Un edificio futuristico per testare il design agile…con gli abitanti dentro

Pensa a un tipico laboratorio. Cosa ti viene in mente? Probabilmente file di provette, il ronzio dei macchinari e scienziati in camice bianco che si muovono in un ambiente sterile, testando e ritestando il loro lavoro. NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies), situato nel campus dei Laboratori federali svizzeri per la scienza dei materiali e la tecnologia a Zurigo, è differente: sembra un edificio residenziale futuristico, ma l’intero immobile è in realtà una piattaforma di ricerca per testare i materiali da costruzione e le pratiche costruttive.

“NEST è in effetti un laboratorio capovolto,” dice l’architetto di Zurigo Fabio Gramazio. “Gli esperimenti hanno luogo all’esterno e la facciata, che conferisce l’identità alla struttura, si trova all’interno.”

A questo hub modulare di ricerca e innovazione vengono costantemente aggiunte e sostituite nuove unità adibite ad abitazioni, laboratori di ricerca e uffici, per cui l’edificio, o almeno il suo guscio esterno, cambia continuamente. Nel corso dell’intero processo, il nucleo dell’edificio che, nel seminterrato, ospita un atrio, spazi condivisi e il prototipo avanzato di un impianto per l’energia e l’acqua, rimane costante.

Una rapida occhiata ai citofoni rivela che NEST è più di un semplice laboratorio. C’è un elenco di nomi veri: quelli dei ricercatori che risiedono nell’edificio. “Ciò che rende così speciale la ricerca che facciamo qui è il fatto che viene condotta in condizioni reali e non in isolamento”, dice Reto Largo, direttore generale di NEST.

Largo ha un passato da informatico e il padre era un imprenditore edile, quindi ha familiarità sia con il settore delle costruzioni, sia con la digitalizzazione, e si dedica a coordinare la ricerca con il coinvolgimento dell’industria. NEST lavora con 160 partner, incluse la Autodesk Foundation e Autodesk Research. “Il rischio finanziario per le aziende nostre partner è molto inferiore rispetto a quello che correrebbero se dovessero sperimentare le nuove tecnologie nell’economia reale”, spiega.

Anche Russell Loveridge, direttore generale dello Swiss National Center of Competence in Research (NCCR) Digital Fabrication, condivide questo approccio collaborativo. “Se dobbiamo andare incontro alle sfide del futuro digitale, non possiamo continuare a costruire scatole di cemento”, sostiene. “Dobbiamo progettare in modo trasversale alle discipline e lavorare insieme”.

È questo che il NCCR Digital Fabrication, che è una delle iniziative di ricerca più grandi al mondo per la costruzione innovativa, spera di ottenere con NEST. Il centro ha costruito l’unità residenziale del NEST DFAB (abbreviazione di Digital Fabrication, fabbricazione digitale) HOUSE, con più di 30 partners e ricercatori impegnati da otto dipartimenti presso lo Swiss Federal Institute of Technology (ETH) di Zurigo, inclusi architetti, specialisti di robotica, scienziati dei materiali, ingegneri strutturali ed esperti di sostenibilità.

La DFAB HOUSE, che ha aperto all’inizio del 2019, incarna il futuro delle costruzioni abitative. La progettazione e la maggior parte del processo di costruzione sono stati eseguiti nel mondo digitale. I robot hanno prefabbricato elementi in legno non standard, che sono poi stati assemblati sul posto. Una stampante 3D ha prodotto la casseratura per l’elegante soletta in calcestruzzo che servirà come soffitto del primo piano, mentre un robot mobile ha costruito sul posto la rete rinforzante per un muro in calcestruzzo a doppia curvatura privo di casseratura.

