Биопринтинг и биогенные материалы
В 3D-биопечати для создания слоев используются биочернила, которые выбрасываются из специальных сопел-игл. Биочернила, в основном состоят из живых клеток в материалах-носителях - коллагене, желатине, гиалуроновой кислоте, шелке, альгинате или целлюлозе, выступающих в качестве молекулярных лесов для структурного роста и питательных веществ, обеспечивающих поддержку.
В данный момент технологии по выращиванию органов или различных органических тканей бурно развиваются в медицине, но сейчас некоторые университеты начали делать первые попытки в исследованиях, чтобы эти технологии перенести на строительный рынок. Например, ученые из Массачусетского технологического института начали выращивать строительные материалы и различные интересные пока небольшие конструкции в пробирке.
Технология 3D-биопринтинга придает полученному материалу любую форму. Темно-зеленая ткань, которую создали исследователи из Массачусетского технологического института (МИТ), довольно плотная и вполне подойдет для строительства и создания малых архитектурных форм.
Цель этого проекта с использованием клеток циннии изящной — показать, что технология создания новых растительных материалов работает. Следующим шагом будет применение ее к другим видам растений, из которых можно получить еще более крепкие материалы, например бамбук. По словам профессора МИТ , Беквит, поначалу такие материалы будут дороже, чем натуральные, но возможность обойти стадии сбора урожая, обработки и производства позволит со временем снизить их стоимость , как в принципе со всеми инновационными материалами, в момент создания, они имеют очень высокую стоимость, но по мере распространения технологии , стоимость сразу начинает падает
Исследователи предполагают, что в будущем можно будет печатать готовые изделия, такие как мебель, но даже создание деревянных блоков и балок позволит избежать затрат на вырубку деревьев и придание древесине необходимой формы. Выращивание растительной ткани в лаборатории будет занимать около двух месяцев — это намного быстрее, чем ждать 20 лет, пока обычный тополь достигнет необходимого размера, также стоит отметить , что печать конструкций из бетона так и не пошла в массы из-за того, что по сути печатается не дом , а только стены, а остальное уже изготавливается по классическим технологиям и если биопринтинг пойдет в массы, то данная технология окажет сильное влияние на улучшение экологии на всей планете и даст толчок к новому этапу развития человечества!
Быстровозводимые легкие композитные здания
С ростом рынка полимерных композитных материалов, таких как полипропиленовые трубы для канализации , окна из поливинилхлодира (ПВХ), корпусов для яхт и самолетов из стеклопластика и углепластика, появились проекты по выпуску жилых модульных домов из композитных материалов. Стоит отметить, что первые попытки начали осуществляться еще в 60-70х годах на Западе и в СССР, но до массового применения не дошло, в основном из-за высокой стоимости строительства таких домов.
Сейчас сразу несколько проектов в разных странах занимаются строительством жилых модульных конструкций из композитных материалов, такие как компания Mighty Buildings (технология производства - 3D печать фотополимерной смолой), компания PassivDom (технология производства - 3D печать, вакуумные панели, стеклопластиковые профили), наверное самый знаменитый стартап Boxable с раскладными домиками (технология производства раскладывающихся панелей из фанеры и экструдированного полистирола) , в котором живет сам Илон Маск, а также российский проект по выпуску бетонно-композитных домов от Московского композитного завода технология производства - 3D-штампование самонесущих бетонно-композитных панелей) с собственной алюмокомпозитной оконной системой Aerocarbon.
Основной параметр почти всех вышеперечисленных проектов, кроме инновационности это очень высокая цена, особенно для российских реалий, средняя цена за дом 38 м2 составляет 60 000 $ у Boxable и около 100 000 $ у Mighty Buildings и PassivDom , стороной стоит российский проект по выпуску бетонно-композитных домов от Знаменского композитного завода 20 000 $, каждый проект имеет несколько реализованных объектов , конструкции обладают низким весом , что дает минимальные требования к фундаменту, а также высокие параметры по энергосбережению из-за отсутствия металла и высокая скорость строительства от нескольких часов до нескольких дней
BIM проектирование
BIM подразумевает создание общей цифровой модели здания со всей архитектурной, конструкторской, технологической, эксплуатационной информацией. В этой модели содержатся все геометрические размеры, все инженерные системы, используемые материалы, строительные работы, сметы и полная информация по каждой части здания.
Главное преимущество BIM - возможность на каждом этапе видеть полную картину объекта, вносить изменения в модель. Любые корректировки автоматически обновляют все зависимые чертежи, 3D-модели, визуализацию, спецификации, сметы. Это исключает ошибки проектирования и строительства.
На стадии эксплуатации здания BIM-модель служит полноценным цифровым двойником, который используется для управления инженерными системами, навигации, ремонтов. Внедрение BIM кардинально повышает качество, срок службы и эффективность эксплуатации зданий.
Таким образом, технология информационного моделирования зданий является мощнейшим инструментом оптимизации всех этапов жизненного цикла объектов и одним из ключевых трендов развития строительной сферы.
«Умное» строительство
Быстрорастущая отрасль инженерии – это материалы, которые можно охарактеризовать как «умные», способные разумно, мгновенно и предсказуемо реагировать на изменения в окружающей среде. Они изменяют свойства (цвет или прозрачность) под воздействием импульса: теплового, химического, механического, электрического. Эксперты считают, что интерактивные материалы, способные реагировать на изменения, адаптирующиеся к окружающей среде, являются материалами будущего.
Смарт-продукты включают в основном изделия из стекла, но также на строительный подиум выходят термо-биметаллы, которые могут изменять форму, например, изгибаться под воздействием солнечного излучения. В настоящее время ведутся исследования на первых экранах из этого материала. Ими управляет американский архитектор Дорис Ким Сун (Doris Kim Sung). Специалисты в один голос говорят, что куда большим вызовом является не обогрев зданий, а их защите от перегрева. Все виды солнцезащитных систем, интерактивные фасады необходимы для снижения затрат энергии на кондиционирование зданий. Вдохновленная свойствами кожи человека, которая является естественным терморегулятором, предлагает покрывать здания именно такой «кожей», изготовленной из термических биметаллических покрытий. Данное решение может заменить традиционные системы защиты от солнца, а возможно и системы вентиляции и кондиционирования.
Абсолютным прорывом в строительстве вскоре могут стать материалы с изменением фазы (phase change materials). Это вещества, которые накапливают и выделяют большое количество энергии. Они классифицируются как скрытые тепловые единицы (LHS). Здание, отделанное таким материалом, может спонтанно накапливать и хранить энергию в солнечные дни и отдавать ее в пасмурную погоду. Эти материалы также позволяют использовать тепло, генерируемое внутри здания (от людей, устройств, воздуха, нагреваемого солнечной энергией, поступающей через оконное стекло).
Многое будет изменяться в теплоизоляции зданий. Будущее, как утверждают эксперты, должно принадлежать вакуумной изоляции – по функционалу слой в 1 см заменяет 20-сантиметровый пенополистирол. Но для эффективной работы необходим специальный метод монтажа, а также нельзя нарушать целостность такого покрытия в процессе эксплуатации.
Очень интересным материалом является аэрогель, который имеет в два с половиной раза меньшую теплопроводность λ, чем используемые в настоящее время изоляционные материалы. Это самое легкое твердое вещество в мире, со структурой мыльных пузырей, на 99% состоит из воздуха.