Когда 3D-печать придет на российскую стройку?

Алексей АДАМЦЕВИЧ, канд. техн. наук, заместитель директора НИИ СМиТ, старший научный сотрудник НИУ МГСУ

В будущем работа строителей станет более творческой и интеллектуальной, а тяжелым трудом займутся машины. Эксперт рассказал о том, когда в России начнут печатать дома на 3D-принтерах и что мешает внедрению аддитивных технологий на стройке.


- Есть ли перспективы у 3D-печати домов в России? При каких условиях эта технология сможет «подвинуть» на рынке традиционные способы домостроения? Когда можно ожидать таких изменений в отрасли?

- По данным Росстата, в России за прошлый год было введено в эксплуатацию свыше 80 млн м2 жилых домов, из которых более 36 млн. м2 имеют этажность не выше 2 этажей. То есть около 45 % всех вводимых жилых площадей относятся к той категории зданий, где технология строительной 3D-печати уже подтвердила свою применимость. Если рассматривать типовые объекты социальной и коммерческой инфраструктуры, начиная от детских садов и школ и заканчивая такими объектами, как МФЦ и, например, продовольственные магазины возле дома, то там потенциал применения строительной 3D-печати, вероятно, окажется еще выше.

Чтобы эта технология могла подвинуть традиционные способы домостроения, на мой взгляд, необходимо выполнение двух основных условий.

Во-первых, в российской системе нормативно-технического регулирования в строительстве должны появиться документы, регламентирующие вопросы проектирования и строительства с применением аддитивного строительного производства, позволяющие применять эту технологию для объектов различного функционального назначения.

А во-вторых, у нас должны появиться компании, предлагающие печать зданий и сооружений на базе типовых проектных решений.

Мы видим, что государство в последние годы весьма активно включилось в решение первой задачи. Экспериментальные и поисковые исследования для развития научно-технических основ применения аддитивного строительного производства интегрируются в программу прикладных научных исследований Минстроя России, реализация которой нацелена на актуализацию действующих нормативно-технических документов с учетом внедрения передовых технологий ограничения использования устаревших технологий в проектировании и строительстве. Задачи разработки и промышленного освоения автоматизированного возведения жилых домов, зданий и других объектов, а также изделий строительного назначения с использованием аддитивных технологий вошли в перечень ключевых мероприятий Стратегии развития аддитивных технологий в РФ на период до 2030 года, утвержденной Правительством РФ. А разработка первых стандартов ГОСТ Р на материалы для аддитивного строительного производства была начата на базе Технического комитета по стандартизации «Аддитивные технологии» (ТК 182) еще в 2019 году.
Со второй же задачей все не так однозначно, как может показаться. Несмотря на то что теория говорит нам о том, что строительная 3D-печать по многим показателям должна быть дешевле традиционных технологий строительства и потому обладает серьезными конкурентными преимуществами – получить реальное представление о стоимости дома под ключ невозможно на отдельных пилотных проектах, которые представляют собой скорее НИОКР, чем реальную стройку. Это станет возможным лишь после отработки каждого отдельного элемента технологии и перехода к массовому строительству с использованием типовых проектов.

Получение технологии доступной строительной 3D-печати – это что-то вроде инвестпроекта в масштабах государства, где сначала нужно вложиться в технологическое развитие с экспериментальным проектированием и строительством, а потом уже ожидать появления более дешевой продукции.

Сегодня можно наблюдать, как целый ряд стран ведет достаточно жесткую борьбу за привлечение команд и стартапов, способных создавать и развивать технологии строительной 3D-печати. Делается это преимущественно путем стимулирования спроса на применение таких технологий – в том числе, не глядя на их фактическую себестоимость в моменте. Самая крупная из таких программ реализуется в ОАЭ, где поставлена задача, не обращая внимания на финансовые издержки, обеспечить реализацию значительной доли всех будущих строительных проектов в эмирате Дубай с использованием технологий строительной 3D-печати.

И хотя может показаться, что зданий и сооружений в мире пока печатается не так уж и много, – важно понимать, что в реальности, в том числе благодаря подобным программам, мировой рынок строительной 3D-печати сегодня характеризуется значительным преобладанием спроса над предложением, которое упирается в физические возможности нескольких команд во всем мире, реально способных напечатать дом.

Поэтому назвать точный срок, когда можно ожидать реальных изменений строительного рынка и массового перехода к использованию технологий строительной 3D-печати именно в России, сложно. Думаю, это произойдет либо тогда, когда мы осознаем, что стимулирование спроса на применение технологии не менее важно, чем развитие самой технологии, либо когда технология экономичной строительной 3D-печати «под ключ» будет отработана где-то за рубежом в достаточном объеме для экспорта готовых и доступных решений в другие страны, включая Россию.

