Строительная область давно требует модернизации. В последние годы активно развивается строительство с помощью 3D-принтера. Такая технология позволяет существенно сократить потребность в рабочей силе, ускорить производство и снизить расходы. Но о массовом переходе на аддитивное – то есть, предполагающее послойное наращивание и синтез объектов – возведение сооружений говорить пока рано.
Дом, который построил принтер
Первый поселок в России, состоящий из домов, напечатанных на 3D-принтере, появится в Ярославской области. В поселке площадью полтора гектара, возведением которого занимается резидент «Сколково», компания «АМТ», производящая и продающая строительные 3D-принтеры, будет 12 домов. Поселок возводят при помощи строительного принтера S-300 компании «АМТ-Спецавиа», сообщили на сайте «Сколково» 19 августа.
За инновационной стройкой можно наблюдать в Instagram компании, «АМТ», генеральный директор которой Александр Маслов не только показывает процесс строительства поселка, но и рассказывает о технических особенностях работы 3D-принтера. Судя по последним эпизодам этого увлекательного сериала, каркас первого дома уже практически готов, проложены коммуникации. Стоимость такого дома составит, по предварительным оценкам, около 20 тысяч рублей за кв. м – весь дом общей площадью 46 кв. м будет стоить без отделки около 914 тысяч рублей.
Второй дом, площадью 100 кв. м, планируют возвести за 30 часов, чтобы продемонстрировать скорость работы 3D-принтера. А третий призван показать, что принтер способен создавать сложные архитектурные формы. В комплексе получается достаточно интересный эксперимент, и, к тому же, полезный: дома в поселке будут служить гостиницей для слушателей центра «АМТ», изучающих строительство с помощью 3D-принтера. Следует отметить, что компания не строит дома на продажу, а занимается только оборудованием, причем, весьма успешно: «АМТ» продает принтеры в 15 странах, уточняет Маслов.
«Применение технологии аддитивного строительства перспективно, – говорит он. – Нет отходов, экономика в плюсе, точность, исключение человеческого фактора, высокая скорость. Строения монолитные, прочные, теплые. Нормативный срок эксплуатации таких домов — 100–170 лет».
Первый дом, напечатанный с помощью 3D-принтера, компания начала строить в 2015 году: каркас отпечатали и смонтировали за один месяц. Остальное время заняли строительство крыши и отделочные работы, продолжавшиеся до 2017 года, когда состоялась презентация и переезд в дом его создателя с семьей. Рядом с домом стоит лавочка — первый архитектурный объект, который был напечатан на строительном 3D-принтере в «АМТ».
Сейчас технология стала более совершенной: принтер работает прямо на строительной площадке, поэтому отдельно печатать детали, а потом монтировать их уже не требуется.
Все выше, и выше, и выше
Совсем скоро в России будет реализован еще один интересный проект из области аддитивного строительства: в столице Башкортостана Уфе с помощью 3D-принтера возведут первый двухэтажный дом, который будет оснащен всем необходимым для проживания.
В проекте участвуют ООО «Уфимская гипсовая компания» («УГК») совместно с национально-исследовательским институтом строительных материалов и технологий (НИИ СМиТ) НИУ МГСУ, а также Архитектурный строительный институт Уфимского государственного нефтяного технического университета (АСИ УГНТУ).
«Сейчас мы заканчиваем этап проектирования и расчетов, параллельно отрабатывая печать отдельных конструкций и узлов в производственных условиях и в условиях открытой площадки, — рассказывает кандидат технических наук, заместитель директора НИИ СМиТ НИУ МГСУ Алексей Адамцевич. – Реализация опытных проектов такой сложности всегда требует тщательной подготовки, и лучше всё лишний раз перепроверить и согласовать между всеми участниками проекта. Этот этап уже завершается и вскоре проект переместится на строительную площадку.»
По своей сути строительная 3D-печать больше всего похожа на монолитное строительство, но есть отличия, рассказывает Адамцевич. За счет сокращения доли ручного труда при производстве бетонных работ и исключения из производственного цикла опалубочных работ происходит удешевление производства. Исключение затрат на последние позволяет экономить от 25% до 80% себестоимости монолитной конструкции в зависимости от ее сложности и расценок на оплату труда в той стране, где возводится объект.
