Graphene

Архитектурная основа для создания глобальной сети рабочих пространств:

научно-исследовательских лабораторий рядом с университетами и офисами корпораций;
цифровых фабрик рядом с производственными площадками;
морских платформ с горизонтальными небоскребами для размещения в прибрежных офшорных зонах крупнейших мегаполисов.

Цели

Создать экономически эффективную архитектурную основу, позволяющую быстро развернуть глобальную сеть центров исследований и разработок (НИОКР) и цифровых фабрик с виртуальными двойниками производственных площадей.
Создать тысячи центров НИОКР с контролируемыми пространствами по всему миру в течение нескольких лет, а не десятилетий. Приблизительная скорость развертывания составляет 1000 отдельно стоящих зданий или один миллион квадратных метров в год.

Название

Название проекта «Графен» происходит от углеродных нанотрубок. Этот проект вдохновлен и построен по образу и подобию этих уникальных наноструктур.

Поверхность оболочек состоит из стального каркаса в форме шестиугольников и имеет двухслойную структуру, аналогичную нанотрубкам. Несущая конструкция морских платформ также основана на повторении этой трубчатой архитектуры.

Таким образом, ключевые элементы проекта «Графен» черпают вдохновение и инженерные решения непосредственно из природы углеродных нанотрубок — одних из самых прочных и легких материалов, известных человечеству.

Вдохновлено

Эта концепция вдохновлена работами и подходами известных архитекторов. В её основе лежат новаторские идеи Бакминстера Фуллера — использование тонких оболочек, способных работать как на сжатие, так и на растяжение.

Влияние Фуллера заметно в решениях, реализованных Норманом Фостером, таких как несущие оболочки здания «Огурец» (Gherkin) и подвесная конструкция главного здания HSBC. Концепция Ле Корбюзье «Дом — машина для жилья» и ленточное остекление также нашли отражение в этом проекте.

Это смелый и инновационный подход, сочетающий в себе передовые инженерные решения и выразительную эстетику. Архитектурный стиль проекта следует своей функции — это хай-тек.

Ключевые принципы, которые мы будем использовать:

Тонкие несущие оболочки
Конструкции, работающие как на сжатие, так и на растяжение
Единичные элементы, выполняющие несколько функций
Здание как «машина для жилья»

Опыт других

Давайте рассмотрим, были ли в истории прецеденты, когда бизнесу или государствам приходилось сталкиваться с необходимостью быстрого создания глобальной инфраструктуры. Важно проанализировать эти примеры, чтобы понять, какие принципы уже применялись и могут ли они быть адаптированы для нашего проекта. Кроме того, нам необходимо оценить исторически возможные параметры скорости роста инфраструктуры. Это поможет определить, насколько реально создать такую инфраструктуру в сжатые сроки.

Мы начнем с примеров из мира бизнеса, а затем посмотрим, как расширялась Монгольская империя и какую инфраструктуру они использовали.

Исторические примеры быстрого развертывания строительства

McDonald's: Начала активное развитие в 1950-х годах и быстро достигла впечатляющих результатов. К 1961 году в США было уже более 500 ресторанов. Ключом к их успеху стала стандартизация: компания разработала узнаваемый дизайн с красной крышей и золотыми арками, ставшими визитной карточкой бренда. Сегодня McDonald's присутствует более чем в 100 странах, общее количество ресторанов превышает 38 000. Несмотря на впечатляющие темпы роста, текущая скорость развертывания новых ресторанов не превышает 50 отдельно стоящих зданий в год.
7-Eleven: Основанная в 1927 году, сегодня является одной из крупнейших сетей магазинов шаговой доступности в мире. На сегодняшний день компания насчитывает более 70 000 магазинов в 17 странах. Ключом к успешной экспансии стала стандартизация формата и стандартов обслуживания. Благодаря этому компания смогла обеспечить стабильный рост и увеличить количество магазинов до 400 отдельно стоящих зданий в год после 70 лет развития сети.
IKEA: Основанная в 1943 году, начала международную экспансию в 1970-х годах. Сегодня компания представлена более чем в 52 странах, общее количество магазинов превышает 400. IKEA известна своим уникальным подходом к дизайну и стандартизацией, что позволило компании добиться впечатляющих результатов и стать одним из лидеров на рынке мебели и товаров для дома. Скорость развертывания новых магазинов IKEA составляет около 10 отдельно стоящих зданий в год.

