Аддитивные технологии в современном мире развиваются высокими темпами, позволяя добиться целого ряда преимуществ, в том числе повышения производительности труда, сокращения времени производственного цикла и создания новых сложных изделий, выпуск которых ранее был невозможен из-за ограниченности технологических возможностей. Строительная отрасль не является исключением.

Фото: АРАТ 

С 12 по 13 ноября 2024 года в Москве состоялся «Лидер-форум. Аддитивные технологии — реальность технологического лидерства», на котором прошла сессия, посвященная использованию аддитивных технологий в строительстве. В ее рамках ведущие представители экспертного сообщества поделились мнениями о готовности строительной отрасли к существенным переменам. Модератором сессии выступил Алексей Адамцевич, директор НИИ СМиТ Национального исследовательского Московского государственного строительного университета (НИУ МГСУ), председатель ПК 7 «Применение аддитивных технологий, робототехники и беспилотных авиационных систем в строительстве» ТК 400.

Участники сессии сразу отметили, что 2024 год является юбилейным для аддитивных технологий в мировом строительстве: десять лет назад в Китае и США независимо друг от друга компаниями Winsun и Total Kustom впервые были напечатаны строительные объекты с помощью 3D-печати. Основываясь на мнении всех спикеров, которые принимали участие в сессии, был составлен список событий, изменивших отрасль российского аддитивного строительства. Первым таким событием стало создание первого серийного строительного 3D-принтера в 2015 году, это способствовало появлению рынка 3D-печати малых архитектурных форм в следующем, 2016 году. В 2017 году в России возникла мобильная 3D-печать и были построены первые два полевых объекта, а именно — офис в Ступино и жилой дом в Ярославле. В 2019 российская компания Apris Cor напечатала крупнейшее здание в мире в Объединенных Арабских Эмиратах, которое попало в Книгу рекордов Гиннесса. Следующим важным этапом стало вступление в действие трех национальных стандартов на материалы для аддитивного строительного производства в России в 2020 году. С 2023 года в России работают профессиональные курсы операторов строительных 3D-принтеров и профессиональная ассоциация аддитивного строительства. Кроме того, в 2023 году было напечатано первое здание за полярным кругом. Последними на сегодняшний день важными событиями в строительной отрасли аддитивных технологий стало вступление в силу изменений по 3D-печати несущих и ограждающих конструкций, а также прохождение первым 3D-объектом государственной экспертизы проектной документации.

Александр Маслов, генеральный директор компании АМТ, человек, который создал первый строительный 3D-принтер в России, вспомнил еще одну юбилейную дату. Двадцать лет назад, в 2004 году, профессор Университета Южной Калифорнии (США) Бехрох Хошневис первым в истории попытался создать бетонную стену здания с помощью строительной 3D-печати по технологии Contour Crafting, аккумулировав мировой опыт 3D-печати. Что касается 2014 года, то он стал отправной точкой для практиков.

Александр Маслов высказал свое мнение о том, что тенденции развития строительной отрасли аддитивных технологий соответствуют его ожиданиям на 70%. Если десять лет назад при создании первых объектов вероятность использования аддитивных технологий в строительстве вызывала у людей улыбку, то сейчас это серьезная отрасль. Маслов сделал прогноз, что в ближайшем будущем в России должны появиться новые типы 3D-принтеров, которые сделают процесс 3D-печати проще и быстрее. Он отметил, что аддитивные технологии позволяют реализовать модели и объекты строительства, созданные с помощью BIM-технологий, и рассказал о планах на практике привязать аддитивные технологии к BIM-моделям в совместном проекте с хабаровским Дальневосточным государственным университетом путей сообщения, в рамках которого будет разработана BIM-модель здания, реализованы процессы строительства и контроля, определена смета строительства.

Рис. 1. Применение BIM-технологий в аддитивном строительстве. 

Из презентации Александр Маслова, компания AMT

Объявляя следующего докладчика, модератор отметил, что в России в сфере строительства можно выделить следующие основные вопросы, которые требуют решения: низкая производительность труда при постоянном росте потребности в объемах нового строительства, нехватка специалистов. Аддитивное строительство является идеальным способом решения проблем, поскольку позволяет идти по пути автоматизации — автоматизация только бетонных работ позволяет сразу получить весомый вклад в производительность труда. Однако есть определенные особенности. Напечатанные слоистые конструкции работают иначе, чем монолитные. Чтобы строить, как и прежде, надежно и долговечно, эти вопросы нужно изучать и учитывать в нормировании. И они решаются.

