УДК 33

Влияние технологических инноваций на сферу жилищного строительства на примере технологии 3D-печати

Мосина Ирина Евгеньевна – магистрант Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета

Ровинский Игорь Юрьевич – магистрант Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета

Аннотация: В данной статье затронут вопрос о влиянии технологических инноваций на сферу жилищного строительства на примере 3D-принтера, выявлены достоинства и недостатки внедрения данной технологии, затронут вопрос автоматизации строительных процессов, об их необходимости и рациональности. Предложены пути решения барьеров внедрения данной технологической инновации.

Ключевые слова: инновации, 3D-принтер, строительство, индустриальное домостроение, эффективность.

Строительная 3D-печать – одна из технологий, которая позволяет автоматизировать процесс строительства, имеющая как достоинства, так и недостатки, в связи с которыми полноценное внедрение и распространение технологии протекает крайне медленно [1].

Одной из передовых фирм, строящих по технологиям 3D-печати, является китайская компания WinSun. Её сооружениями являются: пятиэтажный дом в Сучжоу, особняк в Сучжоу и вилла в Сучжоу. Каждое сооружение имеет свои особенности.

Возведение виллы заняло три дня, из которых только один день ушел на печать деталей. Участвовали в постройке здания трое рабочих. Устройство заправлялось смесью цемента и строительных отходов с добавлением специального отвердителя. Для того, чтобы построить особняк использовался принтер гигантских размеров: высота – 6 метров; ширина – 10; длина 40 метров. Сама площадь здания насчитывает 1100 квадратных метров. Пятиэтажный дом является самым высоким зданием, напечатанным на 3D-печати. В процессе строительства были распечатаны отдельные цельные блоки дома, которые собрали на месте, укрепили арматурой и дополнили изоляционными материалами.

Dubai Future Foundation является первым в мире напечатанным офисным зданием. Сейчас там находится штаб-квартира Dubai Future Foundation. Строительство здания заняло 17 дней, еще 2 дня ушло на внутреннее оформление офиса. В возведении сооружения участвовало всего 19 человек: один следил за 3D-принтером, остальные собирали дом из напечатанных элементов и проводили коммуникации. Компания Apis Corp напечатала жилой дом площадью 38 квадратных метров за 24 часа. Стоимость строительных работ получилась около десяти тысяч долларов.

Особняк, способный выдержать землетрясение силой восемь баллов по шкале Рихтера и площадью 400 квадратных метров, был напечатан за 45 дней организацией HuaShang Tengda. На производство несущих конструкций было затрачено 20 тонн бетона C30, из которого сделали несъемную опалубку толщиной 250 мм.

Говоря про внедрение и развитие технологии 3D печати в России, необходимо начать с того, что Российского рынка 3D-печати как такого нет. Но с каждым годом 3D-печать набирает популярность среди российских организаций. В октябре 2015го года, на выставке «Станкостроение» (Крокус-Экспо) были представлены разработки и промышленные образцы строительных 3D-принтеров российских учёных. Менее чем через два года, в феврале 2017 года, в подмосковном Ступино был создан дом, полностью напечатанный на 3D-принтере. Он был возведен целиком, без каких-либо деталей, прямо на строительной площадке. В 2016 году отечественная производственная компания ЗАО «СПЕЦАВИА» открыла производство собственных строительных 3D-принтеров, способных печатать бетоном формы размером до 110 кубических метров. Российские инженеры из Ярославля создали отечественную серию строительных принтеров. Они печатают различные элементы для домов, беседок и всевозможные ландшафтные постройки. Также из напечатанных блоков можно построить небольшой пруд, детские площадки или бассейн. Использованием каолиновые смеси в строительном принтере можно создавать печи, камины, мангалы и другие огнеупорные изделия [5].

Из-за отсутствия нормативно-законодательной базы и множества технических сложностей, развитие данной аддитивной технологии крайне мало. Вышеперечисленные проекты и организации являются единичными случаями, не влияющими на сферу жилищного строительства [7].