- Сколько стоит принтер и какова его средняя производительность? В какие сроки для застройщика окупится производство работ с помощью такого устройства?

- Для начала давайте разберемся, что такое строительный 3D-принтер на примере технологии 3DCP (3D Concrete Printing). Очевидно, что это некая установка, позволяющая печатать бетоном строительные, изделия, конструкции и объекты. Состоит она, упрощенно, из системы автоматизированного пространственного позиционирования, перемещающей печатающую головку по заданной траектории (станок с ЧПУ); самой печатающей головки, управляющей параметрами экструзии материала; системы подачи смеси к печатающей головке; а также системы приготовления подвижной смеси из сухих компонентов. Еще должно быть программное обеспечение для управления всем этим.

Современный рынок строительной 3D-печати лишь формируется, и потому разные производители такого оборудования и коллективы энтузиастов могут вкладывать разный смысл в само понятие строительного 3D-принтера.

Я обычно предпочитаю сравнивать технологию аддитивного строительного производства с технологией монолитного строительства. Если вы будете строить монолитный дом с использованием товарного бетона, то вам в любом случае придется оплатить работу смесительного оборудования и системы подачи бетонной смеси (бетононасос), поэтому с этой точки зрения можно считать, что под 3D-принтером можно понимать станок с ЧПУ и печатающую головку, которые непосредственно определяют уникальные черты самой технологии строительной 3D-печати.

На сегодняшний день стоимость такого устройства примерно сопоставима со стоимостью подъемно-транспортного (кранового) оборудования. На самом деле, строительный 3D-принтер – это, по сути, тот же строительный кран. Только перемещает он не груз, а печатающую головку. И делает он это по заранее запрограммированной траектории. При этом с учетом того, что вес печатающей головки заранее известен и не меняется – 3D-принтеры больших размеров должны будут обходиться дешевле больших кранов, для которых важна высокая грузоподъемность.

Что касается производительности, то критерий этот весьма неоднозначен, т. к. на него влияет слишком много параметров: это и скорость перемещения печатающей головки, и высота печатного слоя, и скорость подачи смеси через бетонасос. Но можно сказать точно, что существующее на рынке оборудование обладает высоким запасом по производительности: современные системы пространственного позиционирования вполне могут перемещать печатающую головку со скоростью 1 м/с, а если говорить про оборудование для подачи бетонной смеси, которое также можно подключить ко многим принтерам, то и там диапазон производительностей на любой вкус – хоть 200 м3 бетона в час.

Но говоря о строительной 3D-печати, важно понимать, что скорость печати ограничивается не техническими характеристиками оборудования, а, прежде всего, совокупностью параметров материала, используемого для строительной 3D-печати, которые в зарубежной литературе принято относить к таким свойствам, как Printability и Buildability. Наиболее близкое понимание этих терминов на русском языке – это способность к печати и способность к наращиванию. Увязать свойства материала с возможностями оборудования таким образом, чтобы обеспечивалось высокое качество и надежность конструкций без возникновения брака, а также исключались простои принтера – это, пожалуй, важнейшая часть научно-технического развития принципов строительной 3D-печати. При этом сложность и многогранность этого вопроса, находящегося на стыке разных направлений инженерно-исследовательской мысли, и есть та причина, по которой мы видим много пилотных проектов, но пока не видим массовости использования технологий.
- Насколько применение технологий 3D-печати может удешевить и сократить сроки строительства дома?

- Очень многое зависит от исходных параметров: какой именно объект, где он строится, какая стоимость рабочего труда в месте строительства, какие климатические условия, какие данные по грунтам и т. д. Потенциал развития технологии строительной 3D-печати высок и, возможно, когда-то он приведет к формированию принципиально новых подходов к организации строительного производства и расчета смет на строительно-монтажные работы.

Но на сегодняшний день я все же рассматривал бы эту технологию, скорее всего, как способ автоматизированной укладки бетона без использования опалубки и с минимальным участием человека. При таком подходе становятся очевидными основные статьи экономии, которые обусловлены снижением расходов на оплату труда рабочих, покупку или аренду опалубки, а также утилизацию отходов. Кроме того, возможность непрерывной печати сокращает продолжительность производственного цикла и увеличивает оборачиваемость средств.

Сегодня некоторые компании вроде американской SQ4D публикуют на своих сайтах достаточно революционные цифры, свидетельствующие о многократном сокращении себестоимости строительства за счет применения технологии аддитивного строительного производства. Но я бы относился к этой информации с долей здорового скептицизма.