Кроме того, отказ от опалубки снижает объем твердых бытовых отходов. Хотя, по сути, опалубка всё же есть, но она несъемная – ее не требуется удалять, она становится частью конструкции. Соответственно, нет и отходов.
3D строительство: сплошные преимущества
Одно из главных преимуществ строительства домов с помощью 3D-принтера — возможность создания сложных архитектурных форм, причем сразу на строительной площадке.
В традиционным строительстве архитектурные формы создаются за счет опалубки: она обеспечивает заданную форму, затем ее снимают и остается только застывший бетон. Отказ от съемной опалубки значительно расширяет выбор архитектурных и объемно-планировочных решений.
«Проектировщикам даже в бюджетных проектах больше не нужно будет привязываться к прямолинейным формам, которые могут быть реализованы с использованием стандартизированной угловатой опалубки, — говорит Алексей Адамцевич. — Применение строительных 3D-принтеров обеспечивает дополнительные перспективы снижения материалоемкости и, как следствие, сокращение выбросов CO2 при производстве строительных материалов».
Раньше, чтобы поставить какую-нибудь колонну по желанию заказчика, нужно было ее где-то заказать и привезти на строительную площадку, дополняет коллегу генеральный директор Totalkustom Андрей Руденко. На это уходило много времени, отвлекало от основного строительного процесса. Кроме того, колонна не всегда доезжала в целости и сохранности до пункта назначения. С помощью же 3D-принтера можно просто напечатать любую колонну на площадке.
Оба специалиста, кроме того, сходятся во мнении, что уровень автоматизации, присущий аддитивным строительным технологиям, позволяет уменьшить влияние человеческого фактора, сэкономить время, сберечь нервы и снизить расходы.
«Автоматизированное производство способно обеспечить гораздо более высокую стабильность качества, существенно меньшие допуски по зазорам и т.д., — говорит Адамцевич. – Кроме того, автоматизация ускоряет производство, позволяет вести его непрерывно и круглосуточно, что положительно отражается на темпах ввода новых объектов в эксплуатацию».
Строительный 3D-принтер работает достаточно тихо, поэтому печать может продолжаться даже ночью, поясняет специалист.
Кроме того, решается давно наболевшая проблема цифровизации строительной отрасли, связанная с трудностью внедрения компьютерных технологий на всех этапах жизненного цикла строительных объектов, подчеркивает Адамцевич. По его словам, сегодня созданная на этапе проектирования цифровая модель объекта требует на этапе строительства выгрузки в аналоговый формат, который понятен простым строителям. В результате многие мелкие отступления от проекта, допущенные рабочими, обратно в модель не попадают.
«С переходом к технологии строительной 3D-печати эта проблема уходит сама собой за счет того, что принтер изначально работает исключительно с цифровой моделью печатаемого объекта и может печатать только то, что есть в этой модели», — поясняет специалист, добавляя, что перечислил далеко не все преимущества аддитивного строительного производства по сравнению с традиционными технологиями строительства, но, пожалуй, основные из них.
Взять оборудование и напечатать себе дом
Строительная область на протяжении долгого времени развивалась довольно пассивно: технологии совершенствовались, но в них не было ничего принципиально нового, говорит Андрей Руденко.
Так было до тех пор, пока не появились аддитивные технологии. Теоретические основы создания 3D-принтера заложил профессор университета Южной Калифорнии в США, иранец по происхождению Берок Хошневис еще в 1996 году. Технологии, разработанные ученым, получили название Contour crafting («контурное строительство»). Первый строительный 3D-принтер Хошневису удалось разработать только в 2014 (по другим данным – в 2012) году. Тогда же он анонсировал создание первых домов с помощью 3D-принтеров, но первый дом был возведен только в 2018-м.
В апреле 2014 года первые дома, созданные с применением 3D принтеров, появились и в Китае. Но 3D-технология была только одной из нескольких, которые применила при строительстве компания из Шанхая WinSun Decoration Design Engineering Co.
А вот первый строительный объект, полностью напечатанный на 3D-принтере из бетона, появился в Миннесоте в августе 2014 года. И создателем его был никто иной как собеседник Expert.ru Андрей Руденко. Замок, который напечатал генеральный директор Totalkustom, наглядно продемонстрировал возможности создания с помощью строительного 3D-принтера сложных архитектурных форм.
