JEDNYM GŁOSEM O ROLI NAUKI W ROZWOJU BUDOWNICTWA I ARCHITEKTURY

Rozwój współczesnego budownictwa, architektury i planowania urbanistycznego zależy w ogromnej mierze od badań naukowych. Rada Naukowa „Buildera” zgodnym głosem przekonuje, jak istotna jest rola nauki w tych współpracujących ze sobą dziedzinach oraz wskazuje, jakie są kierunki tego rozwoju i jakie wiążą się z nim wyzwania.

prof. dr hab. inż. Jerzy Hoła
Kierownik Zakładu Budownictwa Ogólnego
Politechnika Wrocławska
Wiceprzewodniczący Rady Naukowej miesięcznika „Builder”
Dziekan Wydziału Budownictwa Lądowego i Wodnego
(w latach 2008-2016)

Czy do rozwoju budownictwa i architektury potrzebna jest nauka? Odpowiadając na to retoryczne pytanie, trzeba jednoznacznie powiedzieć, że tak. Nie wdając się w szczegóły, warto zauważyć, że bez odkrywania nowego, a tym jest właśnie działalność naukowa, trudno wyobrazić sobie działalność techniczną obejmującą m.in. projektowanie, konstruowanie, budowanie; polegającą m.in. na stosowaniu albo udoskonalaniu, albo zwiększaniu zakresu zastosowań tego, co jest już znane. Należy wyraźnie powiedzieć, że działalność naukowa i techniczna nie są od siebie sztywno oddzielone, lecz charakteryzują się tym, że rozwój jednej działalności uwarunkowany jest rozwojem drugiej i odwrotnie. W przypadku budownictwa i architektury bardzo ważne jest, żeby odkrywanie nowego prowadziło w krótszej lub dłuższej perspektywie czasowej do aplikacji, czyli do efektu technicznego. Problem ten został klarownie i całościowo przedstawiony w bardzo aktualnym materiale sygnowanym przez Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN, zatytułowanym Nauka we współczesnej inżynierii lądowej i wodnej, wydanym drukiem w 2014 roku przez Instytut Techniki Budowlanej w Warszawie. Zachęcam do jego lektury. Dyskutując rolę nauki w rozwoju nie tylko budownictwa i architektury, ale gospodarki jako całości, nie można zapominać o tym, że efekty działalności naukowej zależą wprost od należytego jej finansowania z budżetu państwa. Niestety obecnie poziom finansowania nauki w naszym kraju, liczony ułamkiem procenta PKB, odbiega drastycznie w dół od tego, jaki ma miejsce w tych krajach, w których władze państwowe właściwie rozumieją wiodącą rolę nauki w rozwoju nowoczesnej gospodarki i kraju.

prof. dr hab. inż. Tomasz Siwowski
Kierownik Zakładu Dróg i Mostów
Politechnika Rzeszowska
Członek Rady Programowej miesięcznika „Builder”

W każdym wysoko rozwiniętym kraju/społeczeństwie rola nauki w jego dalszym rozwoju powinna być znacząca, i jest najczęściej mierzona procentem PKB przeznaczanym na naukę. Według danych Unii Europejskiej na badania i rozwój Polska wydała w 2018 roku zaledwie 1,03 proc. PKB. Nic nie wskazuje, aby ta sytuacja miała się zmienić w kolejnych latach. Dla porównania: Szwecja, europejski lider innowacyjności, wydała na badania i rozwój 3,40 proc. PKB, a więc 3,5 razy więcej, a wskaźnik ten w całej Unii Europejskiej wyniósł średnio 2,07 proc. PKB. W takiej sytuacji trudno oczekiwać, aby w budownictwie – dyscyplinie wg niektórych koryfeuszy bardzo nienaukowej – rola nauki była znacząca. W mojej ocenie, która dotyczy głównie inżynierii lądowej, obecna rola nauki jest czysto instrumentalna. Zarówno inwestorzy, którymi jest administracja rządowa i samorządowa, jak również wykonawcy, „wynajmują” naukowców głównie w sytuacjach spornych, aby ci potwierdzili rację którejś ze stron, licząc na większą przychylność oceniających spór arbitrów lub sądu. Do rzadkości należą firmy budowlane z naszej branży, które razem z naukowcami piszą projekty i zdobywają środki z NCBiR lub PARP na wdrażanie prawdziwych innowacji. A przy niskich nakładach na naukę właśnie te środki, zdobywane w różnych konkursach, mogłyby stanowić spory budżet na badania i rozwój. Niestety nie trafia on do budownictwa. I nie zmieniają tego generalnego obrazu pojedyncze projekty R&D (np. realizowane w programie „Rozwój Innowacji Drogowych”, finansowanym przez GDDKiA i NCBiR) i wdrażane dzięki nim nieliczne innowacje, o których słyszymy od czasu do czasu i czytamy np. w „Builderze”. Podsumowując, rola nauki w rozwoju budownictwa i architektury jest w obecnej sytuacji w Polsce daleko niewystarczająca.