Выводы: Все эти компании использовали стандартизированные здания и простую архитектуру. Скорость развертывания сетей на ранних этапах развития не превышала нескольких десятков зданий в год. Наша цель в 1000 означает, что требуемая скорость развертывания на порядок выше любых исторических примеров.

Для достижения такой высокой скорости развертывания необходимы более эффективные технологические и логистические решения. Давайте углубимся в историю в поисках других примеров быстрой экспансии.

Расширение Монгольской империи

Самый успешный пример из истории — это Монгольская империя и её мобильная архитектура — юрты.

Монгольские юрты обладали множеством преимуществ. Они быстро собирались и разбирались, легко транспортировались на телегах или вьючных животных и обеспечивали комфорт в различных климатических условиях. Юрты использовались при завоевании Средней Азии, где быстрое развертывание лагерей позволяло продвигаться на сотни километров за несколько недель. Также мобильные лагеря давали тактическое преимущество в походах в Персию и Европу.

Юрты, по сути, являются мобильными купольными сооружениями, которые сыграли ключевую роль в быстром расширении Монгольской империи.

Итак, какие выводы можно сделать из наиболее эффективных примеров расширения как обычных, так и бизнес-империй? И какие стратегические решения позволят нам обеспечить на порядок большую скорость развертывания, чем лучшие исторические примеры?

Как и в биологических системах, производственная инфраструктура должна самовоспроизводиться.
Необходима стандартизированная модульная и мобильная архитектура.
Конструкция модулей должна быть пригодна для массового производства.
В архитектуре мы будем использовать купольные системы и принципы фрактального масштабирования.
Для обеспечения быстрого развертывания необходимо использовать уже существующую логистическую инфраструктуру мира и размещать заводы в крупнейших логистических узлах (морских портах).
Развертывание должно происходить параллельно и одновременно посредством воспроизводства через интеллектуальную собственность независимыми бизнес-структурами по всему миру.
Для финансирования будут использоваться инвестиционные фонды недвижимости (REIT), аналогично практике крупнейших сетей отелей, офисных зданий, торговых центров, и датацентров.

Развертывание в любых условиях

Основной принцип — «развертывание вопреки, а не благодаря». Подобно тому, как деревья пробиваются сквозь асфальт, наши здания будут возводиться там, где это практически невозможно: в центрах мегаполисов, в пустынях, реках и даже в океане.

Главная цель — быстрое развертывание глобальной сети из тысяч исследовательских лабораторий по всему миру. Наша задача — экспансия, подобная наступлению армии, невзирая на ландшафт или условия окружающей среды. Следовательно, архитектура должна быть жизнеспособной и адаптируемой к любым условиям.

Этот подход позволит нам быстро создать нашу глобальную сеть, независимо от географии и климата. Здания, построенные на основе принципов военной инженерии, будут обладать высокой мобильностью, прочностью и масштабируемостью.

Технологии

Технологии — ключевое слово в этом проекте, и главный принцип — использование технологий для достижения целей. Без передовых решений невозможно справиться с поставленными задачами. Высококачественные технологии позволяют достигать гораздо лучших результатов, используя те же ресурсы. Форма материала часто определяет его эффективность.

Технологии, которые мы будем использовать, включают:

Высокопрочные материалы: CUHPC (сверхвысокопрочный композитный бетон), закаленная сталь, закаленное многослойное стекло
Высокоэффективные конструкции: специальные фермы, кольцевые структуры, использование тросов
Применение робототехники
Использование лазерных технологий
Цифровое производство и компьютерная оптимизация

Эти передовые технологии позволят создать прочные, легкие и эффективные конструкции для реализации проекта.

Конструкция каркаса

Конструкция каркаса включает в себя следующие элементы:

Стержни/балки
Соединительные узлы
Болты

Все элементы каркаса изготовлены из закаленной стали с модулем упругости 1000 МПа (мегапаскалей). Другими словами, эти элементы могут выдерживать нагрузку до 10 тонн на квадратный сантиметр.

