Belgorod, Russian Federation
GRNTI 67.21 Инженерные изыскания в строительстве
BBK 382 Изыскания и проектирование в строительстве
Today in all spheres of our life comes to the fore the search for new, more modern methods and technologies that meet the principles of sustainable development. New approaches should be more effective from the point of view of preserving the finite resources of our planet have a minimal impact on the environment, and provide a higher final product quality. Construction is no exception. One of the new promising technologies in low-rise construction is the technology of 3D printing. 3D printing is the process of recreating a real object on the model of the 3D model. The unique ability of this technology will significantly reduce costs by reducing costs of materials and improve performance, discover new creative approaches to create a variety of ar-hitechwriter etc.
three-dimensional printing, additive technology, 3D printing, construction
Введение. Одним из технологических «прорывов» современности являются инновационные цифровые технологии, в частности, трехмерная печать. Со времени своего появления за период около полувека цифровые 3D-технологии достигли колоссального уровня развития. Сегодня они прогрессируют очень быстро и проникают почти во все сферы деятельности человека [1–6]. В строительстве малоэтажных зданий с помощью 3D-печати можно реализовать практически любые идеи, добиться наилучшей̆ архитектурной выразительности объектов. Несмотря на многие положительные особенности 3D-печати, внедрение данной технологии в России ещё не достигло значительного уровня.
Основная часть. Аддитивные технологии в строительстве (технологии 3D-печати) в целом повторяют традиционное возведение зданий и сооружений. Работы также начинаются с разработки общей концепции здания или сооружения, составления рабочего проекта и подбора материалов. Начальные этапы строительства могут предусматривать использование компьютерного моделирования, но при непосредственных монтажных мероприятиях обязательно будут задействовать мощности вычислительных машин [7]. Для возведения конкретных конструкций требуется корректировка состава бетонной смеси, на основе которой̆ будут возводиться, например, стены. Современные строительные 3D-принтеры предусматривают не только возможность устраивать различные по конфигурации сооружения, а также дополнять этапы строительства изоляционными и отделочными работами.
|
ПРЕИМУЩЕСТВА АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ |
||
|
|
||
|
|
|
|
|
ЭКОНОМИЧНОСТЬ |
|
Связана с сокращением трудозатрат, сроков строительства, расходов строительных материалов. |
|
|
|
|
|
ЭКОЛОГИЧНОСТЬ |
|
Сокращение до минимума отходов строительного производства, снижение влияния на окружающую среду. |
|
|
|
|
|
АРХИТЕКТУРНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ |
|
Возможность воплотить в жизнь любые идеи архитекторов и дизайнеров. |
|
|
|
|
|
ГЕОМЕТРИЯ, КАЧЕСТВО |
|
Печать не дает никаких отклонений по углам, ведется строго по проекту. Точная геометрия в 3D-плоскостях в соответствии с заданной̆ в компьютере программой̆ (до 0,5 мм). |
|
|
|
|
|
СКОРОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА |
|
Средняя скорость печати современного строительного принтера составляет 7-10 м/мин. |
|
|
|
|
|
ЭКОНОМИЯ ТРУДА |
|
Вместо строительной̆ бригады будет достаточно двух-трех работников, чтобы обслуживать 3D-принтер. |
|
|
|
|
|
ВЫСОТА ЗДАНИЙ |
|
До пяти этажей̆ различной̆ конфигурации. |
Рис. 1. Преимущества аддитивных технологий в строительстве
Строительство малоэтажных зданий и сооружений при помощи 3D-технологий обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционным методом возведения конструкций, и дает возможность возводить объекты практически любой формы за достаточно короткий срок (см. рис. 1).
|
СОВРЕМЕННАЯ ПРАКТИКА СТРОИТЕЛЬСТВА 3D-ПРИНТЕРОМ |
||||||||
|
|
||||||||
|
ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ |
ВИЛЛА КОМПАНИИ HUA SHANG ТENGDA |
|||||||
|
Китайская компания Hua Shang Тengda создала двухэтажную виллу в 45 дней площадью 4,305 м2. Стены толщиной 25 см, выдерживают землетрясение силой 8.0 баллов по шкале Рихтера. |
|
|
||||||
|
ДОМА КОМПАНИИ SHANGHAI WIN SUN DECORATION DESIGN ENGINEERING |
||||||||
|
В Шанхае компания Shanghai Win Sun Decoration Design Engineering на выставке провинции Цзянсу в 2014 г. продемонстрировала дома, напечатан-ные на 3D-принтере. Для того чтобы напечатать цельное здание, компании потребовалось всего 24 часа. Самые малогабаритные строения, напечатан-ные по новой технологии, стоят около 10 млн. рублей.
