اختصاصی بسپار/ ساختمانهای هوشمند، مصالح هوشمند: ادغام پلیمرها در دستورکار پایداری شهرهای هوشمند
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر آینده شهرهای هوشمند نهتنها به زیرساختهای دیجیتال، بلکه به مصالحی که محیط ساختهشده را شکل میدهند نیز وابسته است. ساختمانها، بهعنوان زیرساختهایی پرمصرف و اجتماعی، عرصهای حیاتی هستند که در آن سیاست شهری، نوآوری فناورانه و رفاه انسانی به هم میرسند. در این میان، پلیمرها نه صرفا جایگزینی برای مصالح متعارف، بلکه توانمندسازهایی راهبردی برای پایداری، تابآوری و سازگاری محسوب میشوند.
مقدمه
مفهوم «شهر هوشمند» بهعنوان چارچوبی برای بازنگری به زندگی شهری در قرن بیست و یکم پدیدار شده است. هرچند تعریفها در مورد این مفهوم متفاوتاند، اغلب بر این نکته متفقاند که شهرهای هوشمند با ادغام فناوریهای دیجیتال، سامانههای دادهمحور و طراحی پایدار، کیفیت زندگی، کارایی منابع و تابآوری را بهبود میبخشند. در این میان، ساختمانها ابزاری منفعل نیستند، بلکه زیرساختهایی فعال بهشمار میآیند: آنها سهم چشمگیری در مصرف انرژی، انتشار کربن و مصرف مواد اولیه دارند و در عین حال رفاه اجتماعی و بهرهوری اقتصادی را شکل میدهند. ازاینرو، تبدیل ساختمانها به موجودیتهای «هوشمند» پروژهای فنی و سیاسی است که علمِ مواد، مهندسی، حکمرانی و تجربه روزمرهٔ شهری را به هم پیوند میدهد.
در قلب این تغییر، برهمکنش میان دنیای دیجیتال و دنیای مادی قرار دارد. در حالی که توجه پژوهشی و سیاستی فراوانی به فناوریها و ارتباطات آنلاین، کلاندادهها و هوشمندسازی معطوف بوده، ترکیب فیزیکی ساختمانها، از نما گرفته تا بخشهای داخلی، به همان اندازه حیاتی است. در اینجاست که پلیمرها و کامپوزیتهای پیشرفته نقشی مهم پیدا میکنند. پلیمرها بهعنوان موادی سبک، بادوام و چندکاره، راهحلهایی برای چالشهای دیرینه ساختوساز عرضه میکنند. نقش آنها فراتر از «جایگزینی» صرف است: پلیمرها امکان طراحیهای نوین را فراهم میآورند که در آن مواد برای سازگاری با حسگرها، تعامل با شبکهٔ هوشمند و پایداری مهندسی میشوند.
از این منظر، پلیمرها در هر سه پایه عملکرد شهر هوشمند (محیط زیست، اجتماع و اقتصاد) مزایای قابل سنجشی فراهم میکنند: در بُعد محیط زیستی از طریق کاهش کربن و قابلیت بازیافت؛ در بُعد اجتماعی با نوآوریهای ایمنی و افزایش آسایش؛ و در بُعد اقتصادی به واسطهٔ دوامِ افزوده و کاهش هزینههای نگهداری. این سهمها پلیمرها را نه فقط بهعنوان مصالح ساختمانی، بلکه به عنوان بازوی توانمندسازی شهرهای آینده همسو با اهداف توسعهٔ پایدار معرفی میکند.
