עתיד הבנייה: הבית הבא שלך לא ייבנה – הוא ייוצר

עולם הבנייה מתחיל להפנים את הרעיון שדרוש שינוי בדרך בה בתים מתוכננים ונבנים. בשטח מתחילים לשמוע על גורדי שחקים שכל חלקיהם הובאו מהמפעל והורכבו בשטח ועל מבנים וגשרים שהודפסו במדפסות תלת מימד אימתניות, כשברקע עובדות להן מערכות תוכנה רבות עוצמה הקושרות הכל להכל.

תמונת מצב
הפעילו חזק חזק את הדמיון. מוכנים? עכשיו נסו לדמיין בית של 45 קומות, שמישהו הולך לבנות תוך חודש. הגיוני? לא ממש. עכשיו דמיינו בית, מה בית? גורד שחקים בן 57 קומות ודמיינו שלקח רק 19 יום להשלים אותו. הגיוני? לא ולא , אבל, זה בדיוק מה שעשתה חברת Broad Sustainable Building הסינית… בקצב מטורף של 3 קומות ביום, ועם תכולה של 800 דירות ועוד חללי משרדים לכ-4000 איש. כן. 19 יום. הפטנט: לא בונים את המבנה מבטון, אלא מייצרים מראש רכיבים מתכתיים, מביאים לשטח ומתחילים להרכיב את הפאזל.
אבל, BSB אינה לבד עם תוכניותיה לשנות את פני עולם הבנייה. תעשיית הבנייה כולה לנכנסת לעידן חדש: עידן המבנים המיוצרים. וכן, גם לטכנולוגיית ההדפסה בתלת מימד, יש כאן יורת מיד ורגל, אבל, על כך – בהמשך. הקונספט אינו חדש. בעשור האחרון היו לא מעט דיונים על חוסר היעילות שבענף הבנייה ועל כך שזו חייבת לשנות כיוון. ״השינוי אכן קורה״, אומר עילאי רוטביין, מנהל תחום הבנייה ב-Autodesk ומנכ״ל Autodesk ישראל. ״אנו מאמינים כי על מנת לשנות את התעשיות המסורתיות אותן אנו משרתים, יש צורך בחשיבה מחוץ לקופסה ואימוץ הטכנולוגיות המודרניות ביותר”. לדברי רוטביין, השינוי קרה ב״כיסים״, הפזורים פה ושם בעולםֿ ובשנה, שנתיים האחרונות, המגמה החלה לצבור תאוצה גם מחוצה להם. ״בין אם מדובר בחלקי מתכת שיוצרו במפעל והובלו לשטח, הצבת מדפסות ענק להדפסת רכיבים בשטח, הבאת פאנלי בטון והרכבתם ועוד שלל שיטות: לכולם יש מכנה משותף אחד: ייצור מראש, או בשטח והשאלה, היא אם זה כל כך יעיל ומבטיח, מדוע לא כולם בונים כך כיום?״.
להערכת רוטביין, ענף הבניה אינו תחום החובב שינויים ובטוח שלא שינויים מהירים. ״כמו שקשה לעוסקים בתחום להיכנס לעידן העבודה בענן, או להגיע לשטח לא מצויידים בערימות של ניירות שרטוט, אלא בטאבלטים, כך גם עם מה שמכונה כיום “assembled architecture” או “Prefabricated architecture”. ועם זאת, השינוי מתחיל לחלחל מלמטה, הוא אומר. הסיבה? שימוש גובר והולך במודלים דיגיטליים ושיטות ייצור מתקדמות ביותר. ״זה מתחיל בטכנולוגיות של הדפסת תלת מימד, שימוש ברובוטים, בשטח ומחוצה לו, טכנולוגיות נשלטות CNC ואפילו סריקות תלת מימד של שטחים – לכל אלה יש בסוף היום השפעה לא מבוטלת. לזה מוסיפים את המודלים של העבודה השיתופית, דוגמת זו המצויה ב”מידול האינפורמציה של המבנה” – Building Information Modeling BIM – והתמונה מושלמת״.

