Применение аддитивных технологий в строительстве

ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ

Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ

Аддитивные технологии в строительстве: ожидания и перспективы

Аддитивные технологии, позволяющие синтезировать различные по сложности объемные объекты, становятся все более востребованными в самых разных отраслях, в том числе в строительстве. За последние четыре года в этой сфере произошел настоящий прорыв, люди научились печатать на 3D-принтерах сначала отдельные стены, потом гаражи и малоэтажные здания, а затем и более масштабные проекты. Какое будущее ждет эти технологии, зачем они нужны миру, завоюют ли они российский рынок – размышляют эксперты. Стремительное развитие в области 3D-печати бетоном началось в 2014 году, когда шанхайская компания WinSun построила таким образом десять малоэтажных домов всего за 24 часа, а затем напечатала и пятиэтажное здание.

После этого своими успехами начали делиться компании по всему миру, напечатанные дома появляются в разных уголках света. В 2015 году в Миннесоте напечатали номер отеля, а год спустя голландская студия DUS designs представила летний дом. Также в 2015 году китайская компания Zhuoda Group продемонстрировала трехэтажный жилой дом, правда, созданный из отдельных напечатанных блоков.

Свои эксперименты в области 3D-печати домов успешно ставят и в России. Так, американский стартап Apis Cor с российскими корнями (его основал Никита Чен-юн-тай из Иркутска) в прошлом году напечатал дом площадью 36,8 кв. м в подмосковном городе Ступино. Печать стен заняла всего 24 часа, а вот на установку кровли и окон, а также внутреннюю и внешнюю отделку ушло еще три недели. Стоимость возведения такого дома составила чуть более 10 тысяч долларов, около 275 долларов за квадратный метр, а прослужить он должен, по расчетам создателей, как минимум 175 лет. Также в прошлом году датское бюро 3D Printhuset с помощью российской компании «Спецавиа» напечатало на трехмерном принтере офисное здание площадью 50 кв. м. Сейчас к строительству частного дома в Подмосковье готовится компания «Бетонатор», площадь этого проекта может составить уже 120 кв. м.

Но все же больше других темой применения аддитивных технологий в строительстве, пожалуй, загорелись в ОАЭ, где намерены к 2030 году печатать около 25% всей возводимой недвижимости. В 2016 году здесь состоялось открытие первого в мире офисного здания, созданного с помощью 3D-печати. Его площадь составила 250 кв. м, но очевидно, что на этом в ОАЭ не остановятся, учитывая, что здесь расположено самое высокое здание в мире. По данным правительства страны, проект, получивший название «Офис будущего», обошелся примерно на 50% дешевле, чем «традиционное» строительство аналогичного по площади и сложности здания. Создание конструкции заняло 17 дней, еще два потратили на отделку помещения.

Эксперты считают, что планы, заявленные правительством ОАЭ, вполне осуществимы, учитывая, что эта страна в принципе находится на передовой внедрения различных инновационных решений. Способствуют масштабному использованию 3D-печати и благоприятные для этого климатические условия, которых, к примеру, нет в России. Сейчас машины могут работать при температуре не ниже 5 градусов по Цельсию, и отечественным специалистам, чтобы напечатать здание с помощью 3D-принтера, надо либо дожидаться весны, либо специально обогревать «зону печати», что было сделано во время возведения здания в Ступино.

Прорыв упирается в стену

Несмотря на интерес к теме 3D-печати, примеры, о которых шла речь выше, все же остаются единичными, а до начала массового принтинга зданий еще долгие годы. Существует множество ограничений, которые пока не дают масштабировать существующие технологии. В печати можно использовать далеко не все материалы, соответственно, не получается создать все необходимые комплектующие. К примеру, уже привычной стала печать из пластика и силикона. Бетон, как мы видим, также используется в печати уже довольно активно. Однако утепление, прокладка коммуникаций, установка окон и полная отделка помещений принтерам еще неподвластны. Кроме того, остро стоят вопросы, связанные с вертикальным армированием: пока эта проблема не будет решена, печатать многоэтажные здания не выйдет.

«Отсутствие массового производства напечатанных домов связано с тем, что на данный момент недостаточно технологий для полноценного строительства. Нет принтеров, которые способны делать качественную крышу, также все равно после завершения строительства потребуются внешняя и внутренняя отделка, прокладка коммуникаций, монтаж окон и дверей. Кроме того, для строительства дома при помощи 3D-печати необходима ровная площадка, машины пока не умеют возводить фундамент в холмистой местности или на сложных с точки зрения строительства участках», – рассказывает генеральный директор «СМУ‑6 Инвестиции» Алексей Перлин.

Ограничения накладывает и размер устройства: чтобы напечатать офисный небоскреб целиком, потребуется такая же гигантская машина. Также многое зависит и от способа перемещения «печатающей головки», через которую подается раствор. Архитектор, партнер архитектурной группы ДНК Константин Ходнев отмечает, что существующие на сегодняшний день технологии позволяют напечатать либо маленький дом, либо фрагменты, которые затем приходится собирать, как конструктор. По словам эксперта, нерешенным остается и процесс термо- и гидроизоляции, в том числе поэтому технология наиболее применима в странах с теплым и сухим климатом: вопрос защиты от жары легко решается путем увеличения толщины стен с воздушным зазором внутри.

