Table of Contents
Understanding Advanced Formwork Technologies in Modern Construction
وقد تم تحديد صناعة البناء منذ فترة طويلة بسبب التوتر بين السرعة والتكلفة والجودة، وفي المشاريع ذات المتناول المرتفع، حيث تترجم التأخيرات مباشرة إلى خسائر مالية وفشل الفرص المتاحة في كل يوم على صعيد المسائل الهامة المتعلقة بالمسارات، وقد ظهرت تكنولوجيات الشكل المتقدمة كإجابة حاسمة لهذا التحدي، مما أدى إلى تغيير جذري في كيفية بناء هياكل محددة، وذلك بالاستعاضة عن الأساليب التقليدية القائمة على كثافة اليد العاملة بنظم بناء نموذجية آلية، وتقنيات بناء مصممة بدقة.
الشكل هو المولد المؤقت الذي يُحتفظ بالخرسانة السائلة حتى يعالج ويكسب قوة كافية، التطور من شكل الخشب المبني على الموقع إلى النظم المُهندسة يمثل تحولاً من البناء الحرفي إلى الإنتاج الصناعي، وتُعزز النظم المتقدمة اليوم عوامل الصنع الجاهزة، والميكانيكية، والتكامل الرقمي لتحقيق أوقات الدورة التي لم يكن من الممكن تصورها قبل جيل.
ما هي تكنولوجيا الاستمارة؟
وتشمل تكنولوجيا الأشكال جميع الهياكل والمواد المؤقتة المستخدمة لاحتواء وتشكيل الخرسانة التي توضع حديثا حتى تصلبها، فالشكل التقليدي يعتمد عادة على الخشب المقطع على الموقع، والخشب، والروابط العسيرة - وهي عملية بطيئة وكثيفة المواد، وتعتمد اعتمادا كبيرا على النجارات الماهرة، وفي حين أن هذا النهج يكفي للمشاريع الصغيرة أو غير المنجزة، فإنه يخلق اختناق على مواقع أوسع نطاقا وأكثر سرعة.
وتغير تكنولوجيا الأشكال الحديثة المعادلة بإدخال عناصر موحدة وقابلة لإعادة الاستخدام يمكن تجميعها بأقل قدر ممكن من العمل وتعديلها لمختلف الهندسة، وتتمثل المبادئ الرئيسية في النمط، والقابلية للتشغيل، والآلية، وتصمم النظم بحيث يتم تجريدها وتنظيفها ونقلها وإعادة فرزها بسرعة، وكثيرا ما تكون مزودة بمنابر أمان متكاملة تقلل من مخاطر سقوطها، وتكون النتيجة عملية بناء عالية التكرار يمكن التنبؤ بها حتى وإن كانت قد انتهت.
وبالإضافة إلى السرعة، فإن الشكل المتقدم يتصدى أيضاً لتماسك الجودة، فاللوحات المصممة بدقة تنتج أسطحاً ملموسة أكثر سلاسة، مما يقلل من الحاجة إلى التصحيح والانتهاء من العمل، ويكفل تسامح الحي أن تتواءم النوافذ والجدارات بشكل صحيح، وهو أمر حاسم بالنسبة للعناصر الجاهزة والنظم الميكانيكية التي تعتمد على أبعاد دقيقة.
Key Advanced Formwork Technologies for Speed
وتمثل التكنولوجيات التالية أكثر الابتكارات تأثيرا في الشكل السريع، ويتناول كل منها نقاط ألم محددة في عملية التشييد: وقت التجهيز، والتنقل الرأسي، ومدة العلاج، والتعقيد الجغرافي.
نظم النموذج الموحد
وتتألف أشكال الوحدات من لوحات وحزم وأجهزة اتصال يمكن تجميعها في أي شكل تقريبا، وهي نظم تُصنع عادة من الفولاذ الألومنيوم أو الصلب المكفول، مما يوفر نسبا عالية من القوة إلى الوزن ومقاومة التآكل، وتشترك الأفرقة في استخدام دبابيس الحشيش أو أقفال الكام، مما يسمح للعمال بتشكيل وتفكيك مناطق كبيرة في شكل من أشكال الخشب التقليدي.
ومن بين المزايا الرئيسية للنظم النموذجية إعادة استخدامها، ويمكن استخدام مجموعة من الوحدات ذات الحفظ الجيد في عشرات المشاريع، ونشر الاستثمار الأولي على مدى فترة خدمة طويلة، وفي المباني ذات المناطق المرتفعة، حيث تتردد اللوحات الأرضية بشكل متطابق بالنسبة للعديد من القصص، يصبح شكل العمل النموذجي العمود الفقري لبرنامج سريع الدورة، ويصبح العمال على دراية بالنظام بعد الأيام القليلة الأولى، ويزيد الإنتاج التقليدي باستمرار.
