Tervezés, építés, csapatmunka
Új technikák a tartószerkezet tervezésben
Egy paradigma váltás előtt állunk, mely váltás jobban befolyásolja a tervezési folyamatokat, mint ahogyan 20 évvel ezelőtt a CAD elterjedése befolyásolta a tervezést. Olyan integrált programokat fejlesztenek ki, melyek a tartószerkezetek kialakítását generálják és optimalizálják. Az összes, az építmény megvalósításában résztvevők egyetlen adat-modellből dolgoznak, ahogyan az manapság például az autógyártásban természetes, de ugyanúgy a repülőgép gyártásban is.
A frankfurti székhelyű Bolliner-Grohmann mérnök iroda azáltal lett világhírű, hogy a legnevesebb építészek álmait is megépíthető tartószerkezetté tudták alakítani. Az építész folyóiratokban csak nagyon keveset lehet találni a műhelymunkáról, milyen alapos és gondos, sokszor nagyon fáradságos mérnöki tevékenység szükséges a sikeres megvalósításhoz.
A Tiefbau 2010.11 számából, Dr Bollinger cikke betekintést ad a kulisszák mögé.
Külön érdekesség, hogy Klaus Bollinger maga is úgy nyilatkozik, hogy a magyar Polónyi István dortmundi professzor mellett eltöltött időben vált igazi mérnökké, aki megtanulta Polónyi professzortól, hogyan működhet együtt a szerkezettervező mérnök az építészekkel.
Az is különlegesség, hogy Klaus Bollinger professzor jelenleg a bécsi alkalmazott művészetek akadémiáján a leendő művészeknek oktat tartószerkezet tervezést (a március 10-i nyitott ajtók napján bárki betekinthetett a műhely munkába), mert a művészetek is egyre jobban integrálódnak a mindennapok termelő tevékenységébe.
Tehát a legfontosabbak a cikkből:
A tervezés és építés a csapat munka az építészek és mérnökök részvételével. Ez a kooperáció már a koncepcionális tervezéseknél kezdődik. Az integrált tervezési folyamat az alapja a minőségileg magas értékű és gazdaságos építmény létrehozásának és ez teszi lehetővé az esztétikailag is igényes megoldásokat. Az új digitális technológiák ma szabad formákat tesznek lehetővé a geometriai szabályszerűségek mellett is és egyidejűleg szabad utat adnak az újszerű anyagok fejlesztéséhez. A forma generálásával kezdve a komplex rendszer előadása és számítása, a kommunikációban az adatforgalom, az adatcsere egészen a gyártásig a megvalósításig nem csupán szokatlan munkamódszereket követel a fejlesztésekben az összes a tervezésben, megvalósításban résztvevők között, hanem az építész és tartószerkezet tervező szerepének újfajta megközelítését kényszeríti ki.
A geometria megtalálása
A következőkben leírt példákon keresztül megmutatjuk, hogy a digitális technikáknak köszönhetően ma olyan helyzetben vagyunk, hogy a nagyon komplex tartószerkezeteket is számolni tudjuk. Egy tartószerkezet tervezésnek nem kell kényszerűen egyes részekre szétbontottnak lennie ahhoz, hogy értékelhetők legyenek az egyes részek. Ehelyett az egész rendszer az összes elemével, azok egymásra hatásaival együtt vizsgálható. A mérnökök éppen úgy, mint az építészek digitális eszközöket használnak, csupán a szükséges adatok különböznek egymástól. Miközben az építész modell a térséget és a felület megjelenéseket reprezentálják, a mérnök modelljéhez szükségesek a tartószerkezeti elemek a tengelyek és a felületek középsíkjai.
Ezeket az információkat az építész modell alapján a mérnöki irodának kell előállítani.
A Bollinger-Grohmann mérnökei az építészek sokaságával dolgozik együtt, akik egészen különböző beállítottsággal és munkamódszerekkel dolgoznak. A rendelkezésre bocsátott adatokat emiatt különböző módszerekkel használják fel saját részre. A napi gyakorlat emiatt mindig egyedivé válik, mikor milyen elemzési modellt kell generálni.
BMW-Dynaform, LAA2001, Frankfurt
Egy korai példa, melynél a Bollinger + Grohmann módszerrel állították elő a geometriát, a BMW vásárpavilon Frankfurtban, az LAA2001 kiállításra.
A Bernhard Frankentől származó építészeti elképzelést a számítógép manipulátorral előállított csőkötegből vezették le metaforikus „környezeti erők” által létrehozva, mely az autóval utazók élményeként jelenik meg a környező épületek kisugárzásából szerzett élmények alapján, ebben az esetben a Doppler-effektus folytán. A cső eredmény formája az eredeti formának valamilyen eredeti tulajdonságaiból származik, és a kettő forma egymásra illesztéséből lehetett a tartószerkezet tervezést indítani. Ezen fejlesztés eredménye folytán előállt egy geometriai modell, melyhez minden résztvevőnek a teljes megvalósítás folyamán igazodnia kellett. Csak az összes résztvevő hozzájárulása esetén lehetett változtatást eszközölni.
