كيف يمكننا أن نوفر مساكن سهلة التركيب, قوية, عازلة للحرارة من خلال استعمال ” المواد والأجهزة المتوفرة محليا ” للاستعمال الطارئ لضحايا الزلزال في سوريا وتركيا؟
السكن الطارئ هو موضوع شاغل لا يتم تسليط الضوء عليه بشكل كافي، ويتم إهمال دراسته واستبدالها بحلول قصيرة الأمد قائمة على شراء المنتجات مثل (الخيم أو استيراد مواد بناء) تظهر أهمية السكن الطارئ على المدى الطويل للسكان من خلال تحمله وعزله للحرارة, إمكانية توفره حسب الحاجة وسعره حيث انه الى الان يتم استعمال منتجات شركات مستوردة ذات تكاليف مرتفعة , وكفاءة منخفضة وذلك لأن المنتجات مثل الخيم لم يتم تصميمها من الاساس لغرض الاسكان الطارئ ولهذا السبب تظهر عيوب وتوابع كثيرة لها على المدى الطويل.
كل منطقة في العالم لديها مواد أولية اساسية وأجهزة لصناعة مواد البناء أو طرق بناء, ولهذا يجب معرفة تلك المواد المتوفرة , ومعرفة استعمال الأجهزة ليتم توظيفها في الإطار المعماري.
ايضا هناك فرصة لاستعراض خواص فيزيائية للمادة عند معرفة الجهاز واداء المادة يمكن تحسين عزلها للحرارة أو قوتها بشكل كبير عند عملية التشكيل.
أعتقد أنه يجب علينا الاستغناء عن المنتجات المعمارية المستوردة لأنها:
1-غالية السعر غير متوفرة محليا.
2- غير عملية في التركيب.
3- وقد لا تكون ذات جودة في العزل الحراري أو القوة الميكانيكية.
وأخيرا سأقوم بطرح فكرة لسكن طارئ من جهاز النفخ ومادة HDPE لانهم متوفرين بكثرة في مناطق الزلزال.
1- أعتقد أنه يجب علينا الاستغناء عن المنتجات المعمارية المستوردة لأنها غالية السعر, غير متوفرة محليا:
المصدر:https://www.pritzkerprize.com/laureates/diebedo-francis-kere#laureate-page-2451
الشكل 1 : على اليمين مبنى مصنوع من مواد وايدي عاملة متوفرة في افريقيا. على اليسار مبنى مصنوع من مواد واجهزة متقدمة متوفرة في ألمانيا.
أول مبدأ يجب فهمه ومراعاته هو أن كل منطقة لها موادها الخاصة وأجهزتها الخاصة لهذا يجب علينا أن نفصل كل منطقة عن غيرها ,المعماري فرانسيس كيري في الشكل 1 الصورة على اليمين يقوم بتطبيق هذا المبدأ في مشاريعه . نلاحظ على الصورة في اليمين مبنى مدرسة في إفريقيا حيث انه لم يساهم في بنائه عمال متخصصون لكن قام ببنائه سكان القرية وذلك باختيار طريقة بناء بسيطة يمكن تعلمها, تم استعمال خليط من بعض الاسمنت والصلصال لصناعة جدران قوية وعازلة , تم الاستغناء عن التكييف الآلي والمتخصصين الكهربائيين من خلال السقف المفتوح الذي يقوم بتبريد هوائي تلقائي.
الشكل 1 الصورة على اليسار, ايضا تصميم لفرانسيس كيري لكن في ألمانيا وهناك تتوفر أجهزة حديثة مثل الـسي ان سي 6 و 3 , وتتوفر مواد مثل الألمنيوم والخشب ولهذا السبب هناك خيارات أكثر في البناء لكن هذا لايعني ان تلك الخيارات هي الخيارات الوحيدة. لهذا يجب أن يتغير هذا السلوك ويجب ان يكون هناك اهتمام اكثر في فهم طبيعة كل منطقة بشكل مستقل وهذا المبدأ فيه الحل الأول للمشكلة.
في الصورة على اليمين هناك حاجة لأن يكون هناك استهلاك قليل للمواد عند التصنيع لكن في الصورة اليسار ليست من أولويات السوق هناك توفير المادة لأن الربح هناك من نوع مختلف.
في الصورة اليمين هناك ضرورة لتوفير طريقة بناء سهلة وسريعة قبل أي شيء, وعكسها في اليسار , حيث ان الاجهزة وطرق البناء هناك بطبيعتها اسرع وذات دقة أعلى.