Automated Climbing Formwork
وتصمم نظم الاستمارة الآلية للتسلق على الهياكل العمودية مثل الجدران والنواة والسدود، وتتألف من لوحات شكلية مجهزة على إطار تسلق يتجه نحو الارتفاع باستخدام محركات الهيدروليكية أو الكهربية، وعندما تصل الخرسانة إلى قوة كافية، عادة بعد يوم أو يومين من إطلاق النظام، وترتفع إلى المستوى التالي، وتعيد تشكيلها.
ويسمح كل من المتغيرين المشتركين [(FLT:0])] شكل الترميز الذاتي ] و أشكال التسلق غير المتمتع بالحكم الذاتي .() وتتمتع نظم القذف الذاتي باستقلالية كاملة: فهي تتسلق عبر الرافعات أو السكك الحديدية التي ترتفع بواسطة حزمة طاقة على متنها.
وتستخدم أشكال التصعيد الآلي على نطاق واسع في بناء نواة معززة من الخرسانة لأبراج عالية، حيث يكون التقدم الرأسي هو المسار الحاسم، ومن خلال إتاحة دورة رفع مدتها يومان إلى ثلاث أيام، فإن هذه النظم مفيدة في تحقيق جداول البناء العامة التي تتطلب، لولا ذلك، إطارا هيكليا من الصلب.
الأعمال الاستنباطية الذاتية
شكل الترميز الذاتي هو مجموعة فرعية من نظم التسلق الآلية التي تعمل بكاملها بدون معدات رفع خارجية، ويتكون الشكل من إطار تسلق يضم الأغبياء الهيدروليكية أو الملاجئ، وبعد أن تصب الخرسانة وتعالج بشكل كافٍ من 12 إلى 24 ساعة، يتم إطلاق اللوحات من بعد، ويرتفع الإطار إلى المستوى التالي، ويعاد تشكيل اللوحات.
والمنافع الأساسية هي القضاء على تبعية الرافعات للحركة الرأسية، وهذا أمر ذو قيمة خاصة بالنسبة للمواقع الحضرية المكتظة حيث يكون وقت الرافعة باهظ التكلفة ومحدودا، وبالإضافة إلى ذلك، فإن نظم القذف الذاتي تتيح الصم المتزامن للأعمدة والجدارات والأصفاد في دورة واحدة، مما يزيد من الضغط على الجدول الزمني، فبالنسبة للمباني التي تتجاوز 300 متر، تعتبر أشكالا ذاتية ممارسة عادية.
نظام الاستمارة المتطورة
وتتطلب الخرسانة التقليدية ما لا يقل عن ٢٤ ساعة إلى ٤٨ ساعة لتطوير قوة كافية لدعم وزنها الخاص وما يليه من حمولات، فعند تحديد المزلاجات الخرسانية بسرعة، مثل المعجلات القائمة على كلوريد الكالسيوم أو نترات الكالسيوم أو الكبريتات الألومنيوم، تخفض هذه الفترة إلى ٤ ساعات و ١٢ ساعة، وعندما تقترن هذه المواد بصور متخصصة يمكن تجريدها في وقت مبكر، فإنها تتيح فترات دورة أقصر بكثير.
وقد صممت نظم الاستمارة السريعة للسماح بالتجريد المبكر دون الإضرار بالخرسانة، وهي غالبا ما تتضمن لوحات ساخنة أو أغطية محاطة لمراقبة درجة الحرارة أثناء المعالجة، وزيادة سرعة زيادة القوة، وفي المناخات الباردة، فإن الجمع بين المعجلات والشكل المسخن أمر أساسي للحفاظ على جداول أعمال البناء الشتوية، أما في المشاريع مثل رصيفات الجسور أو نهج إنتاجية سريعة مقارنة بدورة عادية.
3D-Printed Formwork
ويتزايد استخدام الصناعة التحويلية الاصطناعية، أو الطباعة بواسطة ثلاثية الأبعاد، في خلق شكل تقليدي يكون باهظ التكلفة أو مستحيلاً على نحو مُحكم، كما أن الشكل 3D-مطبوع هو ذو قيمة خاصة بالنسبة للأشكال الأرضية المعقدة، مثل الألواح المُنَفَّرة المزدوجة، أو الأشكال العضوية، أو الأنماط المعقدة المستخدمة في الخرسانة المعمارية، ويمكن أن تكون المواد المطبوعة متعددة البوليمر أو الرمل أو مركبة معززة لاحقاً.
