منازل ثلاثية الأبعاد: مستقبل البناء
تحولت الطباعة ثلاثية الأبعاد في قطاع البناء من تجربة تقنية إلى خيار بناء حقيقي. في جميع أنحاء العالم تتكوّن منازل لعائلات، وأحياء كاملة، وبنى خاصة. تسلط هذه المقالة الضوء على العمليات التقنية، والمشاريع الحالية، والفرص والقيود لهذه الطريقة في البناء، استنادًا إلى الدراسات والتقارير الحالية.
Quelle: تمثيل خاص
أساسيات الطباعة ثلاثية الأبعاد في البناء
عند البناء باستخدام الطابعة ثلاثية الأبعاد، تَخرج الآلة المادة طبقةً فوق طبقة، غالباً ما تكون من الخرسانة، وتُكوِّن بذلك الجدران. وغالباً ما يُشار إلى ذلك بمصطلحي الطباعة ثلاثية الأبعاد للخرسانة أو طباعة الخرسانة ثلاثية الأبعاد، وهي طريقة بناء إضافية وتراكمية للجدران الحاملة 3druck.com, ScienceDirect).
وتتكون الطابعات عادةً من أنظمة بوابات أو أذرع روبوتية تتحرك على قضبان فوق قاعدة الأرض وتطبق طبقة الخرسانة وفق الشكل المخطط للجدار PERI 3D Construction, COBOD). يُطبع بشكل رئيسي الجدران الخارجية والداخلية، بعضها بنظام بناء مجوف يمكن تعبئته لاحقاً بالعزل أو مواد إضافية COBOD, 3druck.com).
لا يصنع الطابعة المنزل كاملًا. الأساسات، الأسقف، الأسطح، النوافذ، الأبواب، تقنيات المنزل والديكور الداخلي ما زالت تُنفَّذ باستخدام الأعمال التقليدية EcoHome, ECS Limited). الطباعة ثلاثية الأبعاد تستبدل بشكل رئيسي أعمال البناء بالحجارة أو أعمال القوالب للجدران، وليست العملية الإنشائية الكلية UBE).
هناك أيضًا نماذج تُطبع فيها التراب المحلي أو الطين بدلاً من الخرسانة. مثال على ذلك منزل Tecla الإيطالي المصنوع من خليط التراب والماء وألياف نباتية Wikipedia). تهدف مثل هذه التجارب إلى إظهار كيف يمكن توفير الموارد والطاقة الرمادية من خلال استخدام المواد محلياً Wikipedia).
Quelle: 3d-grenzenlos.de
يُضيف جهاز الطباعة ثلاثية الأبعاد المادة بدقة لبناء هياكل معمارية معقدة
الوضع الراهن والمشاريع
أظهر تقييم عالمي من الشركة المصنعة COBOD أن نهاية 2022 شهدت بناء 129 مبنى بتقنية البناء بالطباعة ثلاثية الأبعاد، موزعة على 105 مواقع إنشائية حول العالم COBOD, 3druck.com). تُوضح هذه الأعداد أنه لم يعد الأمر مقتصرًا على مشاريع تجريبية فردية Manufactur3D Mag).
في ألمانيا بُني أول منزل سكني معتمد من الطابعة في بيكوم (شمال الراين–وستفاليا). إنه منزل عائلي مكون من طابقين، مُنجز باستخدام طابعة خرسانة BOD2 من COBOD وشركة PERI PERI, COBOD). تم دعم المشروع في إطار برنامج تمويل لـ "البناء المبتكر" PERI).
في هايدلبرغ، ظهر عام 2023 مبنى Wavehouse الطويل 54 متراً، عرضه نحو 11 متراً وارتفاعه نحو 9 أمتار، ويستخدم كمركز بيانات، وهو الأكبر من نوعه في أوروبا PERI 3D Construction, Heidelberg Materials). واجهات متموجة طبعت في حوالي 170 ساعة من زمن الطباعة الخالص PERI 3D Construction). طورت Heidelberg Materials خرسانة خاصة لهذا الغرض Heidelberg Materials).
