Строительство зданий с помощью 3D-принтеров: мечта или реальность
Темы в материале:
Новые технологии активно внедряются в строительство: это BIM-технологии, позволяющие эффективно управлять возведением объектов, живые материалы, которые «выращивают» сами себя, роботы, перемещающие инструменты по площадкам, или 3D-печать, завоевавшая особое место на мировом рынке.
Сейчас ставки делаются на инструменты, которые могут максимально сократить сроки, при этом оставив качество на высоком уровне. Является ли таким 3D-печать? Разбираемся.
С помощью 3D-принтера можно создать модель здания, напечатать его целиком, или, наоборот, создать очень маленькие детали (при разработке проекта интерьера или ландшафта).
Ждет ли 3D-печать повсеместное внедрение – как BIM-технологии, применение которых обязательно на всех объектах госзаказа с 1 января 2022 года? Какие плюсы у такого типа строительства? Подходит ли он российскому рынку? В каких странах популярна печать зданий? Нужны ли специалисты в этой области? Ответы на эти и другие вопросы – в нашем материале.
«3D-печать зданий и элементов сооружений – перспективная тема, которая в будущем, скорее всего, станет трендом во всем мире. Сейчас эта технология применяется в основном для малоэтажного домостроения, создания малых архитектурных форм, детских и спортивных площадок, а также для разработки мебели, отделки интерьеров и внутренних пространств зданий», – сказал Игорь Грецов, генеральный директор компании GPGroup.
МАФы, или малые архитектурные формы, – это все, что окружает застройку: скамейки, урны, фонари, велопарковки, клумбы, ограды, указатели, фонтаны, декоративные водоемы, нестационарные торговые павильоны.
Именно они делают городскую среду уютной и комфортной.
Малые архитектурные формы – важнейший инструмент для формирования среды. Они организуют жизнь на территории, меняют отношение к улице и дворовым пространствам.
Кроме того, современные МАФы дают возможность заняться спортом (если это уличные тренажеры), зарядить телефон, а в некоторых случаях помогут сориентироваться на местности, потому что, например, арт-объекты могут обозначать знаковые места. Они создают комфорт и являются точками притяжения, вокруг которых собираются горожане.
Прежде чем реализовать любой проект благоустройства специалисты изучают образ жизни жителей конкретного района – как они проводят досуг, чего им не хватает для комфортного времяпровождения на улице.
Хорошим примером можно считать качели на Триумфальной площади, которые вошли в набор малых форм урбанистической среды Москвы и стали популярны у горожан.
Столь же востребованы качели на Новом Арбате. Подобные качели есть и в парке усадьбы «Люблино» на юго-востоке Москвы, в Ивановском лесопарке на востоке столицы, в парке «Фруктовый» в Южном округе и в парке Победы Зеленограда.
Еще один интересный пример — разбитый на пустыре в районе Куркино парк «Пальмира» с дождевым садом. Для его создания в низине установили габионы – объемы из сетки, наполненные щебнем. Через них легко проходит вода, которая питает высаженные на склонах влаголюбивые растения. «Пальмира» стала одним из самых посещаемых мест в этом районе.
НазадПо его словам, в мире 3D-строительство появилось несколько лет назад. Им уже воспользовались в Китае, США, ОАЭ, Голландии и Германии. Россия тоже не отстает: 3D-дома возведены в Ступино и Ярославле.
Активно используют технологию в Дубае – к 2030 году четверть всех местных муниципальных объектов будет печататься. Для возведения самого крупного дома здесь на стройплощадке были задействованы всего три специалиста. То есть 3D-печать не только сокращает расходы и время на строительство объекта, но и зависимость от человека. Это играет важную роль в периоды, когда отрасль испытывает дефицит кадров.
Первое в мире здание, напечатанное на 3D-принтере. Офис в Дубае
Как утверждает Андрей Михайлов, главный конструктор архитектурного бюро «Крупный план», работу по этой технологии можно разделить на две группы:
- печать опалубки бетоном или похожими смесями с пространством внутри, которое наполняется утеплителем;
- печать готовыми бетонными или пенобетонными блоками.
