البناء بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد: قرية الأمل في تنزانيا

تطور البناء باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد

لقد نضج البناء باستخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد بسرعة في السنوات الأخيرة، حيث يسمح التقدم في التكنولوجيا وعلوم المواد بتصميمات أكبر وأكثر طموحًا. كما تتنوع الاستخدامات المحتملة بشكل متزايد، من الإسكان الميسور التكلفة إلى قاعدة ناسا المخطط لها على القمر.

الانتقال إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد بالأرض

يتم بناء معظم الهياكل المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الخرسانة أو غيرها من المواد الأسمنتية القابلة للسكب التي تتميز برخص تكلفتها وموثوقيتها ومتانتها - على الرغم من أن ذلك ينطوي على بصمة كربونية كبيرة. ولكن هناك تطور ناشئ في هذا المجال قد يقدم نهجاً أكثر استدامة: الطباعة ثلاثية الأبعاد بالأرض.

قرية الأمل： مشروع مبتكر في تنزانيا

في كيباها، تنزانيا، غرب العاصمة دار السلام، من المقرر أن تقوم مجموعة من المهندسين المعماريين الرواد ببناء قرية جديدة باستخدام "الطباعة الترابية" في قلبها.

صُممت قرية الأمل، التي أنشأتها شركتا الهندسة المعمارية Hassell و ClarkeHopkinsClarke، بالتعاون مع مؤسسة One Heart الخيرية، لمساعدة وإيواء الأطفال الذين عانوا من صعوبات أو بيئات منزلية غير آمنة في جميع أنحاء البلاد.

المرافق التعليمية والرعاية للأطفال

ستوفر القرية التعليم لما يصل إلى 480 طفلاً، بالإضافة إلى الإقامة ورعاية الأطفال والتدريب على المهارات لعشرات الفتيات الضعيفات اللاتي تتراوح أعمارهن بين 3 و 18 عاماً. ومن المقرر إنشاء ما يقرب من 50 مبنى في الموقع، وستشمل الأراضي التي تم شراؤها أيضاً مناطق للزراعة وتربية الماشية ومناطق رياضية وترفيهية.

تصميم المركز المجتمعي باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد

المبنى البارز في قرية الأمل هو مركزها المجتمعي، وهو تصميم مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، وسيكون بمثابة قاعة مدرسية وكافتيريا خلال الأسبوع، وسيفتح أبوابه للمجتمع الأوسع لإقامة الفعاليات في عطلات نهاية الأسبوع.

استخدام التراب من مصادر محلية

أدرك المهندسون المعماريون أنهم يريدون استخدام تراب من مصادر محلية للمركز المجتمعي، لكنهم كانوا حذرين من القيود المفروضة على التراب المدكوك الذي عادة ما يتم ضغطه في جدران سميكة ومسطحة.

قال رئيس قسم التصميم والابتكار في شركة هاسيل، كزافييه دي كيستلييه، في مكالمة فيديو مع CNN: "أردنا التأكد من أننا قادرون على إنشاء جدران يمكنها تهوية المبنى، ولكن في نفس الوقت تجلب الضوء أيضًا".

وقد سمح التحول إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد بتصميم جدار مفتوح "مسامي" تم بالفعل تصميمه على شكل نماذج أولية يصل ارتفاعها إلى مترين (6.6 قدم) من قبل شريك هاسل، معهد العمارة المتقدمة في كاتالونيا (IAAC) في برشلونة، إسبانيا.

يقول هاسيل إن الجدران سيتم تشييدها باستخدام تربة مصدرها التربة من مسافة 25 كيلومترًا (15.5 ميلًا) من الموقع، وتحتوي على شبكة سلكية رقيقة بين الطبقات للتقوية. وعادةً ما تحتوي التربة المناسبة للطباعة على 15% إلى 30% من الطين، مما يمنحها خصائص ترابط طبيعية، على الرغم من أن دي كيستيليه قال إن المهندسين المعماريين لم يقرروا بعد ما إذا كانوا سيضيفون مادة لاصقة أخرى إلى الخليط.

لن تكون الجدران حاملة للأحمال، حيث سيدعم هيكل معدني السقف الكابولي الذي يغطي الجدران ويحميها من العوامل الجوية. وأوضح دي كيستيلييه أن السقف سيكون مصنوعًا من أطوال قصيرة من الأخشاب المحلية المصدر، متصلة بتصميم متشابك على الأرض قبل أن يتم رفعها و"لفها" فوق الإطار مثل خيمة من القماش وتغطيتها بصفائح معدنية.

التقنيات الحديثة في البناء بالتراب

يعود تاريخ البناء بالتراب إلى عصور ما قبل التاريخ وقد اتخذ أشكالاً عديدة، بما في ذلك الطوب اللبن والتراب المدكوك. وقد تمت تجربة الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام التراب لأول مرة في عام 2018، وتم تصميم أول منزل مطبوع ثلاثي الأبعاد مصنوع بالكامل من التراب، والذي أطلق عليه اسم TECLA، من قبل ماريو كوشينيلا للمهندسين المعماريين وتم تشييده بالقرب من رافينا، إيطاليا في عام 2021.