مشروع آخر في هايدلبرغ هو DREIHAUS، مفهوم منزل سكني متعدد الطوابق بثلاث طبقات، حيث تُصنع الجدران بشكل متسلسل عبر الطباعة ثلاثية الأبعاد للخرسانة PERI). وتتوقع PERI تقصير زمن البناء بنحو 30% وخفض التكاليف بنحو 10% مقارنة بالبناء التقليدي PERI, Ingenieur.de). وأُنجزت مراحل الهيكل الخرساني الأولي لإحدى المنازل في هايدلبرغ في حوالي 33 يومًا CIO.de).
على الصعيد الدولي، تُنشأ أحياء كاملة من طوابق أرضية مطبوعة ثلاثية الأبعاد. في جورجتاون، تكساس، تبني ICON بالشراكة مع Lennar حيًا يضم نحو 100 منزل، وتُبنى جدرانه الخارجية لطابق الأرضة باستخدام طابعة كبيرة الحجم Reuters, ICON). في هيوستن، يُنشأ Zuri Gardens مع 80 منزلًا مطبوعًا لأسر ذات دخل متوسط Houston Chronicle).
تنفّذ ICON أيضًا مشاريع أصغر للسكن الميسور، مثل منازل بغرفة واحدة في أوستن Statesman, Axios). وفي الوقت نفسه، تتكون مشاريع أعلى سعرًا مثل منتجع فخم بفيلات مطبوعة ثلاثية الأبعاد عند Lake Travis في تكساس MySanAntonio).
وثّقت استخدامات غير اعتيادية كذلك: في براونزفيل، تكساس، يُنشأ مقهى لسلسلة كبرى، غلافه من طابعة الخرسانة الثلاثية الأبعاد Chron.com). وتُجري الجامعات تجارب بمخاليط مواد بيولوجية من بقايا الخشب، تهدف إلى تمكين بيوت ذات بصمة كربونية سلبية Reasons to be Cheerful).
التحليل والدوافع
دافع مركزي هو الحاجة العالمية المساحة سكن إضافية مع الموارد المحدودة. قطاع البناء مسؤول عن حوالي ثلث انبعاثات CO2 الناتجة عن الطاقة Wikipedia). منظمات مثل New Story تعمل مع شركات تكنولوجيا مثل ICON لبناء مستوطنات صغيرة في بلدان مثل المكسيك تمكّن الأسر الفقيرة من السكن الدائم New Story, The New Yorker).
يصبو المصنعون والمخططون إلى أن طباعة الخرسانة تتيح سرعة أكبر وتكاليف عمل أقل. تشير COBOD إلى أن الطباعة ثلاثية الأبعاد تقلل من احتمال وقوع الأخطاء وتزيد من كفاءة عملية البناء COBOD). تصف PERI حلولها للطباعة كإمكانية لبناء هياكل خامة بمادة أقل وبأقل عمل يدوي، خصوصاً في المخططات الأساسية المتكررة PERI 3D Construction). تُظهر تقنيات البناء الإضافية قوتها الأساسية خاصة في المنازل العائلية القياسية والمنازل الصغيرة متعددة الأسر 3druck.com, Weerg).
دافع آخر هو السعي وراء مواد أكثر استدامة. منزل Tecla الإيطالي يُظهر كيف يمكن تحويل التراب والماء والألياف النباتية إلى مبنى صالح للسكن يعتمد إلى حد كبير على مواد محلية Wikipedia). في مين، تُطبع مركبات حيوية مُعَزَّزة بالألياف من مخلفات الخشب ومواد ربط إلى منازل مطبوعة، بحيث يمكن إعادة تدويرها على المدى الطويل Reasons to be Cheerful). تهدف مثل هذه المفاهيم إلى تقليل النفايات وتقليل مسافات النقل واحتجاز CO2 Wins Solutions).
