مقاله تحلیلی: BIM و ساخت آسمان‌خراش‌ها

پیشرفت‌های صورت گرفته در BIM و افزایش همکاری بیشتر نرم‌افزارها، به رونق ساخت ساختمان‌های بسیار بلند کمک می‌کنند.

بیش از 100 سال است که جهان با ایده ساخت ساختمان‌هایی که سر به فلک می‌کشند، همراه شده است. پس از آن‌که گوستاو ایفل در سال 1889 جهان را با برج مشبک و ظریف خود به تحسین واداشت، معماران آمریکایی از ایده ساخت ساختمان‌های بلند استقبال کردند. هرچند نخستین آسمان‌خراش‌ها تصویر نسبتاً ساده‌ای از رؤیاها بودند، اما باز هم جز شاهکارهای مهندسی و معماری محسوب می‌شوند و هر بار که یک آسمان‌خراش ساخته می‌شد، فناوری پیشرفت می‌کرد تا رؤیایی امکان‌پذیر شود.

در طول دهه‌های 1920 و 1930، ساخت آسمان‌خراش در ایالات‌متحده به یک گرایش ملی تبدیل شده بود و رونق ساخت‌وساز باعث ساخت ساختمان‌های کرایسلر و امپایر استیت در منهتن شد. این دو ساختمان رقابت سختی بر سر عنوان بلندترین آسمان‌خراش جهان داشتند- عنوانی که ساختمان امپایر با 204 فوت ارتفاع از آن خود کرد.

تلاش‌های اخیر

با توجه به اعلام موزه آسمان‌خراش‌ها، در سال 2007، 35 ساختمان تکمیل‌شده یا در حال اتمام وجود داشت که جزء و ساختمان‌های بسیار بلند به‌حساب می‌آمدند. دوازده مورد از این پروژه‌ها از لیست سرشماری خط‌خورده بودند زیرا به ارتفاع مورد نظر نرسیده بودند، اما 26 مورد دیگر از آن‌ها به تعداد کل 49 ساختمان کنونی اضافه شدند.

کارول ویلیس، مدیر موزه، می‌گوید: «وقتی برج‌های دو قلو در حملات تروریستی 11 سپتامبر نابود شدند، بسیاری پیش‌بینی کردند که پایان دوران آسمان‌خراش‌ها آغاز شده است. آن‌ها اشتباه می‌کردند. همان‌طور که نمایشگاه نشان می‌دهد، ساختمان‌های بسیار بلند ساختمان‌های برجسته قرن بیست و یکم هستند.»

تلاش برای ساخت بلندترین ساختمان جهان ادامه دارد. در حال حاضر، برج خلیفه (واقع در دبی، امارات متحده عربی که قبلاً به‌عنوان برج دبی شناخته می‌شد) با ارتفاع 2717 فوت دارای عنوان بلندترین برج جهان است. در حال حاضر رکورد این برج به چالش کشیده شده و سقوط آن به رتبه‌ی دوم قریب‌الوقوع است.

رقیب آن برج پادشاهی است که در حال ساخت است. این برج توسط آدریان اسمیت طراحی شد. این ساختمان در شهر جده واقع در عربستان سعودی، ساخته خواهد شد و ارتفاع آن حداقل یک کیلومتر یا 3280 فوت خواهد بود.

اسمیت می‌گوید: «چشم‌انداز ما برای برج پادشاهی این است که روح جدید عربستان سعودی را به نمایش بگذاریم. این برج نماد رهبری جهانی و کسب‌وکار جهانی پادشاهی عربستان سعودی و نشان‌دهنده قدرت و دیدگاه خلاقانه‌ی مردم آن است. برج پادشاهی نماد رشد و پیشرفت فناوری است.»

 برج پادشاهی، طراحی‌شده توسط آدریان اسمیت، یک عرشه مشاهده در ارتفاع 2000 فوتی دارد – بلندترین سکوی جهان – این سکو نمایی از دریای سرخ خواهد داشت.

تکنولوژی گام بعدی را مشخص می‌کند

مانند روزهای ابتدایی آسمان‌خراش‌ها، فناوری‌های طراحی و ساخت در حال حاضر هم در حال رشد و تکامل هستند و نه‌تنها برای امکان درک این سازه‌ها، بلکه امکان ساخت و تحویل آن‌ها را هم ایجاد می‌کنند. رابرت سینت، مدیر شرکت ساختمانی تورنتون توماستی است و مدیر شرکت مهندسی برج پادشاهی است. سینت نقش پیشرفت‌هایی مانند بتن پر مقاومت، آسانسورهای فوق‌العاده سریع و میراگرهای لرزه‌ای را در ایجاد سازه‌های فوق‌العاده بلند کلیدی می‌داند. او برای مطالعات تونل باد و نرم‌افزارهای تحلیل و طراحی هم اهمیت زیادی قائل است.