«В последнем случае принтер становится своеобразным роботом-каменщиком: по заранее разработанному проекту он складывает смазанные клеем кубики блоков друг на друга. Хоть машина делает все с большой скоростью и высокой эффективностью, технология все же предполагает дальнейшее участие человека – например, вставку оконных рам, дверей», – отметил Михайлов.
С аппаратной точки зрения то, что сейчас называют строительным 3D-принтером, мало чем отличается от обычных 3D-принтеров, которые печатают расплавленным пластиком. Это одни и те же станки с ЧПУ, только стройпринтеры – больше размером.
Помимо этого, они активно используются и при моделировании зданий. В компании Formlabs, производителе таких машин, отмечают, что архитекторы и специалисты используют печать для получения деталей, таких как лестницы и деревья, которые долго создавать вручную. Кстати, фирма тесно сотрудничает с мастерской Renzo Piano, которая проектировала электростанцию ГЭС-2 в Москве.
В компании активно используют проектирование, которое позволяет удостовериться в том, что каждая составляющая работает и показывает здание в мельчайших деталях. Чтобы проверить разные варианты, для каждого проекта в Renzo Piano печатают сотни разномасштабных моделей.
Деревья на макете, напечатанные с помощью 3D-принтера Formlabs.
Фото: пресс-служба Formlabs
«Применение аддитивных технологий позволяет архитекторам предвидеть влияние определенных конструктивных особенностей. Например, увидев модель своими глазами, специалист может измерить такие аспекты, как поток света, проходящий через структуру здания, с более высокой точностью», – добавила Светлана Бодиловская, старший менеджер по маркетингу в Восточной Европе и Африке компании Formlabs.
Рендер: пресс-служба Formlabs
3D-печать: не нужно бояться прогресса
О 3D-строительстве и его перспективах мы поговорили со старшим научным сотрудником Научно-исследовательского института строительных материалов и технологий (НИИ СМиТ), кандидатом технических наук Алексеем Адамцевичем.
– Распространен ли такой вариант возведения зданий в России?
– С одной стороны, значительная часть наиболее востребованных в мире технологий строительной 3D-печати – родом из нашей страны. Это и проект Андрея Руденко, и первый мобильный строительный 3D-принтер Никиты Чен-юн-тая из Apis Cor, и, наконец, серийные портальные машины «АМТ-Спецавиа». С другой стороны, мы – одно из немногих развитых государств, где до сих пор отсутствуют системные меры стимулирования спроса на подобные новшества.
Фактически возникла ситуация, когда имея передовые технологии в перспективной сфере, Россия рискует упустить тренд на формирование нового рынка, что может привести к уходу хороших стартапов в другие страны, где этот рынок активно формируется.
– Как вы думаете, есть ли шанс перейти от традиционного возведения зданий к строительству исключительно с помощью новых технологий, как BIM и 3D?
– Лично мое мнение – это неизбежный процесс. Все отрасли всегда идут по пути повышения производительности за счет автоматизации процессов. У строительной – накопился отложенный спрос на инновации и внедрение технологий автоматизации. Похоже, мы как раз живем в то время, когда долго копившийся спрос будет наконец реализован. Вероятно, стоит ждать новой технологической революции.
– Если в скором времени все будет делать машина, каким вы видите будущее строителей?
– Бояться прогресса не нужно – он неизбежен. Правильная тактика: быть на гребне развития. Хороший пример, немецкая компания PERI, мировой лидер в производстве опалубки для монолитного строительства. Как ни странно, но именно они сейчас считаются локомотивом продвижения 3D-печати в Германии. А ведь именно рынок опалубки первым окажется под ударом в случае перехода отрасли на аддитивные технологии. Но если бороться бессмысленно – надо возглавить, в этом смысле, фирма поступает очень дальновидно.
– Может ли печать на 3D принтерах сократить сроки строительства? Чем это удобно для специалистов отрасли и будущих пользователей зданий?
– И сроки, и стоимость. Аддитивное строительное производство – это не так сложно и дорого, как может показаться. Применение технологий строительной 3D-печати уже сейчас связано с доступным жильем для малоимущих семей и различными недорогими объектами социальной инфраструктуры. Например, в Индии недавно был предложен проект печати туалетов для обеспечения ими всех жителей страны.