Тем не менее, у строительной 3D-печати есть достоинства, от применения которых не стоит отказываться. Главным и самым важным является возможность хоть и частичной, автоматизации строительных процессов, что снижает риски, связанные с человеческим фактором, увеличивает скорость и качество конечного продукта. За счет автоматизации снижаются расходы на рабочую силу, так как 3D-принтер осуществляет большую часть работы с минимальным участием человека [2].

Помимо автоматизации строительства немаловажным является возможность сокращения строительных отходов и увеличение экологической безопасности. Так как принтер работает согласно утвержденной модели, то количество необходимых материалов изначально известна, а излишки, связанные с работой принтера – перерабатываемы.

Тем не менее, технология не пользуется спросом, не обладает массовостью, так как данная технология сильно ограничивает в выборе материалов. 3D-принтер не способен работать сразу с несколькими различающимися материалами. Логистика так же является важным фактором отказа от технологии. Так как процесс строительство на данный момент осуществляется преимущественно традиционным способом, то и все процессы, связанные с непосредственным возведением здания, происходят на строительной площадке, что предполагает перевозку принтера, а также его хранение. Квалификация работников, создающих модель для работы принтера, также является барьером внедрения технологи, повышающим риски. Любая ошибка в цифровой модели может привести к проблемам на этапе возведения здания. Также немаловажным для Российского рынка является невозможность работы принтера в определенных климатических условиях, таких как дождь, повышенная влажность, мороз [4].

Данные барьеры внедрения решаемы путем переноса точки приложения труда и разработкой нормативно-законодательной базы. Касательно разработки нормативно-законодательной базы – она уже в процессе разработки начиная с 2020го года, о чем свидетельствует публикация предварительного национального стандарта Российской Федерации 495-2020, под названием «АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ ПЕЧАТИ (3D-ПЕЧАТЬ) В СТРОИТЕЛЬСТВЕ».

Под переносом точки приложения труда понимается изменение бизнес-модели строительства: с традиционной в индустриальную [6].

Словосочетание «индустриальное строительство» строительные словари трактуют как «механизированный поточный процесс возведения зданий и сооружений из крупноразмерных конструкций и деталей заводского изготовления». Главным отличительным признаком индустриального домостроения было и остается преимущественное использование укрупненных сборных конструкций (или строительных модулей) высокой степени заводской готовности, в связи с чем возникает неопределенность. Согласно словарю, чтобы назвать строительство индустриальным, достаточно включить в цепочку производства завод, изготавливающий сборный железобетон. В рамках статьи предлагается рассматривать индустриальное строительство как совокупность нескольких признаков: сборка домов из компонентов, изготовленных заводским способом, применение современных систематизированных методов проектирования, планирования и контроля производства, механизация и автоматизация производственных процессов, упрощение цепочки поставок посредствам более стандартизированного производственного процесса [3]. Под предложенное определение подходит производство с помощью 3D-принтера.

Возвращаясь к барьерам внедрения рассматриваемой технологии, предлагается описание их решения путем перехода к индустриальному способу домостроения:

Отсутствие необходимости в перевозке принтера, так как в индустриальном способе домостроения модули производятся на заводе или домостроительном комбинате.
Так как 3D-принтер постоянно находится в помещении, то и влиянию климатических условий он не подвержен.
Хранение не влечет за собой дополнительных трат, так как оно изначально предусмотрено в рассматриваемой бизнес-модели.
Квалификация работников остается немаловажным барьером, тем не менее, данный барьер присущ любым нововведениям, а индустриальный способом домостроения позволяет сгладить возможные последствия ошибок, так как контроль качества производится на каждом этапе производства и не зависим от 3D-модели модуля, т.е. проверка может происходить по факту выполнения.

Тем не менее, строительному 3D-принтеру, как и любой другой инновационной технологии присущи и общие барьеры внедрения, к которым относятся:

Финансовая невозможность внедрения.
Консервативность политики организации.