Узлы

Узлы состоят из стального кольца с 6 отверстиями для крепления стержней. Каждое второе отверстие предназначено для размещения гаечного ключа или торцевой головки, используемых для затягивания болтов.

Эти элементы изготавливаются методом массового литья в песчаные формы, которые создаются с помощью карусельного песчаного 3D-принтера. Такая технология позволяет изготавливать тысячи узлов за один цикл, обеспечивая высокую точность и скорость производства.

Стержни

Стержни представляют собой круглые балки с резьбовыми отверстиями, просверленными на каждом конце для соединения и фиксации с помощью болтов и узлов. Они изготавливаются из стальных заготовок на ЧПУ токарных станках в полностью автоматическом режиме. После обработки стержни проходят закалку для повышения прочности и воронение, что обеспечивает дополнительную защиту от коррозии и улучшает внешний вид.

Болты

Используются стандартные шестигранные болты с внутренним шестигранником, которые уже массово производятся промышленностью. Они изготовлены из закалённой стали, что обеспечивает высокую прочность, долговечность и доступность на рынке.

Бетон

Во всех конструкциях будет активно использоваться бетон, включая CUHPC (углеродный ультрапрочный бетон), газобетон и различные составы на их основе.

СUHPC (Ультрапрочный бетон)

СUHPC — это угленаполненный ультрапрочный бетон, обладающий высокой прочностью на сжатие и растяжение, что позволяет создавать тонкостенные конструкции. Ещё одно преимущество СUHPC — это снижение массы конструкций, что даёт возможность возводить более эффективные здания. Например, прочность первого этажа и фундамента напрямую зависит от общей массы здания.

Технологии, которые мы будем использовать:

Роботизированная сборка. Поскольку стандартные элементы будут производиться в тысячах экземпляров, их изготовление будет полностью автоматизировано с использованием роботов.
Резка углеродного волокна на месте перед производством бетона с использованием углеродной нити. Это обеспечит точный контроль длины волокон и процентного соотношения их длины, а также гарантирует качество исходного материала.
Ультразвуковое смешивание углеродного волокна с пластификатором. Углеродное волокно отличается высоким коэффициентом поверхностного натяжения, что усложняет его равномерное смешивание. Кроме того, в одной нити углеродного волокна содержится в 10 раз больше волокон, чем в стекловолокне.
Ультразвуковое уплотнение бетонной смеси.
Вакуумная обработка бетона для ускоренного удаления газа и увеличения прочности.
Быстрое твердение бетона с использованием автоклавного нагрева. Это значительно повышает прочность материала и ускоряет производственные процессы при массовом изготовлении.

Применение СUHPC:

Для создания плит перекрытий
Используется новая технология на основе тонкостенного СUHPC, армированного углеродным волокном, дополненного арматурой и армирующей сеткой. Толщина стенок плит будет составлять около 20 мм.
Для создания мебели
Столешницы, стулья и другие предметы интерьера из бетона.
Поверхностный слой панелей из газобетона
Стеновые модули из газобетона будут покрываться СUHPC для повышения прочности и долговечности.

СUHPC открывает новые горизонты в строительстве благодаря сочетанию лёгкости, прочности и долговечности, обеспечивая возможность для инновационных решений в архитектуре и дизайне.

Газобетон

Газобетон имеет низкую плотность и теплопроводность, что может быть полезным при создании стеновых модулей и теплоизолированных перекрытий.

Газобетон – это вид лёгкого бетона с пониженной плотностью и теплопроводностью, благодаря чему он отлично подходит для изготовления стеновых модулей и изоляционных плит перекрытий.

