Shrani za kasnejše branje.
Gradbeništvo čaka preobrazba – od nizkoogljičnih materialov in krožnega gospodarstva do digitalnih dvojčkov ter odpornejših konstrukcij. Toda največji izziv ostaja, kako raziskovalne dosežke hitreje prenesti v prakso.
Mateja Jordan; foto: Tadej Kreft in Matic Grašič
Tudi gradbeništvo se danes sooča z velikimi izzivi, od podnebnih sprememb in pomanjkanja virov do zahtev po trajnostni gradnji, večji potresni odpornosti in digitalizaciji, kjer pomembno vlogo igrajo tudi raziskave ter razvoj novih materialov in tehnologij. Kako se spreminjajo gradbeni materiali, katere inovacije najbolj zaznamujejo stroko in zakaj številne obetavne raziskovalne rešitve še vedno težko najdejo pot v prakso, je pojasnil doc. dr. Aleš Žnidarič, direktor Zavoda za gradbeništvo Slovenije (ZAG), ene vodilnih slovenskih raziskovalnih ustanov na področju gradbeništva.
Gradbeništvo velja za eno za okolje najbolj obremenjujočih panog. Kateri gradbeni materiali bodo po vašem mnenju v prihodnjih desetletjih najbolj zaznamovali prehod v bolj trajnostno gradnjo?
Razlog za okoljske obremenitve so predvsem ogromne količine cementa in jekla v gradbeništvu, saj njuna proizvodnja zahteva veliko energije. Tudi zato se gradbeništvo premika v smer nizkoogljičnih, lokalnih in krožno zasnovanih materialov. Ključni bodo tako imenovani zeleni betoni z zmanjšanim deležem klinkerja v cementu, reciklirani agregati, izboljšani bitumenski materiali ter biogeni materiali, kot so les in kompoziti na osnovi naravnih vlaken. Že danes vidimo pospešeno uvajanje recikliranih materialov, alternativnih veziv ter optimizacijo sestav za daljšo življenjsko dobo, ključ pa ni en sam material, temveč kombinacija materialov in celostno projektiranje.
Gradbeni sektor ustvari velike količine odpadkov, hkrati pa porabi ogromno surovin. Kako daleč smo v Sloveniji pri ponovni uporabi gradbenih materialov in kaj nas pri tem še ovira?
Napredek je opazen, vendar še vedno ne izkoriščamo vseh možnosti. Recikliranje gradbenih odpadkov se povečuje, a ponovna uporaba materialov ostaja pod svojim potencialom. Ovire so predvsem zakonodajni status odpadka, standardizacija, nezadostno zaupanje in slabo razvit trg sekundarnih surovin. Za uveljavitev krožnega gospodarstva v gradbeništvu potrebujemo jasnejše tehnične specifikacije, referenčne projekte in ekonomske spodbude, da krožni tokovi postanejo prevladujoča praksa.
- Recikliranje gradbenih odpadkov se povečuje, a ponovna uporaba materialov ostaja pod svojim potencialom.
V zadnjih letih narašča zanimanje za leseno gradnjo. Pri katerih vrstah objektov lahko les po vašem mnenju najbolj uspešno konkurira drugim gradbenim materialom?
Lesena gradnja je zaradi nizkega ogljičnega odtisa, hitre izvedbe in industrijske proizvodnje še posebej primerna za večstanovanjske in javne objekte srednjih višin, njene prednosti pa so majhna masa, dobra potresna odpornost ter prijaznost za uporabnika. Po drugi strani pa so določene omejitve pri velikih konstrukcijskih razponih, zagotavljanju požarne varnosti in dolgoročni zaščiti pred vlago. Ključna sta pravilno projektiranje in predvsem izvedba, saj prav pri zadnji trenutno opažamo največ težav.
Katere inovacije na področju gradbenih materialov se vam zdijo najbolj perspektivne?