Интересно, что, хотя 3D-принтеры не могут выровнять самостоятельно площадку под строительство или осуществить полную внутреннюю отделку, они вполне справляются с такой тонкой работой, как изготовление лепнины. Глава бюро MAD Architects Мария Николаева утверждает, что 3D-печать полностью вытеснила с рынка привычную лепнину, которую теперь без труда и с хорошей точностью производят роботы.

«Раньше процесс изготовления карнизов, сводов, особенно если стилистика предполагает барочное исполнение, сопровождался долгой и трудоемкой ручной лепкой из глины. Все мелкие детали делались вручную, создавались узоры и витиеватые формы. Сегодня такой труд занимает много времени, а также требует серьезных инвестиций и поиска мастеров, которые способны справиться с большими объемами работ, если мы говорим не об одном конкретном интерьере, а обо всем здании. 3D-принтер может работать без перерывов на сон и обед, а точность исполнения и детализация будут на высоком уровне, так что привносить стилистику XVIII–XIX веков в современные объекты стало дешевле и проще», – говорит Николаева.

Вопрос времени

Если все существующие на сегодняшний день барьеры удастся преодолеть, 3D-печать позволит серьезно сократить расходы на строительство, а следовательно, и стоимость жилья для конечного потребителя. По расчетам специалистов компании «КБК Проект», за счет того, что при использовании аддитивных технологий проектирование, планирование и реализация проекта становятся единым процессом, сокращение сроков достигает 80%. Пропуск целого ряда этапов строительства существенно удешевляет проект. Китайские проектировщики утверждают, что стоимость строительства сокращается на 50%, экономия на расходных материалах составляет 60%, а трудочасов нужно на 80% меньше, чем обычно.

Однако технологии еще предстоит доказать свое право на полномасштабное использование. Некоторые эксперты считают, что в России 3D-печать приживется не скоро, потому что всех устраивают «классические» технологии, которые понятны как строителям, так и покупателям. Учитывая, что речь идет о комфорте проживания людей и их безопасности, попытка печатать полноценные жилые дома в больших объемах может вызвать острые дискуссии. «Внедрение инновационных технологий во все отрасли, в том числе и строительную, – это естественный процесс. Другой вопрос, что не имеет смысла внедрять непроверенные технологии. Мы все-таки занимаемся строительством домов, в которых будут жить люди, и эксперименты тут неуместны», – считает Алексей Перлин.

Чтобы технология прочно закрепилась в стране, необходимы долгие годы испытаний, а также законодательные изменения. Причем разработка законодательной базы может занять гораздо больше времени, чем изобретение принципиально нового способа возведения зданий. Требуется пересмотреть большое число стандартов, касающихся проектирования, строительных материалов, пожарной безопасности и других аспектов. Пока большинство экспертов видят будущее для 3D-печати в России только в области индивидуального жилищного строительства или же в сегменте коммерческой недвижимости. В перспективе использование 3D-печати может быть актуально при создании временных построек (например, для жертв стихийных бедствий) и доступного социального жилья. Но для того чтобы такое строительство получалось действительно дешевым, необходим и большой масштаб, при котором дорогая техника будет быстро окупать себя.

«На данный момент каждый напечатанный дом – это индивидуальный проект, эксперимент. Строительство одного дома методом 3D-печати экономически неоправданно. Имеющееся оборудование – это единичные в мире установки, а подготовительный этап и управление строительством требуют привлечения команды профессионалов высокой квалификации. Построить малоэтажное компактное здание с помощью проверенных временем технологий будет дешевле, быстрее и качественнее, чем организовать процесс строительства методом 3D», – считает директор департамента недвижимости Sezar Group Виктор Прокопенко.

Пока аддитивные технологии остаются нишей тех, кто хочет впечатать свое имя в историю. И это справедливо для всех отраслей, а не только для строительства: принтеры успешно печатают одежду и обувь, но все-таки рынок формируют технологии прошлого. «На уровне идеи это здорово, что есть принтер, который может за сутки напечатать обувь по вашему индивидуальному слепку ноги. Тем не менее большинство по-прежнему носит обувь фабричного производства, а возможности ее печати на 3D-принтере воспринимаются скорее как хайп», – говорит Виктор Прокопенко. По его мнению, аналогичный путь ждет технологию 3D-печати и в строительстве. «Пока не произойдет принципиальный прорыв в стоимости оборудования, доступности расходных материалов, удобстве и универсальности, 3D-печать домов будет исключительной прерогативой тех, кто гонится за модой и готов к экспериментам», – считает эксперт.

