Алексей Адамцевич, директор Научно-исследовательского института 

строительных материалов и технологий (НИИ СМиТ) НИУ МГСУ

 Статья посвящена анализу возможностей аддитивного строительного производства (3D-печати бетоном) в контексте создания архитектурно выразительных объектов. Рассматриваются два основных варианта применения технологии: цеховая печать, позволяющая изготавливать элементы в контролируемых заводских условиях, и печать непосредственно на строительной площадке. Для каждого из вариантов описываются характерные архитектурные задачи: малые архитектурные формы и арт-объекты, префаб-элементы для укрупнительной сборки, а также здания и сооружения, возводимые непосредственно в полевых условиях. Особое внимание уделяется тому, как технологические особенности аддитивного строительного производства становятся источником новых выразительных приемов в архитектуре. Отмечается, что технические различия между цеховой и полевой печатью (точность, качество поверхности, устойчивость к внешним воздействиям) носят скорее количественный характер и постепенно нивелируются по мере развития технологии, оборудования и материалов. Объясняются перспективы использования аддитивного строительного производства для обеспечения архитектурной выразительности и перехода к архитектурно разнообразной среде как нормативной характеристике массового строительства из бетона, являющегося самым доступным и распространенным конструкционным материалом в мире.

Введение

За последнее столетие в глобальной строительной отрасли и урбанистике сформировался устойчивый разрыв между общественным запросом на архитектурную выразительность городской среды и реальной практикой строительства, где доминируют типовые, функционально однородные объекты [1]. Ключевая причина этого разрыва связана не столько с отсутствием спроса на уникальность, сколько с технологическими особенностями применения традиционных методов строительства, для которых любое увеличение сложности ведет к непропорционально высокому увеличению стоимости.

На сегодняшний день архитектурная выразительность может быть достигнута разными способами, имеющими свои ограничения. Металл и композиты позволяют создавать пространственно ­сложные формы, однако высокая стоимость материалов, трудоемкость изготовления и необходимость специальных решений (например, для обеспечения огнестойкости) ограничивает сферу их применения. Кирпич и камень славятся своей долговечностью, но отход от использования строгой геометрии при использовании штучных элементов способен превратить строительство в непредсказуемо дорогую работу скульптора, а не каменщика. Дерево отлично подходит для станков с ЧПУ и сложной фрезеровки, но также не является материалом универсального применения. С использованием всех перечисленных материалов, безусловно, возможно создавать выдающиеся архитектурные объекты, но реализация уникальных форм с помощью каждого из них остается либо дорогой, либо нишевой и ограниченной по масштабу применения.

Если же говорить о массовом и доступном конструкционном материале, который формирует материальную основу современной строительной отрасли, то им остается бетон. Ежегодное мировое производство бетона составляет свыше 14 млрд м3 [2], что как минимум вдвое превышает совокупный объем всех прочих строительных материалов вместе взятых [3]. Бетон является самым распространенным искусственным материалом, и именно поэтому ключевой вопрос доступной уникальной архитектуры упирается в то, насколько экономичным может быть создание сложных, нестандартных элементов из него.

Монолитное бетонное строительство сегодня предоставляет архитекторам широкие возможности, но цена этой свободы определяется во многом стоимостью опалубки и трудоемкостью опалубочных работ. Для прямолинейных повторяющихся форм возможно использование инвентарной щитовой опалубки многократного применения, что экономически оправданно, однако как только архитектурная форма становится криволинейной, с переменным сечением или уникальной поверхностью — возникает необходимость в индивидуальной опалубке, которая уже стоит гораздо дороже и для уникальных конструкций является одноразовой. Увеличение архитектурной сложности ведет к значительному росту стоимости, и это вынуждает архитекторов и заказчиков на этапе проектирования решать не столько художественные задачи, сколько стараться оптимизировать формы под возможности типовых опалубочных решений. Таким образом, уникальная архитектура из бетона в рамках традиционного монолитного строительства возможна, но она не всегда оказывается доступной именно из-за стоимости изготовления и монтажа опалубки, а также из-за необходимости привлечения высококвалифицированного ручного труда для выполнения нетиповых опалубочных и бетонных работ.