وفي حين أن التكوين المطبعي 3D لا يزال تكنولوجيا ناشئة، فإنه يتيح إمكانية كبيرة لسرعة تدفق العمل من التصميم إلى الإنتاج، ويمكن طباعة العفن الذي يستغرق أسابيع لصناعة الأخشاب التي تُستخدم في إطار الشركة الوطنية للأخشاب التي تُستخدم في مرحلة مبكرة، ويمكن أن يُستخدم الشكل الأمثل للحد الأدنى من استخدام المواد والتجريد السهل من النفايات، مما يؤدي إلى إزالة الصيغ المعمارية التي تُعدّ بصيغتها 3D.
فوائد تكنولوجيات العمل المتقدمة
ويؤدي نشر تكنولوجيات الأشكال المتقدمة إلى تحسينات قابلة للقياس عبر مقاييس متعددة للمشاريع، وفي حين أن السرعة هي أكثر الفوائد وضوحا، فإن المزايا تمتد إلى التكلفة والسلامة والجودة وحرية التصميم.
وقت التشييد المخفض
والأثر المباشر للشكل المتقدم هو ضغط أوقات دورة الحد الأدنى، ففي مشروع نموذجي من ارتفاع مستوى الأزمة، يمكن أن يتيح الشكل التقليدي طابقاً واحداً كل سبعة إلى عشرة أيام، وبتحوله إلى نظام للألومنيوم النموذجي وقاعدة تسلق آلي، يمكن للبنّاء أن يحققوا دورة مدتها أربعة أيام أو أقل، وفي برج مركب يبلغ 50 يوماً، يترجم هذا الفرق إلى وفورات في الجدول تتراوح بين 150 و300 يوماً في البنية التحتية الكبيرة.
الوفورات في التكاليف
ويترجم التشييد السريع مباشرة إلى تكاليف تمويل أقل، وتوليد الإيرادات في وقت سابق، وانخفاض النفقات العامة، إذ يتطلب العمل أقل لكل متر مربع من أشكال العمل لأن التجميع والتفكيك أكثر كفاءة، كما أن إعادة استخدام النظم النموذجية تؤدي إلى انخفاض التكاليف المادية لكل استخدام، وفي حافظة مشاريع مماثلة، كثيرا ما يدفع الاستثمار الأولي في شكليات عالية الجودة لنفسه في إطار منظومتين أو ثلاث منشآت، كما أن تكاليف الصيانة الخاصة بنظم اللبنات الخماسية يجب أن تكون منخفضة بالمقارنة مع الأخشاب.
تحسين أداء السلامة
فالشكل التقليدي للأخشاب يتطلب من العمال معالجة المكونات الثقيلة والحرجة في الارتفاع، وغالبا ما تكون ذاتية التكسير، فالتقلل من الارتفاع هو السبب الرئيسي في الوفيات في البناء، حيث أن نظم الشكل المتقدمة تتضمن الحراسة وشبكات الأمان ومنابر العمل المتكاملة كجزء من التصميم، وتخفض نظم التكفير الذاتي والتشهير الآلي الحاجة إلى رفع الأدلة ونقل النماذج، وتخفض نسبة التعرض للإصابة في مواقع العمل إلى 40 في المائة.
تحسين الدقة والجودة
فالشكل المتحرك ينتج عن تشديد التسامح أكثر من البدائل التي تبنى الموقع، وتصنع الألواح المتحركة في حدود دقة 1-2 ملم، كما أن معدات الاتصال تكفل الاتساق، والنتيجة هي وجود سطح ثابت وسلس وملموس يتطلب الحد الأدنى من التصحيح والتغليف، وتخفض النوعية الأفضل من مخاطر الشقوق والفراغات وغيرها من العيوب التي يمكن أن تؤدي إلى إصلاح أو إعادة تشغيل المنتج المعماري.
التصميم المرنة والمقاييس الجغرافية المعقدة
ولا يقتصر الشكل المتقدم على الأشكال الرجعية، ويمكن تكييف النظم النموذجية من أجل الجدران المكشوفة والأعمدة والنوافذ باستخدام لوحات أو أُدرجتات مصممة حسب الطلب، بينما يفتح الشكل 3D الباب للشكل العضوي والمجاني الذي يتسم بالكفاءة الهيكلية والضرب البصري، ويتيح هذا المرونة للمهندسين المعماريين استكشاف التصاميم التي يمكن أن تشكل عائقاً باهظاً.