דרך חדשה להסתכלות
BIM הוא מונח שגור בתחום הבנייה בעשור האחרון, ומציין דרך חדשה להסתכלות על תהליכי תכנון, ביצוע וניהול של מבנים, אשר הופכת על פיהם את הרגלי העבודה של כל בעלי המקצוע המעורבים בענף הבנייה. המשמעות: שינוי מהותי במחשבה, ביחסי הגומלין בין אנשים, בשיטות עבודה ובחלוקת אחריות – תוך כדי ניצול אופטימלי של כלים טכנולוגים זמינים ועתידיים. שיטת העבודה ב-BIM מטמיעה בתוכה את כל המרכיבים והתהליכים של ניהול פרוייקט, על בסיס של ייצוג דיגיטלי של מכלול המידע הקיים והמתוכנן של המבנה (שיכול להיות מכל סוג שהוא ובכל סדר גודל, החל מחלל בבניין קיים, בית, מבנה מגורים, משרדים או שכונה.
עקרונות השיטה זו הוגדרו כבר בשנות ה-70 ותוכנות ״תואמות BIM״ פותחו כבר משנות ה-80. תחילת המחשוב בתחום הבנייה התרכז בזמנו בשרטוט דו ממדי, שהיווה לכשעצמו מהפכה בהרגלי העבודה של אדריכלים ומהנדסים. אנשי תוכנה בשיתוף בעלי מיקצוע מתחום הבנייה, זיהו את הפוטנציאל בטכנולוגיה זו והתגייסו לפתח כלים ייעודיים למקצועות הבנייה. תוכנות ״חכמות״ שהחלו להתפתח אז, איפשרו לתכנן ו״לבנות״ את הבניין מראש, בתלת מימד באמצעות המחשב, תוך שימוש בכלים “פרמטריים” המייצגים את מרכיבי הבניין בעולם האמיתי.
בגדול, ניתן לומר ש-BIM אינו תוכנה מסוימת. המשמעות האמיתית של המונח היא שיטת עבודה ותהליכים מתוכננים, במסגרת מערכת משולבת, אשר מאפשרת שיתוף אינפורמציה בין הגורמים המעורבים.
על פי רחל לוי, אדריכלית, יועצת BIM ויישומים טכנולוגיים בתחומי הבנייה, מבנה הנתונים ואיכותם ושיטת העבודה המשותפת בתכנות ה-BIM מקנים למשתמשים יתרונות בעלי ערך רב ולאורך זמן, אף מעבר לשלב התכנון. השימוש בפורמטים סטנדרטים ובכלים פשוטים להצגת המבנה על מרכיביו ותכונותיהם, מאפשר גישה למידע חשוב ושימוש בו, ללא צורך בלמידת תכנות תיב״ם מורכבות. כך, כל בעלי המקצוע הקשורים לפרוייקט יכולים להפיק תועלת מהמידע ולשתף פעולה.
לדברי רוטביין, לשימוש ב-BIM יש לא מעט יתרונות. בינהם, הוא מונה את שיפור איכות הבניה היות ובעיות יכולות להפתר מראש, שיפור איכות התכנון, ייצור מסמכים אמינים יותר, תהליכים שמתקצרים, חסכון ניכר בחומרים ובכח אדם ואולי הכי חשוב: צמצום תקלות אפשריות בשטח, שלעתים עולות בחיי אדם״. סקר של McGraw Hill Construction מחזק את הגישה ואומר כי בין היתרונות הגדולים לקבלנים נמצאים: הפחתת טעויות, שיתוף פעולה עם המתכננים, ייעול העבודה, הורדת עלויות וקיצור בזמן.

