3D épületnyomtatás – (építő) ipar 4.0*

A jelenlegi, világméretű folyamatokban három alapvető, kiemelt területet nevesíthetünk: az élelmezést, a mobilitást és a lakhatást. A nap mint nap jelentkező új kihívások és feladatok eddig nem létező paradigmákat hívnak életre.

Ahogyan az ipar egészében, úgy az épí­tésben is paradigmaváltás zajlik. Globá­lis folyamatok kényszerítik ki a változá­sokat. Az additív^** 3D technológiák széles körű építőipari alkalmazásának elterjedése is elkerülhetetlen. Új építészet van születő­ben, izgalmas formai kísérletekkel és szá­mos bizonytalansággal. Az építés világában egyszerre van jelen sokféle stílus és megkö­zelítés, anyag és technológia. Gigaberuhá­zásoktól a mikroépítészetig terjed a lépték. Mindamellett a szerkezet-funkció-forma primátusa továbbra sem kérdőjelezhető meg, ahogy az egyetemesen szépről alko­tott képünk, az emberközpontúság, avagy a társadalmi hasznosság sem. Mára egyér­telműen kijelenthető, hogy az építészet már nem kapcsolódik ideológiákhoz, társadalmi berendezkedéshez, így nem manifesztálódik stílusokban, attribútumai globalizálódnak.

A JÖVŐ ÉPÍTÉSZETE

A 20. század első harmadában létre­jött – mára építészettörténeti kategória­ként említhető – modern építészet anyag-és építéstechnológiai bázisa az acél és a beton. A jövő építészetének anyagai és technológiái éppen most, a szemünk előtt születnek meg, a meglévők új formában fogalmazódnak meg. A számos anyagkí­sérlet, a robotika, a számítógépek műkö­dési intenzitásának az emberi intelligencia szintjére emelése, mára egyértelműen rea­litás, ahogyan forradalmi változások men­nek végbe a térérzékelés és térbeli építési mozzanatok területén is. Az építés soha nem élvezett olyan térbeli szabadságot, mint a jelenben. A tér minden pontja defi­niálható, mérhető és tervezhető, ráadásul azonnali módon. A tervezés minden terü­leten számítógép-felhasználással (BIM), online módon, idő és térbeli korlátok nél­kül valósul meg. A kivitelezés ugyanakkor továbbra is küzd a más iparágakkal össze­hasonlítva relatíve alacsonyabb gépesí­téssel és robotizációval.

Az Európai Unió 2016-ban fogalmazta meg az úgynevezett IPAR 4.0 elveit [3]. „Az iparág 4.0 témá­jának előmozdítása, különösen az építő­iparban nagy feladat, mert a változások az egész gondolkodási módban soha nem látott építés kihívásokat jelentenek.” [4] Az építés több tényezőben eltér más ipar­ági gyakorlatoktól. „Az Ipar 4.0 eseté­ben viszonylag standardizált folyamatok támogatása történik digitális eszközök­kel. Azonban az ipari termeléssel szem­ben külön problémát jelent, hogy az épí­tőipari projektek típusa, helye, mérete, a részt vevő vállalkozások minden egyes beruházása esetén változik, ezért a folya­matok standardizálása külön kihívás a modern technológia hiánya és a szakkép­zetlen munkaerő mellett.” [5]

Az építés, az építészet minőségét továbbra is számos emberi tényező határozza meg. Az épület egyedi termék, még abban az esetben is, ha funkciójában és szerkezeteiben tipizált vagy típuselemeket tartalmaz. Az egyedi­ség és standard közötti hidat az additív, 3D gyártás- és építéstechnológia jelentheti. A megrendelő – szinte mindig – egyedi igé­nyeinek kielégítése csak akkor válik lehet­ségessé, ha az építési technológia rugal­mas, a számítógépek használatával a szerkezetek, a formák parametrikusan vál­toztathatók, a funkciósémák rugalmassá tehetők. A piac joggal várja el, hogy az épített objektum megjelenése magas hoz­záadott értéket mutasson, az építési költ­ség optimalizált és hatékony legyen. Már a jelenben is létező mesterséges intelli­gencia használatával generált és módosít­ható alaprajz-szerkesztőktől, a szerkezeti elemek automatikus kiosztásán át vezet az út a teljesen robotok végezte kivitele­zésig. Nagyívű jövőkép. Az építési szerep­lők egymás közötti kommunikációja már jelenleg is online felületen történik. Az egyes építési szakágak közötti adatátadás és adatáramlás döntően digitális eszkö­zökkel valósul meg. A 3D épületnyomta­tás építőipari elterjedésével egy új, maga­sabban jegyzett munkakultúra jöhet létre. Az építés mint össztársadalmi tevékeny­ség jelenlegi státuszából jobb pozícióba kerülhet. Erre mindenképpen szükség van, mert az építőipar teljesítményének hazai megítélése, valljuk be, nem a legjobb.

Más iparágak tapasztalatai alapján a 3D tech­nológiák alkalmazása más tudásszintű alkalmazottakat követel. A számítógép és robotika párosításával a jövő építőipari munkavállalói egy másfajta munkakörnye­zetben, jobb munkakörülmények között, nagyobb termelékenységgel, magasabb hozzáadott-értékű (építési) terméket állít­hatnak majd elő.

