Павильон биомиметического льняного волокна LivMatS открыт для публики

Завершенный и открытый для публики, живой MatS Pavilion, биомиметическая структура, расположенная в Ботаническом саду Университета Фрайбурга (Германия), как говорят, предлагает жизнеспособную, ресурсоэффективную альтернативу традиционным методам строительства и, следовательно, представляет собой важный шаг на пути к устойчивости в архитектуре. Кроме того, он представляет собой то, что, по утверждению ее проектной группы, является первым зданием с несущей конструкцией, полностью изготовленным из льняного волокна, намотанного роботом, - естественно возобновляемого, биоразлагаемого и доступного в регионах материала в Центральной Европе.

Благодаря новому сочетанию натуральных материалов и передовых цифровых технологий, этот павильон является результатом успешного сотрудничества междисциплинарной команды архитекторов и инженеров магистерской программы ITECH в кластере передового опыта «Интегративное вычислительное проектирование и строительство для архитектуры (IntCDC)». из Штутгартского университета (Германия) и биологи из Кластера передового опыта «Живые, адаптивные и энергонезависимые материальные системы ( liv ) MatS) »в Университете Фрайбурга (Германия).

По словам команды, павильон, вдохновленный биологией, демонстрирует, как новые процессы совместного проектирования, которые одновременно учитывают геометрические, материальные, структурные, производственные, экологические и эстетические требования, вместе с передовыми роботизированными технологиями изготовления, применяемыми к натуральным материалам, способны генерировать архитектура, одновременно экологичная и выразительная. Характерный замысловатый внешний вид структурных элементов из льна вызывает ассоциации как с обычными примерами решетчатых конструкций, так и с биологических систем.

В течение следующих пяти лет живая MatS Pavilion будет служить открытой лекционной комнатой в Университете Фрайбурга, особенно для тех, кто работает в Университете Фрайбурга, которые используют Ботанический сад в рамках концепции «обучения у природы на природе» в качестве исследовательской и учебной площадки. Ученые также представят свои работы публике в рамках экскурсий или семинаров.

Материалы из натуральных волокон, биомиметики

За последние два года группа архитекторов и инженеров из Института вычислительного проектирования и строительства (ICD) и Института строительных конструкций и структурного проектирования (ITKE) Штутгартского университета исследовала потенциал использования натуральных волокон в качестве материала строительных материалов, полагая, что они представляют собой многообещающую и устойчивую альтернативу синтетическим волокнам. Они нашли с помощью liv Павильон MatS, который, помимо того, что предлагает потенциал для снижения воздействия здания на окружающую среду и является возобновляемым материалом для строительной отрасли, льняное волокно сравнимо по своим механическим свойствам с ровингом из стекловолокна, обеспечивая аналогичную жесткость на вес, но с гораздо более низкая воплощенная энергия.

Кроме того, структура продолжает давнее сотрудничество в области исследований, чтобы определить, как принципы биологии, такие как несущие системы, могут быть перенесены из природы в архитектуру. живая Павильон MatS был вдохновлен кактусом сагуаро ( Carnegia gigantea ) и кактус опунции ( Opuntia sp.), которые характеризуются своей древесной структурой. Кактус сагуаро имеет цилиндрическую деревянную сердцевину, которая полая внутри и поэтому очень легкая. Он представляет собой сетчатую деревянную структуру, которая придает каркасу дополнительную устойчивость и образуется в результате срастания отдельных деревянных элементов. Ткань приплюснутых боковых побегов кактуса опунции также переплетена сеткообразными пучками древесных волокон, которые расположены слоями и связаны между собой. В результате ткань кактуса опунции отличается особенно высокой несущей способностью. Абстрагируя эти сетевые структуры, ученые смогли передать механические свойства сшитых волоконных структур легким структурным элементам павильона.

Интегрированный дизайн и изготовление

Проект расширяется на основе более чем 10-летних исследований в области строительства из волокна. Предыдущие исследования были сосредоточены на использовании синтетических волоконных композитов в строительстве, таких как стеклянные и углеродные волокна, в сочетании с передовыми методами вычислительного проектирования, моделирования и производства. живая Павильон MatS расширяет эти исследования в сторону более экологичного метода строительства с использованием натуральных льняных волокон и исследует возможности использования этих натуральных волокон в крупномасштабном применении.

Несущие элементы здания производятся с использованием технологии намотки волокна без сердечника, разработанной проектной группой. В этом подходе аддитивного производства (AM) робот точно помещает пучки волокон на раму намотки. Сообщается, что это позволяет проводить целевую калибровку и архитектурное сочленение ориентации, выравнивания и плотности волокон, чтобы точно соответствовать структурным требованиям компонента, как и в его биологическом вдохновении. По словам исследователей, заранее заданная форма компонента возникает только в результате взаимодействия волокон внутри рамы намотки, что устраняет необходимость в дополнительной пресс-форме или сердечнике. Кроме того, этот метод производства не приводит к образованию отходов или обрезков. Более того, одна и та же модульная намоточная рама может использоваться для всех геометрически изменяющихся элементов. Это приводит к превосходной эффективности использования материала по сравнению с обычными строительными материалами и приводит к высокой несущей способности.

