פתרונות בנייה מתקדמת וחדשנות ירוקה

בחירת שיטת ביצוע מתקדמת נבחנת מול דרישות התקן והרשות המקומית כבר בשלב התכנון המקדים.

ההחלטה על שיטת בנייה מתקדמת מתקבלת ברוב הפרויקטים אחרי שהמערך האדריכלי כבר התייצב, ובנקודה הזו חלק ניכר מהפרמטרים שקובעים את הביצועים התרמיים והאקוסטיים של המבנה כבר מקובע. המאמר נכתב מנקודת המבט של הליווי ההנדסי-סביבתי לפרויקט, כלומר מהצד שבוחן כיצד שיטת הביצוע שנבחרה מתורגמת לדרישות תקן, לנספחים ולמסמכים שהרשות קוראת בתיק. חדשנות בבנייה נמדדת בסופה של הדרך ביכולת להוכיח ביצועים במסמך חתום, ולא בקצב שבו עולה השלד באתר.

זמן קריאה: 11 דקות

בנייה מתקדמת נסגרת בשלב התכנון המקדים

בנייה מתקדמת היא שם כולל לשיטות שבהן חלק ניכר מרכיבי המבנה מיוצר או מורכב מראש, ומכאן שהיקף ההחלטות שחייבות להיסגר לפני תחילת הביצוע גדול מזה הנדרש בביצוע רציף באתר. ככל שיותר רכיבים יוצאים מהאתר אל קו הייצור, כך נדרשת אנליזה מוקדמת של המעטפת, של פרטי החיבור ושל מעברי המערכות, עוד לפני שהוזמן הרכיב הראשון.

ההשפעה של הבחירה בשיטה כזו נעצרת רק לכאורה בלוח הזמנים. תצורת הרכיב, סדר ההרכבה ואופן החיבור בין יחידות קובעים את ההתנהגות התרמית והאקוסטית של המבנה לאורך שנות השימוש בו, ואת עומסי הקירור והחימום שהמערכות יידרשו לספק אחרי המסירה.

כל שיטה יוצרת נקודות הכרעה משלה, ואלה נבחנות מול ייעוד המבנה ומול התקנים שיחולו על התיק. בשלד פלדה קל מתועש ההכרעה נוגעת לרצף שכבות המעטפת ולטיפול ברכיבים מתכתיים החוצים אותה, בבנייה מודולרית היא נוגעת לתפר שבין יחידה ליחידה, ובמעטפת בטון עם בידוד משולב היא נוגעת למיקום שכבת הבידוד ביחס למסה התרמית. אף שיטה אינה עדיפה כשלעצמה, והשאלה המקצועית היחידה היא איזו מהן מתאימה לתכנית שעל השולחן.

שלוש משפחות של שיטות מתועשות בפרויקטים בישראל

בשוק הישראלי מיושמות היום שלוש משפחות עיקריות של שיטות בנייה מתקדמות, וכל אחת מהן מגיעה עם מגבלות תכן משלה. שלד פלדה קל מתועש מאפשר משקל עצמי נמוך ומהירות הרכבה, אך מחייב תכנון קפדני של השכבות שעוטפות אותו. בנייה מודולרית מעבירה חלק גדול מהעבודה הרטובה למפעל ומקבעת את חלוקת החללים בשלב מוקדם. מעטפת בטון עם בידוד משולב (ICF) משלבת יציקה באתר עם תבניות בידוד קבועות, ומשנה את היחס בין המסה לבידוד.

הבחירה בין המשפחות נגזרת מייעוד המבנה, מהמפתחים הנדרשים, מגובה המבנה ומעומס המערכות שהוא אמור להכיל, ולא ממידת הפופולריות של השיטה בשוק. מבנה מסחרי עם חללי עבודה פתוחים מציב דרישות שונות לחלוטין ממבנה מגורים רווי מחיצות, וההבדל הזה מתגלגל ישירות אל התכנון התרמי, האקוסטי והאנרגטי שיתואר בהמשך.

מה משתנה בסדר הפעולות כשרכיב מיוצר במפעל

העברת חלק מהייצור אל המפעל משנה את סדר קבלת ההחלטות בתיק. החלטות שבביצוע קונבנציונלי נדחו לשלב הביצוע נדרשות כאן בשלב התכנון המפורט, שכן שינוי חתך של רכיב לאחר שיוצר יקר ומורכב בהרבה משינוי שרטוט. המשמעות עבור צוות היועצים היא כניסה מוקדמת יותר לתהליך, כדי שדרישות הבידוד, האקוסטיקה והאנרגיה יוטמעו בתכנון הרכיב עצמו ולא ייתוספו עליו בדיעבד.