لا يمكن التقليل من قيمة التسويق والإعلام. صور مبهرة لروبوتات الطباعة هي مواد مثالية للصحافة ووسائل التواصل الاجتماعي PERI 3D Construction, 3druck.com). تزيد برامج التلفزيون من انطباع وجود ثورة بنائية وشيكة CBS News). إلا أن مقالات أكثر نقدًا تشير إلى اختلافات كبيرة بين مشاريع تجريبية وتطبيق واسع النطاق The New Yorker, Dwell).
Quelle: يوتيوب
المقطع يوضح كيف تُقدم الشركات التكنولوجيا كحل لأزمة السكن وحتى كمحطات على سطح القمر – وفي الوقت نفسه يُبين مدى كون الكثير منها تجريبيًا
Quelle: 3druck.com
طرق البناء الهجينة التي تجمع بين الطباعة ثلاثية الأبعاد والطرق التقليدية هي اتجاه واعد في بناء المنازل الحديث
الحقائق والأسئلة المفتوحة
ثبُت أن المنازل التي تُبنى باستخدام الطباعة الثلاثية الأبعاد يمكن بناؤها والحصول على تراخيص لها بشكل اعتيادي. أمثلة هي المنزل العائلي في Beckum PERI) ) ومركز Wavehouse للحوسبة في هايدلبرغ PERI 3D Construction, Heidelberg Materials). ) كما أن مشاريع الاستيطان في تكساس هي منازل سكنية حقيقية تباع وتُسكن Reuters, ICON Homes).
ومن الثابت أيضًا أن تقنيات البناء الإضافية يمكنها تقليل هدر المواد، حيث يتم خروج الكمية المطلوبة من الخرسانة وتقل الاعتماد على القوالب بشكل كبير Wins Solutions, Ricoh). وتصف الدراسات مزايا في الهندسة المعمارية المعقدة، حيث يمكن تنفيذ أشكال عضوية أو مسارات جدار حرة دون قوالب خاصة مكلفة ScienceDirect, Structures Insider).
من غير الواضح حجم وفوائد التكاليف والوقت في الاستخدام الواسع. يقول المصنعون أن الوفورات تتراوح بين 10 و35 في المئة COBOD, Weerg, TRERC). ولكن تشير التحليلات الاقتصادية إلى أن شراء أو استئجار الطابعات وتدريب الفرق وتعديل التخطيط قد يعيد بعض هذه الوفورات. وتوجد حتى الآن بيانات مقارنة موثوقة على مدار عمر مبنى Warrington UF, Reason.org).
كما أن الثبات طويل الأمد للجدران المطبوعة غير واضح. لا توجد دراسات طويلة الأجل تمتد لعقود ScienceDirect, HUDUser). ويؤكد المختصون أن مواضيع مثل تشقق السطح، سلوك الرطوبة، ومفاهيم الإصلاح، يجب مواصلة بحثها Passive House Accelerator, Structures Insider).
إن وعود بناء منزل كامل "في 24 ساعة مقابل آلاف من اليوروهات" غير صحيحة أو مضللة. إن زمن الطباعة المشار إليه غالباً يشير إلى الجدران فقط، وليس الأساس أو السطح أو التجهيزات الداخلية أو أنظمة التراخيص والتخطيط EcoHome, ECS Limited). تُظهر التحليلات النقدية أن مثل هذه العناوين تُخفّي التعقيد الفعلي لعملية البناء Dwell, Hackaday, Passive House Accelerator).
Quelle: user-added
مثال على عمارة حديثة قد تتحقق من خلال أساليب بناء مبتكرة مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد
التطبيقات العملية
المبانى المطبوعة ثلاثية الأبعاد هي خيارات واقعية لكنها ليست متاحة على نطاق واسع بعد. من يريد بناء منزل من هذا النوع أو الاستفادة منه يجب أن يتحقق بدقة من مقدمي الخدمات والوضع الترخيصي وخبرات السكان المحليين EcoHome, ECS Limited).