Натуральные волокна и их биологическая изменчивость также поставили перед исследователями новые задачи, особенно в том, что касается вычислительного проектирования и рабочих процессов изготовления роботов, а также управления машинами. Эти рабочие процессы совместного проектирования были первоначально разработаны для синтетических и, следовательно, однородных материалов, и теперь их необходимо адаптировать к свойствам материала льняных волокон. Эта корректировка интегративной вычислительной модели проектирования позволила неоднородным свойствам материала использовать данные для проектирования и планирования отдельных компонентов, а также всей конструкции. Особые механические свойства натуральных волокон также потребовали изменения конфигурации процесса производства роботов.

живая Павильон MatS покрыт водонепроницаемой поликарбонатной оболочкой, которая не только обеспечивает защиту от непогоды, но и защищает волокна от прямого УФ-излучения и влаги от дождя или снега.

Интегрированный демонстратор устойчивого строительства

Несущая конструкция живого Павильон MatS состоит из 15 компонентов из льняного волокна, изготовленных роботами исключительно из непрерывных пряденных натуральных волокон, а также волокнистого элемента замкового камня поверх конструкции. Общая длина элементов варьируется от 4,50 до 5,50 метра, а средний вес составляет всего 105 кг. Вся волокнистая структура весит примерно 1,5 тонны, а занимает площадь 46 квадратных метров. Окончательный проект соответствует строительным нормам Германии и требованиям соответствующих разрешений на строительство, а также набору сочетаний нагрузок, включая ветровые и снеговые нагрузки.

Научно-исследовательские разработки, касающиеся вычислительного процесса, изготовления роботов, а также новой системы материалов, были разработаны междисциплинарной группой студентов ITECH и исследователей ICD / ITKE в Университете Штутгарта и были подтверждены изготовлением первой серии прототипов. компонентов натурального волокна. Затем производственные данные были сгенерированы и переданы промышленному партнеру проекта FibR GmbH (Штутгарт, Германия) для производства 15 конструктивных элементов.

Проект продолжает серию успешных экспериментальных и высокоинновационных демонстрационных конструкций зданий, разработанных и реализованных междисциплинарной командой исследователей и студентов Штутгартского университета ICD / ITKE. Это также еще больше укрепляет и без того успешное сотрудничество между Cluster of Excellence liv MatS в Университете Фрайбурга и Кластер передового опыта IntCDC в Университете Штутгарта. IntCDC стремится переосмыслить проектирование и строительство с помощью цифровых технологий для решения экологических, экономических и социокультурных проблем, с которыми сталкивается застроенная среда. Видение liv MatS объединяет природу и технологии для разработки передовых экологических и энергетических технологий. По самой своей природе павильон предлагает точки соприкосновения, чтобы подчеркнуть сходства и различия между биологическими и техническими материалами и показать возможности, которые предлагает биовдохновение, например, в архитектуре, а также в других областях технологий.

Научные разработки:

• Марта Хиль Перес, Сербан Бодеа, Никколо Дамброзио, Бас Ронген, Кристоф Цехмайстер
• Управление проектом:Катя Риндерспахер, Марта Хиль Перес, Моника Гёбель

Разработка концепции, разработка системы, прототипирование:

• 2018-2020:Талал Аммури, Ванесса Косталонга Мартинс, Саша Джозеф Кутаджар, Эдит Анаи Гонсалес Сан Мартин, Янан Гуо, Джеймс Хейворд, Сильвана Эррера, Чонву Джанг, Николас Кубаил Калусдян, Саймон Джейкоб Лут, Эда Экриэль Рездемирха, Эда Экриэль Рездемирха Анке Кристина Шрамм, Ласат Райан Сиривардена, Вайя Циоку, Кристо ван дер Ховен, Шу Чуан Яо
• 2018–2019:Карен Андреа Анторвеза Паэс, Окан Баснак, Гийом Казарье, Жетао Донг, Курт Драхенберг, Роксана Фирорелла Гильен Уртадо, Ридван Кахраман, Дилара Карадемир, Лаура Кизаневеттер, Гжегожж Чочник Насим Сехат, Тим Старк, Зи Джи, Джейк Тан, Ирина Войняг

Разработка фасадов:

• Тим Старк
• При поддержке:Окан Баснак, Янан Го, Аксель Кёрнер.
• Помощь студентам:Мэтью Джонсон, Даниэль Локателли, Франческа Майсто, Махди Хадиан Расанани, Лорин Самиджа, Ананд Шах, Лена Штробель, Макс Цорн.