CC BY
1PARAMETRIC INTEGRATION OF PRESERVATIVE TREATMENTS FOR EXTENSIVE TIMBER LIFESPAN
КАЧАНА КАСУЛУ
Соискатель степени кандидата архитектуры Кафедра архитектуры, реставрации и дизайна Инженерная академия Российский университет Дружбы народов. ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия
ВОЛЧЕНКО ОЛЬГА ВЛАДИМИРОВНА
Доктор архитектуры, профессор Кафедра архитектуры, реставрации и дизайна
Инженерная Академия Российский Университет Дружбы Народов. Ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия профессор кафедры основ архитектуры и художественных коммуникаций НИУ Московский государственный строительныйуниверситет, г. Москва, Ярославское шоссе, 26, Россия
Abstract. Parametric integration is transforming the field of wood preservation by integrating modern digital technologies with traditional methods to enhance durability, environmental sustainability, and operational efficiency. This approach uses sensors, scanning technologies, and predictive analytics to assess the condition of wood, optimize the use of preservatives, and ensure careful use of these materials. By carefully analyzing changes in moisture, temperature and structural strength, parameter models simplify the prediction of decomposition properties and determine treatment parameters, including chemical concentration and pressure parameters. Automated systems based on these models deliver preservatives with remarkable accuracy, thereby reducing waste and environmental impact.The implementation of real-time monitoring and feedback systems further improves the process and contributes to sustainable efficiency. Despite the difficulties associated with significant initial capital investment and the need to hire specialized personnel, parametric integration provides significant benefits, including increased service life of wood, reduced maintenance requirements and reduced costs. This innovative methodology means fundamental changes in the forest sector and encourages stakeholders to use digital workflows and apply sustainable methods.
Keywords: Parametric integration, timber preservation, predictive modelling, digital workflows, sustainability, precision treatment, real-time monitoring.
ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ИНТЕГРАЦИЯ КОНСЕРВАЦИОННЫХ ОБРАБОТОК ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ДРЕВЕСИНЫ
Аннотация. Параметрическая интеграция преобразует сферу консервации древесины, объединяя современные цифровые технологии с традиционными методами для повышения долговечности, экологической устойчивости и эксплуатационной эффективности. Этот подход использует датчики, технологии сканирования и прогнозную аналитику для оценки состояния древесины, оптимизации использования консервантов и обеспечения бережного отношения к этим материалам. Тщательно анализируя изменения влажности, температуры и прочности конструкции, модели параметров упрощают прогнозирование свойств при разложении и определяют параметры обработки, включая концентрацию химических веществ и параметры давления. Автоматизированные системы, основанные на этих
моделях, обеспечивают получение консервантов с поразительной точностью, тем самым сокращая количество отходов и воздействие на окружающую среду.Внедрение систем мониторинга и обратной связи в режиме реального времени еще больше улучшает процесс и способствует устойчивой эффективности. Несмотря на трудности, связанные со значительными первоначальными капиталовложениями и необходимостью найма специализированного персонала, параметрическая интеграция обеспечивает значительные преимущества, включая увеличение срока службы древесины, снижение требований к техническому обслуживанию и затрат. Эта инновационная методология означает фундаментальные изменения в лесном секторе и побуждает заинтересованные стороны использовать цифровые рабочие процессы и применять устойчивые методы.
Ключевые слова: Параметрическая интеграция, сохранение древесины, прогнозное моделирование, цифровые рабочие процессы, устойчивость, точная обработка, мониторинг в реальном времени.
Продление срока службы древесины имеет решающее значение по нескольким причинам, включая устойчивость, экономическую эффективность и экологические преимущества. Древесина является возобновляемым ресурсом, но ее чрезмерное использование и преждевременная деградация способствуют обезлесению и увеличению выбросов углекислого газа. Продлевая срок службы лесоматериалов, мы можем снизить спрос на свежую древесину, тем самым сохраняя леса и продвигая устойчивые методы строительства. Кроме того, более долговечная древесина снижает затраты на замену и техническое обслуживание, обеспечивая значительные экономические преимущества. С экологической точки зрения прочная древесина сводит к минимуму количество отходов и снижает углеродный след при производстве и транспортировке новых материалов [1] [2, с.35-
Однако древесина по своей природе подвержена ряду факторов, которые сокращают срок ее службы. Гниение, вызванное ростом грибков, нашествием насекомых, таких как термиты, а также воздействием влаги, ультрафиолетового излучения и колебаний температуры окружающей среды, являются одними из наиболее распространенных проблем. Эти факторы нарушают структурную целостность древесины и увеличивают потребность в частом ремонте или замене, что еще больше истощает ресурсы [3][4].