الاعتبارات الرئيسية لتنفيذ الأعمال التمهيدية المتقدمة
وفي حين أن الفوائد قاهرة، فإن اعتماد أشكال متقدمة يتطلب تخطيطا واستثمارا دقيقين، ويجب على أفرقة المشاريع أن تقيّم العوامل التالية لضمان التنفيذ الناجح.
الاستثمار الأولي وتحليل النتائج
وتتحمل نظم الأشكال المتقدمة تكلفة أعلى من تكلفة الأخشاب التقليدية أو النظم المستأجرة، وقد تكلف مجموعة كاملة من الوحدات السكنية ذات الشدة العالية 000 200 دولار إلى 000 500 دولار، ويمكن أن تتجاوز نظم التسلق الآلية مليون دولار، غير أنه ينبغي حساب العائد على الاستثمار على كامل دورة حياة المشروع وعلى امتداد مشاريع متعددة، وتشمل المتغيرات الرئيسية عدد الطوابق ومعدلات العمل وتكاليف الارتداد القصوى والجدول الزمني لقيمة الاستحقاق.
التدريب والعمل الماهر
وتتطلب النظم المتقدمة معارف متخصصة لجمعها وتشغيلها وصيانتها، حيث يقدم الموردون عادة التدريب والدعم التقني في الموقع، ولكن على المتعاقدين أن يستثمروا في زيادة مهاراتهم في العمل، ويمكن أن يكون التحول من مهارات النجارة إلى مهارات تجميع النظم تغييرا في الثقافة، ولكنه يؤدي في كثير من الأحيان إلى موقع عمل أكثر إنتاجية وأكثر أمانا، وعلى مر الزمن يصبح العمال أكثر ملاءمة ومضاعفة الإنتاجية.
اللوجستيات والمواقع
فاللوحات النموذجية والأطر التسلقية كبيرة وثقيلة، فالنقل إلى الموقع والتخزين على الأرض يتطلب تنسيقا دقيقا، وفي المواقع الحضرية المكتظة، يجب التخطيط لاستراتيجيات التسليم والتحميل الرأسي في الوقت المناسب، ويجب أن يستوعب تصميم الشكل تعزيز المواد الصلبة والخراطة والاختراق الميكانيكي دون تعديل، كما أن المشاركة المبكرة لمورد الشكل في مرحلة التصميم تساعد على حل هذه المسائل قبل بدء البناء.
التكامل مع الأدوات الرقمية
تم تصميم نظم الأشكال الحديثة بشكل متزايد للتكامل مع سير العمل الرقمي. Building Information Modeling (BIM) ) تستخدم لنموذج الهندسة، وتوليد مخططات الأفرقة، وخلق عمليات نقل المواد، وتحفيز تسلسل التسلق، وهذا التكامل يقلل من الأخطاء وإعادة العمل، ويقدم بعض الموردين المكتبات ذات الشكل النهائي، وأدوات تصميم النماذج التي تُؤمّتّتّتّت على شكل آلية.
دراسات الحالات الإفرادية: العمل المتقدم في شكل دراسات إفرادية
وتوضح مشاريع العالم الحقيقي الأثر التحولي لهذه التكنولوجيات على الجداول الزمنية للتشييد.
برج الإقامة العالي - دبي
واعتمد برج سكني من 45 إلى 45 في دبي نظاما كاملا لشكل الألومنيوم المنصّة للمصفوفات والجدارات، مقترنا بشكل للنسيج الذاتي للركيزة المركزية، وحقق المقاول دورة طابقية ثابتة مدتها أربعة أيام، مقارنة بدورة ثمانية أيام نموذجية للمشاريع المحلية التي تستخدم النظم التقليدية لحطب الخشب، وكانت النتيجة فترة تشييد إجمالية قدرها 18 شهرا، مقابل 28 شهرا التي كان من المتوقع تحقيقها.
جسر البناء - النرويج
تم بناء جسر طريق سريع مع عدة فطائر طويلة باستخدام نظام لشكل الرافعات مع تركيبات محددة سريعة تسمح بالتجريد في 8 ساعات، وتم بناء الفطائر في رفات تبلغ 4.5 متر كل يومين، مقارنة بدورة مدتها أربعة أيام باستخدام الأساليب التقليدية، وقد انتهى المشروع قبل خمسة أشهر من الجدول الأصلي، وأبلغ المتعاقد عن انخفاض بنسبة 30 في المائة في تكاليف العمل الشكلي.
المهندس المعماري - لندن
واستخدمت مجموعة من المتاحف ذات الجدران الخرسانية المصفورة والمنصة شكلاً من 3D لإنتاج الأنماط المعقدة، وقد طبعت الأوراق في مصنع وشحنت إلى الموقع حيث تم تجميعها وتركيبها في جزء من الوقت اللازم للبيع التقليدية للأخشاب المصممة يدوياً، وقد اكتمل نظام الجدار بأكمله في 6 أسابيع مقابل 16 أسبوعاً مع تحديد أقساط تكلفة الادخار المطبوعة.