פחות ופחות עובדים
להוציא התקדמות טכנולוגית, מזהים כיום בשטח עוד מספר גורמים המובילים לכיוון ׳הבתים המיוצרים מראש׳. מספר האנשים העוסקים בענף הבנייה מצטמצם ברחבי העולם. כך גם מספר אלה הרוצים להכנס לתחום וקשה יותר ויותר למצוא צעירים בענף, נתון שבהכרח מוביל לחיפוש אלטרנטיבות. וכפי שזה נראה, העסק מתפתח.
הדפסת בתים בתלת מימד היתה מאז ומעולם מרתקת. דוגמאות וניסויים לא חסרו. כולם, אבל, ממש כולם, טוענים שהם הם אלה שהדפיסו לראשונה בית שלם בהדפסת תלת מימד. ועכשיו הצטרף מתחרה חדש לרשימה הזו: חברת Apis Cor שטוענת לכתר ״החברה שהדפיסה ב׳שטח׳ בית שלם״. המקום – עיירה בשם Stupino אי שם ברוסיה, בסמוך למוסקבה. הזמן – שלהי 2016.
מדפסת ניידת ענקית לתלת מימד שהושקה בשיתוף עם חברתPIK , המחוברת למתקן ערבוב בטון, עמדה בכבוד במשימה והדפיסה בית שלם במשך פחות מ-24 שעות. שטח המבנה החדש: 38 מ״ר. היזמים מספרים כי המטרה במיזם החדשני היתה אחת: להדגים את כישורי המדפסת הענקית ולהראות שהיא מסוגלת להדפיס בשלל צורות ומשטחים. ״הפוטנציאל ענק״, הם אמרו.
הבית נבנה באחת התקופות הקרות בשנה ברוסיה, נתון שהקשה על מינון נכון של חומר ההדפסה – מלט מסוג מיוחד – תערובת שיכולים להשתמש בה רק בטמפרטורה של מעל 5 מעלות (זאת, למרות שהציוד עצמו ערוך לעמוד בטמפרטורות של מתחת ל-35 מעלות צלזיוס).
היכולת להדפיס הן את הפנים והן את החוץ נובע ממבנה המדפסת, שעשתה שימוש במנוף שניווט אותה במהלך הבניה והשימוש במייצב פנימי ששמר על הדפסה מדוייקת להפליא. והמחיר? קצת מעל עשרת אלפים דולר – 275 דולר למ״ר.
לדברי בהרוק קושנביס, שפיתח את מדפסת התלת מימד למבנים, ה-Contour Crafting, לא צריכה להיות בעיה להרים בית של 1000 מ״ר תוך 20 שעות עבודה. קושנביס, המנהל את המרכז לטכנולוגיית ייצור מהירות בקליפורניה, משוכנע שמדובר בפוטנציאל אמיתי למהפיכה שתשנה את כל עולם הבנייה. המדפסת שכבר הדגימה התכנות בתנאי שטח, מונחית תוכנת CAM, נעזרת בזרוע רובוטית ומדפיסה מלט מהיר המתקשה מייד, שכבה אחר שכבה והתוצאות מרשימות ביותר. ״בהתחלה לא חשבתי כלל על הדפסת מבנים עד שהבנתי שהעובדה שהעסק עובד מאוד מהר יכול להיות יתרון גדול לעומת שיטות אחרות.

המכונה הסופית יושבת על מעין מנוף ענק והיא פולטת בטון שכבה אחר שכבה כשבגמר שורה אחת, המנוף עולה, או בקיצור – היא אכן מדפיסה בתים. בתכנון – הסעה על מסילה, כך שניתן יהיה לייצר שורת בתים, או אפילו שכונה שלמה. במהלך ההדפסה נשמר מקום חול לצנרת המים והחשמל ובסוף הבנייה נשאר מקום לתקרת מתכת ולסידורי הפנים.