Основные особенности и преимущества газобетона:

Низкая плотность
Плотность газобетона варьируется в диапазоне от 300 до 800 кг/м³, что значительно ниже показателей обычного бетона. Благодаря этому снижается нагрузка на фундамент и облегчается общая конструкция здания.
Низкая теплопроводность
Наличие множества закрытых пор делает газобетон хорошим теплоизолятором. Коэффициент теплопроводности колеблется в пределах от 0.07 до 0.18 Вт/(м·K), что обеспечивает высокую энергоэффективность и позволяет снизить затраты на отопление и кондиционирование.
Звукоизоляция
Пористая структура газобетона способствует хорошей звукоизоляции, благодаря чему материал часто используют для возведения как внутренних, так и внешних стен.
Огнестойкость
Газобетон отличается высокой стойкостью к огню и способен выдерживать температуры до 1000°C, не теряя несущих свойств.
Долговечность
При правильном уходе и защите от атмосферных воздействий газобетон может сохранять свои свойства более 100 лет.
Экологичность
Газобетон является экологически безопасным материалом, не содержащим токсичных веществ и легко поддающимся переработке.

Благодаря своим уникальным свойствам газобетон широко применяется при строительстве энергоэффективных зданий, а также для утепления стен и перекрытий. Его лёгкость и прочность делают газобетон привлекательным выбором при модульном строительстве.

IGU – Стеклопакеты с изоляцией

Для внешнего остекления в проекте создаются изоляционные стеклопакеты (IGU), в которых между стеклами предусмотрено воздушное пространство. Такая конструкция значительно повышает энергоэффективность, поскольку воздушная полость служит дополнительным барьером для теплопотерь. Кроме того, стеклопакеты улучшают акустическую изоляцию и сокращают вероятность образования конденсата на внутренней поверхности стекла.

Дополнительно стекло подвергается закалке и склеивается с помощью светоотверждаемых композитов, что придаёт ему прочность, сопоставимую с бронированным стеклом. Все операции — от обработки исходного сырья до сборки — выполняются роботизированным способом внутри компании. Это позволяет добиться стоимости на порядок ниже, чем при закупке готовых изделий на рынке.

Стекло

В проекте используется стандартное стекло толщиной 4 мм, которое поставляется в виде стеков Jumbo. Такой формат значительно облегчает транспортировку и снижает количество обрезков, а также позволяет остеклять крупные поверхности без стыков.

Cylinders

Closed
Open

Закрытые цилиндры

Эти цилиндры имеют закрытый конец и используются в качестве крышек для контейнеров. Они могут вкладываться друг в друга, обеспечивая компактное хранение и транспортировку. Закрытая цилиндрическая конструкция позволяет эффективно складывать их и экономить место, когда они не используются в качестве крышек.

Открытые цилиндры

Мы используем цилиндры с неравными сторонами, что позволяет осуществлять плотную упаковку. Во время хранения или транспортировки цилиндры могут вкладываться друг в друга, занимая минимальное пространство в контейнере или на складе. Такой подход оптимизирует использование пространства и снижает затраты на хранение и транспортировку.

Генетический код

«Графен» будет развиваться как биологическая система, где из базовых элементов, на основе общих принципов, будут создаваться все более сложные структуры. Такой подход является насущной необходимостью, поскольку проект будет эволюционировать от малого к большому, от простого к более сложному, и каждый этап будет включать уже освоенные технологии.

Например, на первом этапе будут строиться простые здания, при этом будут внедрены несколько технологий: выпуклые стеклопакеты, несущий шестиугольный каркас, кольца из сегментов бетонной плиты, модульные перегородки из пенобетона и внутреннее оборудование, от кондиционеров до энергосистем.

На следующем этапе вместо фундамента будут создаваться плавучие платформы для поддержки этих зданий, что позволит размещать их на реках крупных городов.

На следующем этапе будет создана морская плавучая платформа для заводов, основанная на технологиях, разработанных на предыдущих этапах, и роботизированное оборудование из мастерских будет перенесено на эту платформу.

Наконец, будут созданы сами платформы «Кольцо», которые также будут построены на основе технологий, испытанных на предыдущих этапах.

Этот подход обеспечивает органичное развитие проекта, где каждый новый уровень сложности опирается на прочный фундамент предыдущих достижений. Это позволяет создавать все более масштабные и амбициозные структуры, основанные на проверенных технологиях и принципах.