prof. dr hab. inż. Leszek Rafalski
Dyrektor Naczelny
Instytut Badawczy Dróg i Mostów
Członek Rady Recenzentów miesięcznika „Builder”

Zarówno dawniej, jak i współcześnie w rozwoju budownictwa można zauważyć dwa kierunki badań naukowych. Pierwszy ma na celu poszukiwanie nowych materiałów i wyrobów przeznaczonych do konstrukcji budowlanych. Drugi kierunek badań to kształtowanie nowych zasad projektowania konstrukcji budowlanych. Badania te dotyczą także dróg i mostów. Aktualnie prowadzone badania naukowe w zakresie nowych materiałów oraz wyrobów do dróg i mostów obejmują np. kompozyty o dużej wytrzymałości i odporności na czynniki klimatyczne, nowe powłoki antykorozyjne lub asfalty wysoko modyfikowane o dużej odporności na różnice temperatury. Ważnym obszarem badań w ramach gospodarki obiegu zamkniętego jest także wykorzystanie materiałów odpadowych do budowy drogowych konstrukcji inżynierskich. Odnośnie do zasad projektowania, to badania dotyczące mostów mają na celu konstruowanie obiektów o dużych rozpiętościach odpornych na czynniki klimatyczne. Natomiast w przypadku dróg obecnie prowadzone prace badawcze są związane z długowiecznymi nawierzchniami drogowymi pozwalającymi na ich wieloletnią eksploatację bez remontów.

prof. dr hab. inż. Zdzisław Hejducki
Prodziekan ds. ogólnych
Politechnika Wrocławska
Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego
Katedra Budownictwa Ogólnego
Członek Rady Programowej i Rady Recenzentów miesięcznika „Builder”

Aktualnie prowadzone prace badawcze dotyczą modelowania przedsięwzięć budowlanych z uwzględnieniem narzędzi sztucznej inteligencji. Krótkie terminy wykonania, konkurencja, ograniczenia w sferze transportu oraz magazynowania materiałów wymuszają perfekcyjne planowanie i harmonogramowanie zarówno w sferze bezpośrednio związanej z realizacją budowy, jak i z jej otoczeniem: transportu, zapewnienia ciągłości prac grup roboczych oraz sprzętu, składowania materiałów i prefabrykatów itd. Są one powiązane oraz bezpośrednio zależne.

Naukowe – optymalne rozwiązanie każdego z wymienionych zagadnień prowadzi do bardzo skomplikowanych modeli i trudnych (NP-zupełnych) zagadnień optymalizacyjnych. Tym bardziej, że w praktyce są to zagadnienia wielokryterialne i zazwyczaj przeciwstawne, jak np. koszt oraz czas (skracanie czasu realizacji powoduje zazwyczaj zwiększenie kosztów). Ponadto dynamicznie zmieniające się otoczenie wymusza dużą elastyczność metod wspierających zarządzanie oraz pracę w czasie rzeczywistym. Do rozwiązywania tego typu zagadnień stosowane są zaawansowane metaheurystyki – techniki bazujące na metodach sztucznej inteligencji. Szczególne zagadnienia, nad którymi pracujemy, dotyczą doskonalenia metod sprzężeń czasowych, w szczególności zastosowania teorii szeregowania zadań, optymalizacji zależności czasowo-kosztowych z zastosowaniem algorytmów ewolucyjnych, Tabu Search i in., harmonogramowanie przedsięwzięć budowlanych z rozmytymi czasami wykonania zadań, optymalne planowanie przedsięwzięć budowlanych z zależnościami typu czas/koszt/zasoby i inne.

dr hab. Barbara Kowalewska, prof. ASP
Prodziekan Wydziału Architektury Wnętrz
Akademia Sztuk Pięknych w Warszawie
Członek Rady Recenzentów miesięcznika „Builder”