Цифровые инструменты и параметрические подходы предлагают инновационные решения, улучшающие традиционные методы консервации. Используя такие технологии, как информационное моделирование зданий (BIM), датчики Интернета вещей (IoT) и алгоритмы машинного обучения, заинтересованные стороны могут собирать точные данные о состоянии древесины, прогнозировать характер деградации и оптимизировать обработку консервантами. Параметрическая конструкция позволяет настраивать параметры обработки, такие как концентрация химических веществ и методы нанесения, обеспечивая более эффективное сохранение. Такой подход, основанный на данных, повышает точность обработки и сокращает количество отходов и воздействие на окружающую среду, что соответствует глобальным целям устойчивого развития [5][6, с.3781-3795].
Методы консервации древесины
Методы консервации древесины необходимы для повышения ее прочности и срока службы, а также для защиты от биологического разложения и воздействия окружающей среды. Распространенные методы консервации включают химическую обработку, термообработку и обработку давлением, каждая из которых имеет свои преимущества и ограничения.
Химические консерванты, такие как соединения на основе меди (например, щелочная четвертичная медь или ACQ) и бораты, широко используются для защиты древесины от грибков, насекомых и влаги. Эти химикаты наносятся кистью, распылением или окунанием,
Введение
41].
проникая в древесину и создавая защитный барьер. Несмотря на свою эффективность, химическая обработка вызывает опасения по поводу окружающей среды и здоровья из-за токсичности некоторых соединений и их потенциального вымывания в почву и водные системы [1][3].
Термическая обработка заключается в воздействии на древесину высоких температур (обычно от 160°С до 240°С) в контролируемых условиях. Этот процесс изменяет химическую структуру древесины, снижая ее восприимчивость к влаге и биологическому разложению. Термообработанная древесина экологична, так как позволяет избежать использования химикатов, но она может стать хрупкой и частично потерять свою механическую прочность
Обработка под давлением является одним из наиболее эффективных методов, при котором химические вещества консерванта проникают глубоко в волокна древесины с помощью вакуумно-нагнетательной системы. Этот метод обеспечивает глубокое проникновение и долговременную защиту, что делает его идеальным для наружных работ, таких как настилы и столбы для инженерных коммуникаций. Однако обработка под давлением требует специального оборудования и может быть дорогостоящей, а используемые химикаты могут представлять опасность для окружающей среды [4][6, р.3781-3795].
Несмотря на свою эффективность, традиционные методы консервации древесины сталкиваются с рядом серьезных проблем. Одной из основных проблем является неравномерное нанесение, поскольку ручные методы, такие как чистка щеткой или распыление, часто приводят к неравномерному покрытию, что делает определенные участки древесины уязвимыми для гниения. Такая несогласованность снижает общую эффективность процесса консервации. Кроме того, насущной проблемой являются экологические проблемы, поскольку многие химические консерванты, используемые в этих методах, токсичны и могут попадать в окружающую среду, создавая риски для экосистем и здоровья человека. Производство и утилизация этих химических веществ еще больше усугубляют загрязнение окружающей среды, что ставит под сомнение их долгосрочную устойчивость. Наконец, традиционные методы часто неэффективны, требуют больших затрат труда, времени и ресурсов. Эти недостатки ограничивают их масштабируемость и экономическую эффективность, делая их менее жизнеспособными для крупномасштабных или экономически ограниченных проектов [5][3].
Параметрическая интеграция на практике: Консервация древесины и цифровые рабочие процессы
Параметрическая интеграция преобразует процесс сохранения древесины, объединяя передовые цифровые инструменты и подходы, основанные на данных, создавая более точный, эффективный и устойчивый процесс [5][7, с. 370-404]. Рабочий процесс начинается с использования датчиков и технологий сканирования, таких как LiDAR (система обнаружения освещенности и определения дальности) и датчики влажности с поддержкой IoT, для сбора данных о состоянии древесины в режиме реального времени. Эти инструменты измеряют такие критические факторы, как содержание влаги, температура и целостность структуры, обеспечивая детальное понимание состояния древесины [3][1]. Затем эти данные анализируются в цифровых платформах для выявления моделей гниения, активности насекомых или ущерба окружающей среде. Например, тепловидение позволяет обнаружить грибковые образования, а акустические датчики - внутренние пустоты, вызванные нашествием насекомых [2, с. 35-41][7, с. 370-404].