تحديات المتانة الهندسية

وتعتمد هذه الهياكل، مثلها مثل أي مبنى مصنوع بدون حديد تسليح أو إطارات فولاذية، على أشكال ذات سلامة هيكلية قوية. وهذا يعني غالبًا منحنيات، سواء كانت أقواسًا أو أقبية أو قبابًا مستديرة أو قبابًا (خذ على سبيل المثال البانثيون في روما، الذي لا يزال أكبر قبة غير مدعومة في العالم بعد مرور 2000 عام تقريبًا). في تنزانيا، ستعمل الطابعة على بناء طبقات من التربة المضغوطة في أعمدة منحنية مترابطة تترك مساحة سالبة للضوء والهواء ليتسلل من خلالها.

وبعيداً عن الشكل، تُعد المتانة الهندسية تحدياً رئيسياً عند العمل مع الأرض. فالخرسانة مادة مرنة يمكنها تحمّل العوامل الطبيعية؛ أما التراب فهو أقل من ذلك. لكن دي كيستيليه يصر على أنه عندما يتعلق الأمر بالهندسة المعمارية المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، "لسنا بحاجة إلى استخدام المزيد من الخرسانة"، وأن الخيارات الأكثر استدامة هي المستقبل - عند استخدامها بشكل صحيح.

تجارب سابقة في البناء بالطباعة ثلاثية الأبعاد

سيكون السقف الكابولي للمركز المجتمعي التنزاني حيويًا في حماية الجدران من تأثير تآكل الأمطار، وقال هاسيل إنه تشجع من خلال زيارة مشروع "توفا" الذي صممه المركز الدولي للهندسة المعمارية لعام 2022، وهو أول مبنى مطبوع ثلاثي الأبعاد في إسبانيا مصنوع من التراب. وقال دي كيستيلير: "يمكن أن تدوم هذه الجدران في الواقع لفترة طويلة جدًا".

ونظرًا لحداثة هذه التكنولوجيا، يحتفظ بعض الخبراء بتحفظات حول كيفية سير المباني المطبوعة ثلاثية الأبعاد على المدى الطويل، بينما أشار آخرون إلى "المناطق الرمادية القانونية" المحتملة فيما يتعلق بقواعد ولوائح البناء، والتي تختلف من بلد إلى آخر وغالبًا ما تكون محلية للغاية. حتى أن المهندس الذي كان رائداً في مجال البناء بالطباعة ثلاثية الأبعاد قال لمجلة نيويوركر العام الماضي إن "كل هذه الضجة لا مبرر لها". وفي الوقت نفسه، يقول المدافعون عن هذه التكنولوجيا إنها طريقة سريعة وفعالة لبناء المساكن وغيرها من المباني المنخفضة الارتفاع، في وقت تشهد فيه حتى بعض الدول الأكثر تقدماً اقتصادياً نقصاً في المساكن.

الإرث المستدام لمشروع قرية الأمل

سيتم تشييد مشروع قرية الأمل باستخدام نظام الطباعة Crane WASP الذي تبلغ تكلفته 160 ألف يورو (173 ألف دولار) والذي تم استخدامه في كل من TOVA و TECLA.

التدريب على المهارات للمجتمع المحلي

وقال دي كيستيلير: "لا تقتصر الخطة على استخدام التكنولوجيا فحسب، بل جلب التكنولوجيا إلى الموقع في تنزانيا وتركها هناك". وكجزء من التزام المشروع بالتواصل مع المجتمع المحلي والتدريب على المهارات، سيقوم القائمون على المشروع بتعليم السكان المحليين كيفية استخدام الطابعة حتى يتمكن المجتمع المحلي من تشييد المزيد من المباني في المستقبل.

مشاريع سابقة مشابهة في المنطقة

يشبه هذا النهج مشروعاً آخر من مشاريع شركة هاسل، وهو مركز بيدي بيدي للموسيقى والفنون في شمال أوغندا، الذي استخدم السكان المحليين لصنع الطوب الترابي المضغوط لمبنى مجتمع اللاجئين.

ووفقاً لمارك لوغنان، مدير ورئيس قسم التصميم في شركة هاسل فإن قرية الأمل أكثر طموحاً. وقال: "إنها (تجربتنا) الأولى (في) ما نأمل أن تكون منهجية ناجحة"، مضيفًا أنه يمكن تكرار هذا النموذج في يوم من الأيام في مواقع أخرى.

الرؤية المستقبلية لمشروع قرية الأمل

بالنسبة للدكتورة كونسولا إيليا، التي ستشرف على دار الأطفال في قرية الأمل، فإن المشروع هو "حقيقة حلم راودني لأكثر من 20 عامًا".

وقد بدأ العمل على المخطط الرئيسي، حيث يجري العمل بالفعل على بناء المساكن ومن المتوقع أن يبدأ بناء المركز المجتمعي في أوائل عام 2025.

قالت لوغنان: "نحن نستخدم (التصميم) للارتقاء بالطريقة التي يعيش بها الناس حياتهم اليومية". "نحن نستخدمه في هذه الحالة على أمل المساعدة والشفاء والتثقيف - ونستخدمه أيضًا للابتكار في الوقت نفسه."