GYÖKERES ÁTALAKULÁS KÖZELEG

Az építési piac elvárásainak megfelelően a minőségjavítás az egyik alapvető cél. A minőségbiztosítási követelményrendsze­rek folyamatos szigorításai komoly terhet jelentenek már ma is az építőipari szerep­lőknek. Ugyanakkor az építési folyamatok szabályozása, dokumentálása, valamint a túlzott adminisztráció nem helyettesítheti a rendben, rendszerben kialakított műkö­dést, a munkafegyelmet. Az építési prog­ramalkotástól a tervezésen át a megvaló­sítás fázisáig folyamatosan egységes, jó színvonalon építeni igen nehéz. Minden általánosítástól mentesen megállapítható, hogy ma döntően a tervezési és kivitelezési folyamatokat az iteráció és a kompromisszumos megoldások jellemzik. Problémát jelentenek az egyes építési szakágak pro­duktumai közötti mérettűrési különbségek, anyagtulajdonsági eltérések, az emberi tényezők és még számos paraméter.

A 3D épületnyomtatás monolitikus jellege alkal­mas az egynemű anyagfelhasználásra, az állandó anyagminőség biztosítására, szá­mos minőséget lerontó faktor kiiktatására, a szavatossági és garanciális kérdésekről nem is beszélve. Kijelenthető: a minőség nem technológiai vagy stiláris kérdés, a minőség garanciái egy újtípusú gondolko­dásban és az azt kiszolgáló digitális háló­zatokban rejlenek. Nem véletlen, hogy a nagy, világot átfogó működésű építész- és mérnökirodák a BIM/parametrikus/3D technológiák kiberhálózatát építették, épí­tik ki. Több iroda digitális hálózatba ren­dezett tervezési eszközöket alkalmaz a hatékonyság növelése érdekében. Ez a módszer a megszakítás nélküli digitá­lis munkafolyamatokat foglalja magá­ban a tervezéstől a kivitelezésig. A digi­tális, hálózatba kötött tervezési folyamat nagy előnye, hogy már a tervezés fázisá­ban visszajelzést ad a tervező partnerektől, az építőipari cégektől a gazdaságosságról, a megvalósíthatóságról vagy az anyagfel­használás hatékonyságról [6], és legújabb trendként egy épület életciklusáról.

A változó technológiai környezet, a magasfokú digitalizáció várhatóan már a közeljövőben gyökeresen átalakítja az épí­tést. A gyártási, építési folyamatokban a gépek gépekkel kommunikálva dolgoznak. Más iparágakban ez már működik. Ahhoz, hogy ez az építőiparban is megvalósul­hasson, gyökeresen meg kell változtatni az építési szakemberek közép- és felső­fokú képzését. Jelenleg az építőipari kép­zőhelyek technológiai utókövetésben van­nak. A különböző szinten és színvonalon működő iskoláknak nagyobb szerepet kell vállalniuk a hagyományos építési rend­szerek, szerkezetek és anyagok oktatása mellett, az innovatív, jövőbe mutató épí­tési megoldások közvetítésében. Az infor­matikai alapon művelt, additív, 3D építési rendszerek megismertetése a jövő építői­vel közös feladat a munkaerő-utánpótlás nevelésében. Ehhez korszerű, jól felszerelt laborokra, műhelyekre van szükség, vala­mint a nagy építőipari vállalkozások inten­zívebb szerepvállalására az oktatásban. Az építés kollektív feladat, ha úgy tetszik köz­ügy, ahogy az (építő)ipar 4.0 kiteljesedése is. A paradigmákat globális szinten írják át, a folyamatból kimaradni nem szabad. Magunk írjuk és olvassuk a jövőnket.

_____________________________________________________________________________

Források és hivatkozások

* Az első ipari forradalom a víz és gőz meghajtású mechanikai termelő berendezések kora a 18. szá­zad második felében. A második ipari forradalom az elektromosság és a tömeggyártás megjelenésé­vel azonosítható a 19. század utolsó évtizedeiben. A harmadik ipari forradalom a 20. század máso­dik harmadában induló elektronikai és a számí­tástechnikai fejlődés eredménye, míg a negyedik ipari forradalom, az IPAR 4.0 a kiberrendszerek elterjedésével fémjelzett, jelenleg is tartó folya­mat, a gyártásrendszerek és beszerzési láncok elterjedésével és kiépítésével [1].

** „Additív gyártástechnológia: gyártási eljárás, amely vékony rétegek lerakásával készít tár­gyakat szemben a hagyományos megmunkálás­sal, melynek során egy nagyobb nyers darabból választják le a felesleges anyagot, és a megma­radó rész lesz a késztermék. Egyik legismer­tebb eszköze a 3D nyomtató. Legnagyobb elő­nyei a gyors mintapéldány-készítés és a kisebb alkatrészek, segédeszközök beszerzése terén domborodnak ki az átfutási idő radikális csök­kentése és a testreszabás kiterjesztése által.” [2]

[1] http://www.ipar4.bme.hu/ipar-4- 0/#page-content

[2] https://www.ipar4.hu/page/ tudasbazis-ipar-4-0-fogalomtar

[3] Industry 4.0 Policy Department Economic and Scientific Policy, 2016, 22–23.

[4] Polgár László: Új pályára kell állítani a magyar építőipart. XXIV. Nemzetközi Építéstudományi Online Konferencia – ÉPKO / (2020), 142–147.

[5] Nagy Orsolya – Szabó Zs. Roland: ÉPÍTŐIPAR 4.0 / CONSTRUCTION 4.0, Magyar Tudomány, 182, (2021) 1, 90–96. DOI: 10.1556/2065.182.2021.1.13

[6] https://www.world-architects. com/en/architecture-news/insight/ architecture-4-0