W Księdze cytatów z polskiej literatury pięknej od XVI do XX wieku Władysława Kopalińskiego odnajdujemy moc Nauki zaklętą w słowach polskiego pisarza, Ignacego Balińskiego: „Chcesz być czymś w życiu, to się ucz, abyś nie zginął w tłumie; nauka to potęgi klucz, w tym moc, co więcej umie”. Niepodważalna jest rola nauki, poznawania i doświadczania. Ona tworzy rozwój nie tylko na niwie budownictwa i architektury, ale przenika wszystkie dziedziny naszej aktywności. Coraz częściej, w odniesieniu do architektury w pojęciu holistycznym, podnoszone są nowe sposoby oraz podejścia do planowania, programowania i projektowania, określane jako Research by Design and Design by Research.

W mojej ocenie nie wyklucza to wpływu nauki przekazywanej przez naukowca, projektanta, badacza z wrodzoną intuicją, która nie opiera się tylko na danych liczbowych wygenerowanych z programu komputerowego.

Gwarantem zrównoważonego postępu w budownictwie i architekturze nie są wyłącznie standardy techniczne. W dobie XXI wieku i coraz liczniejszych zagrożeń ekologicznych, bez planu B dla naszej planety, ważne jest rozważenie innych aspektów poza nauką. Mądre projektowanie.

Po wielu latach doświadczeń jako dydaktyk stwierdzam, że związek pomiędzy twórczością własną a efektami kształcenia podopiecznych jest współzależny. Stosowne w tym miejscu staje się przytoczenie słów wybitnego twórcy i wieloletniego pedagoga Wydziału Architektury Wnętrz, prof. Jana Kurzątkowskiego: „Tą drogą doszedłem do pojęcia jedności sztuk plastycznych. W innych sztukach – w muzyce, poezji i w ogóle literaturze i teatrze odnalazłem wtedy związki, które potwierdzają tezę o jedności kultury materialnej i duchowej – o jedności praw sztuki. Zrozumiałem też wtedy, że sztuka polega nie tyle na tym, co i jak się robi, ale w równej mierze i na tym, czego się nie robi. Wierzę też, że istnieje związek między etyką i estetyką”.

prof. dr hab. inż. Anna Sobotka
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki,
Członek Rady Programowej i Rady Recenzentów miesięcznika „Builder”

Rolę nauki w rozwoju budownictwa i architektury można, w uproszczeniu, rozważać
w dwóch aspektach.

Pierwsze – to wykorzystanie osiągnięć różnych nauk (np. informatyki, inżynierii materiałowej, mechaniki, nauk o zarządzaniu, o bezpieczeństwie) i rozwoju techniki w doskonaleniu oraz rozwoju działalności budowlanej, tj. projektowaniu i wykonywaniu obiektów budowlanych.

Najpierw sięgają po nie i wykorzystują w swoich wizjach architekci, by razem z konstruktorami, instalatorami itd. przełożyć je na rzeczywiste obiekty budowlane, zaspokajające coraz większe wymagania co do jakości świadczonych w oparciu o te obiekty funkcje (usługi), jak np. szybszy i dogodniejszy transport: koleje dużych prędkości, gigantyczne wiadukty i mosty; lepsze wykorzystanie terenu: wysokościowce, tunele, garaże podziemne; wygodniejsze i oszczędniejsze w eksploatacji: budynki pasywne, inteligentne.

Konstrukcje budowlane, w tym wykończenie i wyposażenie oraz ich wykonywanie, stają się coraz bardziej skomplikowane, a ich zaprojektowanie i realizacja wymaga zastosowania i rozwijania nowych metod obliczeniowych, nowych technologii budowania, doskonalenia metod zarządzania realizacją przedsięwzięć budowlanych, w tym podejmowania decyzji z uwzględnieniem ryzyka. I to jest ten drugi aspekt roli nauki. Zastosowanie osiągnięć interdyscyplinarnych (nauki i techniki) nie byłoby możliwe bez badań naukowych umożliwiających ich wykorzystanie i wdrożenie w budownictwie.

prof. dr hab. inż. Kazimierz Furtak
Kierownik Katedry Budowy Mostów i Tuneli
Przewodniczący Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN
Członek Rady Recenzentów miesięcznika „Builder”
Rektor Politechniki Krakowskiej (w latach 2008-2016)