دستاوردهای شهر هوشمند و جایگاه ساختمانها
ارزیابی شهرهای هوشمند روزبهروز بر اساس چارچوبهای چندبعدی انجام میشود؛ چارچوبهایی که فراتر از پیچیدگیهای فناورانه رفته و ارزشهای اجتماعی و پایداری را نیز در بر میگیرند. یکی از رویکردهای پرکاربرد، چارچوب “سهگانه خطپایه” است که نتایج را در سه بُعد محیط زیستی، اجتماعی و اقتصادی بررسی میکند. این رویکرد با دستورکارهای بینالمللی توسعهٔ پایدار همسو است و در عین حال راهی ساختارمند برای تحلیل تعامل نوآوریهای مادی با سامانههای شهری ارائه میدهد. در این چارچوب، ساختمانها بهعنوان نقاط کلیدی تغییر ظاهر میشوند: آنها جریانهای انرژی و منابع را مدیریت میکنند، بر سلامت و آسایش اثر میگذارند و تعهدات مالی و زیست محیطی بلندمدت را در خود جای میدهند.
مطالعات اخیر نشان دادهاند که عملکرد شهر هوشمند نه تنها به قوانین و زیرساخت دیجیتال، بلکه به پایههای فیزیکی و مادی ساختمانها وابسته است. بهرهوری انرژی، دوام و میزان سازگاری ساختمانها شدیداً تحت تأثیر اندازه، سن و جنس مواد بهکاررفته است. در عمل، این به آن معناست که پلیمرهای پیشرفته، وقتی در نما، شیشه یا سازه بهکار گرفته میشوند، فقط یک «ارتقاء فنی» نیستند بلکه تعیینکننده میزان پایداری شهر هوشمند هستند. برای نمونه، کامپوزیتهای سبک امکان نوسازی ماژولار (بُعد اقتصادی) را فراهم میکنند، پلیمرهای شفاف روشنایی طبیعی و آسایش (بُعد اجتماعی) را بهبود میدهند، و پلاستیکهای بازیافتی کربن نهفته را کاهش میدهند (بُعد محیطزیستی).
در کنار سهگانه خطپایه، چارچوبهای ارزیابی شهر هوشمند معمولاً شش بُعد کارکردی را هم مشخص میکنند:
انسان هوشمند (مهارتها، مسئولیتهای اجتماعی، مشارکت)
حکمرانی هوشمند (شفافیت، کارایی، مشارکت شهروندی)
محیط هوشمند (کارایی منابع، تابآوری، حفاظت زیستبوم)
زندگی هوشمند (کیفیت زندگی، سلامت، پویایی فرهنگی)
اقتصاد هوشمند (نوآوری، بهرهوری، رقابتپذیری)
تحرک هوشمند (سامانههای حملونقل، اتصالپذیری)
هرچند این ابعاد معمولاً در مقیاس شهری بهکار میروند، اما ارتباط تنگاتنگی با ساختمانها دارند. برای نمونه، ساختمانها به محیط هوشمند با پوستههای کممصرف و ادغام انرژیهای تجدیدپذیر کمک میکنند؛ به زندگی هوشمند با فضاهای ایمن، راحت و سالم؛ و به اقتصاد هوشمند با زیرساختهای بادوام و مقرونبهصرفه. وقتی ساختمانها در مرکز توجه قرار میگیرند، اجزای مادی و دیجیتال شهرهای هوشمند جداییناپذیر میشوند: اینترنت اشیاء، شبکههای هوشمند و تحلیل دادهها به ساختارهای فیزیکیای نیاز دارند که بتوانند این سامانهها را در خود جای دهند، از آنها حفاظت کنند و با آنها در تعامل باشند.
ساختمانهای هوشمند بهعنوان سامانههای دیجیتال فیزیکی
ایده «ساختمان هوشمند» درواقع بسط چشمانداز شهر هوشمند به درون محیط زندگی است. یک ساختمان هوشمند تنها سازهای با حسگرهای تعبیهشده نیست، بلکه یک سامانه سایبر فیزیکی است که در آن فناوریهای دیجیتال و مصالح فیزیکی همزمان تکامل مییابند تا بهرهوری انرژی، ایمنی، تابآوری و کیفیت زندگی را فراهم کنند. در این دیدگاه، ساختمانها به گرههایی تعاملی در شبکههای شهری بدل میشوند که میتوانند داده، انرژی و خدمات را هم مصرف و هم تولید کنند.
