Személyre szabva a kutatás számára

A legjobbaknak a legjobbat

2015-ben a kölni egyetem sikeresen megszerezte a nemzetközi szilárdtestkutatás egyik legkiválóbb képviselőjét, Prof. Dr. Yoichi Andót, mint az Elméleti Fizika Tanszék új vezetőjét. A felsőoktatási intézmények közötti „küzdelemben” a legtehetségesebb fiatalokért a rendelkezésre álló kutatóépületek építészete is fontos szerepet játszik. Ezt szemlélteti lenyűgözően az új Fizikai Laborépület példája, amelyet kifejezetten az új Fizika Kutatócsoport számára építettek a campuson: a magas színvonalú modulépület tervezésében és felszerelésében a professzor Japánból több szót nem vesztegetett.

A 1964-ben Tokióban született fizikus, Yoichi Ando, a topológiai anyagok egyik vezető tudósa a világon. Úttörő kutatásai a magas hőmérsékletű szupervezetőkről többször is elnyerték a díjakat. Az egyetem számára nagy siker, hogy őt a tanítás és kutatás területére is sikerült megnyerni. Azonban kinevezése során – különösen a Fizikai Intézet épületének felújítása miatt – nem álltak rendelkezésre elegendő kutatóhelyiségek. Annak érdekében, hogy gyorsan és magas színvonalon tudjanak új helyiségeket kialakítani, a kölni egyetem pályázatot írt ki moduláris laborépület építésére. Az ALHO nyert a versenyben több más pályázóval szemben, és 2015 júniusában, a kölni Forstbachconsulting Baumanagement GmbH tervezési alapjaira alapozva megkezdte a kivételes épület részletes műszaki és kivitelezési terveinek kidolgozását.

„Tisztázás” a modulépítés ügyében – vagy: Morsbach látogatást kap

Azonban előtte az ALHO a Morsbach-i üzemében magas vendéget fogadott: egy professzor a tengeren túlról előzetesen szeretett volna személyesen is képet kapni a gyártási körülményekről és a modulok minőségéről, különösen pedig a hagyományos „konténer” megoldásokkal való összehasonlításról. Mert: a fizikus számára egyáltalán nem szerepelt a terveiben egy „konténeres rendszer”.

Azonban érdekelte a modulépítés, az elemek előregyártása és azok hatékony összeszerelése – hiszen ez a módszer számos párhuzamot mutat a hagyományos japán építészettel, amely a vonalak, felületek és testek kombinációján alapul, és megkönnyíti az egyszerű, szabványosított elemek összeszerelését.

Az helyszínen gyorsan világossá vált, mit jelent az ALHO modulépítés: szilárd, mint a „kő a kőre”, de sokkal gyorsabb és rugalmasabb, az alkalmazkodóképes épületek minőségi megoldásokat kínálnak tartós használatra, így fenntartható és okos alternatívát jelentenek a tömbépítéshez képest. A modulépületek építészeti szempontból kiforrottak, energiatakarékosak, építészeti szempontból igényesek, és nem különböznek a hagyományos épületektől. A beruházók és felhasználók értékelik a gyors kivitelezés előnyeit: tervezési biztonság, határidő- és fix árgarancia, magas minőség a kontrollált, ipari előregyártásnak köszönhetően, gyors építési idő a gyárban és az építkezésen párhuzamosan zajló folyamatoknak köszönhetően, csendes és tiszta munkafolyamatok a szerelés és a bővítés során, valamint bevált részletek és szabványok.

„Az új laborépületben kizárólag a hallgatók által végzett kutatási munkák folynak a szakdolgozatuk vagy a mesterképzés keretében, valamint a doktori fokozat megszerzése során és után. A számítógépes irányításnak és mérési eredettségnek köszönhetően általában nem lesz több mint 10 személy az épületben” – magyarázza Dr. Harald Kierspel a Köln-i Egyetem II. Fizikai Intézetéből.

Felhasználói és kutatói szempontból azonban nagyon specifikus követelmények voltak az épülettel szemben, például a területi felosztás és a helyiségek magassága tekintetében. Például a berendezések elhelyezéséhez szükséges padlósüllyesztéseket be kellett építeni, amelyek több mint egy standard helyiségmagasságot igényeltek. A nem mágneses zónáknak, a rezgésmentes padlónak, valamint a klimatizálás és szellőzés fokozott követelményeinek is meg kellett felelni. Dr. Kierspel megerősíti: „Ezeket a követelményeket a modulépítés gyorsan és magas színvonalon tudta megvalósítani, így nagyon elégedettek vagyunk az elkészült épülettel, és várjuk, hogy megkezdjük a kutatási munkákat ott.”

