Строительные технологии будущего: печать домов, умный бетон и другие

Роботизация

Одна из перспективных сфер технологичного домостроения — это печать стен. Строительный 3D-принтер может послойно выдавливать цементную смесь по цифровой модели, «выращивая» стены. Самый крупный пример применения этой технологии — квартал Wolf Ranch в Джорджтауне (район Вашингтона) на 100 домов. Он был был создан с помощью принтера Vulcan компании ICON. Эта машина около 14 метров в ширину и весом примерно 5 тонн печатает одноэтажный дом в течение трёх недель. Точнее, только его стены. Фундамент и металлическую кровлю пока делают по старинке. Дома в уникальном квартале продавались по цене примерно от 450 тыс. до почти 600 тыс. долларов — это не бюджетный сегмент. Основатель ICON Джейсон Баллард заявлял, что напечатанный дом обходится на 10–30 % дешевле обычного (в зависимости от проекта).

Впрочем, есть аналогичные роботы, которые справляются с такой работой за несколько дней. В России первый жилой дом, напечатанный целиком, а не собранный из напечатанных панелей, показали в начале 2017 года в подмосковном Ступине. Компания Apis Cor вместе с ГК «ПИК» напечатала здание площадью 38 м². Чистое машинное время печати стен, перегородок и ограждающих конструкций составило 24 часа, а стоимость квадратного метра составила около 16 тыс. рублей. 

Сегодня 3D-печать в России всё ещё ограничивается малогабаритными экспериментальными постройками. При этом замминистра строительства и ЖКХ Сергей Музыченко на конференции 3DMIX-2025 назвал цель — к 2030 году построить с помощью аддитивных технологий более 1 млн м² площадей. В 2024 году российские разработчики представили принтер для зданий высотой до пяти этажей.

При использовании 3D-принтера материал наносится только там, где это предусмотрено проектом, что сокращает объём строительного мусора Фото: © Официальный сайт wolf ranch

Роботы приходят туда, где работа однообразна и тяжела. Австралийский Hadrian X компании Fastbrick Robotics — это грузовик с 32-метровой стрелой, который режет кирпичи, наносит клей и кладёт стены по 3D-модели. Такой робот-грузовик укладывает 300–500 кирпичей в час (в 5–20 раз быстрее человека) и может вести кладку на высоте до трёх этажей без лесов. Аналогичный робот-каменщик из США SAM100 от Construction Robotics укладывает 300–400 кирпичей в час, но лучше подходит для длинных прямых стен и крупных проектов, а не для углов и сложной архитектуры. Полностью автономным его назвать нельзя: для работы нужны три человека — оператор, помощник, подающий материалы, и каменщик-контролёр, который зачищает швы, устанавливает связи и следит за качеством.

В отделке помогают роботы вроде Canvas. Это подъёмник-«ножницы» высотой около пяти метров с манипулятором, которым управляют люди. Он сам наносит шпаклёвку и шлифует гипсокартон до самого высокого пятого уровня отделки. Работу, на которую раньше уходило семь дней, он выполняет за два. Цикл отделки стал короче на 34 %. При этом Canvas улавливает до 99,9 % пыли. В 2020 году израильский стартап Okibo показал своего робота для штукатурки и покраски стен. Это мобильная платформа с манипулятором и возможностью 3D-сканирования помещения и работы без ручного программирования. Разработчики заявили впечатляющую производительность: напыление краски — 100–200 м²/ч, покраска валиком — 50–80 м²/ч, шлифовка — 40–50 м²/ч.

Несмотря на иногда громкие заявления создателей таких машин, применять их массово пока экономически нецелесообразно. Стоимость технологии и строительства подобных машин остаётся сдерживающим фактором, в том числе в России. Если в Китае робот-штукатур стоит 80 тыс. долларов, то в России его цена удваивается. Так что перспективы массового использования роботов в многоэтажном строительстве пока сомнительны. В этой сфере ещё не хватает автономности и многое зависит от человека. Эксперты считают повсеместное внедрение роботов будущей технологической революцией в строительстве, но не раньше, чем через 15–20 лет.