2- أعتقد أنه يجب علينا الاستغناء عن المنتجات المعمارية المستوردة لأنها غير عملية في التركيب:
الباحث المعماري المتخصص بمواد البناء (كريستوفر بيوكريم, 2017) جمع عدة بحوث في كتابه متعلقة بخواص المواد من ضمنها البلاستيك, حيث انه اختار كل تجربة ودرسها على أساسين مهمين.
-الأساس الأول: “قيود المادة” وتعني كيف يمكن لخواص المواد أن تحدد عملية تشكيلها بحيث تتم دراسة “الشكل المناسب” “Optimal Form” للمادة بحيث يكون ادائها عالي,و بحيث تكون النفايات الناتجة عن عملية التصنيع قليلة, مثاله الشكل 2.
-الأساس الثاني: “تفاصيل التركيب” ويعني كيفية تركيب قطع المادة التي تم تصنيعها ضمن هيكل معين, مثاله الشكل 3.
المصدر: Beorkrem, C. (2017). Material strategies in digital fabrication. Routledge
الشكل 2 يظهر عملية تشكيل الفلين وقطعه الى طبقات, حيث ان خفة الوزن تساعد في نقله وتركيبه, وليونته تساعد في تشكيله السهل, البرج مجوف من الداخل وهذا ما يصنع بيئة شبه عازلة من العوامل الخارجية.
المصدر: Beorkrem, C. (2017). Material strategies in digital fabrication. Routledge
الشكل 3 : البرج سهل وسريع التركيب ولا يحتاج إلى عامل متخصص.
الشكل 3 يعبر عن طريقة تركيب البرج, بسبب خفة وزن الفلين هناك مشكلة عند مقاومته لقوى القص من الرياح و حيث انه تم وضع رقائق خشبية بين كل قطعة وقطعة وتم شد البرج من الأعلى الى الأسفل بحبل حديدي لزيادة مقاومته للقص. البرج سهل النقل, التركيب والتفكيك بسبب وزن الفلين المنخفض,
و بعد أن تمت إضافة الخشب أصبح يحتمل نسبة كبيرة من قوى القص (الرياح).
3– أعتقد أنه يجب علينا الاستغناء عن المنتجات المعمارية المستوردة لأنها قد لاتكون ذات جودة في العزل الحراري او القوة الميكانيكية:
عند تصنيع المواد هناك فرصة تضيع في أغلب الأحيان وهي في معرفة كيفية الاستفادة من خواص المادة حسب حاجة المهندس المعماري, كيف يمكن لصاحب المصنع ان يصمم المادة وهو ليس لديه اطلاع في علم المواد او في الحسبة الانشائية للهياكل المعمارية ؟؟ يجب على المعماري ان يكون صاحب وعي وان يعرف كيف يستفيد من هذه الفرص.
الباحثان المعماريان 🙁 فابيو وماثياس ,2013) المتخصصان في استعمال الروبوتات الحديثة لتشكيل مواد ذات قوة ومتانة وخواص فيزيائية للاستعمال المعماري,
نشروا في مقال لهم تحت عنوان “المواد الرقمية في الهندسة المعمارية” عن إمكانية المعماري في أن يعرض حالة فيزيائية جديدة (ميكانيكية,حرارية وبصرية) للمادة نفسها من خلال عملية تشكيل أو تحويل المادة.
الباحث المعماري (كريستوفر بيوكريم, 2017) في كتابه قام بتدوين بحوث عن طريقة تحسين اداء مادة البلاستيك خلال التصنيع للاستعمال المعماري, في الاسفل بعض هذه التجارب.
المصدر: Beorkrem, C. (2017). Material strategies in digital fabrication. Routledge
الشكل 4: واجهات عازلة للحرارة,في اليمين الشكل النهائي,في المنتصف قوالب الصب, وفي اليسار نموذج تحليل حركة الرياح وانتقال الحرارة.
الشكل 4 يمثل واجهة من مادة ألياف الزجاج , مصبوبة على شكل منحني حسب حركة الرياح وذلك لتخفيف انتقال الحرارة من مصدر خارجي إلى سطح المبنى, حيث انه تم دراسة وتصميم الشكل حسب معطيات برنامج المحاكاة وتم تعديلها على هذا الأساس.