רמת הדרישה זהה בכל שיטה, אופן ההוכחה שונה

בין אם השלד מיוצר בקו ייצור ובין אם הוא נוצק באתר, אותה מסגרת תקינה חלה על התיק ואותה ועדה מקומית בוחנת אותו. השיטה משנה את אופן הביצוע ואת סדר ההחלטות, והיא אינה משנה את רמת הדרישה שהמבנה נדרש לעמוד בה בבידוד תרמי, באקוסטיקה ובדירוג האנרגטי.

ההבדל המעשי נמצא באופן ההוכחה. במבנה שנבנה באתר ניתן לתקן פרט בזמן אמת ולעדכן את החישוב בהתאם, ואילו במבנה מתועש ההוכחה נשענת על מפרט הרכיב, על פרטי החיבור ועל התיאום בין המפעל למתכננים. מסמך שמתאר מעטפת אחת בעוד המפעל מייצר מעטפת אחרת אינו עומד בבדיקה, גם אם שני הפתרונות סבירים כשלעצמם.

הליווי ההנדסי-סביבתי רלוונטי לפיכך לכל שיטה, מבתים פרטיים ועד מבני בריאות ושדות תעופה, ולא רק לפרויקטים שנבנים בשיטה קונבנציונלית. אצלנו הבדיקה מתחילה מהשאלה איזה מסמך יידרש בסוף התהליך, ומשם חוזרת אחורה אל ההחלטה התכנונית שמייצרת אותו.

תיעוש הביצוע אינו מייצר ביצועים סביבתיים מעצמו

דיוק הייצור במפעל משפר את איכות ההרכבה ומצמצם פחת חומרים, והוא אינו הופך את המבנה למבנה בעל ביצועים סביבתיים. בנייה ירוקה היא תוצאה של תכנון מכוון שנבדק מול קריטריונים מוגדרים, ולא תוצר לוואי של קו ייצור מסודר.

שיטה מתועשת יכולה לתמוך היטב בבנייה ירוקה כאשר היא מלווה בתכנון סביבתי. רציפות מעטפת גבוהה יותר, שליטה טובה יותר במידות ופחות שאריות באתר הן נכסים אמיתיים, בתנאי שמישהו תרגם אותם מראש לפרטי תכנון ולא הניח שיתקבלו מאליהם.

שלושה מקומות חוזרים שבהם היתרון הזה אובד. הראשון הוא בחירת חומרי גמר וציפוי לפי זמינות במפעל בלי בדיקת התאמה לדרישות שחלות על התיק. השני הוא היווצרות גשרי קור (Thermal Bridges) בחיבורים בין רכיבים, כאשר פרט החיבור תוכנן לקונסטרוקציה ולא למעטפת. השלישי הוא חוסר תיאום בין המעטפת לבין מסלולי המערכות, שמסתיים בקידוחים ובמעברים שלא נלקחו בחשבון בחישוב. חדשנות בבנייה מתקיימת בשילוב בין שיטת הביצוע לתכנון הסביבתי שנעשה לצידה.

רציפות הבידוד קובעת את ביצועי המעטפת

מעטפת מבודדת היטב אינה תוצאה של ערך בידוד גבוה בשטח האופייני, אלא של רצף לא מופר לאורך כל היקף המבנה, כולל פינות, מפגשי רצפה וקיר, מסגרות פתחים ועיגונים חוצי בידוד. בשיטות מתועשות הרצף הזה תלוי בעיקר בפרט החיבור בין הרכיבים, שכן שם נפגשות שתי יחידות שיוצרו בנפרד.

בשלד קל מתועש הנקודה הרגישה היא הרכיב המתכתי שחוצה את שכבת הבידוד, ובבנייה מודולרית זהו התפר האנכי והאופקי בין היחידות. במעטפת בטון עם בידוד משולב הרציפות טובה יחסית בשטח, וההכרעה נוגעת ליחס בין המסה התרמית לשכבת הבידוד ולהשפעתו על התנהגות המבנה בין יום ללילה.

תחולת הדרישות והעקרונות לבידוד תרמי במבנים לפי הייעוד מוצגות בדף התקן של ת"י 1045 באתר מכון התקנים הישראלי, והן מהוות את נקודת המוצא לכל חישוב מעטפת. תכנון מעטפת מבודדת בשיטה מתועשת דורש עבודה שיטתית על הפרטים, ולכן מומלץ להיעזר בגישת תכנון תרמי מתקדם למבנים כבר בשלבי התכנון המוקדמים.