Az eredeti geometriából kiindulva folyamatos volt az együttdolgozás az építészek és tartószerkezet tervezők között a keret és a burkoló membrán fejlesztésével. Hosszirányban hajlításmerev csövek kötik össze keretté egymást és átveszik a kapcsolatot a szintén hajlításmerev kezdeti és végső keretekkel valamint a merevítések szerkezetével. A tartóváz két irányban hajlított acél keret konstrukció. Ezt 15 hegesztett, Vierendel tartóként működő üveges tartókkal kötik össze ca. 8 m távolságokban, kereszt irányban.
A továbbiakban több épület tervezési folyamatát ismertetik.
Kunsthaus Graz 2003
Ez a plexi- üveggel burkolt „buborék” az építész pályázat nyertesénél csak mint modell létezett, melynek a digitális adatait a mérnöki irodának kellett létrehozni (papíron tervek, lépték, ugyan már, hol élnek az ilyenekről álmodozók?)
A tartószerkezet lényegében két részből áll. A külső héj acélszerkezet, a belső vasbeton és öszvér szerkezet. A külső héj tartószerkezetének kialakítása egy iterációs folyamat eredménye az állandó igazítások és a párhuzamosan végzett statikai számítások folyamatos összevetései folytán.
BMW Welt München 2007
Ezt az épületet sokan ismerik Magyarországon is. A müncheni építőipari vásárok látogatói közül sokan megnézik ezt a nem mindennapi épületet. Építész tervezői a bécsi Coop Himmelblau iroda munkatársai, és a Bollinger- Grohmann statikus irodának is Bécsben van az egyik irodája.
Az építésztervező ebben az esetben is először megálmodott egy modellt, mely alapján a statikus iroda előállított egy kezelhető digitális adatbázist, melyről az adatok már átvihetők voltak a rácsos tartókat kezelni tudó
Musée des Confluences in Lyon
Építész itt is a Coop Himmelblau bécsi építész iroda. Az acél szerkezet a 28 000 csomópontjával csak mint egész tervezhető. Az adatok rajzban aligha lennének előadhatók, helyette Excel táblázat tartalmazza az egyes elemeket. Ezen adatok alapján lehetséges más programokkal ellenőrzéseket végezni.
Kiviteli- és gyártmánytervezés, gyártástervezés.
A digitális műhelymunka további minőségi változása, hogy a tervezés kiterjed a kiviteli és gyártmány tervek készítésére, a gyártáshoz digitális adatokat szolgáltatja a különböző gyártási, kiviteli technológiákhoz.
Ezen folyamatokhoz a 3D modellből lehet kinyerni az adatokat, minden tervezési szakasz egy nagy folyamatban integrálódik. A leírt komplex rendszer és a szabad formának az egységes 3D modellje alapján tudnak dolgozni még az építéshelyi szakmunkások is, így a papíron kívül újabb médiumok kapcsolódnak be adathordozóként.
A közelmúltban adták át az úgynevezett Rolex Learning Centert Lausanne-ban. Az építész elképzelés a Kazuyo Sejima-Ryne Nishizawa japán építész párostól származik. Eszerint egy emeletes épületet kellett megvalósítani, mely messzemenően igazodik a környező terephez. Az eredmény egy felgyűrt szőnyeghez hasonlít, mely dinamikus térélményt ad, és a nagyvonalúan kialakított nyílások sokféle megjelenést nyújtanak.
A nagy kihívás éppen az volt, hogy ezt a tervezői álmot valahogyan megépíthetővé tették. Az eredmény egy 80cm fesztávolságú héj, mely lemez 60 cm vastag, néhol 80cm-re növeléssel. Az építéshelyi zsaluzat nem állhatott a hagyományos elemekből.
A koordinák ezrei Excel táblázatban jelentek meg, a munkahelyen ezen táblázatokból dolgoztak. Csak a modern gyártástechnológiák alkalmazásával volt megvalósítható az építész elképzelés. A Bollinger+Grohmann cég már a BMW Weltnél kifejlesztett azokat a módszereket, melyek a CNC gyártási eljárásokhoz hasonlít. Ezáltal tudták csak garantálni a 100%os méretpontosságot. Erre ilyen nagy szükség volt már azért is, mert az alsó vasbeton héjjal párhuzamosan futó acél tetőhéj a betonhéj formájának másolata.
Hogyan fogunk a jövőben tervezni? Teszi fel a Bollinger úr a cikke végén a kérdést.