أصبح من الممكن تصميم واجهات باشكال تضرب حركة الرياح وتقوم بتخفيف الحرارة المنقولة من الرياح على سطح المادة, وذلك لأننا في عصر تقدم تكنولوجي وهناك برامج كثيرة يتنافس أصحابها في جعل الاختبار العلمي الفيزيائي بمتناول الجميع كما ذكر الباحث المعماري (ماريو كابرو, 2017) حيث ذكر أنه مع آخر ثورات التقنية أصبح من الممكن إجراء تجارب علمية من خلال التطبيقات الهندسية, وفي كل سنة هناك تقدم ملحوظ في دقة البرامج وحساباتها.
المصدر: Beorkrem, C. (2017). Material strategies in digital fabrication. Routledge
الشكل 5: ألياف كاربون , وألياف زجاج, هيكل يضاهي الحديد في قوة الشد مع وزن خفيف.
الشكل 5 يمثل اختبار تجريبي في علم المواد , العمارة والهندسة المدنية , والروبوتات, حيث ان مادة ألياف الزجاج تحوي ألياف جزيئية في هيكلها المستقيم وعندما يتم شدها على استقامتها تكون قوة الشد عالية ومنافسة لشد الحديد في هياكل ” Space Framing” لكن الفرق هو انه وزنها خفيف . في ألمانيا كما في الشكل 5 هناك الكثير من مصانع السيارات الكبيرة ولديهم الكثير من مواد البلاستيك الفائضة عن الحاجة, وأجهزة الروبوتات تتوفر بكثرة لتصنيع السيارات, لهذا السبب هم الآن يتوجهون لاستعمالها ضمن التصميم المعماري, كما ذكر الباحث (كريستوفر بيوكريم, 2017) بعد برمجة الروبوت يمكن أن يتم تشكيل أشكال هندسية دقيقة ومدروسة في وقت قصير بحيث تكون قوتها في الشد عالية, بعد ذلك يتم صب مادة بلاستيكية ايبوكسي عليها ثم وضعها في فرن غير مضغوط فتصبح صلبة الملمس ومترابطة بين بعضها.
المصدر:Pérez, M. G., Guo, Y., & Knippers, J. (2022). Integrative material and structural design methods for natural fibers filament-wound composite structures: The LivMatS pavilion. Materials & Design, 217, 110624.
الشكل 6: هيكل مصنوع من ألياف النبات الطبيعي لديه قوة شد عالية و وزنه خفيف.
الشكل 6 و 5 تم تصميمها من نفس الباحثين, وتم استبدال ألياف الزجاج بألياف النبات تحت سياسة الاستدامة, وهذا كان ممكن بسبب أنه عندما نقارن المادتين نجد أن لديهم أداء متماثل في قوة الشد , وزنهم الخفيف وفي قابلية تشكيلهم بنفس جهاز الروبوت ,لكن الفرق الوحيد هو أن ألياف النبات مادة طبيعية وغير متماثلة وتحتاج تشكيل أكثر دقة لأن قوة الشد تختلف من ليف إلى آخر بشكل نسبي.
بيوت سكنية طارئة لمناطق الزلزال في سوريا وتركيا (جهاز نفخ القوارير + مادة HDPE)
طبقا للاحصائيات على خريطة موقع https://atlas.harita.gov.tr/ . تمت ملاحظة نزوح كبيرة للسكان المتضررين من الزلزال إلى خيام مؤقتة على أطراف مدنهم ,بين مناطقهم الزراعية وبعيدا عن المباني السكنية المرتفعة.
تم التواصل مع مصانع البلاستيك وتبين لنا أنه يتوفر لديهم الكثير من اجهزة نفخ القوارير
(قياس متر ✕ متر), ويتوفر لديهم الكثير من مادة (HDPE) بولي ايثيلين عالي الكثافة المعروف بوزنه الخفيف ,قوته العالية ومقاومته لعوامل الطقس الخارجي .
تم تشكيل نموذج تجريبي ودراسته حسب حركة جهاز النفخ . وتم اختيار الشكل حسب الأداء المثالي للمادة ميكانيكيا وحراريا بحيث تتحمل اوزان اكثر بكمية ووزن أقل, و ليصبح عزلها الحراري أفضل.
المصدر: Biglione, J., Béreaux, Y., & Charmeau, J. Y. (2016). Numerical simulation
of the injection blow molding single stage process: shaping of two different
geometries and comparison with experimental thickness measurements.
International Polymer Processing, 31(4), 442-453
الشكل 7: يبين لنا حركة جهاز النفخ في تشكيل البلاستيك حيث انه خلال ثانية واحدة ينفخ القالب.