الاستدامة والكفاءة المادية
إن النظم القابلة للاستعمال تقلل من الطلب على الأخشاب، الذي كثيرا ما يكون مصدره الحراجة غير المستدامة، وانخفاض النفايات من مواد أقل شكلاً، وأقل المواد التي يتم الانتهاء منها (مثلاً، مجمع التنظيف) قد يقلل من البصمة البيئية للمشروع، وعلاوة على ذلك، فإن سرعة البناء تعني أن الوقود أقل حرقاً من معدات الموقع، وقلّة عدد رحلات العاملين، وانخفاض الانبعاثات الإجمالية لكل متر مربع من الأماكن المبنية.
وقد أظهرت تقييمات دورة الحياة أن إجمالي البصمة الكربونية للمبنى يمكن تخفيضه بنسبة ٥-١٠ في المائة فقط من خلال اعتماد نظم نموذجية قابلة لإعادة الاستخدام، ويرجع ذلك أساسا إلى انخفاض استهلاك الأخشاب وانخفاض النفايات الملموسة من إعادة العمل، ومع تشديد الأنظمة وازدياد الزبائن في طلب البناء الأخضر، تصبح حالة الاستدامة بالنسبة للشكل المتقدم حجة مقنعة أخرى لاعتماده.
المستقبل: الشكل المقبل للجيل
ولا يزال تطور الشكل بعيدا عن الكمال، إذ تعد عدة اتجاهات ناشئة بزيادة التعجيل بخطى التشييد وتوسيع إمكانيات التصميم.
الأجهزة والتألق
ويجري حالياً إجراء بحوث لتطوير نظم آلية كاملة للتشكيل يمكن أن تكون ذاتية الصلاحية، وأن تعدل الهندسة على الذبابة، بل وأن تُركّز التعزيز المستقل، وتستعمل النماذج الأولية في وقت مبكر الأسلحة الموسّطة لوضع وتأمين لوحات نموذجية، وتخفض العمالة اليدوية إلى أدنى حد، وفي العقد المقبل، قد نرى نظماً يمكن أن تُنشئ شكلها الخاص وتصبّ الخرسانة دون مشاركة إنسانية مباشرة، وتخضع تماماً لرقابة.
التوائم الرقمية ورصد الزمن الحقيقي
وسيتيح إدماج أشكال أجهزة الاستشعار والتوأم الرقمي لأجهزة إيوت رصد أفرقة المشاريع في الوقت الحقيقي، ومواءمة شكل العمل، وظروف السلامة، ويمكن لهذه البيانات أن تغذي التحليلات التنبؤية لتعظيم فترات الدورة وتحديد القضايا المحتملة قبل أن تسبب تأخيرا، فعلى سبيل المثال، يمكن للمستشعرات المجسدة في الشكل أن تكشف عن الإفراط في اليقظة أو سوء السلوك، مما يؤدي إلى تنبيه يحول دون حدوث عيوب.
المواد المتقدمة من أجل العمل الاستمارة
المواد الجديدة مثل البوليمرات المقوى بالألياف والمركبات العالية الارتفاع يتم استكشافها لفرق العمل هذه المواد أخف من الألمنيوم، وتحملها قدرة ممتازة، ويمكن أن تُنقَل إلى أشكال معقدة، وتشكيلات الـ "إف بي" تستخدم بالفعل في إنتاج محدد مسبق، وتدخل تدريجياً إلى سوق الهجاء الطبقي
وفي الختام، تمثل تكنولوجيات الشكل المتقدمة عاملا حاسما في التمكين من وضع جداول زمنية للتشييد السريع، إذ إن اعتماد نظم نموذجية وآلية ومتكاملة رقميا، يمكن للبناء أن يحققوا دورات أسرع، وتكاليف أقل، وسلامة أفضل، ونوعية أعلى، ويستلزم القرار بالاستثمار في هذه التكنولوجيات تحليلا دقيقا للظروف الخاصة بالمشاريع، ولكن الاتجاه واضح: فالصناعة تتحرك بعيدا عن شكل الخشب المخصص نحو تطوير النظم الرقمية ذات المقاييس السريعة التي تعالج عملية البناء.
لقراءة المزيد من الابتكارات، يشير إلى دليل (FLT:0) الخاص بـ (ACI) بشأن الأشكال المتقدمة و مقالة تقنية عن الأشكال العالية للأزمات .