إن خفض النفايات أثناء مشاريع البناء أمر أساسي لتحقيق الاستدامة البيئية وكفاءة التكلفة، فالفولاذ الهيكلي، وهو مادة حيوية في البناء الحديث، كثيرا ما يولد نفايات كبيرة إن لم تدار على النحو المناسب، ويمكن لتنفيذ استراتيجيات فعالة أن يقلل إلى أدنى حد من هذه النفايات ويعزز ممارسات البناء المراعي للبيئة، وفي صناعة يشكل فيها الفولاذ جزءا كبيرا من التكاليف المادية ويجسد الكربون، بل إن التحسينات الهامشية في خفض النفايات تؤدي إلى عائدات مالية وبيئية كبيرة.

وتشكل نفايات التشييد والهدم ما يقرب من 600 مليون طن سنويا في الولايات المتحدة وحدها، مع وجود فتيل يمثل جزءا كبيرا من الصلب، وخلافا للعديد من المواد الأخرى، فإن الصلب قابل لإعادة التدوير بنسبة 100 في المائة دون فقدان الجودة، ومع ذلك فإن صناعة البناء لا تزال تفقد ملايين الأطنان من مدافن القمامة كل سنة بسبب عدم كفاءة التصميم والمشتريات والمناولة، وترسم هذه المادة استراتيجيات مثبتة لخفض نفايات الصلب الهيكلية، ومساعدة أفرقة المشاريع على توفير الأموال، وتلبية أهداف الاستدامة، والامتثال للأنظمة المتزايدة.

The Scale of Structural Steel Waste in Construction

إن فهم حجم نفايات الصلب هو الخطوة الأولى نحو معالجة هذا الأمر، وتشير الدراسات التي أجرتها وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة إلى أن أعمال التشييد والهدم تشكل أكثر من ضعف كمية النفايات الصلبة البلدية التي تولد سنويا، وفي حين أن الخشب والخرسانة يهيمنان على مجرى النفايات، فإن القيمة العالية للصلب وإعادة التدوير تجعله هدفا رئيسيا لجهود التخفيض.

وتشمل المصادر النموذجية للنفايات الصلبة الهيكلية ما يلي:

  • الإفراط في الترتيب بسبب تقدير المحافظ أو عدم وجود عمليات مقذوفة مفصلة
  • قطع ودقائق من الشعاعات والأعمدة واللوحات التي لم تُعاد استخدامها
  • مواد مسدودة أو متآكلة من التخزين غير السليم في الموقع
  • مواد محددة أو غير صحيحة لا يمكن إعادتها
  • نفايات إزالة الألغام من مشاريع التجديد أو إزالة التشييد

ووفقاً لمعهد إعادة تدوير الصلب، فإن المعدل العام لإعادة تدوير الفولاذ الهيكلي في البناء مرتفع بشكل مثير للإعجاب، ويتجاوز 95 في المائة بالنسبة للخردة التي تولد أثناء التصنيع، غير أن معدل نفايات البناء في الموقع أقل، ويرجع ذلك جزئياً إلى التحديات اللوجستية والتلوث. ]

ويساوى الأثر المالي في الأهمية، إذ أن تقلبات أسعار الفولاذ تتجاوز أحياناً 000 1 دولار لكل طن من النفايات تخفض هوامش المشروع بشكل مباشر، وقد يؤدي البناء التجاري النموذجي إلى توليد 10 إلى 20 طناً من خردة الصلب، مما يمثل عشرات الآلاف من الدولارات من القيمة المادية الضائعة بالإضافة إلى تكاليف التخلص، وباعتماد استراتيجيات لخفض النفايات، يمكن للمتعاقدين أن يستردوا جزءاً من تلك القيمة ويحسنوا من تنافسيتهم.

الاستراتيجيات الرئيسية لخفض النفايات الهيكلية

ويتطلب الحد من نفايات الصلب نهجا متعدد الجوانب يمتد إلى دورة حياة المشروع بأكملها من التصميم والمشتريات من خلال الصنع والتركيب وإدارة نهاية العمر، وقد ثبتت فعالية الاستراتيجيات التالية في مشاريع البناء في العالم الحقيقي.