الشكل 7 يوضح عملية النفخ وكيف ان الاشكال ذات المنحنيات تكون ممتازة في النفخ , وكلما كانت تفاصيل الشكل اقل تعقيد كانت اخطاء الجهاز أقل, يجب على الشكل ان يكون قابل للنفخ الهوائي خلال مدة ثانية فقط.
الشكل 8: مقترح نموذج النفخ من مادة HDPE. نموذج A منحني ونموذج B لديه زوايا حادة.
في الشكل 8 نجد أن النموذج A قابل للنفخ بسبب انحنائه على عكس نموذج B اللذي لديه زوايا حادة ،لهذا سيتم اختياره، وعلى كل حال ستتم مقارنته بالنموذج B من ناحية أداء مادة HDPE الميكانيكي وامتصاصها للانبعاث الحراري من الشمس.
الشكل9 : نموذج A على اليمين شكل منحني بالراديوس, نموذج B على اليسار شكل منحني بالزوايا.
في الشكل 9 نجد أنه عند تشكيل مادة HDPE ضمن شكل منحني بالراديوس
(نموذج A) , تستطيع المادة مقاومة 100Kn. دون أي ضرر وتستطيع تخزين حرارة اشعة الشمس بمقداريصلي الى 1645.15 kWh/m2 بينما في ال (نموذج B) الشكل منحني ضمن زاوية , والاختبار اثبت انه يمكنه تحمل 20Kn قبل ان يتمزق تماما, ويستطيع تخزين اشعة الشمس بمقدار 154.06 kWh/m2 . وهذا يجعل نموذج A يتفوق على نموذج B.
الشكل 10: قابلية تركيب وفك القطعة الواحدة من (نموذج A) بشكل سهل وعملي دون الحاجة لمتخصصين بناء.
الشكل 10 يوضح امكانية تركيب القطعة في الموقع مع سهولة النقل, حيث ان كل قطعهة لديها أشكال منحنية من الأطراف قابلة لأن تربطها بالقطعة القريبة منها مع امكانية تشكيلها بمواد متوفرة وأجهزة متوفرة وقدرة تحملها وزن 100Kn.
الشكل 11: النموذج النهائي بعد التركيب. سكن طارئ مركب من نفس القطعة.
الشكل 11 يبين الشكل النهائي للنموذج وهو مركب من قطع ال HDPE (نموذج A) للاستعمال الطارئ. حيث ان الهيكل عند تركيبه:
-مادة HDPE تعتبر مقاومة للطقس ,قوية ووزنها خفيف.
– مصنوع 100% من مادة HDPE المتوفرة بشكل كبير وسعر رخيص محليا.
-مصنوع ضمن جهاز نفخ القوارير (مقاس 1 متر ✕ 1 متر) المحلي 100%.
-يتحمل نسبة جيدة من الوزن 100Kn .
-يستطيع عزل الرطوبة بشكل نسبي جيد بسبب طريقة تركيب القطعة,
-يستطيع عزل الحرارة بشكل نسبي ويمكن أن يتم جعله عازل كامل للحرارة من خلال ملئه بمواد زراعية أو فلين.
-يمكنه تخزين أشعة حرارة الشمس بنسبة عالية 1645.15 kWh/m2.
-شكله الفني جذاب.
-يمكن تركيبه وفكه بسهوله, ويتطلب تكاليف قليلة للنقل العام بسبب وزنه.
المراجع:
الكتب:
Beorkrem, C. (2017). Material strategies in digital fabrication. Routledge
Carpo, M. (2017). The second digital turn. The Second Digital Turn.
Gramazio, F., & Kohler, M. (2013). Gramazio & Kohler: Digital Materiality. In Performalism: Form and Performance in Digital Architecture (pp. 161-170). Routledge.
أوراق بحثية:
Pérez, M. G., Guo, Y., & Knippers, J. (2022). Integrative material and structural design methods for natural fibers filament-wound composite structures: The LivMatS pavilion. Materials & Design, 217, 110624
Biglione, J., Béreaux, Y., & Charmeau, J. Y. (2016). Numerical simulation
of the injection blow molding single stage process: shaping of two different
geometries and comparison with experimental thickness measurements.
International Polymer Processing, 31(4), 442-453..
برامج الاختبار العلمي:
-Rhinoceros, Grasshopper, KiWi 3D.
-Rhinoceros, Grasshopper, Ladybug.
مواقع:
–https://www.pritzkerprize.com/laureates/diebedo-francis-kere#laureate-page-2451
بقلم المهندس: مصطفى عوني 