کن مورفی، مدیر  BIM (مدل‌سازی اطلاعات ساختمان) در شرکت تورنتون توماستی هم معتقد است که استفاده از هندسه محاسباتی مزیتی برای این پروژه‌های بزرگ است، زیرا امکان استفاده از محاسبات عددی به‌جای استفاده از مدل‌های طراحی دقیق را فراهم می‌کند. سامانه‌های هندسه محاسباتی، به طراحان و مهندسان این امکان را می‌دهد که از مدل اطلاعات ساختمان برای اهدافی فراتر از اجرای تغییرات طراحی ساده‌ای مانند تغییر تعداد استفاده کنند. الگوریتم‌های بکار رفته تغییرات را به‌صورت خودکار به مقدار مصالح، مانند اجزای نمای ساختمان و ستون‌ها، تعمیم می‌دهد. با پیشرفت بیشتر در فرآیند طراحی، می‌توانیم کارهایی مانند بررسی پنل ها را برای نما انجام دهیم که در آن بسیاری از محاسبات ریاضی در مدل انجام شده و سپس تعداد بهینه پنل های مورد نیاز با اندازه‌ی منحصربه‌فرد محاسبه می‌شوند تا از افزایش هزینه پرهیز گردد.

قابلیت همکاری

هرچند مدل‌سازی پارامتری و هندسه محاسباتی مزایای زیادی برای هر پروژه ساختمانی ایجاد می‌کنند، اما مورفی قابلیت همکاری را برای رسیدن به ارتفاع بسیار زیاد در آسمان‌خراش‌های بسیار بلند را مهم می‌داند. او معتقد است که داشتن تعامل متقابل، باعث کارآمدی جریان کار در مدل‌هایی که به‌سرعت در برنامه‌های نرم‌افزاری مختلف طراحی می‌شوند، می‌گردد؛ آن هم بدون آنکه نیازی به مدل‌سازی مجدد یا مدل‌سازی موازی باشد. این کار به طراحان امکان ایجاد برنامه‌های زمان‌بندی فشرده‌تر را داده و خطاها را در سازه‌های پیچیده کاهش می‌دهد.

سین افزود: «از سال 1984 که من شروع به همکاری کردم، از برنامه‌های تحلیلی کامپیوتری استفاده می‌کردیم، اما ساخت و رفع خطاهای مدل‌ها زمان خیلی بیشتری لازم داشت.» نبود رابط گرافیکی و پردازش‌های کامپیوتری که بیرون از کارگاه انجام می‌شد، سرعت روند طراحی را خیلی کاهش می‌داد. «برای کاهش این زمان ما همیشه به دنبال محدود کردن اندازه‌ی مدل با ایجاد تقارن بودیم. پردازشِ تحلیل برای طراحی، با نسل‌های اولیه‌ی صفحه‌های گسترده انجام می‌شد که بسیار وقت‌گیر بود.»

مورفی معتقد است که با پیشرفت قابلیت همکاری و BIM، می‌توان پروژه‌های پیچیده‌تری را با بررسی گزینه‌های بیشتر و در زمان کمتر انجام داد. کیفیت محصول نهایی هم بهبود پیدا کرده است.

پروژه برج پادشاهی که در نرم‌افزارهای کاربردی مختلف مدل‌سازی شد، اولین نمونه از قابلیت همکاری است. کار در ابتدا با Autodesk Revit آغاز شد، برای جزئیات و بهینه‌سازی‌های بیشتر از برنامه‌های کاربردی دیگری مانند SAP2000 CSI برای تحلیل سازه‌ای و برای تحلیل و طراحی ساختمان از ETABS استفاده شد؛ از Rhino محصول شرکت Robert McNeel & Associates برای مدل‌سازی NURBS؛ از Tekla Structures شرکت Tekla برای تحلیل سازه‌ای؛ و از Grasshopper که یک ابزار مدل‌سازی ادغام‌شده با Rhino است، هم استفاده شد. مورفی می‌گوید: بسیاری از این ابزارها نیاز به پلاگین¬های سفارشی و تبدیل‌هایی دارند که ما آن‌ها را در داخل شرکت خودمان ایجاد می‌کنیم، اگرچه برخی از ابزارها مانند افزونه CSI ETABS برای Revit به‌صورت تجاری هم در دسترس هستند.