Понимание экономических показателей такого вида производства уже есть: это отказ от использования опалубки, составляющей порядка 50% себестоимости возведения монолитной конструкции, снижение расходов на работников и заработную плату, избавление от трат на вывоз мусора, так как 3D-печать – практически безотходное производство. И самое главное: сокращение продолжительности инвестиционно-строительного цикла и более быстрый возврат инвестиций.
Что касается удобства для пользователей, думаю, что через некоторое время каждый из нас сможет получить загородный дом в любом архитектурном стиле – хоть в форме инопланетного модуля, хоть в виде замка Винтерфелл. Нужно будет лишь заказать его модель и вызвать строительный 3D-принтер на участок. При этом, не нужно будет беспокоиться о поиске высококвалифицированных архитекторов и скульпторов.
– Обучаются ли студенты МГСУ навыкам 3D-печати в строительстве?
– Задача любой системы высшего образования – готовить специалистов для обеспечения рынка востребованными кадрами. Как я уже сказал, ниша строительной 3D-печати в России пока не сформирована. Поэтому и запроса на кадры, у которых в дипломе указывалось бы что-то напрямую связанное с этой темой 3D-печати, к нам пока не поступает.
Однако надо отметить, что все не так плохо. Важной особенностью технологии является то, что для печати строительного объекта нужно создать его информационную модель. Традиционные чертежи тут уже не подойдут. Поэтому необходимо обеспечить подготовку специалистов, владеющих САПР и средствами компьютерных расчетов, а также понимающих, что такое BIM и как его использовать на всех стадиях жизненного цикла. Эти направления у нас в вузе есть и активно развиваются.
ТИМ – это технология информационного моделирования в строительстве, включающая процессы создания, изменения и последующего использования виртуальной копии здания.
ТИМ-технология используется на всех стадиях жизненного цикла объекта — от проектирования, строительства и эксплуатации до реконструкции.
С помощью ТИМ специалисты создают не просто картинку в 3D-формате, а базу данных, где хранится вся информация об объекте: сколько нужно стройматериалов, какова начинка здания, а главное – в модели можно увидеть проблемные участки будущего объекта еще на этапе проекта и исправить их – одним кликом компьютерной мыши.
Особенность ТИМ в том, что строительный объект проектируется как единое целое. Изменение какого-либо параметра влечет за собой автоматическое изменение связанных с ним параметров и объектов, вплоть до чертежей, визуализаций, спецификаций и календарного графика.
ТИМ позволяет создавать и контролировать не только сам объект на всем его жизненном цикле, но и все, что расположено рядом – дороги, поликлиники, школы и так далее.
Использование технологии информационного моделирования позволило существенно сократить время прохождения экспертизы, минимизировать многократные корректировки проекта. Грамотная проработка и синхронизация разделов проектной документации позволила оптимизировать затраты на строительство.
Все московские застройщики, работающие с проектами по государственному заказу, должны перейти на ТИМ-технологии. При этом в столице технологии информационного моделирования уже использовались при строительстве таких объектов как:
- Дворец гимнастики Ирины Винер-Усмановой в Лужниках;
- жилые дома на ЗИЛе;
- Политехнический музей;
- храм Сретенского монастыря.
Москва стала пилотной зоной внедрения технологий информационного моделирования в программу реновации. Апробация ТИМ-технологий на пилотных объектах – один из важных шагов не только к централизованному применению информационного моделирования в Москве, но и к формированию единого информационного городского пространства.
НазадИспользование ТИМ-технологий позволило сократить сроки проектирования инфекционного центра в Новой Москве.
Одним из преимуществ использования ТИМ при проектировании инфекционной больницы стало высокое качество проектной документации в части увязки смежных разделов по архитектурно-строительным и инженерным системам.
К примеру, с помощью ТИМ оперативно выявляли коллизии при разработке проектных решений по системе вентиляции. Это позволило исключить переток воздуха из грязной зоны в чистую, обеспечив полную изоляцию от попадания вируса во внешнюю среду.
НазадВ проектах, которые непосредственно связаны с использованием строительной 3D-печати, заинтересованные студенты НИУ МГСУ все же могут поучаствовать в ходе своего обучения, но уже факультативно. Обычно это происходит на проектах, реализуемых нашим университетом по заказу организаций-партнеров.
Стройкомплекс подготовит более 1000 ТИМ-специалистов
