صُنفت الأنظمة الحركيه بالواجهات إلى تصنيفات متعددة، أما تبعاً لطبيعة الحركة أو أنظمة التحكم أو طرق التشغيل ووسائل التشغيل، وقد تم الجمع بينهم في المخطط التالي.
 |
| شكل (1) تصنيفات الأنظمة الحركية تبعاً لأنواع الحركة ونظم التحكم بها وطرق تشغيلها ووسائل تشغيلها |
1. أنواع الهياكل الحركية
ومن أهم هذه التصنيفات أنواع الهياكل الحركية وتنقسم إلى ثلاثة أنواع رئيسية كما هو موضح بالشكل (2)، نفصلها فيما يلي: |
| شكل (2) أنوع الهياكل الحركية الرئيسية المدمجة والمتحولة والديناميكية |
1.1. الهياكل الحركية المدمجة Embedded Kinetic Structure
الهياكل الحركية المدمجة هي أنظمة موجودة داخل مجموعة معمارية أكبر في موقع ثابت, وتتمثل مهمتها الرئيسية في تعديل النظام المعماري الأكبر إستجابة للعوامل البيئية المتغيرة. يمكن فصل هذا النوع عن النظام الأكبر.
“Embedded kinetic structures are systems that exist within a larger architectural whole in a fixed location”
من أبرز أمثلة المبانى ذات الهياكل الحركية المدمجة (مبنى Kiefer Technic) باستراليا، والذى تم تصميم واجهته بالكامل كهيكل حركى يتضمن محركات طولية تتحكم فى حركة ألواح الألومونيوم المثقبة المكونة للواجهة، والتى تغير من شكلها أوتوماتيكيا، طبقا لتغير شدة الإشعاع الشمسى؛ لتوفير كمية إضاءة طبيعية Daylight مناسبة داخل الفراغ وحماية المبنى من أشعة الشمس، كما يوضح شكل (3).
 |
| شكل (3) الوضعيات الحركية المختلفة لواجهة مبنى شركة Kiefer technic باستراليا |
2.1. الهياكل الحركية المتحولة Deployable Kinetic Structures
 |
| شكل (4) نموذج “Chuck Hoberman” كمثال للهياكل المتحولة |
3.1. الهياكل الحركية الديناميكية Dynamic Kinetic Structures
هى أنظمة تتواجد ضمن مجموعة معمارية كبيرة ولكنها تعمل بشكل مستقل، وقد تشمل كاسرات شمسية وأنظمة التظليل والفتحات والأسقف أوالحوائط. فعلى سبيل المثال: يمكن أن يكون سقف أحد المسارح مصمم بحيث يمكنه التغير بشكل مستقل فوق الحضور؛ للحصول على أفضل خواص صوتية داخل الفراغ .
من أمثلة المبانى ذات الهياكل الحركية الديناميكية مبنى Design Hub بالمعهد الملكى للتكنولوجيا بميلبورن RMIT. حيث صمم غلاف المبنى من طبقتين؛ تتكون الطبقة الخارجية من ما يقرب من 16250 قرص من الزجاج الشفاف المتكرر على أربعة مستويات بالمبنى الرئيسى المكون من 8 طوابق.
وتقوم مجموعة من تلك الأقراص بالحركة طبقا لحركة الشمس على محور عمودى فى ثلاث واجهات وحول محور أفقى فى الواجهة الرابعة لتقليل الحرارة المكتسبة من أشعة الشمس على مدار اليوم.كما في شكل (5).