Принципы

Минимальная стоимость: Поскольку Solenopsys является некоммерческой организацией, у нас нет миллиардов долларов на строительство зданий.
Архитектура мирового класса: Проект будет соответствовать самым высоким эстетическим и архитектурным стандартам, что позволит размещать его в центрах современных мегаполисов.
Быстрое развертывание: Мы не можем строить проекты годами — среднее время строительства наших зданий составляет 1 неделю.
Контролируемое пространство: Каждое здание в мире будет иметь цифровой двойник, что позволит нам контролировать тысячи объектов.
Легкость: Для транспортировки требуется минимальный вес.
Масштабируемость: Наши здания должны легко расширяться, увеличивая площадь по мере необходимости.
Компактная упаковка: Каждый структурный элемент должен быть способен к компактной плоской упаковке.
Мобильность: Быстрая установка или перемещение, максимальная адаптируемость.
Технологическая сложность: Все конструкции будут производиться роботами.
Универсальность: Эксплуатация в любых условиях, где 99% других архитектурных решений не могут быть развернуты.
Долговечность: Эксплуатация в самых суровых условиях окружающей среды, широких диапазонах температур и высоких статических и динамических нагрузках.
Простота: Достижение результата минимальными средствами и минимальным количеством элементов.

Элементы архитектурной системы

Фундаменты
Остекление
Перекрытия
Рельсы: Круглые рельсы для подвижных элементов.
Трубы: Трубы большого диаметра для создания резервуаров.

Фундаменты

Подразделяются на 4 типа:

Армированный бетонный фундамент для установки на суше.
Свайный фундамент для установки в пустынях и условиях вечной мерзлоты.
Понтонный фундамент для установки на водоёмах.
Объёмный трубчатый фундамент для установки в море

Типы зданий

Box (Коробка): Специально разработанная система контейнеров для быстрой доставки быстровозводимых зданий в любую точку мира с использованием стандартных 40-футовых контейнерных перевозок. После доставки контейнеры трансформируются в многоуровневые складские комплексы. Стоимость: 100 долларов за квадратный метр.
Tube (Труба): Компактные, быстровозводимые здания для центров НИОКР, которые могут быть развернуты в любом месте в течение недели, даже в районах без существующей инфраструктуры. Стоимость: 200 долларов за квадратный метр.
Dome (Купол): Быстровозводимые цеха цифровых фабрик, которые могут быть доставлены и развернуты в любом месте в течение месяца. Архитектура специально разработана для высокоточного цифрового производства. Стоимость: 400 долларов за квадратный метр.
Ring (Кольцо): Автономные горизонтальные небоскребы, предназначенные для размещения в море недалеко от береговой линии (примерно в 25 километрах). Инновационная архитектура здания с объемным фундаментом обеспечивает устойчивость к штормам 5 категории с высотой волн до 20 метров (максимально возможная высота волны 30 метров, при которой здание сохраняет устойчивость). Водоизмещение составляет около 10 000 тонн, а площадь здания — несколько десятков тысяч квадратных метров. Стоимость: 600 долларов за квадратный метр.

Обратите внимание, что стоимость может варьироваться в зависимости от местоположения, материалов и других факторов. Вышеупомянутые затраты являются приблизительными и приведены только для справки.

Box (Система хранения) Box — это простая система упаковки модулей Graphene в форм-факторе стандартных 40-футовых морских контейнеров.

Цели

Цель проекта "Box" — обеспечить доставку модулей Graphene в любую точку мира с использованием стандартных транспортных средств, а также предоставить возможность создавать недорогие технические здания для размещения и хранения оборудования.

Преимущества

Универсальность: Форм-фактор и прочность контейнеров позволяют транспортировать их на кораблях как стандартные контейнеры.
Компактность: В разобранном состоянии контейнер занимает всего 20% от объёма собранного контейнера.
Многоразовое использование: После доставки из элементов контейнера можно собирать многоуровневые складские комплексы.
Масштабируемость: Устройство может функционировать как отдельный контейнер или как часть складского комплекса, состоящего из сотен контейнеров.