Небоскрёбы из дерева

Дерево, которое ассоциируется с устаревшими технологиями в строительстве, сегодня вернулось на рынок как несущий материал многоэтажных зданий. Речь идёт о клеёном брусе или клеёных панелях CLT. Из таких материалов строят в том числе высотные здания. Рекорд принадлежит 25-этажному жилому комплексу Ascent в Милуоки высотой 86 метров. Это самое высокое деревянное здание в мире и самое высокое гибридное здание из дерева и бетона. 

Самые высокие деревянные здания в мире

Развитие деревянного домостроения в России до 2024 года шло по дорожной карте, которую утвердили Минстрой и МЧС. В 2021 году изменили СП 64 «Деревянные конструкции» в части расчёта перекрёстно-клеёной древесины. В следующем году ввели СП 515 «Здания из клеёного деревянного бруса», а позже запланировали пилотные проекты деревянных зданий высотой от 3 до 12 этажей.

В конце 2022 года «Сегежа Групп» построила в городе Сокол четырёхэтажный жилой дом из CLT. По состоянию на март 2024 года это было единственное в России жилое деревянное здание такой этажности. Причина того, что технология не находит распространения в России, кроется в пожарных требованиях. При высоте более трёх этажей древесину в нашей стране нужно закрывать негорючими материалами снаружи и внутри, и здание не выглядит деревянным, из-за чего многие инвесторы отказываются от CLT. 

Монтаж каркаса в Милуоки занял всего 119 дней — примерно вдвое быстрее, чем у аналогов из стали. Фото: ©Angela Major/WPR

Бетон — материал будущего?

Бетон — самый распространённый в мире стройматериал. Ежегодно в мире производится без малого 4 млрд тонн. Но и у него есть свои недостатки — формирующиеся пустоты и трещины, которые очевидно нарушают целостность конструкции. Одно из современных решений этой проблемы — введение в состав вещества специальных бактерий, которые при попадании в трещину воды «просыпаются» и выделяют кальцит, который заполняет щель. Эту технологию испытывают в разных странах. В России учёные Дальневосточного федерального университета с коллегами из других университетов, в том числе зарубежных (Индия, Саудовская Аравия), добились того, что «разбуженные» после растрескивания бактерии Bacillus cohnii заделали трещины шириной 0,2–0,6 мм за 28 дней, а бетонным плитам вернули исходную прочность на сжатие. По оценке авторов исследования, споры способны жить в бетоне до 200 лет и теоретически продлить срок службы сооружений (срок службы обычного бетона 50–100 лет). Впрочем, это лабораторные данные: о промышленном применении этой технологии в стране неизвестно.

Технология позволяет избежать или сократить сложные и дорогие ремонтные работы Фото: © Kvustock/ Shutterstock / FotoDom

При этом бетон может быть не только каркасом здания, но и аккумулятором необходимой для него электроэнергии. Подобную идею несколько лет назад предложили в американском MIT. Инженеры смешали цемент, воду и технический углерод. Когда такой раствор твердеет, вода образует разветвлённую сеть пор, а отталкивающие воду частицы углерода самоорганизуются в ней в токопроводящие «провода». Согласно расчётам, блок такого бетона объёмом 45 м³ мог бы запасать около 10 кВт·ч — это среднесуточное потребление электричества домохозяйством. Чем больше углерода в смеси, тем больше ёмкость. При этом немного снижается прочность: для фундамента или основания ветротурбины золотая середина — около 10 % углерода. Перспективность технологии в том, что цемент повсюду, тогда как существующие аккумуляторы дорогие и зависят от лития, запасы которого ограниченны.

Современные подходы к градостроительству применяют и в Сириусе, который сегодня активно развивается. И в этой работе задействованы не только опытные специалисты, но и начинающие. Например, участники магистерской программы «Архитектура современной научно-образовательной среды» — студенты и молодые специалисты ведущих архитектурных вузов страны. Они разрабатывают проекты новых объектов для первой федеральной территории. 

#экология #архитектура #образовательная программа

Архитектура среды: в Сириусе открывается уникальная образовательная программа

Читать