המודל התרמי הוא כלי היתכנות ולא אישור בדיעבד

בדיקה נקודתית של קיר טיפוסי בסוף התכנון עונה על שאלה צרה, והיא אינה מספקת תשובה על התנהגות המבנה כמכלול. מודל אנרגטי מלא בוחן את הצירוף של אוריינטציה, יחסי זיגוג, מסה תרמית, הצללה ומעטפת, ומאפשר לבחון חלופות בזמן שבו עוד ניתן לשנות אותן בתכנית.

הצוות שלנו ב-GreEngineering בונה מודל תרמי למבנה לפני קיבוע החלטות המעטפת, כדי לבדוק את השפעת השיטה הנבחנת על נוחות תרמית (Thermal Comfort) בחלל ועל עומסי המיזוג לאורך השנה. שיטה מתועשת בעלת מסה נמוכה מתנהגת אחרת מיציקה מסיבית באזור אקלים הררי, וההבדל הזה מופיע במודל הרבה לפני שהוא מופיע בתלונות דיירים.

המודל משמש גם כבסיס לדירוג האנרגטי לפי ת"י 5282 ולנספח התרמי המצורף לתיק ההיתר. כאשר המודל נבנה מוקדם, שינוי בשטח הזיגוג או בעובי שכבה הוא החלטה תכנונית פשוטה, וכאשר הוא נבנה בסוף התהליך הוא הופך לתרגיל של התאמות מאולצות סביב רכיבים שכבר נסגרו מול המפעל.

נקודות הכשל האקוסטיות יושבות בחיבורים ובמעברי מערכות

ביצועים אקוסטיים טובים מושגים בשיטות מתועשות באותה מידה שהם מושגים בבנייה קונבנציונלית, בתנאי ששכבות החיץ תוכננו מראש ולא נגזרו ממה שנוח לייצר. הקיר או הרצפה עצמם הם החלק הפשוט, והקושי מרוכז במקומות שבהם המערכת חוצה את המחיצה או שבהם שני רכיבים נפגשים.

בפרויקט מסחרי ההשלכה מיידית וברורה. חדר ישיבות שגובל במסדרון פתוח, קליניקה שדורשת דיסקרטיות בשיחה, ומשרד פתוח שמעליו קומת מערכות, הם החללים שבהם המשתמש חש את איכות התכנון האקוסטי מהיום הראשון.

הכשלים החוזרים מוכרים היטב לכל מי שביצע מדידות בשטח, בהם תעלות מיזוג שעוברות מעל מחיצה ועוקפות אותה, חיבור מחיצה למעטפת שלא נאטם, ורצפה שמעבירה רעש הולם בין קומות. פתרונות לנקודות האלה נבחנים מול דרישות התקן הרלוונטי לבידוד אקוסטי בבניינים, ת"י 1004, ונקבעים בתכנון המפורט. הערכה חזותית של פרט בשטח אינה מחליפה בדיקה מול הדרישה הכתובה.

תקן 5281 נבחן מול הרשות המקומית ולא מול קו הייצור

תקן 5281 הפך במרבית הרשויות המקומיות בישראל לחלק מובנה מדרישות התכנון, ולכן הוא חל על הפרויקט ללא קשר לשיטת הביצוע שנבחרה. חלק 1 של התקן מתייחס לבניינים שאינם למגורים, כפי שמופיע בדף התקן באתר מכון התקנים הישראלי, והוא הרלוונטי לרוב הפרויקטים המסחריים והציבוריים.

המשמעות התכנונית היא שבחירת שיטת הבנייה נבחנת מול דרישות התקן בשלב שבו היא נשקלת, ולא לאחר שהוזמנו רכיבים. חלק מהקריטריונים בתקן נסמכים על החלטות שנעשות בלתי הפיכות ברגע שהתכנון המפורט נסגר, בהן אוריינטציה, הצללה, טיפול במעטפת ותשתיות לניהול פסולת באתר ובמבנה המוגמר.

הצוות שלנו מלווה תיקי 5281 במגורים, חינוך, מלונאות, מסחר, תעסוקה ומוסדות בריאות, ובכל אחד מהם מערכת הקריטריונים מתנהגת אחרת. כדי להבין כיצד דרישות התקן מתורגמות להחלטות תכנון בפועל, מומלץ להעמיק במאמר תקן 5281 מהלכה למעשה, שמפרט את המעבר מדרישה כתובה למסמך מוגש.