Генеральный директор «КБК Проект» Василий Костин полагает, что на данном этапе полностью заменить привычные технологии 3D-принтинг действительно не может, но уже в перспективе десяти лет каждый третий возводимый дом будут печатать, считает эксперт. По его мнению, большинство ограничений, в которые сейчас упираются первые специалисты в этой области, легко можно будет обойти: это лишь вопрос развития технологий и, соответственно, времени. «Основные запросы современности – это экологичность, безопасность, высокая скорость строительства, снижение расходов и возможность выделиться среди конкурентов. По каждому из этих запросов у 3D-технологии есть что предложить», – уверен Василий Костин. Осталось лишь дождаться появления новых решений, которые выведут 3D-печать на новый уровень и позволят совершить революцию в строительстве.

Источник: http://www.profile.ru/
Автор: Екатерина Сахарова

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Источник

Использование аддитивных технологий в строительной области

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Дата публикации: 30.03.2020 2020-03-30

Статья просмотрена: 65 раз

Библиографическое описание:

Сагайдак, Д. Г. Использование аддитивных технологий в строительной области / Д. Г. Сагайдак. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 13 (303). — С. 47-50. — URL: https://moluch.ru/archive/303/68428/ (дата обращения: 11.11.2020).

Рис. 1. Структура рынка АТ в 2025 году

С точки зрения вклада в общий рынок аддитивных технологий, Россия пока сильно отстает от стран-технологических лидеров. Причем отставание отмечается по всем основным направлениям — производство оборудования для 3D-печати, масштабы применения технологий в ключевых промышленных отраслях, производство сырья и вспомогательных материалов и т. д. На данный момент доля России в структуре мирового рынка аддитивного производства составляет около 1 %.

Строительная 3D-печать в тренде по всему миру. Воплощение в жизнь любых дизайнерских решений и сложных геометрических форм (средневековые замки, дома в форме астероидов и галактик) позволяет добавить индивидуальности каждому новому сооружению.

Рассмотрим несколько успешных проектов по строительству с использованием аддитивных технологий:

Компания «Apis Cor» [2] является первой компанией в разработке оборудования для специализированной 3D печати, которая способна печатать целые здания полностью на месте.

Рис. 2. Дом компании «Apis Cor»

Сейчас компания Apis Cor сотрудничает в рамках столетнего конкурса с НАСА по фазе III для 3D-печатной среды обитания на Марсе.

В Дубае, крупнейшем городе Объединенных Арабских Эмиратов в 2016 г студия Killa Design [3] осуществила постройку первого в мире полностью оснащённого и предназначенного для постоянной эксплуатации офисного здания, созданное с помощью 3D-принтера. Практически все элементы и мебель лома сделаны с применением аддитивных технологий.

«Мы реализуем то, что планируем, и преследуем действия, а не теории. Быстро меняющийся мир требует от нас ускорения темпов развития, поскольку история признает не наши планы, а наши достижения», — сказал Его Высочество шейх Мухаммед, открывая «Офис будущего» (Рис. 3).

Рис. 3. Здание Фонда Будущего В ОАЭ

Проект обошелся на 50 % дешевле, чем традиционное строительство аналогичного здания. В работе над зданием участвовала команда из 19 человек: один следил за работой 3D-принтера, восемь собирали дом из напечатанных элементов на месте, остальные занимались проведением электричества и обеспечением работоспособности других систем. Создание конструкции заняло 17 дней, еще два ушло на оформление офиса внутри.

Особенности изготовления здания с применением аддитивных технологий

Принцип работы 3D принтера для печати зданий основан на экструзионной методе и заключается в экструзии (выдавливании) бетона, слой за слоем, по заданной трехмерной компьютерной модели. С помощью комплекса подготовки и подачи строительной смеси, бетон смешивается с водой и другими добавками и закачивается в шланг. Шланг подсоединен к головке принтера. Под давлением насоса бетон подается к головке принтера, смесь выходит из сопла принтера и наносится на поверхность площадки или предыдущие напечатанные слои.

Основным материалом для печати является бетон. Для печати используют мелкозернистые смеси, которые отличаются от традиционного бетона. Каждая компания разрабатывает свою рецептуру, которая соответствует устройству принтера и его сопла, а также специфике целевых изделий. Самые важные параметры бетона для 3D-принтера — это прочность, скорость набора прочности, пластичность. Необходимая прочность бетона подбирается регулированием состава смеси — количества цемента и качества заполнителей, а также добавками пластификаторов.

Строительный 3D-принтер печатает самонесущие стены и перегородки с машинной точностью, поэтому они получаются ровными и гладкими. Этап черновой отделки можно пропустить и переходить к финишной шпаклёвке. В стены закладываются основные коммуникации, а также утеплитель.

Строительство новых зданий или реконструкция новых непрерывно связано с выделением вспомогательных продуктов. На каждом этапе строительства, начиная с рытья котлована и заканчивая окончательной внутренней отделкой, возникает немалое количество продуктов, которые образуют строительный мусор. Он осложняет проведение работ, увеличивает итоговую себестоимость строительства из-за потребности в правильном вывозе и утилизации строительного мусора.

В соответствии с современным законодательством строительный мусор подлежит утилизации и складированию только на специализированных полигонах или в аккредитованных компаниях по переработке. Разложение строительного мусора — длительный процесс. Обломки кирпича имеют срок разложения около ста лет, а обломки дерева более десяти лет.

Источник