В свою очередь, аддитивное строительное производство (АСП, 3D-печать бетоном, 3DCP) предлагает принципиально иной подход: в технологии экструзионной печати управление формой осуществляется через цифровую модель и траекторию движения печатающей головки, а не через изготовление физической формы опалубки [4]. Переход от формы к коду ломает классическую зависимость, при которой дополнительная архитектурная сложность автоматически означает кратное повышение цены, и практически снимает зависимость себестоимости изготовления элемента от его геометрической формы. Современные обзоры характеризуют АСП как технологию, хорошо адаптированную под реализацию специальных и сложных дизайнерских решений с наименьшими затратами, особенно с точки зрения снижения трудозатрат и объема отходов материалов [5, 6]. Кроме того, замена человеческого труда на роботизированные системы позволяет автоматизировать производство, снижая затраты на рабочую силу. В отличие от подходов, пытающихся адаптировать уникальные задачи под типовые технологические возможности, строительная 3D-печать позволяет строить из наиболее массового материала то, что действительно востребовано и оправданно архитектурным замыслом.

Цеховая печать: малые архитектурные формы, арт-объекты и модульные конструкции

Цеховая (заводская) модель применения технологии АСП предполагает изготовление элементов в контролируемых условиях с последующей транспортировкой к месту эксплуатации. На сегодня этот подход демонстрирует наибольшую степень технологической зрелости и коммерческой доступности. Контролируемая среда заводского цеха обеспечивает стабильность параметров твердения бетона, исключает влияние ветра, осадков и перепадов температур, а также открывает возможности для использования широкого спектра технологий армирования и комбинирования с другими материалами.

Для цеховой печати можно выделить несколько основных направлений, решающих свои архитектурные задачи: малые архитектурные формы (как отдельные объекты благоустройства), арт-объекты (демонстрационные и выставочные конструкции, часто собираемые из множества напечатанных элементов), префаб-­элементы для последующей укрупнительной сборки, а также модульные строительные объекты.

Малые архитектурные формы и арт-объекты конкурируют прежде всего с традиционным литьем в опалубочные формы. При литье каждый новый объект требует изготовления индивидуальной формы, что делает экономически неоправданным производство единичных или мелкосерийных объектов с уникальной геометрией, в то время как для 3D-печати смена дизайна выпускаемого изделия осуществляется простой заменой цифровой модели, что позволяет производить каждый следующий объект с новой, неповторяющейся геометрией без увеличения себестоимости единицы продукции. Это принципиально меняет экономику производства МАФ, так как архитектор перестает быть заложником необходимости тиражировать одну и ту же форму для амортизации стоимости оснастки и получает возможность проектировать каждый объект как уникальный, откликающийся на конкретный контекст, освещение, рельеф и функциональные требования локации. Наиболее естественной и востребованной областью применения цеховой 3D-печати здесь часто выступают скамейки, вазоны, урны, отдельные элементы ландшафтного дизайна и т. д. (рис. 1–3).

Рис. 1. Коллекция уличной мебели от Филиппа Адуаца, представленная в 2020 году [7]

Рис. 2. Различные тестовые элементы типа МАФ в цехе учебного центра компании Smart Build Service

Рис. 3. Малая архитектурная форма от компании RVS‑3D [9] 

АСП позволяет создавать сложные перфорированные, решетчатые и волнообразные поверхности, которые при литье потребовали бы разъемных форм или последующей механической обработки. Например, объект с переменным сечением, где ширина и высота профиля меняются в зависимости от расчетных нагрузок и эргономических требований, может быть напечатан как единое целое без ­каких-либо дополнительных операций. Важно отметить, что речь идет не только о геометрической свободе, но и о тактильных и визуальных качествах поверхности: слоистая фактура, неизбежно возникающая при экструзионной печати, в малых архитектурных формах может стать сознательно культивируемым художественным приемом, подчеркивающим способ производства и создающим уникальную игру света и тени (рис. 4).

Рис. 4. Элементы колонн от компании Vertico [8]

Там, где малая форма показывает общую эстетику аддитивного производства, крупный арт-объект может развернуть этот прием в полноценное архитектурное высказывание. В этой нише архитекторы и инженеры, не скованные характерными для объектов капитального строительства жесткими нормативными требованиями к несущей способности и долговечности, могут экспериментировать с предельными геометриями, минимальными сечениями и новыми выразительными качествами материала. Принципиальной особенностью многих арт-объектов является то, что они создаются не как отдельные изделия, а как пространственные конструкции, собранные из множества напечатанных дискретных элементов (рис. 5). Этот подход позволяет достигать масштабов, недоступных для печати целиком, а также создавать уникальные структуры, которые невозможно напечатать за одну операцию из-за необходимости поддержки нависающих элементов.