חופש צורני מלא
ואי אפשר לדבר על פריצות דרך בתחום הבנייה בלי להזכיר את חברת MX3D, אחד הכוכבים הבלתי מעורערים של פורצי הדרך לעידן החדש, שהיכתה גלים עם הרעיון להדפיס גשר להולכי רגל באמצעות רובוטים משוכללים. MX3D פיתחה והמציאה דרכים חכמות להדפסה במתכת (חומרה, תוכנה וחומר הדפסה) והיא מתכננת כעת לבנות גשר שיודפס כולו במדפסת תלת מימד על אחת התעלות בעיר אמסטרדם, כשהגשר, יהיה להולכי רגל.
על פי התוכנית, הרובוטים שפיתחה החברה ידפיסו את מסגרת הגשר שעליה הם יתקדמו לאט לאט, תוך שהם מדפיסים ומרתכים את חלקיו האחרים של הגשר זה לזה. הגשר תוכנן על ידי מהנדס החברה, יוריס לרמן. “אני מאמין גדול בעתיד ההפקה הדיגיטלית”, אומר לרמן. “הגשר שלנו ידגים יפה כיצד הדפסה ב-3D נכנסת סוף סוף לעולם ה’מידות האמיתיות’, לאובייקטים הפונקציונליים שעשויים מחומרים שיחזיקו מעמד שנים רבות וכל זאת תוך חופש צורני מלא בעיצוב הסופי. יש כאן בבניית הגשר, כפי שאנו הולכים לבנות אותו, בהחלט מטאפורה יפה לחיבור שבין העיר הישנה לטכנולוגיה הסופר-חדשה”. לדברי לרמן, בחברה מקווים שהטכנולוגיה שתשמש לבניית הגשר תאומץ באתרי בנייה רבים ברחבי העולם כולו, במיוחד במקומות בהם מדובר במשימות בגובה רב, או במקומות בהם יש יתרון לזרועות הרובוטיות החכמות.
טים חירטנס, ממייסדי החברה וסמנכ”ל הטכנולוגיות שלה, אומר שהטכנולוגיה שלהם מאפשרת גמישות, כך שאם יגלו שהגשר תוכנן כך שהוא מעט נמוך מדי או קצר מדי, הצוות המפקח יוכל לבצע התאמות ושינויים בזמן ההדפסה. לדבריו, בשוק אמנם יש כבר טכנולוגיות שונות להדפסת מבנים גדולים בתלת מימד, כולל בניינים, אך הוא מאמין שהפיתוח של MX3D הוא אחת המבטיחות שבהן. ״אם בטכנולוגיות תלת מימד רגילות האובייקט נבנה בתוך המדפסת שכבה על גבי שכבה, אצלנו הרובוטים המדפיסים ינועו במרחב, מה שמאפשר להם להדפיס חפצים במגוון אדיר של גדלים וצורות. כדי לעשות דברים שחורגים מהשגרה נדרשים הרבה משאבים. אבל, כל עוד אתה מגדיר לרובוט תבנית קבועה לא אכפת לו מה יהיה העיצוב. הטכנולוגיה ושיטות הבניה שלנו יאפשרו לכל מתכנן, אדריכל ומעצב לחשוב מחדש על עיצוב מגוון למבנים, ולהשתמש בהרבה פחות חומר ואנרגיה. צריך לקחת בחשבון שאנחנו בעצמנו עוד לא בטוחים מה קצה גבול היכולת של הטכנולוגיה. אנחנו חושבים על יצירת מבנים גדולים נוספים, אבל לא רק. אני מאמין שהדפסת תלת מימד תהיה הטכנולוגיה המדהימה הבאה בבנייה, וכי בשנים הקרובות נראה עוד הרבה מבנים שנבנו בסיוע מדפסות תלת מימד”.
לדברי ד”ר יעקב יאשה גרובמן, ראש המעבדה לעיצוב וייצור מבוססי מחשב בטכניון, יש פוטנציאל רב בפיתוח תחום זה באופן שיבחן אפשרות להגיע לבניינים המבוססים על גאומטריה מורכבת שמאפשרים ביצועים גבוהים יותר מהמוכר לנו כיום. אנחנו צועדים לעתיד שבו הצורה לא תהווה בעיה. אנשים יוכלו לבחור אם להמשיך לגור במבנים ישרים או במבנים בעלי צורה מורכבת מתוך שיקולים של ביצועים אקלימיים או העדפות אסטטיות. זה יהיה עתיד מעניין, שבו ענף הבניה יפתח מעבר לתפיסה הנוכחית המבוססת על מבנים סטנדרטיים שבנויים מיחידות סטדנרטיות מודולריות, לחיים בסביבה שבנויה מיחידות שאינן חזרתיות”.
בטכניון, על פי דבריו של ד”ר גרובמן, מבוצע מחקר רחב היקף שדן בהיבטים שונים של שימוש בייצור מבוסס מחשב בענף הבניה, בפרט מבנים בהם שימוש בחומרים חדשניים וצורות מורכבת מביאה לביצועים גבוהים יותר ממבנים רגילים. “כל אלו יוכלו להתבצע רק בעזרת תכנון וייצור על ידי מחשב, בין אם מדובר בהדפסת תלת מימד אוCNC . המחקר בטכניון בתחום זה נמצא בשורה אחת עם מחקרים מתקדמים במוסדות המובילים בעולם”.
“כמו בכל כניסה של טכנולוגיה חדשה בשנים האחרונות, מבחינת יישום בפרקטיקה, אנחנו קצת קצת מפגרים יחסית לדיסיפלינות אחרות”, הוא מודה. “בעיצוב תעשייתי כבר מזמן עברו להתבסס על הדפסה תלת מימדית. בארכיטקטורה, בגלל קנה המידה והעובדה שכל מבנה הוא אב טיפוס, זה לוקח קצת יותר זמן. אני מקווה שבעתיד הקרוב נגיע למצב דומה לתעשיית המטוסים לדוגמה, בה ישנם מטוסים בהם יותר מ50% מהחלקים הודפסו בתלת מימד”.