Historia budownictwa i architektury jest nierozłącznie związana z aspiracjami oraz dążeniami człowieka, aby żyć komfortowo i bezpiecznie. Dążenia te były realizowane w różny sposób, między innymi dlatego, że różne były możliwości techniczne, materiałowe, technologiczne i inne. Z biegiem lat notowano coraz większy udział nauki. Skończyły się czasy, gdy sztuka architektoniczno-budowlana była przekazywana z pokolenia na pokolenie. Skończyły się też czasy, gdy działania architektów ograniczały się do bryły i funkcji, a konstruktora budowlanego do obliczeń statycznych i wytrzymałościowych. Dla potrzeb budownictwa angażowane są coraz to nowe obszary wiedzy i nauki. Ważna jest nie tylko forma i funkcja oraz bezpieczeństwo i trwałość. Ważny jest komfort użytkowania, zużycie energii, automatyzacja wielu procesów użytkowych. Powstają budynki energooszczędne i inteligentne. Takie rozwiązania są możliwe dzięki rozwojowi wielu obszarów nauki i techniki, które często zostają wdrażane na potrzeby innych gałęzi gospodarki, a do budownictwa są przystosowywane. Występuje tu także sprzężenie zwrotne, gdyż z jednej strony w dużym stopniu przyczyniają się do rozwoju budownictwa, a z drugiej strony budownictwo definiuje potrzeby, które stymulują rozwój nauki. Współczesne budownictwo to multidyscyplinarny zespół – działających w dużej mierze niezależnie od siebie – ludzi nauki, inżynierów, konstruktorów, technologów, specjalistów w zakresie informatyki, automatyki, robotyki, telekomunikacji, materiałoznawstwa, maszyn i urządzeń. Coraz mniejszy procentowo jest zespół „majstrów” na budowie. Wchodzący do wykonawstwa druk 3D jeszcze w większym stopniu tę grupę ludzi zredukuje. Przeobrażeniu uległo samo projektowanie. To z jednej strony włączenie narzędzi informatycznych, a z drugiej zagadnienia związane z energochłonnością procesu budowy i eksploatacji, komfort, estetyka. Coraz bardziej zintegrowane są funkcje oraz charakterystyki materiałowe i konstrukcyjne w procesie projektowania, budowy oraz eksploatacji danego obiektu. Jesteśmy na początku nowej ery w budownictwie, wyznaczanej między innymi przez BIM. Dzięki BIM integruje się wiedzę techniczną, związaną z zarządzaniem, z wielowymiarowym cyfrowym modelowaniem procesu projektowania konstrukcyjnego i w zakresie wyposażenia, w coraz szerszym zakresie wykorzystuje potencjał przeobrażania cyklu powstawania i eksploatacji obiektu w jeden ciągły system zarządzania wszystkimi fazami życia obiektu; w tym projektowania, budowy, eksploatacji, a nawet utylizacji po okresie eksploatacji.

prof. dr hab. inż. Krzysztof Stypuła
Katedra Mechaniki Budowli i Materiałów
Wydział Inżynierii Lądowej
Politechnika Krakowska
Członek Rady Recenzentów miesięcznika „Builder”

Już Seneka pisał: „Homo nihil scit sine doctrina”, czyli „Człowiek bez nauki nie ma żadnej wiedzy”. Skoro zatem przez wieki miał miejsce rozwój wiedzy w zakresie budownictwa i architektury, to nauka zawsze miała w tym rozwoju swój udział. Wydaje się, że obecnie tempo rozwoju budownictwa i architektury jest skorelowane z postępami w nauce, i że coraz bardziej przyspiesza. Datujący się od drugiej połowy ubiegłego wieku rozwój nauk informatycznych, metod komputerowych i modelowania konstrukcji przyniósł rewolucyjne zmiany w podejściu do projektowania obiektów budowlanych, a także do prognozowania wpływów środowiskowych (wiatr, śnieg, drgania i trzęsienia ziemi czy hałas) na te obiekty. Drugą dziedziną nauki, która wywiera obecnie ogromny wpływ na rozwój budownictwa i architektury, jest chemia i związana z nią inżynieria materiałowa. Bez tych nauk nie mielibyśmy nowych materiałów konstrukcyjnych i nowych technologii pozwalających tworzyć rekordowej długości przęsła mostów, czy budynki kilkusetmetrowej wysokości. Nie byłoby także nowoczesnych materiałów izolacyjnych i wykończeniowych. Nawiązując do obszaru moich zainteresowań, nie byłoby np. nowoczesnych materiałów wibroizolacyjnych, takich jak elastomery, czy rozwiązań wibroizolacyjnych w konstrukcji dróg szynowych. Trudno sobie dzisiaj wyobrazić, że te materiały i rozwiązania zaczęły być stosowane w Polsce dopiero po zmianie ustroju w 1989 roku. Reasumując: „Dom się buduje mądrością, a roztropnością – umacnia” (Księga Przysłów 24:3).