 |
| شكل (5) غلاف مبنى Design Hub المعهد الملكى للتكنولوجيا بميلبورن RMIT وهياكل الحركة المتفاعلة مع الشمس |
2. نظم التحكم بالأنظمة الحركية
التحكم فى الأنظمة الحركية هى وظيفة لملائمة وإستجابة المبنى للاحتياجات المتغيرة، ويعد التحكم فى حركة الأنظمة الحركية أمر أساسى للمسائل المتعلقة بأساليب التصميم والإنشاء والقدرة التشغيلية والصيانة بالإضافة إلى المسائل المتعلقة بالتفاعل مع الإنسان والمحيط البيئى، ويتم التحكم فى الأنظمة الحركية بطرق مختلفة، نخص بالذكر منها ستة أنواع عامة تتمثل فيما يلي:
 |
| شكل (6) النظم المختلفة للتحكم بالأنظمة الحركية |
1.2. التحكم الداخلى Internal Control
يحتوى هذا النظام على الرقابة الداخلية فيما يتعلق بالمعوقات الملازمة للدوران أوالإنزلاق الإنشائى، ويقع فى هذا التصنيف الهياكل الحركية المتحولة والقابلة للانتقال فتلك الأنظمة تمتلك إمكانية الحركة الميكانيكية من الناحية الإنشائية ولكن ليس لديها أى آداة أوآلية للتحكم المباشر.كما يوضح شكل (6)- (أ).
2.2. التحكم المباشر Direct Control
فيه يتم تشغيل الحركة عن طريق أحد مصادر الطاقة المتعددة سواء كان محركات كهربائية أو طاقة بشرية، استجابة للظروف البيئية.كما يوضح شكل (6)- (ب).
3.2. التحكم غير المباشر Indirect Control
فيه يتم تشغيل الحركة نتيجة معلومات تأتى من أجهزة الاستشعار بالمبنى، حيث يبدأ النظام الأساسى للتحكم مع مدخل خارجى لجهاز الاستشعار، ثم يقوم جهاز الاستشعار بنقل رسالة إلى جهاز التحكم، ويولى جهاز التحكم تعليمات تشغيل أو توقف الحركة إلى مصدر الطاقة.
بذلك يمكن تعريف نظام التحكم غير المباشر بأنه تحكم ذاتى فردى استجابة لحافز فردى. كما يوضح شكل (6)- (ج).
4.2. التحكم غير المباشر المستجيب Responsive Indirect Control
النظام الأساسى للعملية كما هو فى أنظمة التحكم غير المباشر ،ولكن قد يأخذ جهاز التحكم بعض القرارات بناءا على مدخلات العديد من أجهزة الاستشعار وإتخاذ القرار الأمثل وإرساله لمصدر الطاقة لتشغيل حركة عنصر ما بالمبنى. كما يوضح شكل (6)- (د).
5.2. التحكم غير المباشر المستجيب الكلى Ubiquitous Responsive Indirect Control
الحركة فى هذا النظام هى نتيجة للعديد من أجهزة الإستشعار والمحركات ،حيث يعمل كل زوج معا ككل فى شبكة واحدة ،وهنا يحتاج نظام التحكم إلى ملاحظات أوتحكم حاسوبى يقوم بالتنبؤ والتكيف أوتوماتيكيا. كما يوضح شكل (6)- (و).
6.2. التحكم الغير مباشر المستجيب الموجه Heuristic Responsive Indirect Control
الحركة فى هذا النظام تقوم على حركة مستجيبة ذاتية التعديل إما فردية أو كلية، مثل هذه الأنظمة تدمج قدرة التوجيه أوالتعلم فى آلية التحكم، ويتعلم النظام من خلال تكيف ناجح تم تجربته لتحسين نظام فى بيئة تستجيب للتغير. كما يوضح شكل (6)- (و).
ويمكن الجمع بين نظامين أوأكثر من أنظمة التحكم للحصول على أفضل أداء للأنظمة الحركية فى التكيف مع التغيرات البيئية وتوفير إحتياجات مستخدمى المبنى من الراحة الحرارية وإمكانية الرؤيا وغيرهم.
3. طرق التشغيل بالأنظمة الحركية
تنقسم الأنظمة الحركية تبعاً لطرق حركتها وتشغيلها إلى ثلاثة حركات مكانية Transformation تشمل: الحركة الإنتقالية Translationوالحركة الدورانية Rotation والتحجيم Scaling وحركة ناتجة عن تغيّر خواص المادة، كما في شكل ( 5-7).