Требования

Размеры: 40 High Cube, 12.192 x 2.896 x 2.438 м
Максимальный вес (брутто): 35 тонн
Полезная нагрузка (нетто): 30 тонн
Собственный вес контейнера: 5 тонн
Сертификация: Соответствие стандарту CSC

Элементы Box

Система состоит из трёх основных элементов:

Стена – основной несущий элемент конструкции.
Балка – соединяет стены между собой и придаёт конструкции жёсткость.
Плита – бетонная плита, формирующая горизонтальные поверхности (полы и потолки).

Стена

Стена состоит из пяти элементов:

Углы из литой стали.
Круглые трубы по периметру.
Волнообразная стенка из рулонной стали.
Приварные гайки из нержавеющей стали.
Высокопрочный бетон, заполняющий периметр и углы.

Процесс производства стен

Круглые трубы по периметру нарезаются на лазерном станке.
Гайки из нержавеющей стали привариваются к трубам.
Углы изготавливаются литьём стали.
Волнообразные стенки производятся из рулонной стали путём прокатки через вальцы и лазерной резки.
Периметр сваривается из круглых труб и углов, а волнообразные стенки привариваются к периметру с использованием лазерной сварки.
Периметр заполняется бетоном.
Наносится слой эпоксидной краски.

Балка

Изготавливается из толстолистовой стали и высокопрочного бетона.

Сталь режется лазером.
Затем элементы свариваются лазерной сваркой.
Заготовка помещается в форму, которая заливается бетоном.

Плита

Основание выполнено из перфорированного трёхмерного стального листа, усиленного арматурой в углах. Вокруг стального листа формируется бетонная оболочка из высокопрочного бетона.

Tube

Designed for deployment in towns, cities and megacities.

Tube Elements

Glazing

Exterior Dom glazing
Exterior level glazing
Interior glazing
Exterior doors

Structures

Floors
Steps of spiral staircase
Fabric covering

Frame

Guides – circular hoist rails

Equipment

Hoists on zero level
Electric lifts

Advantages

Multisize design different levels and different diameters.
First level area for industrial equipment height 5 meters width hoists for handling.
Compatible with any type of foundation, including Graphene.

Sizes

Tube structures are available in various sizes:

Small: 16-meter diameter
Medium: 24-meter diameter
Large: 32-meter diameter

Dome

The dome is designed for creating workshops in digital factories. Unlike the Tube and Ring, which are intended for scientific research, the Dome is focused on digital manufacturing, providing large and tall spaces for production. Designed for deployment in towns, cities and megacities.

Advantages

Multiple dome diameters
Perimeter gates with a height of 6 meters, allowing entry for any type of vehicle.
Central area height up to 12 meters.
Central crane with a lifting capacity of tens of tons.
Perimeter hoists for handling heavy loads at a height of 6 meters.
Compatible with any type of foundation, including Graphene.

Sizes

Dome structures are available in various sizes:

Small: 24-meter diameter
Medium: 32-meter diameter
Large: 48-meter diameter

Dome Elements

Glazing

Exterior dome glazing
Exterior gate glazing
Interior dome glazing
Doors

Structures

Internal and external floors
Fabric dome covering

Frame

Supports – dome supports
Rings – structural rings
Guides – circular hoist rails

Equipment

Hoists
Crane

Ring

The Ring is an autonomous horizontal skyscraper with specialized foundations. It is designed for deployment in extreme environmental conditions, where constructing any modern building is either too challenging, prohibitively expensive, or simply impossible, and where no other infrastructure exists.

Advantages

Modular design with multiple levels and varying diameters.

Deployment Locations

Offshore coastal zones, directly in the ocean,
Beyond the Arctic Circle, where permafrost is prevalent,
Deserts with shifting landscapes,
Jungles or forests where construction is challenging,
Swampy areas,
Mountainous regions.

Sizes

Tube structures are available in various sizes:

Small: 160-meter diameter, 6 meters wide;
Medium: 240-meter diameter, 9 meters wide;
Large: 320-meter diameter, 12 meters wide.

Tube Elements

Glazing

Exterior Dom glazing
Exterior level glazing
Interior glazing
Exterior doors

Structures

Floors
Steps of spiral staircase
Fabric covering