1 - نماذج المعلومات المسبقة عن التصميم والبناء

فالتخطيط الدقيق والتصميم المفصل هما أساس خفض النفايات، ويتيح نموذج المعلومات المتعلقة ببناء المعلومات للمهندسين والمهندسين المعماريين وضع نماذج دقيقة من ثلاث ديم تحفز على التحميلات الهيكلية، والوصلات، والاحتياجات المادية، وتتيح هذه النماذج عمليات التصفية الدقيقة للكميات، مما يقلل من الاعتماد على التقديرات المحافظة التي تؤدي إلى زيادة في الطلب.

كما تيسر المبادرة الكشف عن الاصطدام بين الفولاذ الهيكلي وغيره من نظم البناء (الميكانيكية والكهربائية والسباكة) مما يقلل إلى أدنى حد من التعديلات والتخفيضات الميدانية، مما يؤدي إلى استخدام أكثر كفاءة للصلب، مما يوفر في كثير من الأحيان ما بين 5 و10 في المائة من تكاليف المواد، وعلاوة على ذلك، يمكن استخدام نماذج BIM لوضع خطط تجميلية، ويُحدّد إلى الحد الأمثل من المبيدات واللوحات من المخزون الخام لتقليل إلى أدنى حد من النفايات.

وتبين عدة دراسات حالة من المعهد الأمريكي لتشييد الصلب ] أن المشاريع التي تستخدم تنفيذ المشاريع المتكاملة مع شركة BIM تحقق أقل من 2 في المائة من إنتاج الخردة، مقارنة بمتوسطات الصناعة البالغة 5-10 في المائة.

2 - المشتريات على الوجه الأمثل والتسليم في الوقت المناسب

وكثيرا ما تنطوي ممارسات الشراء على طلب الصلب استنادا إلى تقديرات تقريبية، ثم تخزين المواد في الموقع لأسابيع أو أشهر، مما يؤدي إلى إلحاق الضرر والتآكل والسرقة، ويكفل تنفيذ جداول تسليم فورية في الوقت المناسب وصول الصلب عند الحاجة، مما يقلل من وقت التخزين وما يرتبط به من تدهور.

وينبغي لأفرقة المشتريات أيضاً أن تضع عمليات نقل مادي مفصلة من رسومات المتاجر، وأن تطلب من المصانع تقديم قوائم مقصودة بالقطع على النحو الأمثل، وأن تتفاوض على عقود تسمح بعائدات المواد غير المستخدمة، بدلاً من إجبار المتعاقد على مواصلة خفض جميع الفولاذات المطلوبة، ويشترط بعض أصحاب المشاريع على الموردين الآن أن يستعيدوا الخردة بسعر مخفض، وتحويل النفايات إلى أصول قابلة للاسترداد.

ويقلل توحيد أحجام الأقسام المشتركة عبر المشروع من عدد القطع الفريدة، مما يسهل إعادة استخدام المخلفات والتقليل إلى أدنى حد من قائمة المخلفات ذات الحجم الغريب التي غالبا ما تكون خردة.

3 - الإنشاءات السابقة التجهيز والبناء النموذجي

ويتيح تصنيع مكونات الصلب الجاهزة في أماكن المصنع الخاضعة للرقابة تصنيعا دقيقا بأقل قدر من النفايات، كما أن ظروف المصانع تزيل الضرر المتصل بالطقس وتتيح عمليات التقطيع والربط الآليين التي تُستخدم المواد على النحو الأمثل، ويزداد هذا البناء من خلال تجميع وحدات البناء بأكملها - بما في ذلك أُطر الصلب والطابق الأرضية والجدران - في مصنع، ثم نقلها إلى موقع التجميع السريع.

وفوائد خفض النفايات كبيرة، وقد أشار تقرير من ماكينزي إلى أن التشييد النموذجي يمكن أن يقلل من النفايات المادية الإجمالية بنسبة تصل إلى 50 في المائة مقارنة بالأساليب التقليدية في الموقع، وبالنسبة للفولاذ تحديدا، فإن النسيج القائم على المصنع يولد خردة متسقة ويمكن إدارتها يمكن إعادتها فورا إلى مطحن الصلب لإعادة تدويرها بدلا من الخلط مع الحطام الموجود في الموقع.

وعلاوة على ذلك، فإن التكاثر المسبق يقلل من الحاجة إلى الأعمال المؤقتة، والتفاخر، والاختناق، التي تولد في حد ذاتها نفايات فولاذية، وكثير من مبان الصلب المفرد مصممة على نحو مفتقر إلى التجزئة، مما يعني أنه في نهاية حياة المبنى، يمكن بسهولة استصلاح واستخدام مكونات الصلب في مشاريع مقبلة.

