проектировщикам создать понятную модель будущей дороги со всеми необходимыми характеристиками на всем ее протяжении, включая сложные развязки, эстакады, мосты и тоннели. В автоматическом режиме происходит сопряжение всей информации о потенциальных нагрузках, трафике, пиковых временных периодах, климате, учитываются внешние факторы, связанные с расположенными вдоль трассы объектами. Скорость, с которой эта технология позволяет анализировать данные, на несколько порядков превосходит старые методы. BIM позволяет в 3D-формате заранее увидеть все элементы дорожно-транспортного сооружения, анализировать его эксплуатационные параметры и варьировать себестоимость проекта.
«Цифровизация городов просто невозможна без сближения технологий ГИС и BIM: беспилотный транспорт будет использовать дорожную инфраструктуру, которая проектируется сейчас. Для того чтобы все это стало реальностью, компании продолжат инвестировать в области, где пересекаются возможности информационного моделирования и геопространственного анализа», — считает технический эксперт по направлению «Инфраструктура» компании Autodesk Алла Землянская.
Один из наиболее известных примеров транспортных объектов, построенных в мире с помощью BIM-технологий, — проект второго автодорожного моста Сутун через реку Янцзы в Китае общей длиной 57 км (2007). Элементы имитационного моделирования также применялись при строительстве моста через Керченский пролив.
Почти как сталь
С помощью современных материалов сегодня можно совершить революцию в строительстве. В частности, компания LafargeHolcim разработала ультрасверхвысокопрочный бетон Ductal, его прочность на сжатие (130–250 Мпа) почти в десять раз больше, чем у бетона обычных марок. Элементы из Ductal или UHPC (ultra high performance concrete) получаются в несколько раз тоньше по сравнению с аналогами из обычного бетона. Это позволяет экономить на логистике, монтаже и значительно снижать вес сооружений.
В строительстве объектов транспортной инфраструктуры UHPC широко применяют для мостовых конструкций, так как его показатель пористости — один из самых низких среди искусственных минеральных материалов. Плюс он стойко выдерживает «агрессию» со стороны окружающей среды, химических веществ, высоких температур горения, почти не подвержен абразивному износу. «Аналогов разработки бетонов с такими свойствами мало, хотя в России они тоже есть — за счет различных заполнителей, снижающих пористость, — зола-унос, микрокремнезем и т.п. Безусловно, материал значительно увеличит жизненный цикл искусственных сооружений», — говорит генеральный директор Конструкторско-технологического бюро бетона и железобетона Артем Давидюк.
Архитекторы ценят в Ductal сочетание феноменальных конструктивных и декоративных качеств. Финишная отделка этому материалу не требуется: его внешняя красота и так безусловна. Увидеть UHPC «в деле» довольно просто, мировые архитекторы часто воплощают с его помощью свои задумки. Например, во Франции материал использован в изготовлении изогнутых панелей фонда Louis Vuitton или элементов стадиона «Жан Буэн» в Париже, моста Республики в Монпелье, башни Жана Нувеля в Марселе.
Покрытие из мусора
Проект PlasticRoad был заявлен голландскими компаниями KWS Infra и VolkerWessels в 2015 году. Но пока так и не реализован. Тем не менее заложенный в проект принцип весьма интересен.
Он предусматривает создание дорожного покрытия из переработанного пластикового мусора, собранного в Мировом океане. Из него должны создаваться сборные дорожные детали, из которых монтируется покрытие. «Сборное производство и легкая конструкция делают конструкцию PlasticRoad простой задачей. Дороги можно построить за несколько недель. Также намного легче контролировать качество дороги», — говорится в материалах VolkerWessels. Пластик устойчив, при его применении появляются возможности для генерации альтернативной электроэнергии, создания обогреваемых дорог, уверены в компании. Кроме того, детали PlasticRoad имеют полое внутреннее пространство, которое может использоваться для прокладки кабелей и труб.
В 2016 году с инициативой создания проекта дороги из пластика в России выступил депутат Госдумы Александр Старовойтов. Тогда же о желании протестировать технологию заявили в столичном ГБУ «Центр экспертиз, исследований и испытаний в строительстве». «Мы проверим ровность такой дороги, уклоны, толщину, прочность, долговечность. Основные характеристики проверим все. Вопрос: как будет вести себя пластик в жару и холод? Можем и нагреть пластик в рамках проверки», — комментирует тренд директор ГБУ Виктор Егоров. Впрочем, пока срок внедрения данной технологии неизвестен.
«Умная» техника
Так называемая дорожная одежда — это сложная и многослойная структура из грунта земляного полотна, нескольких слоев щебня, песка и их смеси, асфальтобетона и пр. Задачей систем управления техникой является формирование поверхностей каждого слоя. Для работы таких систем требуется использование 3D-цифровых моделей «комплексных коридоров» автодорог, то есть поверхностей структурных слоев, для каждого из которых нужен определенный вид техники на каждом этапе выполнения работ, объясняют в «Autodesk Россия».
Сейчас производство «умной» дорожной техники внедряется на отечественных машиностроительных предприятиях. В частности, концерн «Тракторные заводы» на заводе в Чебоксарах оснащает некоторые свои машины интеллектуальной системой нивелирования, позволяющей обеспечить точное позиционирование ковша экскаватора или отвала бульдозера. В скором времени планируется создание нового бульдозера с полноценной бортовой информационно-управляющей системой, которая будет обеспечивать контроль функционирования всех агрегатов, позволит полностью автоматизировать управление машиной и ее рабочим оборудованием, в том числе в дистанционном режиме.
«Применение «умных» машин позволяет повысить уровень производительности, исключить человеческий фактор и обеспечить безопасность оператора техники, который может дистанционно управлять несколькими машинами одновременно», — считает генеральный директор производственной компании ЧАЗ Владимир Антонов.