Adesso che è stata completata, la DFAB HOUSE è utilizzata come appartamenti per i ricercatori ospiti e come laboratorio di prova per soluzioni domestiche intelligenti e tecnologie di Internet delle cose (IoT). Ogni cosa all’interno dell’unità è connessa, dagli elettrodomestici all’illuminazione. Per risparmiare energia, il calore presente nelle acque di scarico viene recuperato direttamente nel piatto della doccia grazie a un sistema di scambiatori di calore. Quando non in uso, l’acqua calda torna nella caldaia invece di raffreddarsi nelle tubature. Questo processo elimina la necessità di mantenere alta la temperatura dell’acqua, risparmiando energia e prevenendo la proliferazione batterica.

La DFAB HOUSE è una delle sei unità attualmente installate nel NEST. Un’altra è l’unità Urban Mining & Recycling progettata sotto la direzione dell’architetto Werner Sobek. Nulla di quanto è costruito in questa unità è incollato o rivestito, così i materiali alla fine possono essere riciclati o compostati all’interno del ciclo costruttivo dell’edificio. Seguendo questo principio, il team spera di trovare nuovi modi per preservare le materie prime limitate facendo ricerca su nuove tecnologie di connessione.

Attualmente in costruzione, e destinata ad essere completata nel 2020, l’unità HiLo è un’abitazione ad alte prestazioni e a basso consumo energetico ideata per dimostrare le potenzialità di una costruzione leggera. I render mostrano il progetto di un tetto che si appoggerà sull’unità come un panno sospeso, un guscio funicolare autoportante in calcestruzzo. La struttura stessa del tetto si solleva in un punto e misura appena 3 cm di spessore al suo apice. Un innovativo sistema di armature che utilizza materiali efficienti, basato su una rete di cavi di acciaio in tensione e una membrana in tessuto, fornisce la forma per versare il calcestruzzo liquido. Il tetto sarà costituito da tre strati: uno esterno di celle fotovoltaiche a film sottile, uno strato intermedio di isolamento e uno strato di calcestruzzo a vista.

“Siamo stati innovativi anche con gli elementi della soletta del pavimento”, dice il professor Philippe Block, supervisore del progetto. “La geometria del disegno è tale da non richiedere un rinforzo interno per la tensione, per cui gli elementi sono il 60% più leggeri delle solette in calcestruzzo convenzionali.”

Una facciata solare adattiva dotata di moduli autoallineanti sarà installata sull’esterno della HiLo. I moduli possono seguire il corso del sole per generare energia e fornire ombreggiatura, oppure possono liberare la visuale ripiegandosi al massimo sulla facciata. Ogni pannello funziona in modo indipendente.

Questa facciata è opera del professor Arno Schlüter. Mentre stava sviluppando i pannelli insieme al suo gruppo di ricerca, il dottorando Prageeth Jayathissa si è chiesto: “Se l’ambiente cambia costantemente, perché l’architettura degli edifici è così statica?”. Il gruppo ha lavorato sulla base di questo spunto, usando programmi software per elaborare una progettazione e una costruzione agili e flessibili.

La facciata solare esiste come modello digitale in Autodesk Fusion 360, e l’intero edificio NEST è stato sottoposto a scansione laser dall’azienda svizzera BIM Facility usando Autodesk ReCap, e sono stati creati dei gemelli digitali in Autodesk Revit e BIM 360. Circa 3.000 sensori posizionati sull’edificio forniscono dati sulla gestione della struttura, come temperatura e qualità dell’aria, che sono trasmessi al modello Revit attraverso la piattaforma Autodesk Forge.

Questi dati saranno usati per ottimizzare la gestione dell’edificio e assicurare la riuscita del lancio di NEST, e garantire la soddisfazione dei suoi residenti che partecipano all’esperimento. I proponenti del progetto sperano che, in futuro, gli edifici e le tecnologie che permettono il loro funzionamento abbiano una vita utile più lunga, dice Gramazio. “Se offri la flessibilità necessaria, se accetti l’ignoto invece di definire ogni cosa, forse sarà anche possibile costruire di nuovo edifici fatti per durare a lungo”.