تُعرف Translation على أنها حركة عنصر على مسار مستوٍ منتظم، بينما الدوران Rotation هو حركة العنصر حول محور، في حين أن التحجيم Scaling هو التغيير في كتلة الجسم عن طريق التوسع أو الإنكماش.
تعتبر أنواع الحركة المعقدة الأخرى مثل اللف أو الالتفاف هي مزيج بين هذه الحركات الأساسية الثلاث. النوع الرابع من تشوه المواد يعتمد على خواص المواد مثل مرونة المواد.
 |
| شكل (7) أنواع الأنظمة الحركية تبعاً لطرق تشغيلها |
تفرع من هذا التعريف العديد من التصنيفات المختلفة, من أهمها وأكثرها شيوعاً وأقربها للتعريف السابق, تصنيف الأنظمة الحركية إلى أنظمة دورانية Rotation و أنظمة منزلقة Sliding وأنظمة منطوية Folding وأنظمة تعتمد على خواص المادة Material.
وفيما يلي سنتناول هذه الأنظمة بشكل تحليلي من خلال أمثلة لمبانى طبقت فيها هذه الأنظمة, كما في شكل (8).
 |
| شكل (8) أمثلة على تصنيقات
الانظمة الحركية من حبث طرق التشغيل |
1.3. الأنظمة ذات الحركة الدورانية Rotation Systems
تحدث الحركة الدورانية لعنصر ما وهو ثابت في موضعه، حيث تكون الحركة في الغالب حول محور واحد، وقد تكون الحركة الدورانية على هيئة دوران Swivel أو رفرفة Flap. وأما عن محور الحركة الذي يدور حوله العنصر فقد يقع خارج العنصر أو داخله.
يوضح المثال التالي بشكل (9), (10) مبنى جامعة جنوب الدنمارك كمثال لأغلفة المباني التي تعتمد على الأنظمة الحركية الدورانية في تطبيق مبادئ العمارة الخضراء من خلال تحقيق الكفاءة في إستهلاك الطاقة وتوفير الراحة الحرارية للمستخدمين داخل الفراغ من خلال توفر الإضاءة الطبيعية مع إمكانية الرؤيا.
 |
| شكل (9) نظام الحركة الدورانية بغلاف مبنى جامعة جنوب الدنمارك SDU |
 |
| شكل (10) تفاصيل لنظام
الحركة الدورانية بغلاف مبنى جامعة جنوب الدنمارك SDU |
يتميز مبنى جامعة جنوب الدنمارك بغلاف متفرد ومتنوع من حيث الشكل والوظيفة، فقد تم تجهيز الغلاف بأنظمة تظليل حركية تسعى للتكيف مع التغيرات المناخية وتوفير ضوء النهار الأمثل Daylight مع توافر عنصر الرؤيا View.
يتكون نظام التظليل الحركي بغلاف المبنى من 1600 شريحة مثلثة من الصلب المثقب، وهي مثبتة على الواجهة بطريقة تسمح لها بالتأقلم مع ضوء النهار المتغير وتدفق الضوء المطلوب، وعندما تغلق هذه الوحدات المثلثة فإنها تكون مستوية على طول الواجهة ، في حين أنها تظهر من الواجهة عند فتحها نصفيا أو مفتوحة بالكامل.
تم تزويد نظام التظليل بأجهزة إستشعار تقيس مستويات الضوء والحرارة بشكل مستمر وتنظم عناصر الحركة آليًا بواسطة محرك صغير.
2.3. الأنظمة ذات الحركة المنزلقة Sliding Systems
تحدث الحركة المنزلقة لعنصر ما في غلاف المبنى عندما يكون موضع العنصر متغيراً وحركته ثابتة في الإتجاه، وقد يكون الإنزلاق موازياً أو عموديا.
