DFAB House: quando la meccanica dell’automazione incontra l’edilizia

DFAB House. Cosa succede quando la meccanica dell’automazione incontra l’edilizia?

DFAB House

La DFAB House è stata inaugurata lo scorso 27 febbraio 2019 presso l’edificio NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies) dell’ Empa (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) a Dübendorf in Svizzera.

Può sembrare un edificio abitato come tanti altri, ma la DFAB House è il risultato di un processo interamente digitale, difatti non solo la progettazione, ma anche la sua realizzazione è frutto di alta tecnologia ingegneristica digitale.

La struttura NEST, al cui terzo piano sorge la DFAB House, è una costruzione modulare che si compone di diverse unità collegate al nucleo centrale e che è stata realizzata dall’Empa per eseguire esperimenti in condizioni reali e ricercare innovazioni finalizzate al miglioramento del modo di vivere, lavorare e passare il tempo libero.

Scienza e cultura futura del building digital si incontrano in cantiere e danno vita a questo innovativo risultato. Un cantiere diverso dal solito che non si limita alla sola area di costruzione ma che dialoga con stabilimenti esterni dove sono allestiti gli impianti di automazione, la grande protagonista del progetto. Perché sono i robot e le stampanti 3D a rendere diversa questa costruzione.

Tecnologie all’avanguardia sviluppate dai ricercatori dell’ETH di Zurigo in collaborazione con partner esperti del settore industriale, hanno reso possibile la nascita della DFAB House che si sviluppa su tre piani.

L’obiettivo delle tecnologie digitali non è solo quello di rendere la pianificazione e la costruzione più efficiente, ma anche più sostenibile. E con la DFAB House la finalità è quella di testare innovazioni di pari passo con l’industria accelerando così il passaggio dalla ricerca teorica alla fase operativa.

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Come è stata realizzata la DFAB House?

I principali materiali utilizzati per la costruzione sono il legno ed il cemento armato.

La Smart Slab è uno degli elementi chiave del progetto. Si tratta di una leggera lastra che combina la resistenza strutturale del calcestruzzo con la libertà progettuale della stampa 3D.

L’innovativa Smart Slab, sviluppata dal gruppo di ricerca di Benjamin Dillenburger, Assistant Professor per Digital Building Technologies presso l’ETH di Zurigo, presenta uno spessore di soli 20 mm nel punto più sottile avendo una forma composta da aree vuote e coste che riducono il peso del materiale e garantiscono il passaggio degli impianti.

Gli undici segmenti di Smart Slab, che compongono il solaio della costruzione per una superficie di 80 mq, sono stati realizzati mediante l’uso di casseforme speciali realizzate in stabilimento dai partner industriali che hanno reso possibile la produzione dei casseri ovvero stampa 3D, taglio laser e trasporto dei pezzi componenti.

All’interno delle speciali casseforme è stato quindi gettato il calcestruzzo che ha subito due settimane di indurimento.

L’automazione gioca un ruolo fondamentale nell’intero processo di realizzazione dei singoli componenti strutturali della DFAB House intervenendo anche nella prefabbricazione dei montanti in cemento armato utilizzati per la facciata del piano zero, attraverso lo Smart Dynamic Casting. Tale processo ha permesso nell’ambito di tale progetto, mediante lo scorrimento robotizzato, di produrre elementi prefabbricati mediante l’uso di casseforme in metallo. Smart Dynamic Casting è un progetto di ricerca collaborativo di Gramazio Kohler Research, ETH di Zurigo, Istituto per materiali da costruzione e Istituto di ingegneria strutturale.

I due piani superiori presentano una struttura composta da telai in legno, sagomati ed assemblati in geometrie complesse con l’aiuto di robot rispondenti ad elevate prestazioni in termini di velocità e precisione. Inoltre l’implementazione dei robot, consente la prefabbricazione dei moduli in legno, a prescindere dalla complessità, garantendo in tal modo un montaggio in loco rapido e semplice.

Il progetto Spatial Timber Assemblies, partendo dal modello di progettazione computazionale, prevede l’utilizzo del sistema multi-robot per la realizzazione e l’assemblaggio dei componenti in legno. Ogni elemento è stato movimentato e posizionato attraverso il sistema di automazione, quindi tagliato usando una sega a controllo numerico. In seguito, il robot ha fresato ed eseguito tutti i fori necessari per le connessioni. Le travi sono state poi assemblate spazialmente con l’ausilio di strumenti di pianificazione del percorso. Le tolleranze durante la fabbricazione sono state registrate e adattate a un sistema di riferimento interno (iGPS) e sensori ottici.

Spatial Timber Assemblies è una collaborazione congiunta di Gramazio Kohler Research, ETH Zurich e ERNE AG Holzbau.

Tra automazione ed edilizia c’è di mezzo la ricerca

Tra circa due mesi, i primi residenti, ospiti accademici di Empa ed Eawag, si trasferiranno nella casa del futuro, intelligente a livello di elettronica domestica e di gestione energetica.

L’abitazione DFAB dispone di moduli fotovoltaici, posizionati in copertura in grado di garantire in media una volta e mezza la quantità di elettricità che l’unità stessa consuma, mentre un sistema di controllo intelligente coordina i consumi evitando che non si verifichino picchi di carico.

Grazie alle idee sviluppate dai ricercatori di Empa, all’interno dell’abitazione è possibile risparmiare non solo energia ma anche acqua. Difatti il calore delle acque reflue domestiche, che solitamente andrebbe perso, viene recuperato direttamente nei piatti doccia tramite scambiatori di calore e l’acqua calda che scorre attraverso i tubi, torna indietro verso la caldaia quando non in uso anziché raffreddare nelle condutture dell’acqua. Questo sistema, riduce il rischio di crescita dei batteri nei tubi.

La DFAB House è il risultato della collaborazione tra l’automazione meccanica, l’edilizia e la scienza, legami resi possibili dalla ricerca con l’obiettivo di proporre soluzioni lungimiranti che migliorino la qualità dei manufatti, quindi della vita degli utenti.

Il CEO di Empa, Gian Luca Bona ha dichiarato in merito all’attività condotta sulla tecnologia casa del futuro: “Nell’implementazione di un progetto di costruzione come DFAB House, i metodi di costruzione tradizionali incontrano nuovi concetti del mondo digitale: il percorso dal tavolo da disegno digitale a un vero edificio ha sfidato sia gli scienziati che gli esperti dell’industria. Attraverso un dialogo costruttivo, qualcosa di veramente visionario può ora sarà messo in pratica, speriamo che presto verrà utilizzato ampiamente nel settore delle costruzioni “.

Immagine di copertina ©dfab.ch

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