4- إدارة النفايات في الموقع وتصريفها

وحتى مع أفضل تصميمات ومعالجات سابقة التجهيز، فإن بعض نفايات الصلب في الموقع لا مفر منها، ويمكن أن تؤدي الممارسات الفعالة لإدارة النفايات إلى تحقيق أقصى قدر من الاسترداد والتقليل إلى أدنى حد من التخلص من مدافن القمامة، وينبغي للمتعاقدين أن يسميوا صناديق منفصلة لقطع الصلب الخام وغير الحديدية، وأن يدربوا العمال على فرز المواد عند نقطة الجيل، كما أن الخردة الملوثة (المثبتة بالخرسانة أو الخشب أو البلاستيك) أقل قيمة وأكثر صعوبة في إعادة تدويرها، وبالتالي فإن الفصل هو أمر حاسم.

ويساعد تنفيذ خطة لإدارة النفايات في الموقع قبل البناء على تحديد مسارات النفايات المتوقعة وتحديد أهداف لتحويل مسارها، إذ تتطلب ولايات قضائية كثيرة الآن خططاً لإدارة النفايات في المشاريع الكبيرة، ويمكن أن يحقق تحقيق معدلات تحويل عالية أرصدة دائنة بموجب شهادات الاعتماد الخاصة بالمناخات الصغيرة والمتوسطة وغيرها من شهادات البناء الخضراء.

ويمكن لعمليات المراجعة المنتظمة لملفات الخردة أن تكشف عن أنماط مثل عمليات الخفض المفرطة من نوع معين يُسترشد بها في تعديلات التصميم على المراحل المقبلة، وتسمح نظم التتبع الرقمي باستخدام الشعابين أو بطاقات التعريفات على أعضاء الفولاذ برصد الاستخدام الفعلي للمواد وتوليد النفايات.

5 - الشراكات من أجل إعادة الاستخدام وإعادة التدوير

وفي حين أن الفولاذ قابل لإعادة التدوير بشكل نهائي، فإن إعادة استخدام مكونات الصلب دون إعادة الصهر ينقذ المزيد من الطاقة ويقلل من انبعاثات الكربون، ويضمن إقامة علاقات مع المدفِّقات المحلية أو مُعادِلات الصلب أن يتم جمع الخردة وتجهيزها بكفاءة، وتعيد بعض الشركات المتخصصة الآن بناء المباني خصيصاً لاستعادة الفولاذ من أجل إعادة الاستخدام، وغالباً ما تبيع الحزم والأعمدة المستعادة.

وبالنسبة للبناء الجديد، يحدد أن جميع الفولاذ يجب أن يحتوي على نسبة مئوية دنيا من المحتوى المعاد تدويره، تتراوح بين 60 و90 في المائة بالنسبة للتشكيلات الهيكلية - يُسد الحلقة ويشجع الصناعة على الاستثمار في البنية التحتية لإعادة التدوير.() وتفيد الرابطة العالمية للبترول ] بأن استخدام الفولاذ المستند إلى الخردة يقلل من استهلاك الطاقة بنسبة 75 في مقابل إنتاج الفولاذ من ركاز الحديد، مما يجعل من الصلب الأخضر المعاد تدويره خياراً جذاباً.

وفي بعض الحالات، يمكن لمالكي المشاريع أن يتفاوضوا مع مورد الفولاذ لاستعادة المواد المتبقية في نهاية العمل، والقضاء بفعالية على تكاليف التخلص من النفايات، وهذا يتطلب التخطيط الأولي واللغة التعاقدية الواضحة، ولكن يزداد شيوعا في مشاريع البنية التحتية الواسعة النطاق.

6 - تدريب القوى العاملة وممارسات البناء الليانية

وتؤدي العوامل الإنسانية دوراً رئيسياً في توليد النفايات، فالعمال الذين لا يتلقون التدريب على أساليب التداول والتخزين المناسبة قد يلحقون ضرراً عرضياً بأعضاء الفولاذ، مما يخلق نفايات كان يمكن تجنبها، وينبغي أن تشمل برامج التدريب تقنيات الرفع، وبروتوكولات التخزين (تغطي على الصلب من الأرض، وتغطية لمنع الصدأ)، وأساليب الاختزال المناسبة للحد من الاختراقات.