Na področju materialov govorimo o naprednih vezivih, polimernih in samocelilnih materialih, zelenih betonih ter pametnih materialih z vgrajenimi senzorji. Zaznavamo vse večjo uporabo alternativnih nosilnih materialov kot nadomestila za jeklo v izogib izzivom zaradi korozije. Hitro napredujeta povezovanje materialov z digitalnimi orodji, kot sta BIM in digitalni dvojčki, ki omogočajo optimizacijo objektov skozi celoten življenjski cikel, ter digitalizacija gradbeništva nasploh.
Na ZAG-u pa opažamo, da se ob želji po čim hitrejši uvedbi novih, bolj trajnostnih materialov pogosto zanemarja požarno varnost. Posledično smo bili v zadnjih letih v Evropi in po svetu priča več katastrofam, ki so terjale številna življenja. Temu bo treba nameniti bistveno več pozornosti.
Veliko govorimo o trajnostni gradnji, toda investitorji se pogosto še vedno odločajo predvsem na podlagi cene. Je v praksi morda že opazen premik v razmišljanju?
Premik k razmišljanju o celotnem življenjskem ciklu objekta se postopoma krepi, zlasti pri večjih investitorjih in javnih projektih. Začetna investicijska vrednost kljub vse pogostejšim zelenim naročilom pa v večini primerov še vedno ostaja odločilna. Ključno bo sistematično uvajanje metodologij LCC – life-cycle cost in LCA – life-cycle assessment kot standardov, saj dolgoročni prihranki praviloma odtehtajo višje začetne stroške.
- Opažamo, da se ob želji po čim hitrejši uvedbi novih, bolj trajnostnih materialov pogosto zanemarja požarno varnost.
Potresi v regiji nas redno opominjajo na pomen varne gradnje in ranljivost starejšega stanovanjskega fonda. Ali so slovenske stavbe danes bolj odporne kot pred desetletji in kje vidite največje izzive pri prenovi?
Zaradi obveznega projektiranja po standardu Evrokod 8 in posodobljenih kart potresne nevarnosti so nove stavbe danes potresno varne. Problem ostaja obstoječi stavbni fond. Velik delež stavb je bil zgrajen pred skopskim potresom leta 1963, ko sodobni potresni predpisi še niso obstajali. Posebej ranljivi so nearmirane zidane stavbe in visoki stanovanjski objekti, zgrajeni v povojnem obdobju, ki niso bili načrtovani za dovolj velike horizontalne potresne obtežbe, zato bodo v primeru večjega potresa lahko imeli težave.
Poleg tega se prenove večinoma osredotočajo na energetsko sanacijo, brez sočasne statične utrditve. To bo nujno treba spremeniti. Pri prenovah največje izzive predstavljajo tehnična zahtevnost posegov v obstoječe konstrukcije ter razdrobljeni finančni in upravni mehanizmi, ki za razliko od nekaterih drugih potresno ogroženih držav ne spodbujajo protipotresnih ojačitev. Premiki so bistveno prepočasni.
V želji po nižjih stroških se investitorji včasih odločajo za cenejše materiale ali rešitve. Katere so po vaših izkušnjah najpogostejše napake pri izbiri gradbenih materialov in kakšne so lahko posledice?
Kakovost materialov in predvsem kakovost izvedbe sta ključna. Med najpogostejšimi napakami, ki jih opažamo pri kontroli kakovosti izvedenih del, so izbira materialov zgolj na podlagi cene, neupoštevanje celotne funkcije konstrukcije, neustrezna vgradnja ter včasih tudi necertificirani materiali. Posledice so krajša življenjska doba, višji stroški vzdrževanja, večja ranljivost objekta in več težav za uporabnike. Kakovost materialov in z ustreznimi podatki podprto načrtovanje neposredno vplivata na trajnost. Slaba odločitev danes praviloma pomeni bistveno višje stroške v prihodnosti. Narediti nekaj več preiskav pred začetkom del pa je po pravilu neprimerno cenejše kot naknadno spreminjanje projektov in izvedbe zaradi pomanjkljivih vhodnih podatkov.
- Slaba odločitev danes praviloma pomeni bistveno višje stroške v prihodnosti.