В своем докладе начальник управления нормирования и стандартизации в строительстве ФАУ «ФЦС» Вячеслав Семенов рассказал о том, что происходит в нормативном обеспечении строительной отрасли аддитивных технологий. 

Докладчик упомянул о трех первых национальных стандартах, принятых в 2020 году, которые были разработаны на базе технологического комитета № 182 «Аддитивные технологии»: ГОСТ Р 59095‑2020 — «Материалы для аддитивного строительного производства. Термины и определения»; ГОСТ 59096‑2020 — «Материалы для аддитивного строительного производства. Методы испытаний»; ГОСТ 59096‑2020 — «Материалы для аддитивного строительного производства. Технические требования». А также он остановился на новых стандартах, которые разрабатываются в рамках строительного комитета № 465 и будут регулировать требования к бетонных смесям, конструкциям и процессам их изготовления. Семенов отметил, что в последнее время по результатам НИР часто вносятся изменения в уже существующие нормативные документы. Например, в 2023 году изменения коснулись положения «Несущие и ограждающие конструкции», куда были внедрены положения по приемке конструкций, выполненных с применением аддитивных технологий, обновлены требования к качеству поверхности и внешнему виду монолитных бетонных и железобетонных конструкций, а также расширены применения конструкций, выполненных методом аддитивного производства. Докладчик рассказал о научно-­исследовательских работах, касающихся 3D-печати, которые с 2021 года проводятся в таких вузах, как Казанский государственный архитектурно-­строительный университет, Московский государственный строительный университет и Санкт-­Петербургский политехнический университет Петра Великого, и сообщил, что в 2025 году планируется разработка нового госта для отрасли. В конце своего выступления Вячеслав Семенов призвал представителей отрасли к сотрудничеству по вопросам создания системного свода правил и выразил уверенность в том, что с увеличением объема производства в строительной отрасли аддитивных технологий должна появиться системная база.

В свою очередь Алексей Адамцевич дополнил выступление коллеги, рассказав про исследование НИУ МГСУ, выполненное вместе с ФАУ «ФЦС», которое включало помимо прочего изучение строительного рынка 3D-печати и анализ созданных в разных странах мира объектов. Целью было определение эффектов, которые положительно или отрицательно влияют на экономическую целесообразность применения данной технологии, если их сравнивать с традиционными технологиями строительства. Так, к положительным факторам относятся: преобладание вертикальных элементов и конструкций, конструкции сложной геометрической формы, отсутствие потребности в арматурных и опалубочных работах, возведение группы объектов в одной локации. Негативными факторами являются: потребность в возведении горизонтальных несущих конструкций до завершения печати, сложные грунты основания, в том  числе подверженные промерзанию и морозному пучению, высокий вклад изоляционных и отделочных работ в сметную стоимость, потребность в работе на площадке тяжелой строительной техники параллельно с принтерами. Идеальный проект с точки зрения экономической эффективности, по мнению Адамцевича, — это серия небольших одноэтажных зданий, помещающихся в рабочую зону одного принтера, с фасадами сложной формы и легкой кровлей, возводимых в теплом климате на плитном фундаменте без заглубления, не требующих утепления и отделки.

Представляя следующего спикера, модератор отметил, что этот удивительный человек разрывает все шаблоны. Роман Павленко, основатель проекта 3D4Art, в своем выступлении продемонстрировал участникам сессии проект печати самого большого здания в мире, который уже прошел государственную экспертизу. В настоящее время в селе Мальбагуш в Республике Татарстан проходит завершающая стадия строительства общественно-­культурного центра Мелля (рис. 2) размером 1600 м² по пятну застройки (40×40 м длина стен). Докладчик обратил внимание участников сессии на конструктивные особенности здания, среди которых монолитный железобетонный каркас, ограждающие конструкции из монолитного пенобетона в несъемной 3D-напечатной опалубке, высота стен — 10 м, толщина 3D-печатных стен — 550 мм, 

железобетонные колонны, использование которых было отработано на НИОКР годом ранее. Объем 3D-печатных стен составил почти 1000 м³. Павленко подчеркнул, что реализацию данного проекта усложнял климат 

Республики Татарстан, известной суровыми зимами, тогда как строительство с использованием 3D-печати чаще проходит в теплых условиях.