Egy paradigma váltás előtt állunk, mely váltás jobban befolyásolja a tervezési folyamatokat, mint ahogyan 20 évvel ezelőtt a CAD elterjedése befolyásolta a tervezést. Olyan integrált programokat fejlesztenek ki, melyek a tartószerkezetek kialakítását generálják és optimalizálják. Az összes, az építmény megvalósításában résztvevők egyetlen adat-modellből dolgoznak, ahogyan az manapság például az autógyártásban természetes, de ugyanúgy a repülőgép gyártásban is.
Ezen iparágakhoz képest a különbség az építményeknél abban van, hogy míg az autó és repülőgép gyártó iparban a tervezés megrendelője és végrehajtója ugyanaz a vállalat, az építőiparban jelenleg még az építtető, a tervező résztvevői és a kivitelező cégek egymástól független vállalkozások.
A realizálás a tervező részéről nem csupán a tervek és számítások előállítása, hanem az ellenőrzés és a felelősség vállalása is a tervező feladata. Ezek összeegyeztetése a jövő nagy kihívása.
Mi a 4D modell?
Már kezdünk hozzászokni a 3D előadás módokhoz. Újabban egyre többször már a 4D modellt is emlegetik. Az egyik vezető szoftver cég, a RIB jelent meg az elsők között z „50” szoftverével.
ITWO tervezés és építés 5 dimenzióban hirdetik a szoftvert. Egy ilyen szoftver közelebbi megtekintése megmutatja, milyen irányban fejlődik az építőipar, hogyan integrálódik a tervezés, kivitelezés, ellenőrzés és üzemelés egy- egy épület esetében.
Mit jelent az 5 dimenzió? Az első három természetesen az épületek térbeli megjelentetése. Ma már szinte természetes, hogy az épületeket mindjárt az elején 3 dimenzióban tervezik a számítógép segítségével (természetesen a mérnökök mindig 3dimenzióban terveztek, gondolkodtak, de két dimenzióban ábrázoltak, alaprajz, metszetek formájában).
A negyedik dimenzió már a megvalósítással kapcsolatos, az időbeli ütemezés. Az ötödik dimenzió pedig már az üzemelés.
Az ilyen nagy területet átfogó szoftverek fejlesztésébe természetesen már bekapcsolódnak a nagy építőipari vállalatok, mint ebben az esetben a Max-Bögl és a Strabag.
A másik nagy hasonló fejlesztésekkel foglalkozó szoftver cég a TEKLA, érthető, hogy a fejlesztők nagyon figyelik egymás eredményeit, az erős konkurenciavetélkedés mellett kooperálnak is egymással.
A módszer az autó gyártás digitális gyár koncepciójából ered. A Mercedes Kecskemét új autógyár megvalósítása során már láthattuk ezen új módszer előnyeit és hátrányait egyaránt.
A hátrány abban jelentkezik, hogy minél összetettebb a rendszer, annál rugalmatlanabb. Ha a tervezés egy hibás koncepcióból indul ki (a Mercedes Kecskemét tartószerkezetei esetében a német és magyar építési kultúra költség összetevők különbségeinek figyelembe nem vétele), akkor később nehezen optimalizálható a kialakítás.
Mi tehát az 5 dimenzió?
2D tervlapokra, táblázatokra orientált
3D a 3D épületmodellre orientált (geometriai 3 dimenzió)
4D Geometriai modell+ idő (virtuális építéshely)
5D Geometriai modell+ idő+ tartalékok feltárása minden megvalósulási, üzemelési folyamatban
CPI Ez a technológia a tervezési és kivitelezési világ minden oldalát egybe fűzi
Hogyan valósul mind ez meg a hétköznapokban, jól követhetjük a bukaresti stadion újjáépítése (jobban mondva újra építése) kapcsán. Ezen stadion építést már azért is érdemes alaposan követni és tanulmányozni, mert az eset kísértetiesen hasonlít a mi Népstadionunk átépítéséhez (ha egyszer tényleg megvalósul).
Bukarestben a stadion szintén az 50-es években épület, az akkori divatnak megfelelően, atlétikai pályákkal együtt. Éppen úgy nem lehetett látni, mi történik a pályán, mint Budapesten.
Jelenleg már nagyon előre haladott az új stadion építése
A stadion építését fővállalkozásban ugyanaz a Max-Bögl cég nyerte, mint aki az AUDI Győr új gyárát fogja építeni.
A Max Bögl cég a tender kiírástól eltérő célszerűbb műszaki megvalósításra tett jeveslatával nyerte el a munkát. Jelentős részben előre gyártott vasbeton elemekből építenek, de a romániai földrengés veszélyre tekintettel sok monolitikus kiegészítéssel
A helyszínre telepített előre gyártó üzemnek köszönhetően elég nagy elemeket is alkalmazhatnak, miután nincsenek szállítási problémák.
A stadion tető be- és kihúzható lesz.
Miközben Bukarestben javában folyik a végleges stadion építése, Düsseldorfban egy szétbontható stadiont építenek 3 hónap alatt:
A két példa jól mutatja a mai változatos lehetőségeket.
Budapest, 2011 február