Szuperlatívuszi helyiségrendszer

Az alacsony hőmérsékletű mérőlaboratórium, egy kemencetermis, egy tisztatér szűrővel és légzuhannyal, ahol vékony rétegeket új típusú vegyületekből állítanak elő, és nanométeres méretben elektronnyaláb-litográfiával strukturálnak, valamint különböző mérő- és laboratóriumi helyiségek a minták előkészítéséhez és elemzéséhez, Prof. Ando nem mindennapi helyiségrendszert írt elő a tervezőknek. A pontosan a gyárban előregyártott 20 helyiségmodul egy kb. 630 négyzetméteres bruttó területen egymás után sorakozik, egyértelműen meghatározott és a munkafolyamatok logikus sorrendjét követő egységes rendszerben. A technikai központ, amely a szellőzőberendezéseket tartalmazza, a tetőn helyezkedik el.

A épület nem rendelkezik alagsorral. A mérőhelyiség és a tisztatér padlóját több helyen ki kellett vájni különálló, rezgésmentes alapokra. A statikai szempontokat tekintve a modulok szabadon álló vázszerkezetének is jelentős terhelést kellett elviselnie: így a GHV-szobában a transzformátor elhelyezéséhez kb. 1000 kg súlyú alapot kellett kialakítani, a hideg labor plafonját pedig megerősítették három manuális futósín felakasztására, mindegyik 250 kg teherbírással.

A fizikai kísérletek miatt néhány helyiségben különleges fényviszonyokat kellett biztosítani, vagy nagyobb elektromos és gázcsatlakozásokat kiépíteni. Így például a légzuhany és a tisztatér üvegajtói speciális üvegből készültek, sárga fényhez. Minden vezeték, például a sűrített levegő, hélium, oxigén és nitrogén, a falban fut, a mennyezeteket nem bontották le vagy burkolták, hogy esetleges szivárgás esetén gyorsan be tudjanak avatkozni, vagy az ellátás változásait azonnal módosítani lehessen. A PVC padlók vezetékekkel ellátottak. A legtöbb helyiségből vészkijáratok vezetnek a szabadba.

Minden helyiség teljesen sötétíthető. Az ablak nélküli helyiségekben, például a tisztatérben, az ablaknyílásokat a modulstruktúrában előkészítették a későbbi átalakításokra, de az üveg helyett alumínium síklemezes kazettákat alkalmaztak, így egységes megjelenést kölcsönözve az épület homlokzatának.

Csúcsfelszereltség a világszínvonalú kutatáshoz

A „berendezés” fázis során az épület belseje különös képet nyújtott: helyiségek és folyosók tele voltak tengeren túli dobozokkal, gyakran embermagasságban, japán írásjelekkel feliratozva. Prof. Ando ugyanis a legkorszerűbb berendezéseket – például kristálynövesztő berendezéseket, He3He4 keverék kriosztátokat szupervezető mágnesekkel, különböző mágnesmérőket, röntgenanalitikai eszközöket, rácsos erőmikroszkópokat és különböző optikai mikroszkópokat – az otthoni laborjaiból szállította Kölnbe, és ott újra összeszerelte.

Így a világszínvonalú kutatás gyorsan folytatható Kölnben. Az ALHO építési ütemterve is rekordgyors: a megrendeléstől a létesítmény átadásáig mindössze fél év telt el. A modulok gyártása három hétig tartott, a helyszíni szerelés pedig mindössze két napot vett igénybe. A homlokzatok szerelésére hat hét állt rendelkezésre, így ez az időszak már bőven meghaladta a szokásosat. Az épületegyüttes azonban jól mutatja, mit lehet elérni moduláris építéssel. A tervezők váltakozva helyezték el a vakolt hőszigetelő burkolatot, az alumínium kazettákat, a hátfalas paneleket és a hullámoslemez borításokat. Az épület jelentősen eltér a meglévő épületektől, ugyanakkor harmonikusan illeszkedik a campuson már meglévő épületegyüttesbe, anélkül, hogy túlzottan dominálna.