ثلاثة أسئلة حاسمة: أولاً، أي أجزاء من المنزل تُطبع فعليًا وأي أعمال تقليدية تُنفذ؟ UBE). ثانيًا، مدى شفافية قائمة التكاليف عبر البناء الكامل، بما في ذلك التخطيط والتقنية والصيانة؟ TRERC, Reason.org). ثالثًا، هل توجد مشاريع مرجعية للمزود نفسه تعمل لسنوات في مناخ مشابه؟ Passive House Accelerator).
بالنسبة لاهتمام بالاستدامة، اختيار المواد مهم. مشاريع بمخاليط ترابية أو طينية أو مركبات حيوية تسعى لتقليل البصمة الكربونية بشكل جذري. مشاريع الطباعة الخرسانية التقليدية تقلل من نفايات المواد لكن تظل قائمة على الأسمنت. Wikipedia, Reasons to be Cheerful, Wins Solutions). بما أن قطاع البناء عالميًا يساهم بشكل كبير في انبعاثات الطاقة، يمكن أن تحقق التحسينات الحقيقية هنا تأثيرات كبيرة. Wikipedia).
عند تقارير الإعلام من المفيد مراعاة مصالح المتحدث. سيؤكد فيديو الشركة على المزايا، بينما تطرح التحقيقات المستقلة والمراجعات العلمية مزاعم بالضباب ونقاط مفتوحة. ScienceDirect, ResearchGate).
Quelle: يوتيوب
الفيديو المسرّع لمبنى سكني كبير من خلال الطابعة يعرض التقنية – وفي الوقت نفسه يبرز كم من الأعمال البنائية التقليدية لا تزال ضرورية بجانب الطابعة.
على الرغم من طباعة العديد من الجدران، تبقى أسئلة أساسية بلا إجابة. المتانة الطويلة الأمد عبر عقود لم تثبت عملياً، لأن معظم المشاريع عمرها سنوات قليلة. ScienceDirect). وتؤكد مراجعات أدبية منهجية أن البيانات حول الاستدامة والصيانة والتكاليف الإجمالية للحياة ما تزال ناقصة. ResearchGate).
كما أن من غير الواضح مدى سرعة تكيّف القوانين والأنظمة الإنشائية. تحليل بطلب من هيئة الإسكان الأمريكية HUD يشير إلى نقص المعايير، وعدم وضوح السياسات، ونقص الخبرة في الجهات الحكومية كعوائق رئيسية أمام اعتماد أوسع. HUDUser). وتوجد إشارات مماثلة في تقييمات من أوروبا وأمريكا الشمالية. EcoHome, ECS Limited).
سؤال آخر مفتوح يتعلق بالبُعد الاجتماعي: هل تُبنى الشقق المطبوعة ثلاثية الأبعاد فعلاً في الأماكن التي يحتاجها الناس ذوو الدخل المحدود، أم هي مشاريع رنانة في الأسواق الجذابة؟ The New Yorker, Reason.org)? تحذر التحليلات من اعتبار التكنولوجيا كحل وحيد لأزمة السكن طالما لم تؤخذ في الاعتبار أسعار الأراضي والتمويل والبنية التحتية والسياسة المحلية. AIU, Dwell).
المنازل المطبوعة ثلاثية الأبعاد تُظهر مدى قدرة البناء على التغير. توجد منازل سكنية حقيقية وأحياء كاملة ومبانٍ خاصة معقدة تُثبت أن التقنية يمكن أن تعمل في الواقع. PERI 3D Construction, PERI, Reuters). وفي الوقت نفسه، من الواضح أن طريقة البناء هذه لن تحل أزمة السكن بين ليلة وضحاها، ولا ستعوض الأعمال التقليدية أو التخطيط الحضري الدقيق. ScienceDirect, Reason.org).
من المفيد متابعة التطورات بعناية، وطرح أسئلة بنّاءة، وتحقق من الادعاءات بمصادر—خاصةً عند الوعود المثيرة بشأن زمن البناء والتكاليف والاستدامة. وبهذه الطريقة يمكن الاستفادة من فرص هذه الطريقة الجديدة في البناء دون أن نفقد الأرض تحت أقدامنا.