חלוקת ההכרעות בצוות היועצים בפרויקט מתועש

פרויקט מסחרי בשיטה מתועשת מחייב צוות רב-תחומי שבו לכל שאלה יש בעל הכרעה מוגדר. האדריכל קובע את הנפחים ואת חלוקת החללים, הקונסטרוקטור קובע את המפתחים ואת תצורת הרכיב, יועץ המערכות קובע את מסלולי התעלות, והיועץ ההנדסי-סביבתי קובע את דרישות המעטפת, הבידוד והדירוג האנרגטי שיחולו על כולם.

הבעיה הנפוצה בתיקים כאלה אינה חוסר מקצועיות של מי מהצדדים, אלא היעדר סדר בקבלת ההחלטות. כאשר פרט החיבור מתוכנן על ידי הקונסטרוקטור בלבד, הוא יענה על דרישת ההעברה של הכוחות ולא בהכרח על דרישת רציפות הבידוד, והפער מתגלה כשמישהו נדרש לחתום על הנספח התרמי.

יועץ סביבתי, כמו הצוות שלנו ב-GreEngineering, נכנס לתהליך משלב התכנון המקדים ומלווה אותו מהסקיצות הראשונות של האדריכל ועד הפיקוח העליון ומסירת הפרויקט. ליווי מוקדם מגדיר את דרישות המעטפת כקלט לתכנון, וליווי מאוחר מצטמצם לבדיקת תאימות של תכנון שכבר הושלם.

ההפרש בין ליווי מוקדם לליווי מאוחר בתיק התכנון

ההבדל בין טיפול מוקדם לטיפול מאוחר נמדד בהיקף מרחב התמרון שנותר בכל שלב. בתכנון המקדים ניתן לשנות אוריינטציה ויחסי זיגוג בעלות תכנונית זניחה, ובשלב שבו הרכיבים כבר בייצור אותו שינוי דורש הזמנה מחדש ותיאום מלא מול המפעל. עלות מחזור חיים (Life Cycle Cost) של המבנה נקבעת ברובה בשלבים המוקדמים האלה, גם אם ההוצאה בפועל מתפרסת על שנות התפעול.

הטבלה מציגה את חלוקת מרחב ההחלטה לפי שלבי התיק, כפי שהיא מתנהגת בפרויקט שבו חלק מהרכיבים מיוצרים מראש.

תב"ע והיתר בנייה מגדירים שתי מסגרות החלטה שונות

ההחלטה על שיטת בנייה מתקדמת נגזרת מהמסגרת הסטטוטורית שבתוכה הפרויקט פועל, ולכן היא נבחנת פעמיים לאורך הדרך, מהתב"ע ועד תיק ההיתר. בשלב התב"ע נקבעים הנפחים, קווי הבניין והגובה, ואיתם נקבעות המגבלות שבתוכן כל שיטת ביצוע תצטרך לפעול.

בשלב ההיתר הדיון עובר לרזולוציה אחרת. הוועדה המקומית בוחנת מסמכים מוגדרים, בהם הנספח התרמי, מסמכי הבנייה הירוקה וגיליון האשפה, וכל אחד מהם נשען על הנחות שכבר נקבעו בתכנון המפורט. תהליכי הרישוי בישראל בנויים סביב דרישות מובנות שמופיעות במסמכי ההליך הרשמיים, כפי שניתן לראות במסמכי ההליך שמפרסמת המדינה, ולכן הן מחייבות היערכות מוקדמת ולא איסוף מסמכים בסוף.

פרויקט שקיבע שיטת ביצוע בלי לבדוק את השלכותיה על המסמכים האלה מגיע לשלב ההיתר עם תכנון סגור ודרישה פתוחה. ההתאמה שנדרשת אז מתבצעת תמיד על חשבון פרמטר אחר בתכנון.

מבנה חדש מול תוספת בנייה על שלד קיים

במבנה חדש מרחב הבחירה בשיטה רחב, שכן כל התכנון נגזר מהחלטה אחת שמתקבלת בתחילת הדרך. בתוספת בנייה או בהרחבה על שלד קיים המצב הפוך, והשיטה נבחרת בתוך אילוצים של קונסטרוקציה קיימת, של יכולת נשיאה ושל מעטפת שכבר קיימת ומתנהגת בצורה מסוימת.

בשני המקרים הבדיקה מול הדרישות התכנוניות והסביבתיות מקדימה את קיבוע השיטה. במבנה קיים היא כוללת גם סקר של המצב הקיים, משום שחישוב שנשען על הנחה שגויה לגבי הרכב הקיר לא יעמוד בבדיקה מול התקן.