Podobno je s posrednimi stroški uporabnikov. Pri nas se praktično nikoli ne upošteva izgubljenega časa ljudi zaradi predolgih in prepogostih prenov, ki bi jih z uporabo sodobnih materialov in tehnologij lahko občutno skrajšali.
Poplave leta 2023 so pokazale, kako ranljiva je lahko grajena infrastruktura. Vse pogosteje smo priča vročinskim valovom, močnim neurjem in poplavam. Ali bodo morali biti gradbeni materiali in konstrukcijske rešitve v prihodnje drugačni kot danes?
Materiali in gradbene rešitve se bodo morali in se že prilagajajo ekstremnim temperaturam ter večjim hidravličnim obremenitvam. Rezultat bodo bolj robustne konstrukcije, prilagojeni drenažni sistemi ter materiali, ki bolje prenašajo cikle segrevanja in ohlajanja. Zlasti robustnosti konstrukcij je treba dati velik poudarek, da bodo po izrednih dogodkih čim hitreje ponovno v funkciji.
Kako digitalizacija spreminja razvoj, testiranje in uporabo gradbeništva, ki je znano po počasnih prilagoditvah na spremembe?
Po nekaterih analizah naj bi počasneje sprejemalo inovacije le še ribištvo, kljub temu pa je napredek tudi na področju gradbeništva opazen, zlasti na področju digitalizacije. Z uporabo BIM-a in digitalnih modelov danes objekt najprej zgradimo virtualno in preverimo različne variante, optimiziramo porabo materialov ter odkrijemo in odpravimo napake še pred ali med gradnjo. To znatno izboljšuje kakovost projektov in zmanjšuje improvizacije na gradbišču. Tu so še 3D tisk, brezpilotni letalniki ipd.
- Kljub počasnejšemu uvajanju sprememb se bo gradbeništvo digitaliziralo. Pri tem ključni izziv ni tehnologija, temveč interoperabilnost podatkov, standardi in predvsem pomanjkanje ustrezno usposobljenih kadrov ter pripravljenost obstoječih na spremembe.
Raziskave težijo k sprotnemu dopolnjevanju digitalnih modelov oziroma digitalnih dvojčkov s podatki o dejanskem stanju objektov, rezultati meritev, monitoringov ipd. Tako bomo lahko spremljali in napovedovali obnašanje konstrukcij skozi njihov celoten življenjski cikel. Upam, da bo ta pristop čim prej zaživel v praksi. Napredne numerične analize v kombinaciji z meritvami v realnem času omogočajo simulacije potresov, različnih obtežb in degradacije materialov še pred dejanskim nastankom, povezava s senzorji pa neprekinjeno spremljanje stanja konstrukcij in napovedovanje poškodb. S tem prehajamo od reaktivnega pristopa, ko ukrepamo po dogodku, k učinkovitejšemu napovednemu upravljanju in podaljševanju življenjske dobe objektov. Kljub počasnejšemu uvajanju sprememb se bo gradbeništvo digitaliziralo. Pri tem ključni izziv ni tehnologija, temveč interoperabilnost podatkov, standardi in predvsem pomanjkanje ustrezno usposobljenih kadrov ter pripravljenost obstoječih na spremembe.
Kateri premik ali inovacija je po vašem mnenju najbolj zaznamovala panogo in morda presegla pričakovanja stroke?
Na področju digitalizacije je bil ključen prehod na BIM, ki je omogočil enoten informacijski model objekta ter bistveno izboljšal sodelovanje in kakovost projektiranja. Napredna senzorika je postala zmogljivejša in dostopnejša, opažam pa, da v tujini že prekomerno nameščajo senzorje in posledično zberejo ogromne količine neizkoriščenih podatkov. Trend gre zato v smer optimizacije števila senzorjev, a na večjem številu objektov, tudi manjših.
Na področju novih materialov in tehnologij vidimo velik napredek pri visokozmogljivih betonih, kompozitih – na primer vlaknopolimernih materialih –, pametnih materialih, recikliranih in nizkoogljičnih rešitvah ter uporabi lesa. Ti materiali omogočajo večjo nosilnost in trajnost konstrukcij, hkrati pa podpirajo zahteve za zmanjševanje okoljskega odtisa.