Финансовая невозможность внедрения относится к большинству строительных организаций малого и среднего размера. Тем не менее внедрение данной технологии в интересах государства, о чем свидетельствует новая стратегия развития строительной сферы до 2030 года, согласно которой планируется увеличение объемов ввода жилья до 1 миллиарда квадратных метров в год, что является недостижимым без ввода новых аддитивных технологий, в связи с чем необходимо государственное стимулирование данного направления [8, 9].

Консервативность политики организаций обусловлена спецификой строительной сферы, рисками и их последствиями [10]. Тем не менее, риск, в понимании руководства строительных организаций, представляет из себя любое новшество, так как оно не подкреплено многолетним опытом. Грамотная стратегия внедрения и квалифицированная проектная команда – путь решения данного барьера.

Подводя итог можно сказать, что строительная 3D печать является новой и перспективной областью, ведь благодаря ей можно печатать здания и сооружения за короткий промежуток времени. Нестандартный способ домостроения становится более популярным в современном мире, ведь он переходит в автоматический режим, и в строительстве большую часть занимают роботы, а не люди.

Список литературы

Арзуманов, А. А. Использование 3D-принтера в строительстве / А. А. Арзуманов, И. А. Часовских // Воронежский научно-технический Вестник. – 2019. – Т. 1, № 1(27). – С. 119-121. – EDN WZDKCZ.
Ахтямова, Э. Р. Перспектива применения 3D-принтеров в массовом строительстве / Э. Р. Ахтямова, Р. В. Кропачев // APRIORI. Cерия: Естественные и технические науки. – 2018. – № 2. – С. 2. – EDN YVMXNN.
Вахмистров А.И., Гобеев Э.К. / Индустриальное домостроение / – Санкт-Петербург: Славутич, 2019. – 260 с.: ил. ISNB 978-5-902857-11-2
Гасайниев Р. М., Арчаков А. Т., Балаев А. З. [и др.] / Особенности технологии строительства с применением 3D-принтера / Инновации и инвестиции. – 2018. – № 3. – С. 238-241. – EDN JQIRTQ.
Кожеватова, Е. А. Строительные 3D-принтеры / Е. А. Кожеватова, А. Ю. Щелкунова // Тенденции развития науки и образования. – 2019. – № 50-2. – С. 27-29. – DOI 10.18411/lj-05-2019-32. – EDN CWUXVN.
Коровин, В. В. Особенности развития отечественного индустриального строительства во второй половине ХХ века (на примере застройки юго-западного района города Курска) / В. В. Коровин, А. М. Лукин // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: История и право. – 2014. – № 4. – С. 153-159. – EDN THVFCF.
Легезина Анна Сергеевна, Пашкова Людмила Андреевна 3D-ПРИНТЕР В СТРОИТЕЛЬСТВЕ СОВРЕМЕННОГО ЖИЛЬЯ // Вестник науки и творчества. 2018. №11 (35). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/3d-printer-v-stroitelstve-sovremennogo-zhilya (дата обращения: 15.10.2023).
Мониторинг объемов жилищного строительства / Минстрой России. [Электронный ресурс] – https://minstroyrf.gov.ru
Об утверждении Стратегии развития строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации на период до 2030 года с прогнозом до 2035 года [Электронный ресурс]: Распоряжение Правительства РФ от 31 октября 2022 г. N 3268-р: Стратегия развития строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации на период до 2030 года с прогнозом до 2035 года. — URL: http://www.consultant.ru
Олатало, О. А. Особенности инновационной деятельности в строительстве / О. А. Олатало, И. С. Федорова // Проблемы и перспективы развития строительства, теплогазоснабжения и энергообеспечения: Материалы VIII Национальной конференции с международным участием, Саратов, 15–16 ноября 2018 года / Под редакцией Ф.К. Абдразакова. – Саратов: Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 2018. – С. 263-265. – EDN VTSENK.

[social}