چندین ابزار تحلیل. مورفی و گروهش در فرایند مدل‌سازی برای رو سازه‌ی اصلی به این ابزارها تکیه کردند، اما او اضافه می‌کند که فهرست این ابزارها به این موارد محدود نمی‌شود. «ابزارهای تحلیل اجزای محدودی هم وجود دارند که فقط بخشی از مدل را تحلیل می‌کنند.» مانند Strand7. «اما نکته‌ی کلیدی این است که این سازه فقط روی یک نرم‌افزار مدل‌سازی نشده است. ما از چند ابزار برای تحلیل استفاده کردیم تا بتوانیم نتایج را باهم مقایسه کنیم.»

سین افزود: «من فکر می‌کنم که این برای پروژه خیلی مهم است» و این جمله را در مورد نرم‌افزارهای دارای قابلیت تعامل بین تیم پروژه به اشتراک گذاشته می‌شوند، گفته است. «مثلاً در بعضی جاهای موتورخانه که آن را قبلاً در محیط نرم‌افزار Revit مدل‌سازی کرده‌ایم، فضاهای بسیار تنگی وجود دارد و نمی‌توانیم به‌سادگی در میان تجهیزات رفت‌وآمد کنیم. باید از زیر تیرهای بادبند رفت‌وآمد کنیم. در این ساختمان اجزای سازه‌ای زیادی اطراف تجهیزات موتورخانه‌ای و الکتریکی و تأسیساتی (MEP) وجود دارد و در نتیجه کارهای زیادی باید برای کشف این‌گونه تعارض‌ها انجام شود».

سین معتقد است که همکاری تورنتون توماستی، AS + GG و گروه پیمانکاری بن‌لادن عربستان سعودی اهمیت زیادی در موفقیت پروژه دارد. «برای اینکه همکاری ساده باشد، اگر همه این چیزهای ذکرشده بتوانند در یک پلتفرم مشترک باهم کار کنند، کار بسیار ساده‌تر خواهد بود تا اینکه بخواهیم دائماً فایل‌های پروژه را میان پلتفرم‌های کاری مختلف جابجا کنیم. مشتری انتظار دارد که عملیات ساخت برج 63 ماه پس از شروع ساخت‌وساز آن به پایان برسد. زمان کافی برای اینکه پروژه را با فرآیند ساخت استاندارد انجام دهیم، وجود ندارد. تمام ابزارهایی که ما به‌عنوان طراح استفاده می‌کنیم، باید به تیم اجرا هم منتقل شوند تا اهداف برنامه‌ای برآورده شود. این تنها راه برای انجام این کار است.»

سین اضافه می‌کند: «بدون CAD و BIM، امروزه طراحی این ساختمان‌ها در زمانی که انتظار می‌رود، انجام شود بسیار دشوار خواهد بود.» او در ادامه می‌گوید: «اگر ابزارهایی را که در حال حاضر داریم با آنچه در دهه‌های 60 و 70 داشتیم، مقایسه کنیم، مقایسه هیچ با همه است و اصلاً قابل‌مقایسه نیست. در عرض دو تا چهار ماه، ما می‌توانیم طراحی کامل مهندسی ساخت برج با تمام ابعاد بتن و طراحی آرماتور ساختمان را انجام دهیم. می‌توانیم تغییرات را با سرعت نسبتاً بیشتری انجام دهیم. حداقل در شغل من، فناوری باعث پیشرفت زیادی شده است.»

نمادهای شکوفایی

با تکامل BIM و قابلیت همکاری و ادغام این ابزارها در جریان کاری AEC، روند ساخت سازه‌های بلندتر نیز قطعاً ادامه خواهد یافت.

امروزه آسیا و خاورمیانه مانند نیویورک و شیکاگو در اوایل قرن نوزدهم، ثروت و جایگاه جهانی به دست می‌آورد و مشتاق است که شکوفایی و ایده آل های خود را به نمایش بگذارد. ساخت آسمان‌خراش‌های بسیار بلند یک روش زیبا (اگرچه همیشه مقرون‌به‌صرفه نیست) برای انجام این کار است. همانند اولین آسمان‌خراش‌های ساخته‌شده، تقاضای فعلی برای آسمان‌خراش‌های فوق‌العاده بلند، ضرورت توسعه فن‌آوری‌های جدیدتر و سریع‌تر را ایجاب می‌کند.

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.