در قلب این سامانه، ادغام فناوریهای اطلاعات و ارتباطات (ICT) با عملیات ساختمانی قرار دارد. دستگاههای متصل به اینترنت اشیا (IoT)، سامانههای پایش لحظهای و پلتفرمهای کنترل خودکار، مدیریت لحظهای و کارآمد روشنایی، گرمایش، سرمایش، آب و پسماند را ممکن میسازند. وقتی این سامانهها با هوش مصنوعی و الگوریتمهای یادگیری ماشینی ترکیب شوند، ساختمانها میتوانند بهطور پویا با الگوهای زندگی کاربران، تغییرات آبوهوایی و شرایط شبکه انرژی سازگار شوند و همزمان آسایش و کارایی را بهینه کنند. نکته مهم این است که چنین کارکردهای هوشمندی به تابآوری هم کمک میکنند و امکان بازیابی سریع در برابر اختلالهایی مانند موجهای گرما، قطعی برق یا سیلاب را فراهم میسازند.
با این حال، هوشمندسازی دیجیتال ساختمانها بهشدت به بستری فیزیکی وابسته است که این فناوریها در آن جای میگیرند. شبکههای هوشمند و جریانهای دادهٔ مبتنی بر 5G به ابزاری نیاز دارند که بتوانند حسگرها را در خود جای دهند، سیگنالها را منتقل کنند و بارهای حرارتی را مدیریت نمایند. به همین شکل، اثربخشی سامانههای خودکار تهویه و سرمایش گرمایش وابسته به عملکرد عایقها و شیشههاست. به این ترتیب، ترکیب مادی ساختمانها از هوش دیجیتال آنها جداییناپذیر است. پلیمرها، بهدلیل انعطافپذیری و سازگاری بالا، بهطور ویژه برای این ارتباط مناسباند: کامپوزیتهای سبک امکان ادغام ماژولار حسگرها را فراهم میکنند، پلاستیکهای شفاف از حسگرهای نوری و سامانههای روشنایی طبیعی پشتیبانی میکنند، و پوششهای پیشرفته همزمان کنترل انرژی و سازگاری با داده را ارتقا میدهند.
بُعد اجتماعی ساختمانهای هوشمند نیز به همان اندازه اهمیت دارد. با ایجاد محیطهای داخلی سالمتر از طریق کیفیت بهتر هوا، کنترل صوتی و بهینهسازی روشنایی طبیعی، سامانههای هوشمند، رفاه و بهرهوری را افزایش میدهند. اما همزمان، چالشهایی در زمینه امنیت داده، حریم خصوصی و برابری به وجود میآید. همه ساکنان بهطور یکسان امکان بهرهمندی از زیرساختهای دیجیتال را ندارند، بنابراین لازم است فراگیری اجتماعی همزمان با پیشرفت فناوری در نظر گرفته شود. در اینجا هم مصالح نقش مهمی دارند: پلیمرهای ایمن، بادوام و مقرونبهصرفه میتوانند تضمین کنند که سامانههای ساختمانی پیشرفته محدود به پروژههای نخبهگرایانه نباشند، بلکه در بافتهای متنوع شهری نیز بهکار روند. بهطور خلاصه، ساختمانهای هوشمند همچون پلی میان لایههای دیجیتال و مادی شهر عمل میکنند. عملکرد آنها تنها به فناوریهای نوین وابسته نیست، بلکه به ویژگیهای مصالحی که از آن ساخته شدهاند نیز بستگی دارد.
(ادامه دارد …)
گردآوری: مهندس فرنام نامور، دانشجوی کارشناسی ارشد انرژی ها نو و آینده
متن کامل این مقاله را در شماره 277 ماهنامه بسپار که در نیمه آبان ماه 1404 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
