Dopasowane do badań

Najlepszym to co najlepsze

W 2015 roku Uniwersytet w Kolonii zdołał pozyskać jednego z najbardziej błyskotliwych przedstawicieli międzynarodowych badań nad ciałami stałymi, prof. dr Yoichiego Ando, jako nowego kierownika katedry w dziedzinie fizyki eksperymentalnej. W „walce” uczelni o najlepsze umysły, architektura dostępnych budynków badawczych odgrywa również ważną rolę. Widać to wyraźnie na przykładzie nowego budynku laboratorium fizycznego, który został specjalnie wybudowany dla nowej grupy badawczej z zakresu fizyki na kampusie: podczas planowania i wyposażania wysokiej jakości modułowego budynku, profesor z Japonii miał więcej niż jedno słowo do powiedzenia.

Fizyk Yoichi Ando, urodzony w Tokio w 1964 roku, jest jednym z wiodących naukowców na świecie w dziedzinie materiałów topologicznych. Jego przełomowe badania w zakresie nadprzewodników wysokotemperaturowych zostały wielokrotnie nagrodzone. Zdobycie go do nauczania i badań to wielki sukces dla Uniwersytetu w Kolonii. Jednak w ramach jego powołania – a przede wszystkim ze względu na nadchodzący remont budynku instytutu fizyki – nie dysponowano wystarczającą powierzchnią budynków na badania. Aby szybko stworzyć wysokiej jakości przestrzeń, uniwersytet w Kolonii zdecydował się na ogłoszenie przetargu na nowy budynek laboratoryjny w technologii modułowej. ALHO wygrało w konkursie spośród kilku konkurentów i w czerwcu 2015 roku, na podstawie koncepcji przygotowanej przez Kölner Forstbachconsulting Baumanagement GmbH, rozpoczęło szczegółowe planowanie robót i wykonanie wyjątkowego budynku.

„Oczyszczenie” w sprawie budowy modułowej – czyli: odwiedziny w Morsbach

Jednak wcześniej ALHO przyjął w zakładzie w Morsbach wysoką wizytę: profesor z zagranicy chciał najpierw osobiście ocenić warunki produkcji i jakość modułów, a przede wszystkim różnice w porównaniu z tradycyjnym „kontenerem”. Bowiem: dla fizyka koncepcja „instalacji kontenerowej” na jego potrzeby badawcze w ogóle nie była atrakcyjna.

Jednak interesowało go budownictwo modułowe, wstępne przygotowanie elementów i ich racjonalny montaż – ponieważ w tej metodzie budowy można znaleźć wyraźne podobieństwa do tradycyjnej japońskiej architektury, łączącej linie, powierzchnie i ciała, co ułatwia montaż prostych, standardowych elementów.

Na miejscu szybko stało się jasne, co oznacza budowa modułowa ALHO: solidna jak „kamień na kamieniu”, ale znacznie szybsza i bardziej elastyczna, to wysokiej jakości rozwiązania budowlane do trwałego użytkowania, stanowiące zatem zrównoważoną i sprytną alternatywę dla budownictwa masywnego. Budynki modułowe są konstrukcyjnie dojrzałe, energetycznie zoptymalizowane, architektonicznie ambitne i nie do odróżnienia od konwencjonalnych budynków. Inwestorzy i użytkownicy doceniają zalety szybkiego wznoszenia: pewność planowania z gwarancją terminowości i stałej ceny, wysoką jakość dzięki kontrolowanej, przemysłowej prefabrykacji, błyskawiczny czas budowy dzięki równoległym procesom w fabryce i na placu budowy, ciche i czyste procesy montażu i rozbudowy oraz sprawdzone rozwiązania i standardy.

„W nowym budynku laboratoryjnym będą prowadzone wyłącznie prace badawcze studentów w ramach ich pracy licencjackiej lub magisterskiej, a także podczas i po doktoracie. Ze względu na komputerowe sterowanie i pomiar danych, zwykle nie będzie przebywać więcej niż 10 osób jednocześnie w budynku modułowym” – wyjaśnia dr Harald Kierspel z II Instytutu Fizycznego Uniwersytetu w Kolonii.

Jednak z punktu widzenia użytkowników i badaczy pojawiły się bardzo specyficzne wymagania dotyczące budynku, np. dotyczące podziału powierzchni i wysokości pomieszczeń. Na przykład konieczne było wprowadzenie zagłębień podłogowych w celu stworzenia stanowisk dla urządzeń, które potrzebują więcej niż standardowej wysokości pomieszczenia. Musiały być zapewnione obszary niemagnetyczne, niskowibracyjne zachowanie podłoża oraz zwiększone wymagania dotyczące klimatyzacji i wentylacji pomieszczeń. Dr Kierspel potwierdza: „Wszystkie te wymagania można było szybko i wysokiej jakości zrealizować w technologii modułowej, dzięki czemu jesteśmy bardzo zadowoleni z efektu końcowego i nie możemy się doczekać rozpoczęcia tam prac badawczych.”

