Белгородская область, Россия
ГРНТИ 67.21 Инженерные изыскания в строительстве
ББК 382 Изыскания и проектирование в строительстве
На сегодняшний день во всех сферах нашей жизни на первый план выходит поиск новых, более современных методов и технологий, отвечающих принципам устойчивого развития. Новые подходы должны быть более эффективными с точки зрения сохранения небезграничных ресурсов нашей планеты, иметь минимальное влияние на окружающую среду, а также обеспечивать более высокое финальное качество продукции. Строительство не является исключением. Одной из новых перспективных технологий в малоэтажном строительстве является технология 3D–печати. 3D-печать – это процесс воссоздания реального объекта по образцу 3D-модели. Уникальная возможность этой технологии позволит существенно сократить затраты за счет снижения расходов материалов и повышения производительности, откроет новые творческие подходы для создания разнообразных архитектурных решений и др.
трехмерная печать, аддитивные технологии, 3D-печать, строительство
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. Савицкий Н.В., Шатов С.В., Ожищенко О.А. 3D-печать строительных объектов // Вестник Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. 2016. № 3 (216). С. 18-26.
2. Бабаев В.Б., Перькова М.В., Крушель-ницкая Е.И., Жданова И.Г. Функционально-пространственное макетирование и прототипирование // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. № 6. С. 106-111.
3. Печать домов на 3D принтере [Электронный ресурс] / Режим доступа http: // make-3d.ru/articles / 3d-printer-dlya-pechati-domov /
4. 3D печать в строительстве [Электронный ресурс] / Режим доступа http: // blog.3dbot.ru/raznoe-o-3d / 3d-pechat-v-stroitelstve.html
5. 3D-принтер для строительства [Элек-тронный ресурс] / Режим доступа http: // www.freeapx.com / 2014/05/31/ 3d-принтер-для-строительства /
6. Трёхмерная печать в строительстве зданий и сооружений [Электронный ресурс] / Режим доступа http://mikhailov-andrey-s.blogspot.co.il /2014/09/ trehmernaya-pechat-stroitelstvo. html
7. Пермяков М. Б., Пермяков А. Ф., Давы-дова А. М. Аддитивные технологии в строи-тельстве // European Research. 2017. № 1 (24). С. 14-15.
8. Лесовик В.С., Чернышева Н.В., Глаголев Е.С., Дребезгова М.Ю., Ермолаева А.Э. 3D-аддитивные технологии в сфере строительства // В сборнике: Интеллектуальные строительные композиты для зеленого строительства Международная научно-практическая конференция, посвященная 70-летию заслуженного деятеля науки РФ, члена-корреспондента РААСН, доктора технических наук, профессора Валерия Станиславовича Лесовика. 2016. С. 157-167.
9. "Российская газета" - Спецвыпуск "Промышленность". 2015. № 6718 (147).
10. 3D-принтер «Сontour Craſting» [Элек-тронный ресурс] / Режим доступа http://make-3d.ru/articles/3d-printer-dlyapechati-domov/
11. Выставка компании WinSun [Электронный ресурс] / Режим доступа https://3dexpo.ru/ru/article/shanhayskayakompaniya-winsun-napechatala-domna-territorii-promishlennogo-parka-vsuchgou
12. Дом компании Hua Shang Тengda [Электронный ресурс] / Режим доступа http://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/in-beijing-there-was-a-3dprinted-villaof-400-m2-/
13. Офис будущего в Дубае [Электронный ресурс] / Режим доступа http://inpos.com.ua/novosti/ofis-budushhego-v-dubae
14. Гостиничный комплекс в Филиппинах [Электронный ресурс] / Режим доступа http://www.cntomo.com/news/1210-pervyy-v-mire-3d-pechatnyy-otel-lyukspostroen-na-filippinah.html
15. Российская практика строительства 3D-принтером [Электронный ресурс] / Режим доступа http://3dtoday.ru/blogs/gruppa-stal/in-russia-established-thefirst-building-a-3d-printer/
16. Лесовик В.С. Интеллектуальные строительные композиты для 3D-аддитивных технологий / В сборнике: Эффективные строительные композиты. Научно-практическая конференция к 85-летию заслуженного деятеля науки РФ, академика РААСН, доктора технических наук Баженова Юрия Михайловича. БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород, 2015. С. 356 -362.
17. Перькова М.В. Энергетическая устойчивость как основа безопасности города // Управление городом: теория и практика. 2015. № 1 (16). С. 83-88.
18. Лесовик В.С., Загороднюк Л.Х., Чернышева Н.В., Глаголев Е.С., Кучерова А.С., Дребезгова М.Ю., Канева Е.В. Современные трехмерные технологии и факторы сдерживающие их // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 12. С. 22-30.
19. Чернышева Н.В., Лесовик В.С., Дребезгова М.Ю. Водостойкие гипсовые композиционные материалы с применением техногенного сырья: монография. Белгород: Изд-во БГТУ, 2015. 321 с.
20. Дребезгова М.Ю., Евсюкова А.С., Чер-нышева Н.В., Потапов В.В. К вопросу управления процессами структурообразования композиционных гипсовых вяжущих // В сборнике: Интеллектуальные строительные композиты для зеленого строительства международная научно-практическая конференция,посвященная 70-летию заслуженного деятеля науки РФ, члена-корреспондента РААСН, доктора технических наук, профессора Валерия Станиславовича Лесовика. 2016. С. 263-268.
21. Tschernyschowa N.W., Lessowik W.S., Fischer H.B., Drebesgowa M.J. Gipshaltige kompositbindemittel -zukunft des ökologischen bauens // В сборнике: 19-te internationale baustofftagung ibausil 2015. 2015. С. 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. Т. 9. № 4. С. 233-245.