- Eden bistvenih izzivov gradbeništva na področju politik in raziskav je preseči njegovo razdrobljenost.
Kako vidite različne evropske in nacionalne pobude za trajnostno, odpornejše gradbeništvo, ki nastajajo na različnih področjih EU in nacionalne zakonodaje?
Eden bistvenih izzivov gradbeništva na področju politik in raziskav je preseči njegovo razdrobljenost. Že če pogledamo, na koliko različnih ministrstev se moramo obračati pri posameznih vprašanjih, vidimo, da je področje zelo razdrobljeno. Za infrastrukturo, energetiko, stavbe, gradbene proizvode, krožno gospodarstvo in raziskave so pristojni različni resorji. Gradbeništvo pa je v resnici enoten sistem, zato si na ZAG prizadevamo, da bi ga tudi v praksi obravnavali bolj celovito in povezano, vsaj v okviru direktorata za gradbeništvo.
Dober primer takšne razdrobljenosti je nova evropska direktiva o energetski učinkovitosti stavb. Pri njenem prenosu v nacionalni pravni red se veliko govori o energiji in ogljičnem odtisu, morda še o prilagajanju podnebnim spremembam, precej manj pa o drugih ključnih vidikih, kot sta na primer potresna odpornost in varnost objektov. Stavba je samo ena in jo moramo obravnavati celostno, ne moremo je deliti na posamezne resorje in ločene strokovne skupine, saj morajo biti vse njene bistvene lastnosti obravnavane enakovredno in povezano.
Za konec, ker vodite javni raziskovalni zavod, ali je raziskav na področju gradbeništva dovolj in ali so ustrezno cenjene in vrednotene?
Raziskav je načeloma dovolj, vprašanje pa je, kako učinkovito jih prenašamo v prakso. Zavedati se moramo, da je raziskovalno delo temelj razvoja, saj brez ustvarjanja znanja na zalogo ni mogoče učinkovito reševati kompleksnih problemov, ki zahtevajo hitre odgovore. Če dam enostaven primer: če procesov propadanja materialov ne raziskujemo vnaprej, bomo ob nepričakovanih težavah na konstrukciji težko ugotovili prave vzroke in predpisali učinkovite ukrepe. Zato je ključno sistematično vlaganje v raziskave in raziskovalno opremo na vseh stopnjah tehnološke zrelosti, vključno s temeljnimi raziskavami, ki jih razmeroma uspešno podpiramo z mednarodnimi projekti in projekti ARIS.
- Številni prebojni rezultati, tudi takšni z velikim gospodarskim in družbenim potencialom, ne najdejo poti v prakso.
Resen izziv nastane, ko je treba premostiti tako imenovano »dolino smrti« in rezultate prenesti v prakso. Takrat velik delež raziskovalnih dosežkov ostane v predalih, ker v našem okolju ni dovolj učinkovitih mehanizmov za njihovo preverjanje in implementacijo. V preteklosti smo imeli nekaj dobrih praks. Pred dobrim desetletjem sta takratna Direkcija RS za ceste in DARS vsako leto razpisovala raziskovalne projekte, ki so bili usmerjeni prav v implementacijo oziroma preverjanje konceptov v praksi. To je natanko tisti segment, ki omogoča prehod od raziskav do dejanske uporabe. Žal takšnih projektov ni več in posledično številni prebojni rezultati, tudi takšni z velikim gospodarskim in družbenim potencialom, ne najdejo poti v prakso.
Prav na tem mostu med znanjem in uporabo vidim danes največjo priložnost za Slovenijo, hkrati pa največji izziv za razvoj gradbeništva. Potrebovali bomo namreč bistveno več gradbenih podjetij, ki se bodo zavedala, da vlaganje v raziskave, razvoj in inovacije dolgoročno prinaša večkratne prihranke. Danes jih lahko preštejemo na prste ene roke.