מידול מוקדם מצמצם החלטות שמתקבעות ברכיב מיוצר

הסיכון התכנוני בבנייה מתועשת הוא סיכון של קיבוע. החלטה שגויה בפרט חיבור מוכפלת במספר הרכיבים שיוצרו לפיה, ולכן היא מטופלת בכלי בדיקה מוקדמים ולא בתגובה לממצא בשטח. מודל תרמי, בדיקת פתרונות אקוסטיים ובחינת מעברי מערכות הם הכלים שמאתרים את הפער בזמן שהוא עדיין נמצא בשרטוט.

בפרויקטים גבוהים או בסביבה עירונית צפופה מתווספת שכבה נוספת של בדיקה. שינוי בקו הרקיע או תוספת מבנה סמוך משנים את משטר הרוח במפלס הולכי הרגל, ולכן נבדקת השפעת הרוח סביב המבנה באמצעות מכניקת זורמים חישובית (CFD) לפני קיבוע הנפחים. בדיקה כזו מספקת המלצות למתכננים למיתון רוחות מטרידות במרחב הציבורי, כדי שהכיכר או שביל הכניסה יישארו שמישים בפועל.

בפרויקטים גבוהים או בסביבה עירונית צפופה רלוונטי לבחון גם את הנושא של מידול CFD ומשטרי רוח בערים כחלק מהתכנון המוקדם, ולא כתוספת שמוגשת לאחר שהתכנון המפורט הושלם.

רשימת בדיקה לפני קיבוע שיטת הבנייה

הבדיקה הראשונה נוגעת להתאמה בין השיטה לייעוד המבנה, כלומר לשאלה האם המפתחים, הגבהים ועומס המערכות שהשימוש דורש נתמכים בשיטה הנבחנת. הבדיקה השנייה עוסקת במעטפת, ובוחנת אם קיים פתרון רציף לבידוד לאורך כל ההיקף, כולל פינות, מפגשים ופתחים.

הבדיקה השלישית מתמקדת בנקודות האקוסטיות הרגישות בפרויקט ובאופן שבו מעברי המערכות חוצים את המחיצות שאמורות לבודד אותן. לאחריה נבחנת ההתאמה לדרישות התקן הירוק החל על הפרויקט ולמסמכים שיידרשו בתיק ההיתר, ובכללם הנספח התרמי, מסמכי 5281 וגיליון האשפה. השלב שסוגר את הרשימה הוא שילוב היועץ ההנדסי-סביבתי בשלב התכנון המקדים, בזמן שבו ממצא מתורגם לשינוי בתכנית ולא להתאמה מאולצת ברכיב שכבר יוצר.

חדשנות בבנייה נמדדת ביכולת לשלב שיטת ביצוע מתקדמת עם ביצועים סביבתיים שניתן להוכיח מול הרשות, ולא במהירות ההרכבה כשלעצמה. עיינו גם בעמוד הפרויקטים שלנו כדי לראות כיצד עקרונות אלה יושמו בשיטות ביצוע שונות.

שאלות נפוצות

בחירת שיטת ביצוע מתקדמת היא החלטה תכנונית שנוגעת ישירות לבידוד, לאקוסטיקה, לדירוג האנרגטי ולמסמכים שהרשות המקומית תבחן בתיק ההיתר, ולכן היא מוצלחת ככל שהיא נבדקת מוקדם יותר מול צוות מקצועי. אם קיימת בפרויקט שלכם החלטה פתוחה על שיטת הבנייה, דברו איתנו לפני שהיא מתקבעת בתכנון המפורט. משרדנו נמצא בוויצמן 130 בכפר סבא, טלפון 054-3968121, ונשמח לבחון את התיק בשלב שבו עדיין ניתן לשנות את ההנחות שבבסיסו.

על הכותב

אביעד בראון, מנכ״ל GreEngineering

מוביל משרד להנדסת סביבה ואנרגיה מכפר סבא המתמחה בתכנון, ייעוץ וליווי פרויקטים לבנייה ירוקה לפי תקן 5281, תכנון ומידול תרמי לפי תקני 1045 ו-5282, מידול רוחות והצללות, סקרי אנרגיה ואנרגיה מתחדשת, תכנון סביבתי לתב"עות ולהיתרי בנייה ותכנון פתרונות אשפה. במשרד מועסקים מהנדסים, אדריכלים ומתכננים בתחומי הנדסת אנרגיה, תעשייה וניהול ואיכות הסביבה, והוא ליווה למעלה מ-2,000 פרויקטים ברחבי הארץ, מבתים פרטיים ועד שדות תעופה, בתי חולים ומתחמי מגורים בקנה מידה לאומי.