על סף אחד השינויים המשמעותיים
“ייצור מבנים יכול להפוך לתהליך מהיר בצורה יוצאת מהכלל ומותאם אישית” אומר רוטביין מ-AutoDesk. ״אתה יכול ליצור מגוון ללא תוספת עלות, וניתן לעשות זאת במהירות רבה. העולם נמצא כיום על סף אחד השינויים המשמעותיים והגדולים ביותר מאז המהפכה התעשייתית, בדרך שבה אנו מעצבים ויוצרים דברים. חברות ואנשים, בתעשיות שונות ומגוונות, מוצאים עצמם מאותגרים על ידי שינויים בדרכי ייצור, בביקוש ובמוצרים עצמם. טכנולוגיות חדשות, כמו הענן והמובייל, וטרנדים תעשייתיים כמו מדפסות ה-3D משנים את הדרך שבה אנו עובדים וחיים. על רקע זה, צומח עתיד חדש של עשיית דברים. ישראל, בהקשר הזה, מייצגת מרכז חדשנות חשוב ומשמעותי עבור תחום הדפסת התלת מימד – וכן גם עבור תעשיית הבנייה. יש כאן ריכוז גדול של אנשים שמספקים את אבני היסוד לחדשנות, שבה מעצבי מוצר, יצרני חומרה (מדפסות), אדריכלים, מהנדסים, מפתחי תוכנה ויצרניות של חומרי הדפסה, יוכלו להשתמש כדי לדחוק את גבולות טכנולוגיית ההדפסה בתלת מימד ולהאיץ את המהפכה התעשייתית החדשה”.

מה היתרונות של הדפסת תלת מימד בבניינים?
רוטביין: ״נראה לי שהתעשייה בשלה. יש נסיון עשיר כבר בשטח בשימוש במחשבים בכל התהליכים הכרוכים בבנייה וכולם כבר התרגלו למודילים דיגיטליים בתלת מימד. רבים גם הבינו שמדובר בתהליך שחוסך זמן, חוסך זיהום סביבתי, בריא יותר ומזיק פחות לעובדים ומאוד ידידותי״.

מה האתגרים שיעמדו בפני הקבלנים בעידן החדש הזה?
״לפני שנראה אימוץ מסיבי של תעשיית הבנייה, נצטרך לראות יותר מחקר בתחום ובעיקר מדפסות מתאימות למשימה… כמובן שצריך יהיה להתמודד עם ירידה במספר המועסקים בענף ולפתור את בעיית חומרי הגלם. האם חומר אחד יענה על כל הצרכים? ואם לא, האם נצטרך כמה סוגי מדפסות למגוון שימושים? וכמובן, אם מדובר על הבאת חלקים מוכנים לשטח, הזמן של הבנייה יתקצר, אבל, אם מדובר בהדפסה בשטח, אין ספק שזה ייקח יותר זמן״.

ואיך יתמודדו הבתים החדשים עם פגעי מזג האוויר?
״יתרונות השיטה ברורים והשימוש בהדפסת תלת מימד יביא למהלך יעיל יותר, פחות בזבזני ויותר בטוח. נכון שעל הדרך יצטרכו לתת מענה לחומרים מרוכבים שיעמדו גם בנזקי מזג האוויר. ברגע שיתגברו על כך המהפיכה תרוץ קדימה והדפסת תלת מימד ללא ספק תהפוך לרכיב מרכזי בענף הבנייה. כמובן שייעשה שימוש גובר והולך במודלים תלת מימדיים עשירים בנתונים שנוצרו על ידי מערכות BIM – באתרי הבנייה.
״בין אם מדובר בהדפסת בתים ובין אם בהבאת חלקי בניין לשטח והרכבתם, יש כאן בהחלט אמירה שמשנה סדרי בראשית״, אומר רוטביין. ״וזה לא הולך להיות קל, כמו בכל מהפיכה. העבודה תשתנה, היחסים בין כל המעורבים בהליך, הכל… אבל, זהו מהלך בתלתי נמנע. הדורות הצעירים שמגיעים כיום לתחום התכנון והבנייה מגיעים עם כלים חדשים והרעיונות החדשים מחלחלים אליהם. העידן בו פועלי בניין הסתובבו עם פטישים ודפקו על מסמרים הולך ומסתיים, עם כניסת עידן הבתיים המיוצרים.״