يوضح المثال التالي إستاد مرسيدس بنز لكرة القدم بالولايات المتحدة الأمركية، كمثال لمبني يعتمد على نظام حركي منزلق بسقف المبنى الذي يمثل جزءاً رئيسياً من مكونات الغلاف،كما يوضح شكل (11)، حيث ساعد هذا السقف المتحرك في توفير الإضاءة والتهوية الطبيعية للمبنى وبالتالي تحقيق الراحة والكفاءة في الطاقة، مما ساهم في حصول المبنى على تقييم Platinum من نظام LEED كأول مبنى رياضي إحترافي يحصل على LEED.
 |
| شكل (11) نظام الحركة المنزلقة بسقف مبنى إستاد مرسيدس بجورجيا |
 |
| شكل (12) تفاصيل نظام الحركة المنزلقة بسقف مبنى
إستاد مرسيدس بجورجيا |
يتميز المبنى بسقف متحرك يعتمد على النظام المنزلق في الحركة, حيث يتكون السقف من 8 شرائح تتحرك في مسار أشعاعي يشبه عدسة الكاميرا، وتتكون كل شريحة من 3 طبقات من مادة ETFE المميزة بخفة وزنها وقوة تحملها وشفافيتها.
يبلغ طول كل شريحة من الشرائح الثمانية نحو 200 قدم بإتجاه وسط الملعب على 16 دعامة ثانوية تنبع من دعامات فولاذية أولية طولها 720 قدمًا, يمتد هذا الإطار الفولاذي الأساسي إلى "أعمدة ضخمة"، كما يوضح شكل (12)‘ وقد ساهم هذا السقف في التبريد السلبي للمكان مع توفير ضوء النهار.
3.3. الأنظمة ذات الحركة المنطوية Folding Systems
تمثل مزيجاً من الحركة الدورانية والحركة المنزلقة. وعادة مايربط هذا النظام الحركي بين حواف أوأطراف عنصرين أو أكثر في غلاف المبنى، وقد تشبه الحركة الورقة المنطوية Folding أو الورقة المقصوصة Scissor fold.
يوضح المثال التالي بشكل (13) أبراج البحر بأبو ظبي بالأمارات العربية المتحدة كمثال لمبني يعتمد غلافه على نظام حركي منطوي Folding Systems. حيث تمكن المبنى ذو الغلاف الزجاجي من مواجهة المناخ الصحراوي الحار، من خلال حل ذكي يعتمد على التقنيات التكنولوجية؛ وهو أضافة طبقة خارجية للغلاف الزجاجي مكونة من 2000 مظلة شمسية تفتح وتغلق تلقائيا وفقاً لشدة أشعة الشمس.
 |
| شكل (13) طبقات الغلاف بأبراج البحر ونظام التظليل المتحرك كطبقة من طبقات الغلاف |
إستُلهمت فكرة الغلاف الخارجي لأبراج البحر من فكرة المشربية التي كانت تزين نوافذ البيوت العربية التقليدية منذ القرن الـ14، والتي توفر كلا من الظل والخصوصية، وفي نفس الوقت تسمح بإطلالة خارجية طوال الوقت، كما يوضح شكل (14).
 |
| شكل (14) تفاصيل الوحدات
المتحركة المكونة للغلاف الخارجي للمبنى |
 |
| شكل (15) تفاصيل النظام الحركي المنطوي بغلاف أبراج البحر بأبوظبي |
يبعد الغلاف الخارجي الحركي عن الغلاف الزجاجي للمبنى بمترين، وهومصمم في إطار مستقل، كل مثلث مطلي بالألياف الزجاجية ومبرمج وفقاً لحركة الشمس.
في الليل تظل المظلات مطوية تسمح بظهور الواجهة الزجاجية الأساسية للمبنى. وعندما تشرق الشمس في الصباح الباكر في المنطقة الشرقية من المبنى، تفتح المظلات المتواجدة في المنطقة الشرقية وكلما تحركت الشمس لتغطي المناطق الأخرى من المبنى تتبعها المظلات وتفتح، كما يوضح شكل (15).