ويمكن تطبيق مبادئ البناء الخفيف مثل 5S (Sort, Set in Order, Shine, Standardize, Sustain) والتحسين المستمر على تركيب الفولاذ، وذلك مثلاً بتنظيم منطقة الاستغناء بحيث تكون الأقسام الأكثر استخداماً أقرب إلى الحد الأدنى من الرافعة ووقت السفر والأضرار المحتملة.() وتغذي العقبات اليومية أمام استعراض استخدام المواد ومقاييس النفايات ثقافة المساءلة.

وقد نفذ بعض المتعاقدين الرئيسيين برامج حوافز يشارك فيها الطاقم جزءا من الوفورات الناتجة عن خفض النفايات، مما يتوافق مع أهداف الاستدامة وينتج في كثير من الأحيان أفكارا خلاقة ومجالية لا يمكن أن تنظر فيها أفرقة التصميم.

7 - استخدام الصلب المُعاد تدويره والتربة المستدامة

ويقلل تكريس الفولاذ المعاد تدويره من الطلب على المواد البكر وما يرتبط بذلك من نفايات التعدين والتجهيز، ومعظم الصلب الهيكلي المنتج في الولايات المتحدة اليوم يأتي من فرون القوس الكهربائي التي تستخدم الخردة كمواد وسيطة رئيسية، غير أن جميع الفولاذ الممول من الإيواتي لا يُنشأ إلا بمطاحن متساوية تستخدم نسبة أعلى من الخردة التي تُعد أكثر استدامة.

وينبغي أن تتطلب مواصفات المشاريع توثيق المحتوى المعاد تدويره، وإذا أمكن، تفضيل الفولاذ من مطاحن مصدق عليها إلى ] معايير صناعية مثل المبادئ التوجيهية لاستدامة معهد بناء الصلب . وبالإضافة إلى ذلك، فإن الاستعانة بمصادر الصلب على الصعيد المحلي يقلل من انبعاثات النقل واحتمال حدوث ضرر أثناء الشحن - مصدر مخفي للنفايات.

وبالنسبة للفولاذ المستورد، كثيرا ما تكون آثار الكربون وآثار النفايات أعلى بسبب سلاسل الإمداد الأطول والأنظمة البيئية الأقل صرامة، وحيثما أمكن، ينبغي إعطاء الأولوية للاستعانة بمصادر محلية أو إمدادات إقليمية.

تحليل التكاليف والفوائد لاستراتيجيات الحد من النفايات

ويتطلب تنفيذ هذه الاستراتيجيات برامجيات أولية للاستثمار، وتدريب، ومعدات متخصصة، وشراكات، غير أن الوفورات الطويلة الأجل تفوق عادة التكاليف، وقد يكلف نموذج الاستثمار المتكامل المصمم جيداً ١-٢ في المائة من ميزانية المشروع، ولكنه يمكن أن يوفر ٥-١٠ في المائة من تكاليف المواد الصلبة عن طريق منع الإفراط في الطلب وخفض الأعمال، وقد يؤدي التكاثر إلى زيادة التعقيد السوقي، ولكن يقلل من جداول البناء الإيجابية ويخفض رسوم التخلص من النفايات، مما يؤدي في كثير من حالات كثيرة إلى حدوث عودة صافية.

وقد خلصت دراسة أجراها المعهد الوطني لعلوم المباني إلى أن كل دولار ينفق على منع النفايات يحقق وفورات تتراوح بين ٤ و ٧ دولارات من تكاليف المواد ورسوم التخلص وتجنب العمل، وبالنسبة لمشروع تجاري قدره ٢٠ مليون دولار يمكن أن يترجم إلى مئات الآلاف من الدولارات بقيمة مستردة.

وعلاوة على ذلك، يمكن أن يؤدي تحقيق شهادات الاعتماد على الموارد البشرية إلى زيادة قيمة الممتلكات واجتذاب المستأجرين الذين يرغبون في دفع إيجارات أقساط التأمين، ويسهم خفض النفايات بصورة مباشرة في الائتمانات المخصصة للتداول في فئة المواد والموارد، فضلا عن الابتكار في أرصدة التصميم من أجل الأداء المثالي.