Program przestrzeni w superlatywach

W laboratorium do pomiarów w najniższych temperaturach bliskich zeru absolutnemu, w komorze piecowej, w czystym pomieszczeniu z przejściem i prysznicem powietrznym, w którym wytwarzane są cienkie warstwy nowoczesnych związków i strukturyzowane w nanometrowym zakresie za pomocą elektronowego mikroskopu litograficznego, a także w różnych pomieszczeniach pomiarowych i laboratoriach do przygotowania próbek i analiz, prof. Ando przedstawił projektantom nietypowy program przestrzeni. 20 precyzyjnie prefabrykowanych modułów przestrzennych, rozmieszczonych na powierzchni brutto około 630 metrów kwadratowych, tworzy wyraźnie zdefiniowaną i zgodną z logicznym przebiegiem kroków kolejność. Centralna techniczna stacja z elementami wentylacyjnymi znajduje się na najwyższym poziomie.

Budynek nie posiada piwnic. W obszarze pomieszczenia pomiarowego w najniższych temperaturach i czystego pomieszczenia konieczne było wycięcie w podłodze kilku miejsc na oddzielne, odizolowane od drgań fundamenty. Również pod względem statycznym konstrukcja ramowa modułów wymagała wzmocnień: podłoga w pomieszczeniu GHV musiała wytrzymać ustawienie transformatora o masie około 1000 kg, a sufity w niskotemperaturowym laboratorium musiały zostać wzmocnione do zawieszenia trzech ręcznych suwnic o udźwigu 250 kg każda.

Eksperymenty fizyczne przeprowadzane w budynku wymagały w niektórych pomieszczeniach specjalnej jakości światła lub rozbudowanych instalacji elektrycznych i gazowych. Szklane drzwi do komory powietrznej i czystego pomieszczenia wyposażone są w specjalne szkło dla światła żółtego. Wszystkie rury, np. sprężone powietrze, hel, tlen i azot, są ukryte w ścianach, sufity nie zostały demontowane ani obudowane, aby w razie wycieku można było szybko zareagować lub natychmiast dostosować dostawy. Podłogi z PVC są przewodzące odprowadzanie ładunków. Z większości pomieszczeń prowadzą wyjścia awaryjne na zewnątrz.

Wszystkie pomieszczenia można całkowicie zaciemnić. W pomieszczeniach bez okien, takich jak czyste pomieszczenie, przygotowano otwory okienne w strukturze modułu na ewentualne późniejsze zmiany użytkowania, zamiast szyb zastosowano aluminiowe kasety z płaskiego blachy. W ten sposób na elewacji powstaje jednolity wygląd.

Wyposażenie na światowym poziomie dla badań najwyższej klasy

Podczas fazy „meblowania” wnętrza budynku, wyglądało ono jak dziwaczne: pomieszczenia i korytarze były pełne skrzyń z zagranicy, często sięgających do wysokości człowieka i oznaczonych japońskimi znakami. Bowiem: prof. Ando sprowadził do Kolonii i zbudował tam od nowa najbardziej nowoczesne urządzenia do swojego nowego laboratorium – np. kryształowe urządzenia do hodowli, kriostaty He3He4 z nadprzewodzącymi magnesami, różne magnetometry, urządzenia rentgenowskie, mikroskopy sił atomowych i optyczne.

W ten sposób badania na światowym poziomie w Kolonii mogą być szybko kontynuowane. Jednak harmonogram budowy ALHO jest rekordowy: od momentu zlecenia do uruchomienia budynku minęło zaledwie pół roku. Produkcja modułów zajęła trzy tygodnie, montaż na miejscu tylko dwa dni. Z sześciotygodniowym czasem budowy dla montażu elewacji, ten okres wydaje się jeszcze krótszy. Jednakże, budynek prezentuje udaną mieszankę tego, co jest możliwe w technologii modułowej. W napiętej kolejności projektanci ułożyli tynkowaną elewację z izolacją termiczną, ocieplane kasety aluminiowe, panele wentylowane oraz okładzinę z blach falistych. Budynek wyraźnie odróżnia się od istniejących budynków, ale harmonijnie wpisuje się w istniejącą strukturę kampusu, nie dominując nad nią.