|
|
|
||||||
|
ЗДАНИЕ “ОФИС БУДУЩЕГО” В ДУБАЕ |
||||||||
|
Здание “офис будущего” построено 23 мая 2016 года в Дубае. Одноэтажное здание площадью 250 м2. На возведение объекта ушло 17 дней. В проект инвестировано 9 млн. рублей. |
|
|
||||||
|
ГОСТИНИЧНЫЙ КОМПЛЕКС В ФИЛИППИНАХ |
||||||||
|
Гостиничный̆ комплекс в Филиппинах высотой̆ 4 м площадью 120 м2, состоящий из двух номеров и ванны-джакузи (которая создавалась тоже из бетона при помощи 3D-печати), был построен 15 декабря 2015 года.
|
|
|
||||||
|
|
||||||||
|
РОССИЙСКИЙ ОПЫТ |
ПРОЕКТ ЖИЛОГО ДОМА КОМПАНИИ APISCOR |
|||||||
|
Площадь экспериментального дома составляет 36,8 м2, из них 4 м2 отведено под кухню, 6,5 м2 – под прихожую, 5 м2 займет санузел, а остальная площадь предназначена для комнаты и коридора. В дом также проведут электричество и электрическое отопление. Себестоимость 1 м2 составит от 11 до 13 тыс. рублей. |
|
|
||||||
|
|
|
|||||||
Рис. 2. Современная практика строительства 3D-принтером [10–15]
Технология печати бетоном, так называемая «контурная технология печати» очень молода, она впервые стала использоваться в 2014 году в Китае. Внедрением 3D-аддитивных технологий в строительство занимаются во многих странах мира. В 22 странах созданы национальные ассоциации по аддитивным технологиям, объединенные в альянс GARPA - Global Alliance of Rapid Prototyping Associations, в рамках которого участники обмениваются технологиями, разрабатывая, тиражируя, продавая права на их использование и привлекая к работе фирмы-разработчики 3D-моделей [8]. Но широко они применяются пока лишь в США, Японии, Германии и Китае. Мировым лидером отрасли является американская компания 3D-Systems (см. рис. 2).
В России (по данным «Промышленного обозрения» № 990 от 24 марта 2015 г.), внедрение разработок в области аддитивных технологий составляет менее 1% (в мировом масштабе). Одним из сдерживающих факторов является использование импортного оборудования (в основном от производителей из Европы и США), зависимости от его стабильных поставок в достаточном объеме, а также от колебаний курсов иностранных валют [9].
Высокотехнологичное оборудование, способное обеспечить качество изделий, стоит дорого и требует для работы и обслуживания квалифицированного, специально обученного персонала. Также, для развития аддитивных технологий необходимо формирование новых стандартов, принятие новых нормативных документов. Не менее важной проблемой является отсутствие в России серийного производства строительных композитов нового поколения для 3D-печати.
Для развития аддитивных технологий в строительстве необходимо создание эффективных композитов нового поколения с требуемыми регулируемыми свойствами, обладающие повышенной водостойкостью на основе многокомпонентных систем с микро-, ультра- и нанодисперсными наполнителями в сочетании их с другими добавками [16–18].
В Белгородском государственном технологическом университете им. В. Г. Шухова, на кафедре строительного материаловедения, изделий и конструкций под руководством д-ра техн. наук, проф. Лесовика В.С., д-ра техн. наук, проф. Чернышевой Н.В. активно занимаются разработкой строительных композитов на основе быстротвердеющего водостойкого гипсового вяжущего, модифицированного различными видами добавок (минеральных наполнителей, микрофибры, ускорителей твердения, супер- и гиперпластификаторов и др.) для стройиндустрии будущего, в том числе и для 3D-аддитивных технологий [19–22].
Выводы. Использование аддитивных технологий (трехмерной бетонной печати) для возведения малоэтажных зданий позволит существенно сократить затраты за счет снижения расхода материалов и повышения производительности, многократно сократит сроки строительства, откроет новые творческие горизонты для архитекторов и дизайнеров.
1. Savickiy N.V., Shatov S.V., Ozhischenko O.A. 3D-pechat' stroitel'nyh ob'ektov // Vestnik Pridneprovskoy gosudarstvennoy akademii stroitel'stva i arhitektury. 2016. № 3 (216). S. 18-26.
2. Babaev V.B., Per'kova M.V., Krushel'-nickaya E.I., Zhdanova I.G. Funkcional'no-prostranstvennoe maketirovanie i prototipirovanie // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2015. № 6. S. 106-111.
3. Pechat' domov na 3D printere [Elektronnyy resurs] / Rezhim dostupa http: // make-3d.ru/articles / 3d-printer-dlya-pechati-domov /
4. 3D pechat' v stroitel'stve [Elektronnyy resurs] / Rezhim dostupa http: // blog.3dbot.ru/raznoe-o-3d / 3d-pechat-v-stroitelstve.html
5. 3D-printer dlya stroitel'stva [Elek-tronnyy resurs] / Rezhim dostupa http: // www.freeapx.com / 2014/05/31/ 3d-printer-dlya-stroitel'stva /
6. Trehmernaya pechat' v stroitel'stve zdaniy i sooruzheniy [Elektronnyy resurs] / Rezhim dostupa http://mikhailov-andrey-s.blogspot.co.il /2014/09/ trehmernaya-pechat-stroitelstvo. html
7. Permyakov M. B., Permyakov A. F., Davy-dova A. M. Additivnye tehnologii v stroi-tel'stve // European Research. 2017. № 1 (24). S. 14-15.