4.3. أنظمة تعتمد على تغيّر خواص المادة Material distortion Systems
تمثل الأنظمة التى تعتمد على تشوه المادة وتغير حالاتها نهجاً جديداً للقدرة على التكيف دون الحاجة لأنظمة معقدة ميكانيكياً، حيث تستند هذه الأنظمة على التغيير في خواص المادة مثل التشوهات والإنحناءات المرنة.
مثل نظام Flectofin كمثال على الأنظمة المطاطية, والمشتقة من التحليل البيولوجي للتشوهات العكسية الموجودة في حركة النبات, والتي تم تجريدها إلى بنية مرنة ثم إلي جهاز حركي تقني. حيث يتألف هذا النظام من لوح, كما في شكل (16)، أو لوحين مقيدين بعنصر حزم مدفوع، كما في شكل (17).
.jpg "نظام Flectofin المشتق من حركة النبات (بلوح واحد)") |
| شكل (16) نظام Flectofin المشتق من حركة النبات (بلوح واحد) |
.jpg "نظام Flectofin المشتق من حركة أجنحة الطائر التي تفتح بسبب إنحناء العمود الفقري (بلوحين)") |
| شكل (17) نظام Flectofin
المشتق من حركة أجنحة الطائر التي تفتح بسبب إنحناء العمود الفقري (بلوحين) |
وتعتمد هذه الانظمة الحركية بشكل أساسي على دراسة خصائص المواد وسلوكياتها. مثل نظام Bloom وهو نظام سلبي يفتح ويغلق تلقائياً على أساس التدفئة الشمسية دون الحاجة إلى الطاقة الإصطناعية. يتألف نظام بلوم من قطع من ثيرموميتال مُقطعة بالليزر, يتم تجميعها في ألواح مكدسة تُشكل هيكل ذاتي الدعم من الناحية البيئية، كما يوضح شكل (18).
 |
| شكل (18) نظام Bloom الذي يفتح ويغلق تلقائياً على أساس التدفئة الشمسية |
ويوضح المثال التالي مبنىOne Ocean كجناح لمعرض EXPO 2012 بكوريا الشمالية, كمثال للأغلفة الحركية التي تعتمد على مرونة المادة. وهومبنى شبيه بالأسماك ينطلق مفهومه من تطبيق الآلية البيولوجية لخياشيم الأسماك على نطاق معماري, كما يوضح شكل (19).
 |
| شكل (19) نظام الحركة المعتمدة على تشوه المادة ومرونتها في مبنى One Ocean بكوريا الجنوبية |
 |
| شكل (20) واجهة وقطاع أفقى ورأسي لنظام الحركة في مبنى One Ocean بكوريا الجنوبية |
يحتوي غلاف المبنى على شرائح متحركة تسمى Lamellas يمكنها التحكم في دخول الضوء للمبنى، ويتم التحكم فيها بشكل فردي، ويمكن فتحها وإغلاقها بالتتابع مما يسمح بإنشاء أنماط تشبه الموجات على طول المبنى. وشرائح Lamellas مصنوعة من البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية، وهي مادة تتمتع بمرونة عالية مع عامل صلابة منخفض، مما يساعد في تشكيل العديد من الأنماط المتحركة المعتمدة في الأساس على الخصائص المادية لـ lamellas.
كما تسمح الشرائح بالتحكم في الطاقة الشمسية. ويتم توفير الطاقة اللازمة لتشغيلها عن طريق الألواح الشمسية الموجودة على السطح، كما يوضح شكل (20).
المراجع العلميه
10) Schumacher. Michael& Others, (2012), "Move: architecture in motion-dynamic components and elements", Walter de Gruyter GmbH,Basel, Switzerland.
تعليقات
إرسال تعليق