Рис. 2. Общественно-культурный центр Мелля в Татарстане. Из презентации Романа Павленко, компания «3Д Арт»

При строительстве здания 3D-печать выполнялась одновременно тремя строительными принтерами АМТ, два из которых были созданы специально для данного проекта. Было задействовано 24 площадки печати и использовано почти 500 тонн специализированной 3D-смеси 3D4Art с мискантусом. Докладчик отметил, что самые большие сложности при реализации проекта вызвали вопросы охраны труда и техники безопасности из-за сложности работ и большой высоты. Участники сессии подытожили, что данный проект является революцией в отрасли аддитивного строительного производства. И это не первый сложный проект Романа Павленко. Именно благодаря его усилиям за полярным кругом было возведено 3D-печатное здание для ПАО «Газпромнефть» в 2023 году.

Помимо строительной 3D-печати (3DCP) в чистом поле развивается и цеховое аддитивное производство. И первые объекты, возведенные в мире, печатались именно по префаб-технологии. По сути, это две параллельно развивающиеся ветки (рис. 3). По замечанию модератора, в цеховых условиях можно обеспечить лучшую воспроизводимость технических процессов, круглогодичную печать, можно производить элементы любой серии, любой сложности без опалубки. Сравнила эти два направления генеральный директор компании «3D-строй» Светлана Шаяхметова.

Рис. 3. Рыночные ниши 3D-печати. Из презентации Алексея Адамцевича, CМиТ НИУ МГСУ

Рис. 4. Галерея объектов компании «3D-строй». Из презентации Светланы Шаяхметовой,  компания «3D-строй»

Она рассказала о том, что как коммерсант выбрала для себя индивидуальное жилищное строительство (рис. 4), поскольку в промышленной части в отрасли пока отсутствует стандартизация, что приводит к дополнительным сложностям.

В данный момент ее компания работает над строительством поселка на 3000 квадратных метров в Сочи. И это сложные формы зданий, требующие точности, что обеспечивает печать в собственном цехе. Дополнительным преимуществом строительства в Сочи является возможность круглогодичных работ благодаря теплому климату. И здесь все складывается легче, чем в случае проекта, реализованного в Москве с помощью полевой печати.

В Москве в прошлом году постройка дома 10×14 метров, высотой 7 метров заняла три месяца без учета времени сборки принтера АМТ. Кроме сложных климатических условий для строительства другой проблемой, с которой столкнулась компания, стала нехватка квалифицированных специалистов для работы с оборудованием. Это связано с тем, что цеховому производству намного проще привлечь к себе кадры для продуктивной деятельности. Длительный же выезд бригады каждый раз на новый участок при полевом строительстве более проблематичен.

Еще два важных момента. Быстрая качественная цеховая печать позволяет исключить операцию внешней отделки. Кроме того, компании удалось в условиях цеха решить вопрос трещино-образования в бетонных конструкциях за счет того, что в свеженапечатанные конструкции через несколько часов заливается не пенобетон, а теплый полистиролбетон, у которого высокие демпфирующие свой­ства. И этот способ оказался особенно востребованным для строительства в сейсмически опасной зоне, к которой относится город Сочи. В ходе доклада также был показан процесс сборки 3D-дома из стеновых блоков (рис. 5) 

Кроме того, в компании разработали проект для экономной застройки (по стоимости — порядка 2,5 млн за домокомплект). Постройка одноэтажного дома типа шале площадью 100 квадратных метров занимает 

10 рабочих дней, соответственно, на постройку двухэтажного здания площадью 200 квадратных метров уходит 20 рабочих дней. Принтер печатает специальным модифицированным бетоном с фиброй. Заполнение — теплый полистирол-бетон марки D450. Конструктив зданий — монолитный каркас и монолитные перекрытия. Требования к цеху для производства: размер 20×10 м, электричество 15 кВт, 380 Вт.

Рис. 5. Процесс сборки 3D-дома из стеновых блоков. Из презентации Светланы Шаяхметовой, компания «3D-строй»

В ближайших планах компании реализация договора с компанией «Самолет» о строительстве домов в 2025 году, проект производства домокомплектов на продажу, из которых любая бригада может начать собирать дома, сертификация технологии в Литве. В ходе проводимых работ был разработан собственный 3D-принтер.