prof. dr hab. inż. Kazimierz Flaga, dr h.c.multi
Politechnika Krakowska
Wydział Inżynierii Lądowej
Katedra Konstrukcji Mostowych, Metalowych i Drewnianych
Członek Rady Recenzentów miesięcznika „Builder”

Budownictwo i architektura są jednymi z najstarszych zawodów w historii ludzkości. Człowiek zawsze potrzebował gdzieś mieszkać. W swoim rozwoju cywilizacyjnym przeszedł on od mieszkań w grotach i jaskiniach do zabudowy otwartej pozwalającej na życie w zmiennych warunkach klimatycznych i środowiskowych. Przez wiele tysiącleci budownictwo to polegało na wykorzystaniu łatwo dostępnych materiałów naturalnych, kamienia, drewna, bambusa, trzciny, słomy, ale też na ciągłym udoskonalaniu techniki wznoszenia budynków mieszkalnych i innych obiektów – nazwalibyśmy je użyteczności publicznej, których potrzeba wzrastała wraz z rozwojem duchowym człowieka, jego wierzeń i dążności do potrzeb wyższego rzędu w postaci sztuki. Początkowo zwracano większą uwagę na konstrukcje i bezpieczeństwo budowli (słynny Kodeks Hammurabiego w Babilonii z 1750 r. p.n.e.), później pojawia się potrzeba również estetyki i piękna (słynne wykopaliska w Knossos na Krecie i w Akrotiri na Santorinie z około XV w. p.n.e.). Postęp w budownictwie i architekturze dokonuje się wówczas głównie na podstawie doświadczenia, nie ma wyraźnego rozdziału na budownictwo i architekturę. Wznoszenie budynków i obiektów jest po prostu dziełem budowniczych. Każda rzecz wzniesiona przez człowieka ma być wg Sokratesa (IV w. p.n.e.) funkcjonalna, trwała i piękna. Powoli rodzi się, na bazie doświadczenia, postęp w technologii materiałów budowlanych, na Bliskim Wschodzie zostaje opracowana produkcja sztucznego kamienia – cegły – przez wypalanie ogólnodostępnych glin, powstają pierwsze sztuczne spoiwa hydrauliczne w postaci cementu polegającego na mieszaniu dotychczasowego spoiwa naturalnego – wapna (też najpierw gaszonego) z dodatkiem hydraulicznym, pucolaną pochodzącą z popiołów wulkanicznych. Czy ten postęp może być już uznany za wkład nauki w rozwój budownictwa? Myślę, że tak. Była to jeszcze nie nauka teoretyczna, ale nauka eksperymentalna, doświadczalna.

W średniowieczu, renesansie czy czasach współczesnych bez wkładu nauki nie można sobie wyobrazić rozwoju budownictwa i architektury. Zasłużył się tu przede wszystkim okres oświecenia, okres dominowania idei Kartezjańskiej „Myślę, więc jestem”, gdy na bazie rozwoju nauk podstawowych: matematyki, fizyki i chemii dokonał się istotny postęp w życiu społeczeństw, owocujący najpierw I rewolucją przemysłową. Zastosowano wówczas w budownictwie takie materiały jak sztuczny kamień – beton czy też żeliwo, a później stal – jako materiał ciągliwy. Doprowadziło to np. w budownictwie mostowym do rozwoju konstrukcji: belkowych, ramowych, łukowych, podwieszonych, wiszących, wstęgowych, extradosed, ale też do oderwania się budownictwa (konstrukcji) od architektury, która, wykorzystując te nowe materiały, szukała w nich nowego wyrazu estetycznego. Z biegiem lat przyszła II rewolucja przemysłowa (technologie cyfrowe, przestrzenie wirtualne), a obecnie III rewolucja przemysłowa (nanotechnologia, biotechnologia), które w bardzo szybkim tempie zmieniają postrzeganie naszych ludzkich możliwości i które rzutują w sposób zasadniczy na nowoczesne budownictwo (m.in. technologie BIM) czy też architekturę (np. systemy bioniczne). Bez rozwoju nauki nie da się opisać i realizować współczesnego budownictwa oraz architektury, są one immanentnie związane z rozwojem cywilizacyjnym ludzkości.