Рис. 5. Дом-кошка от компании 3D4Art [10]

С точки зрения коммерциализации технологии и ее внедрения в массовые сегменты строительства естественным выходом за пределы ниши арт-объектов становится печать префаб-­элементов — то есть изготовление отдельных строительных элементов (объемных блоков, панелей и т. д.) с последующей транспортировкой и укрупнительной сборкой на площадке. Этот подход сочетает достоинства заводского качества напечатанных объектов с гибкостью их компоновки, позволяя создавать уникальные конфигурации из элементов, каждый из которых может иметь индивидуальную геометрию, напечатанную по цифровому проекту.

Существует два основных варианта реализации такого подхода. Первый, более радикальный, предполагает печать объемных модулей высокой заводской готовности, включающих не только стены, но и внутренние перегородки, инженерные коммуникации, сантехнику и отделку. Такие модули изготавливаются в цеху, доставляются на площадку и соединяются в здание, что позволяет значительно сократить время строительства по сравнению с традиционными технологиями, минимизировать шум, пыль и воздействие на окружающую среду, а также перенести основную массу работ в контролируемые заводские условия, где качество и точность обеспечить гораздо проще (рис. 6). В мировой практике по этой технологии в том числе реализуются и проекты многоэтажных жилых домов [11].

Рис. 6. Жилой модуль компании Smart Build Service, представленный совместно с НИУ МГСУ в рамках симпозиума FCI‑2025 [12]

Второй, более гибкий вариант предполагает печать небольших элементов, которые затем собираются на площадке с использованием традиционных методов соединения мелкоштучных элементов. Этот подход позволяет сохранить архитектурную выразительность, поскольку каждый элемент может иметь уникальную криволинейную геометрию, напечатанную по индивидуальному цифровому проекту, при одновременном использовании стандартизированных узлов соединения и монтажа. Это снижает требования к квалификации сборщиков на площадке и упрощает прохождение строительной экспертизы, поскольку соединение отдельных элементов может выполняться с использованием стандартизированных методов.

Печать на строительной площадке

Печать непосредственно на строительной площадке, в отличие от цеховой печати, предполагает возведение здания или сооружения непосредственно в точке его последующей эксплуатации с использованием строительных 3D-принтеров различной конфигурации, развернутых в полевых условиях. Исторически и технологически этот подход развивался для решения экономических и логистических задач: сокращение сроков строительства, снижение потребности в квалифицированной рабочей силе, уменьшение количества операций на строительной площадке и, как следствие, снижение себестоимости возведения объекта [13]. При этом потенциал повышения производительности труда при переходе к печати непосредственно на строительной площадке оценивается как весьма значительный: автоматизация процесса укладки бетона позволяет одному оператору управлять системой, которая заменяет труд бригады рабочих, а отсутствие необходимости в опалубочных работах, а иногда и в последующей отделке сокращает общую трудоемкость строительства в разы. Именно в этом сегменте АСП демонстрирует наибольшую эффективность для развития жилищного строительства, особенно в условиях глобального дефицита строительных кадров и необходимости быстрого возведения доступного жилья [6].

Рис. 7. Проект QR3D в Сингапуре

Рис. 8. Проект House Zero от компании ICON в США

Когда речь идет о максимальной геометрической сложности, предельной тонкостенности или сложных траекториях печати, предпочтение часто отдается цеховому производству, где контролируемая среда и возможность использования многоосевых роботизированных манипуляторов позволяют достигать результатов, не всегда доступных при печати под открытым небом [14]. Однако эта граница постепенно размывается: те архитектурные и технологические подходы, которые сначала отрабатываются в цеховых условиях, все чаще начинают проникать в практику полевой печати. Технологические ограничения, которые сегодня делают печать на площадке менее гибкой и точной по сравнению с цеховой, преодолеваются по мере совершенствования оборудования, материалов и программного обеспечения. Уже сейчас можно видеть, что возможность создавать непрерывные криволинейные поверхности без стыков и швов, отказываться от колонн в пользу стеновых конструкций сложной геометрии, оставлять слоистую фактуру как сознательный художественный прием и проектировать здания, которые органично вписываются в ландшафт, начинает проявляться и в проектах полевой печати.