Переходя к следующему выступлению, модератор привел данные опроса производителей сухих строительных смесей в России об изготовлении специализированных продуктов для строительной 3D-печати (рис. 6). По результатам можно сделать выводы, что рынок 3D-печати относительно небольшой, но очень быстро развивается: ежегодно показывает двукратный рост; за последние пять лет больше половины всех произведенных материалов для профессионального аддитивного строительного производства было выпущено одной компанией «Вефт» из города Королева. И ее представитель — следующий докладчик, понимая всю ответственность за развитие отрасли, создал и возглавил Ассоциацию профессионалов аддитивного строительства (АПАС).

Рис. 6. Рынок материалов для аддитивного строительства. Из презентации Алексея Адамцевича, CМиТ НИУ МГСУ

Генеральный директор АПАС Алексей Гагулаев рассказал о том, что идея создания ассоциации назревала давно. Еще делались первые пробные попытки 3D-печати префабов и малых архитектурных форм силами энтузиастов, но уже присутствовало понимание главной задачи — 3D-печати больших строительных объектов. А с этой задачей в одиночку не справиться.

Ассоциация была создана с целью разработки единого вектора развития аддитивных технологий в строительной отрасли в 2023 году. В нее вошли производители принтеров и материалов, строительные организации, государственные органы, компании по моделированию и проектированию, высшие и средние учебные заведения, в том числе Московский государственный строительный университет и Центральный научно-­исследовательский институт строительных конструкций имени В.А. Кучеренко, исследовательские центры и научные школы.

Достижения членов ассоциации сегодня — это создание более десяти строительных принтеров различной модификации, строительство более 150 объектов, напечатанных на территории России, объекты на территории Казахстана и ОАЭ, отработка составов для печати с различными техническими характеристиками, исследования материалов для печати на местном сырье, которые проводились на юге России, на Камчатке и в Приморском крае, разработка программы обучения профессионалов по строительной 3D-печати в техникуме имени С.П. Королева и академии ремесленников, создание программы восстановления домов в зоне СВО и разработка убежищ и укрытий в городах, подверженных атакам, и другие.

Докладчик выразил уверенность в том, что задачи, которые сегодня ставит перед отраслью рынок, будет намного проще решать совместно, поэтому он не сомневается в дальнейшем расширении АПАС.

Подчеркнув неуклонный рост индивидуального жилищного строительства, к которому обращаются даже именитые застройщики, модератор передал слово главному архитектору BQ-studio группы «Самолет» Эмилю Акшову.

Докладчик начал с того, что отметил главное преимущество использования аддитивных технологий в строительстве — сокращение производственного цикла. И компания «Самолет» на постоянной основе проводит НИОКРы для того, чтобы внедрить новые практики в производственный процесс. В качестве примера использования аддитивных технологий для сложных архитектурных форм Эмиль Акшов продемонстрировал проект «Офис будущего», реализованный в Дубае, для которого «Самолет» разрабатывал концепцию. Докладчик поделился опытом использования префабрикации как ускорителя строительных процессов при работе в условиях пустыни, когда нужно быстро ввести готовые объекты на место. Кроме того, компания «Самолет» активно использует в стадии проектирования искусственный интеллект. Акшов отметил, что работа нейросети оптимизирует стадию проектирования на 20%, ускоряя процесс и расширяя возможности строительства (рис. 7).

Рис. 7. Применение ИИ для моделирования и проектирования. Из презентации Эмиля Акшова, BQ-studio группы «Самолет» 

Докладчик показал еще пару интересных примеров объектов, среди которых проект 3D напечатанного дома в городе Остин, США, спроектированный с помощью параметрического моделирования и BIM-технологий (рис. 8), и проект гостиничного комплекса «Ясно Поле» в Тульской области (рис. 9), где использовалась технологии интеграции 3D-печати, перефабрикации, искусственного интеллекта и параметрики, что позволило сократить количество отходов, снизить углеродный след и сэкономить ресурсы.

Рис. 8. 3D напечатанный дом в городе Остин, США. Из презентации Эмиля Акшова, BQ-studio группы «Самолет» 

Рис. 9. 3D-напечатный дом в гостиничном комплексе «Ясно Поле». 