«В 2014 году я был первым, кто вообще смог что-либо напечатать», — рассказывает Руденко. Его задачей, впрочем, было не просто что-то напечатать, а сделать качественный объект. Эта задача была успешно решена: сегодня компания Руденко возводит настоящие дома, напечатанные на 3D-принтере, который он же и разработал.
«У нас заказов на несколько лет вперед, — говорит он. — Но из-за пандемии мы пока сфокусировались на рынке США».
По словам Руденко, для того чтобы напечатать дом, нужно всего четыре человека, но можно обойтись и двумя. Генеральный директор Totalkustom уверен, что в будущем само традиционное понимание строительства домов может измениться. А многие представления меняются по всему миру уже сейчас.
Раньше люди старались переехать в крупные города с многоэтажными зданиями, но во время пандемии появилась обратная тенденция: уезжать из крупных городов, работать удаленно. Многое изменилось, может измениться и традиционное представление о жилых домах, поскольку 3D-печать позволяет создавать сложные архитектурные формы, отметил Руденко. А это значит, что в будущем каждая семья теоретически сможет взять в лизинг оборудование и напечатать дом своей мечты.
Перспективы: фантастика становится реальностью
Сегодня здания, построенные с помощью 3D-принтера, есть в России, Китае, США, Мексике, Германии, Нидерландах, ОАЭ и других странах. Это и коммерческие объекты, и жилые дома.
Аддитивные технологии позволяют строить придорожные гостиницы, социальное жилье для бедных, полноценные жилые дома со сложной архитектурной формой, офисы и многие другие сооружения. Пока это строительство не многоэтажное, но в будущем все может измениться: 3D-принтеры, способные возводить многоэтажные здания, уже существуют. И если раньше печатание домов с помощью 3D-принтера казалось чем-то фантастическим, то теперь это быстроразвивающаяся область строительства, говорят эксперты.
«Перспективы развития отрасли строительной 3D-печати сегодня выглядят очень позитивно, — уверен Алексей Адамцевич. — Еще в 2017 году западные аналитики давали прогноз 1000-кратного роста этого сегмента рынка в перспективе следующих 10 лет. С тех пор предпосылок для ускорения темпов роста стало еще больше».
Интерес, проявленный отраслью, спровоцировал интенсивный научно-технический прогресс в этой области. Строительные 3D-принтеры совершенствуются каждый год, создаются новые решения, специальные смеси для 3D-принтеров. Во многих странах мира принимаются программы, стимулирующие спрос на внедрение подобных технологий. Вдобавок ко всему самоизоляция и сокращение притока трудовых мигрантов во время пандемии COVID-19 также повлияли на интерес к аддитивным технологиям и роботизации.
В России в июле текущего года правительство утвердило Стратегию развития аддитивных технологий до 2030 года, где в явном виде присутствует и строительный сегмент. А в апреле 2021 года вступили в действие разработанные в НИИ МГСУ стандарты ГОСТ Р на материалы для аддитивного строительного производства, что еще раз подтверждает: Россия всегда была и остается заметным игроком в обеспечении прогресса развития технологий строительной 3D-печати, отмечает Адамцевич.
«Именно в России стали первыми доступны серийно выпускаемые строительные 3D-принтеры компания “АМТ-Спецавиа”, — поясняет он. — У нас в стране компанией Apis Cor был придуман первый в мире мобильный 3D-принтер для производства работ в условиях строительной площадки. А разрабатываемые на базе НИИ СМиТ НИУ МГСУ материалы для аддитивного строительного производства использовались во многих проектах по всему миру».
Однако, по мнению Адамцевича, говорить о полном переходе на эту технологию и массовом строительстве домов с помощью 3D-печати рано.
«Это скорее способ автоматизированной укладки бетона для получения монолитных конструкций без лишних трудозатрат и без потребности в использовании вспомогательных средств, а не принципиально новая парадигма в строительстве, — считает он. – Говоря о печати бетоном, пока уместно, скорее, говорить о замещении в ближайшем будущем доли рынка монолитного строительства и, возможно, рынка строительства из сборного железобетона.»
С другой стороны, отмечает Адамцевич, в строительство могут приходить и другие технологии аддитивного производства. Например, российская компания «МайтиТех» разработала и достаточно успешно продвигает на рынке ряда стран технологию печати домов из полимерного композитного материала. Поэтому не исключено, что мы увидим замещение аддитивными технологиями части традиционного строительного рынка в каждом отдельном его сегменте.