Во-первых, нужно понимать, что любая информация на сайте – это, прежде всего, маркетинг, а, во-вторых, подобные сравнения актуальны лишь для двух похожих объектов, создаваемых из бетона различными способами: с применением технологии аддитивного строительного производства и с применением технологии традиционного монолитного строительства. При других исходных данных эта логика может уже и не работать.

Например, если у вас в планах было строительство дома из каких-то легких материалов и вы решили рассматривать технологию строительной 3D-печати в качестве альтернативы, нужно учитывать, что дом из бетона имеет достаточно большую массу и при той же этажности ему может понадобиться более основательный фундамент. Если на вашем участке плохие грунты, то создание подходящего основания под бетонный дом может и вовсе превысить изначально запланированную смету на строительство.

Кроме того, для каждого конкретного проекта потенциал снижения цены будет зависеть от того, как соотносится стоимость покупки/аренды принтера со стоимостью рабочей силы в конкретном регионе, как соотносится стоимость конструкций, которые могут быть напечатаны на принтере со стоимостью изоляционных, отделочных и иных материалов, предусмотренных проектом и т. д. Поэтому я не думаю, что здесь будет уместно называть какой-то конкретный коэффициент снижения цены от использования технологии строительной 3D-печати – все слишком индивидуально.

- Какие критичные для жилого строительства ограничения существуют у домов, напечатанных на принтере?

- На текущем этапе развития технологии аддитивного строительного производства отсутствует возможность печати полностью горизонтальных пролетных элементов. Поэтому нужно понимать, что если вам нужно напечатать несколько этажей, то придется комбинировать технологию строительной 3D-печати c традиционными технологиями строительного производства для устройства монолитных или сборных горизонтальных перекрытий, либо думать над устройством какой-то хитрой системы временных опор, по которым производится печать.

Пожалуй, в случае ИЖС – это единственное ограничение, которое приходит на ум. Если говорить об индустриальном строительстве, то здесь важным ограничением является отсутствие норм на проектирование и строительство с применением технологии строительной 3D-печати, что делает затруднительным прохождение экспертизы проектной документации.

- Проявляют ли российские застройщики интерес к использованию технологии 3D-печати?

- Российские застройщики, с одной стороны, достаточно консервативны, а с другой – весьма прагматичны. Если говорить о жилищном строительстве, то задача девелопера заключается в том, чтобы обеспечивать существующий спрос населения, который и без того растет быстрыми темпами в условиях реализации нацпроектов и введения льготной ипотеки. И не важно, будь то долевое строительство или проектное финансирование с использованием счетов эскроу –девелопер, по сути, лишь обеспечивает выполнение заказа граждан. Не думаю, что многие граждане готовы рисковать своими ипотечными кредитами ради перспективы прорывного развития технологий строительной 3D-печати в России.

Как и маловероятно, что у девелоперов есть много свободного времени и средств для реализации собственными силами опытных проектов с применением совершенно новой технологии, на которую пока отсутствует заказ. В строительстве такое возможно тогда, когда появляется достаточно крупный и амбициозный заказчик. Как я уже говорил ранее, эта модель работает в тех ситуациях, где таким заказчиком выступает государство.

Рынок аддитивного строительного производства в России в части развития спроса государством пока не стимулируется, поэтому какого-то повышенного интереса со стороны крупных девелоперов к теме строительной 3D-печати не наблюдается. В основном использованием технологии занимаются энтузиасты из числа научных коллективов, производителей оборудования для 3D-печати, производители строительных материалов и прочие неравнодушные люди. Знаю, например, коллектив инициативных ребят, которые прямо сейчас печатают купольные дома в Подмосковье и Новой Москве на своих личных участках. Также эту технологию весьма успешно применяют для организации автоматизированного изготовления малых архитектурных форм в производственных цехах.

- Если в скором времени все будет делать машина, каким вы видите будущее строителей? Как изменятся требования к специалистам и рабочим на стройке? Какие кадры будут нужны отрасли?

- Я думаю, что человек – слишком умное существо для того, чтобы все время работать руками. Поэтому тот факт, что в 2021 году в мировой строительной отрасли все еще преобладает ручной труд – это скорее нонсенс, а не нормальный порядок вещей. Строительство рано или поздно встанет на путь других отраслей промышленного производства, куда цифровизация и автоматизация производственных процессов пришла гораздо раньше.

Каким будет будущее строителей и как изменятся требования к специалистам и рабочим на стройке, можно примерно понять, взглянув, например, на современных рабочих в сфере автомобилестроения. Безусловно, строительная специальность никуда не денется – строители будут нужны всегда, но их работа в целом определенно должна стать более творческой и интеллектуальной. А вот тяжелым трудом пусть займутся машины.



Все материалы рубрики «Строительство» в Телеграм

25.11.2021