8. Lesovik V.S., Chernysheva N.V., Glagolev E.S., Drebezgova M.Yu., Ermolaeva A.E. 3D-additivnye tehnologii v sfere stroitel'stva // V sbornike: Intellektual'nye stroitel'nye kompozity dlya zelenogo stroitel'stva Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferenciya, posvyaschennaya 70-letiyu zasluzhennogo deyatelya nauki RF, chlena-korrespondenta RAASN, doktora tehnicheskih nauk, professora Valeriya Stanislavovicha Lesovika. 2016. S. 157-167.
9. "Rossiyskaya gazeta" - Specvypusk "Promyshlennost'". 2015. № 6718 (147).
10. 3D-printer «Sontour Craſting» [Elek-tronnyy resurs] / Rezhim dostupa http://make-3d.ru/articles/3d-printer-dlyapechati-domov/
11. Vystavka kompanii WinSun [Elektronnyy resurs] / Rezhim dostupa https://3dexpo.ru/ru/article/shanhayskayakompaniya-winsun-napechatala-domna-territorii-promishlennogo-parka-vsuchgou
12. Dom kompanii Hua Shang Tengda [Elektronnyy resurs] / Rezhim dostupa http://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/in-beijing-there-was-a-3dprinted-villaof-400-m2-/
13. Ofis buduschego v Dubae [Elektronnyy resurs] / Rezhim dostupa http://inpos.com.ua/novosti/ofis-budushhego-v-dubae
14. Gostinichnyy kompleks v Filippinah [Elektronnyy resurs] / Rezhim dostupa http://www.cntomo.com/news/1210-pervyy-v-mire-3d-pechatnyy-otel-lyukspostroen-na-filippinah.html
15. Rossiyskaya praktika stroitel'stva 3D-printerom [Elektronnyy resurs] / Rezhim dostupa http://3dtoday.ru/blogs/gruppa-stal/in-russia-established-thefirst-building-a-3d-printer/
16. Lesovik V.S. Intellektual'nye stroitel'nye kompozity dlya 3D-additivnyh tehnologiy / V sbornike: Effektivnye stroitel'nye kompozity. Nauchno-prakticheskaya konferenciya k 85-letiyu zasluzhennogo deyatelya nauki RF, akademika RAASN, doktora tehnicheskih nauk Bazhenova Yuriya Mihaylovicha. BGTU im. V.G. Shuhova. Belgorod, 2015. S. 356 -362.
17. Per'kova M.V. Energeticheskaya ustoychivost' kak osnova bezopasnosti goroda // Upravlenie gorodom: teoriya i praktika. 2015. № 1 (16). S. 83-88.
18. Lesovik V.S., Zagorodnyuk L.H., Chernysheva N.V., Glagolev E.S., Kucherova A.S., Drebezgova M.Yu., Kaneva E.V. Sovremennye trehmernye tehnologii i faktory sderzhivayuschie ih // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2016. № 12. S. 22-30.
19. Chernysheva N.V., Lesovik V.S., Drebezgova M.Yu. Vodostoykie gipsovye kompozicionnye materialy s primeneniem tehnogennogo syr'ya: monografiya. Belgorod: Izd-vo BGTU, 2015. 321 s.
20. Drebezgova M.Yu., Evsyukova A.S., Cher-nysheva N.V., Potapov V.V. K voprosu upravleniya processami strukturoobrazovaniya kompozicionnyh gipsovyh vyazhuschih // V sbornike: Intellektual'nye stroitel'nye kompozity dlya zelenogo stroitel'stva mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferenciya,posvyaschennaya 70-letiyu zasluzhennogo deyatelya nauki RF, chlena-korrespondenta RAASN, doktora tehnicheskih nauk, professora Valeriya Stanislavovicha Lesovika. 2016. S. 263-268.
21. Tschernyschowa N.W., Lessowik W.S., Fischer H.B., Drebesgowa M.J. Gipshaltige kompositbindemittel -zukunft des ökologischen bauens // V sbornike: 19-te internationale baustofftagung ibausil 2015. 2015. S. 699-706.
22. Murtazaiev S.A.Y., Saidumov M.S., Lesovik V.S., Chernysheva N.V., Bataiev D.K.S. Fine-grainedcellular concrete creep analysis technique with consideration forcarbonation // Modern Applied Science. 2015. T. 9. № 4. S. 233-245.