Strategy Upfront Cost Long-Term Savings Waste Reduction Potential
BIM and detailed design Moderate High 5–10%
Just-in-time procurement Low Medium 2–5%
Prefabrication/modular High Very High 30–50%
Waste management & recycling Low Medium 10–20%
Workforce training & lean Low Medium-High 5–15%

دراسات حالة في مجال خفض النفايات الصلبة

مركز المرور العابر التابع لقوة المبيعات، سان فرانسيسكو

وأثناء بناء مركز النقل العابر التابع لقوة المبيعات - وهو هيكل واسع النطاق للفولاذ - استخدم فريق المشروع نظام بي إم من اليوم الأول، مما أدى إلى وضع نماذج نسيجية دقيقة تقل الخردة إلى أقل من 2 في المائة بالوزن، كما نفذ نظاماً شاملاً للفرز في الموقع، يحقق معدل تحويل لجميع نفايات الفولاذ بنسبة 98 في المائة، وقد حصل المشروع على شهادة سائلة من طراز ليد بلاتينوم، وعاد مورد الصلب جميع الخردة المتبقية دون تكلفة نتيجة للاتفاقات التعاقدية.

حديقة آبل، كوبرتينو

وقد تطلب مقر التعميم الإكراني أكثر من 000 3 طن من الصلب الهيكلي، حيث حدد أن جميع الصلب يجب أن يحتوي على 90 في المائة من المحتوى المعاد تدويره، وباستخدام وحدات جاهزة للتركيب، تم التقليل إلى أدنى حد من النفايات، وقد جمعت النفايات بواسطة جهاز إعادة تدوير محلي وتحولت إلى إعادة ضخ جديدة للمراحل اللاحقة من المجمع، وأفاد المشروع بأن المشروع قد انخفض بنسبة 40 في المائة من نفايات الصلب مقارنة بنهج البناء التقليدي.

الاتجاهات المستقبلية في مجال خفض نفايات البنية التحتية

وهناك عدة اتجاهات ناشئة تعد بزيادة تخفيض نفايات الصلب في السنوات القادمة، واعتماد نماذج دينامية دينامية رقمية للوقود، تستكمل في الوقت الحقيقي استنادا إلى بيانات الاستشعار، وتسمح لأفرقة المشاريع بتتبع استخدام المواد وتوليد النفايات عند حدوثها، ويمكن أن تؤدي المعلومات الاستخبارية وأدوار التعلم الآلية إلى تحقيق الحد الأمثل من خطط التكرار والتقطيع بقدر أكبر من كفاءة البرامجيات الحالية، مما يمكن أن يقلل من الخردة بنسبة ٥-١٠ في المائة.

وتكتسب مبادئ الاقتصاد العلماني الانكماش، حيث يقدم بعض المنتجين الفولاذ كخدمة: فهم يحتفظون بملكية المواد ويسترجعونها في نهاية حياة المبنى لإعادة استخدام منتجات جديدة، وهذا النموذج يحول الحافز من بيع أكبر قدر ممكن من الفولاذ إلى أقصى حد ممكن من العمر وإعادة استخدام كل طن.

وأخيراً، فإن تغييرات السياسة العامة - مثل قوانين توسيع نطاق مسؤولية المنتجين عن مواد البناء - قد تتطلب من منتجي الفولاذ أن يتراجعوا عن الخردة دون مقابل، وأن يغيروا جذرياً اقتصاديات إدارة النفايات، وأن بعض الدول الأوروبية لديها بالفعل هذه الأنظمة، ويجري النظر في اتخاذ تدابير مماثلة في أمريكا الشمالية.

خاتمة

فخفض نفايات الصلب الهيكلي أثناء البناء ليس مسؤولاً بيئياً فحسب بل أيضاً مفيداً مالياً، إذ إن اعتماد مجموعة من أدوات التصميم المتقدمة، والشراء الأمثل، والتجهيز المسبق، والإدارة الصارمة في الموقع، والتدريب على القوة العاملة، يمكن لأفرقة المشاريع أن تخفض النفايات بشكل كبير وأن تحسن خطها السفلي، فالاستراتيجيات المبينة في هذه المادة توفر خارطة طريق عملية لأي مشروع بناء يسعى إلى التقليل إلى أدنى حد من آثاره البيئية مع زيادة القيمة المادية إلى الحد الأقصى.

وللمزيد من التوجيه، توفر الموارد من معهد إعادة تدوير الصلب والمعهد الأمريكي لتشييد الصلب ومجلس المباني الخضراء بالولايات المتحدة أطراً تنفيذية مفصلة ومستقبل البناء هو أخضر وأكفأ، مع تحديد كيفية استخدام كل قطعة من الصلب.