Затем программное обеспечение для параметрического проектирования, такое как информационное моделирование зданий (BIM) или анализ методом конечных элементов (FEA), используется для создания прогнозных моделей, которые моделируют поведение древесины в различных условиях. Эти модели включают данные с датчиков и сканеров для прогнозирования характера разрушения, структурных недостатков и эффективности различных консервирующих обработок [1][6, с.3781-3795]. Модели позволяют принимать
[2, с.35-41][7, с. 370-404].
упреждающие меры по сохранению, анализируя такие факторы, как уровень влажности, колебания температуры и воздействие ультрафиолета, что снижает риск непредвиденных поломок [5][1].
Данные, полученные на основе этих моделей, позволяют оптимизировать параметры обработки, такие как концентрация химических веществ, уровни давления и методы нанесения. Например, если модель предсказывает высокое содержание влаги в определенных областях, план обработки может быть скорректирован таким образом, чтобы усилить проникновение консерванта в эти области [4][2, с.35-41]. Автоматизированные или полуавтоматические системы, руководствуясь параметрическими моделями, затем точно наносят консерванты, обеспечивая равномерное покрытие и сводя к минимуму отходы. Это устраняет неэффективность и неравномерность применения, часто связанные с традиционными методами [6, с.3781-3795][1].
На протяжении всего процесса обработки датчики продолжают следить за состоянием древесины, обеспечивая обратную связь в режиме реального времени, что позволяет динамически корректировать параметры обработки. После обработки древесина повторно сканируется и анализируется для проверки эффективности мер по сохранению. Эти данные передаются обратно в параметрические модели, повышая их точность для будущих применений [7, с. 370-404]. Благодаря интеграции этих цифровых рабочих процессов параметрическая интеграция не только повышает точность и эффективность сохранения древесины, но и сокращает количество отходов, снижает воздействие на окружающую среду и продлевает срок службы древесины, прокладывая путь к более устойчивому и инновационному будущему в отрасли.
Преимущества параметрической интеграции при консервации древесины
Параметрическая интеграция значительно повышает точность нанесения консервантов за счет использования аналитических данных и усовершенствованного моделирования для адаптации обработки к конкретным потребностям каждой заготовки древесины. В отличие от традиционных методов, которые основаны на ручном нанесении и могут привести к неравномерному покрытию, параметрические рабочие процессы используют данные датчиков и сканирования в режиме реального времени для создания точных результатов. модели состояния древесины. Эти модели выявляют участки, подверженные гниению, повреждению от влаги или нашествию насекомых, что позволяет проводить целенаправленную и оптимизированную обработку. Благодаря нанесению нужного количества консерванта на нужные участки, параметрическая интеграция сводит к минимуму риск недостаточного или избыточного нанесения, обеспечивая постоянную и эффективную защиту.
Помимо повышения точности, параметрическая интеграция сокращает количество отходов и воздействие на окружающую среду за счет оптимизации обработки. Процесс сводит к минимуму использование избыточных материалов за счет настройки таких параметров, как концентрация химических веществ, уровни давления и методы нанесения, на основе прогнозных моделей. Такая точность не только экономит ресурсы, но и снижает выброс вредных химических веществ в окружающую среду, устраняя один из существенных недостатков традиционных методов консервации. Кроме того, возможность отслеживать и корректировать процедуры в режиме реального времени гарантирует, что процесс остается эффективным и экологичным на протяжении всего процесса.
Долгосрочная экономия, достигаемая за счет интеграции параметров, является еще одним ключевым преимуществом. За счет увеличения срока службы древесины такой подход снижает необходимость в частой замене и ремонте, что со временем приводит к существенной экономии средств. Тщательно сохраненная древесина менее подвержена гниению или повреждению насекомыми, сохраняя свою структурную целостность в течение десятилетий. Кроме того, снижение требований к техническому обслуживанию снижает трудозатраты и материальные затраты, что делает параметрическую интеграцию экономически выгодным решением как для небольших проектов, так и для крупномасштабных промышленных
применений. Эти экономические преимущества, а также экологические и эксплуатационные преимущества делают параметрическую интеграцию принципиально новым подходом к сохранению древесины.
Проблемы и соображения
Несмотря на многочисленные преимущества, параметрическая интеграция при сохранении древесины сталкивается с проблемами и соображениями, которые необходимо учитывать для широкого внедрения. Одним из основных технических препятствий является высокая первоначальная стоимость, связанная с внедрением передовых цифровых инструментов и технологий. Инвестиции, необходимые для создания датчиков, сканирующего оборудования, программного обеспечения для параметрического проектирования и автоматизированных систем обработки, могут быть непомерно высокими, особенно для небольших предприятий или организаций с ограниченным бюджетом. Кроме того, этот процесс требует специальных навыков для работы с данными, получаемыми с помощью этих технологий, и их интерпретации, что требует обучения и специальных знаний, которые могут быть недоступны. Такая зависимость от передовых технологий также создает уязвимости, поскольку технические сбои могут помешать процессу сохранения.