Как показывают примеры четырехуровневого дома QR3D в Сингапуре со скульптурным отверстием, пронизывающим всю высоту здания [15], и дома House Zero в Остине [16], признанного одним из лучших изобретений года по версии журнала Time, наиболее выразительные результаты достигаются тогда, когда архитектор не пытается имитировать традиционные формы, а принимает логику послойного аддитивного наращивания, отсутствие опалубки, свободу криволинейных траекторий и превращает эти технологические особенности в основу архитектурного языка. Можно с уверенностью предположить, что по мере сближения возможностей полевой и цеховой печать, архитектурная выразительность перестанет быть привилегией ­какого-то одного формата и станет общим достоянием всего аддитивного строительного производства. 

Литература

1. Larsen MSS, Lindhard SM, Brunoe TD, Nielsen K and Larsen JK (2019), Mass Customization in the House Building Industry: Literature Review and Research Directions. Front. Built Environ. 5:115. doi: 10.3389/fbuil.2019.00115.
2. Global Cement and Concrete Association. The GCCA 2050 Cement and Concrete Industry Roadmap for Net Zero Concrete.  2022.  48 с.
3. Colin R. Gagg, Cement and concrete as an engineering material: An historic appraisal and case study analysis. Engineering Failure Analysis. Volume 40. 2014. Pp. 114–140. ISSN 1350–6307, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2014.02.004.
4. Buswell, R.A., Leal de Silva, W.R., Jones, S.Z., & Dirrenberger, J. (2018). 3D printing using concrete extrusion: A roadmap for research. Cement and Concrete Research, 112, 37–50.
5. Адамцевич А.О., Пустовгар А.П. Аддитивное строительное производство 2030–2036: глобальные тренды и стратегические возможности для России. Форсайт-­исследование. М.: НИУ МГСУ, 2025. 47 с. doi: 10.22227/mgsu.nii-smit.2025.1.
6. Muhammad Adeel. Three-dimensional concrete printing for sustainable construction and architecture: A comprehensive review. Journal of Chinese Architecture and Urbanism 025370074. https://doi.org/10.36922/JCAU025370074.
7. Philipp Aduatz: Private Commission [электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.philippaduatz.com/portfolio-item/private-­commission.
8. Vertico: Innovative 3D-printed structural columns by Vertico [электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.vertico.com/projects/structural-­columns.
9. RVS‑3D: Малые архитектурные формы [электронный ресурс]. Режим доступа: https://rvs3d.ru/malye-­arhitekturnye-formy-maf.
10. 3D4Art: Проект нежилое печатное 3D здание [электронный ресурс]. Режим доступа: https://3d4art.ru/3d-pyechatь-dоma-eez-byetоna5/проект-­нежилое-печатное‑3d-здание-скул.
11. Chinese Company Constructs the World's Tallest 3D Printed Building [электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.archdaily.com/591331/chinese-­company-creates-the-world-s-tallest‑3d-printed-­building.
12. FCI‑2025: На площадке НИУ МГСУ представлена экспозиция строительной 3D-печати и готовый жилой модуль [электронный ресурс]. Режим доступа: https://mgsu.ru/news/Universitet/FCI2025NaploshchadkeNIUMGSUpredstavlenaekspozitsiyastroitelnoy3Dpechatiigotovyyzhiloymodul.
13. Ghafur H. Ahmed, A review of «3D concrete printing»: Materials and process characterization, economic considerations and environmental sustainability, Journal of Building Engineering. Volume 66. 2023. 105863, https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.105863.
14. Dawei Liu, Zhigang Zhang, Xiaoyue Zhang, Zhaohui Chen. 3D printing concrete structures: State of the art, challenges, and opportunities. Construction and Building Materials. Volume 405. 2023. 133364, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.133364.
15. Park + Associates: QR3D [электронный ресурс]. Режим доступа: https://parkassociates.com.sg/projects/qr3d.
16. ICON: House Zero [электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.iconbuild.com/projects/house-zero.

Источник журнал "Аддитивные технологии" № 2-2026