Из презентации Эмиля Акшова, BQ-studio группы «Самолет»

По мнению Акшова, использование данных нововведений одновременно позволяет закрыть слабые стороны каждого из традиционных методов строительства и усовершенствовать конечный результат. Идея укоротить производственный цикл старыми приемами нереализуема, нужно искать новые способы развития и формирования решений, которые создают интересный продукт.

Предваряя последний доклад, модератор остановился на перспективах развития рынка аддитивных технологий. Например, сейчас широко говорят о технологиях освоения Марса, Луны и других объектов Солнечной системы, и специалисты NASA, «Роскосмоса», Китайского космического агентства рассматривают аддитивные строительные технологии как безальтернативный способ создания инфраструктуры для размещения колонистов. Да и на Земле предпосылки развития 3D-печати достаточно хорошие. Международные аналитические агентства говорят о том, что ее применение может прирастать более чем на 100% от года к году. И по росту применения материалов для 3D-печати видно, что Россия соответствует этим темпам.

Далее эту тему продолжил коммерческий директор компании «Смарт Билд Сервис» Денис Белоусов, представив информацию о перспективах аддитивных технологий в строительной отрасли и потенциале развития аддитивного строительства до 2030 года.

С точки зрения Белоусова для эффективного развития 3D-строительства на федеральном уровне необходимо создание полноценной индустрии строительной 3D-печати и планирования строительных работ. В связи с этим докладчик предложил, во‑первых, введение пятилетнего плана на малоэтажное строительство по 3D-технологии в 10 миллионов квадратных метров. Для реализации данного плана, во‑вторых, стране нужна всероссийская сеть сервисных центров, центров обучения и продаж 3D-оборудования. Например, компания «Смарт Билд Сервис» строит центры в городском округе Клин Московской области, Ставрополе и Томске. За счет этого технология будет развиваться стандартизированно, одинаково эффективно, работа будет вестись бесперебойно в любой части страны. В-третьих, развитие отрасли 3D-печати и 3D-строительства будет осуществляться путем накопления общего опыта, развития навыков применения аддитивной технологии не точечно, а централизованно и массово.

При выполнении пятилетнего плана малоэтажного строительства экономическая составляющая может быть следующая. На каждые 100 квадратных метров потребуется 5 дней печати (или 9 рабочих смен, если работать круглосуточно), на каждый объект нужна бригада из четырех человек (2 команды по 2 человека), фонд оплаты на одну команду будет варьироваться от 160 до 200 тысяч руб­лей в зависимости от региона. 

Получается примерная стоимость на фундамент, стены, кровлю 49700 руб­лей за м².

Есть и другие ниши для применения строительной 3D-печати — например, использование префабов или малых архитектурных форм в любом сегменте сельского хозяйства или промышленности (рис. 10). Также можно развивать отдаленные поселения посредством строительства фельдшерских и акушерских пунктов. Еще одно из направлений — участие в реновации и социальных проектах. Одним из самых емких направлений для развития 3D-печати является туризм, где необходимо быстрое и эффективное строительство гостиниц, хостелов, глэмпингов и других сооружений.

Рис. 10. Примеры строительных объектов, выполненных с помощью 3D-печати. Из презентации Дениса Белоусова, компания «Смарт Билд Сервис»

Белоусов поделился тремя необходимыми составляющими для успешной работы на 3D-принтере: создание высокоточного принтера, разработка рецепта эффективной смеси, адаптация ее с ранее изготовленным оборудованием и формирование архитектурно-­строительных направлений. Докладчик подчеркнул, что компания «Смарт Билд Сервис» успешно прошла все три этапа и сейчас адаптирует любые проекты строительства с использованием аддитивных 3D-технологий, а также разрабатывает свои.

В завершение своего выступления Белоусов высоко оценил дальнейшие перспективы использования 3D-печати и аддитивных технологий в строительстве, поскольку, по его мнению, оно сокращает расходы и позволяет получить качественный продукт, который не требует финишной отделки и уже готов к эксплуатации.

В ходе дискуссии, развернувшейся по окончанию сессии, было высказано мнение о том, что для массового использования аддитивных технологий в строительстве в числе прочего необходим грамотный и качественный пиар, который смог бы привлечь строителей к 3D-печати, наглядно показав ее эффективность. ■

Автор: Николай Копытин

Видеозапись конференции: https://vk.com/video-222997635_456239020

Источник журнал "Аддитивные технологии" № 1-2025