Экологические аспекты также играют важную роль в решении задач параметрической интеграции. Хотя данный подход направлен на оптимизацию обработки и сокращение отходов, многие методы консервации по-прежнему основаны на химических обработках, которые могут нанести вред экосистемам и здоровью человека. Важнейшим фактором является баланс между эффективностью этих обработок и экологичными методами. Например, использование токсичных химических веществ, даже в уменьшенных количествах, поднимает вопросы о долгосрочном воздействии на окружающую среду и устойчивости. Разработка и внедрение более экологичных альтернатив, таких как биоразлагаемые консерванты или нетоксичные средства обработки, необходимы для приведения параметрической интеграции в соответствие с глобальными экологическими целями.
Наконец, серьезным препятствием является сопротивление переменам в традиционных отраслях промышленности. Многие заинтересованные стороны в лесозаготовительном и строительном секторах привыкли к традиционным методам консервации и могут не решаться внедрять новые технологии. Это сопротивление часто вызвано непониманием преимуществ параметрической интеграции или опасениями по поводу сложности перехода на новую систему. Для преодоления этого барьера требуются комплексные программы обучения и четкое информирование о долгосрочных преимуществах подхода. Решая эти технические, экологические и культурные проблемы, параметрическая интеграция может полностью раскрыть свой потенциал в качестве преобразующего решения для сохранения древесины.
Параметрическая интеграция представляет собой преобразующий подход к сохранению древесины, обеспечивающий непревзойденную точность, эффективность и экологичность в продлении срока службы древесины. Сочетая передовые цифровые инструменты, аналитику на основе данных и оптимизированные методы обработки, этот подход устраняет ограничения традиционных методов консервации, гарантируя долговечность, экономичность и экологичность древесины. Возможность прогнозировать характер разложения, адаптировать применение консервантов и отслеживать результаты в режиме реального времени повышает точность обработки, сокращает количество отходов и сводит к минимуму воздействие на окружающую среду. Кроме того, долгосрочная экономия за счет увеличения срока службы древесины и сокращения затрат на техническое обслуживание делают параметрическую интеграцию финансово выгодным решением для строительной и деревообрабатывающей промышленности.
Чтобы в полной мере реализовать потенциал этого инновационного подхода, заинтересованным сторонам отрасли необходимо внедрить цифровые рабочие процессы и инвестировать в исследования и разработки. Внедряя параметрическую интеграцию,
Вывод
предприятия могут опережать конкурентов, удовлетворяя растущий спрос на экологически чистые и эффективные методы строительства. Сотрудничество между исследователями, поставщиками технологий и лидерами отрасли станет ключом к преодолению текущих проблем, таких как высокие первоначальные затраты и устойчивость к изменениям, одновременно стимулируя разработку более экологичных и доступных методов консервации. Будущее лесозаготовительной отрасли заключается в гармоничной интеграции технологий и традиций, и сейчас заинтересованным сторонам следует взять на себя инициативу в формировании этого будущего. Давайте работать вместе, чтобы создать более устойчивую, жизнестойкую и инновационную отрасль.
1. Hill, Callum. Wood Modification: Chemical, Thermal And Other Processes. Wiley, 2006.
2. Olov Karlsson, Carmen Cristescu, Dick Sandberg.Autoadhesion Of Laminated Boards From Scots Pine Veneers: Effect Of Oxidative Pretreatment International Conference "Wood Science And Engineering In The Third Millennium" - Icwse 2015, P.35-41
3. Rowell, Roger M. Handbook Of Wood Chemistry And Wood Composites. Crc Press, 2012.
4. Dinwoodie, J. M.. Timber: Its Nature And Behaviour. 2nd Ed., Taylor & Francis, 2000.
5. Kasal, Borek, and Thomas Tannert. In Situ Assessment of Structural Timber. Springer, 2010.
6. Brischke, C., Alfredsen, G. Wood-water relationships and their role for wood susceptibility to fungal decay. Appl Microbiol Biotechnol 104, 3781-3795 (2020). https://doi .org/10.1007/s00253 -020-10479-1
7. Esteves, Bruno, and Helena Pereira. "Wood Modification by Heat Treatment: A Review." Bioresources, vol. 4, no. 1, 2009, pp. 370-404.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
