Китайская революция в строительстве: 10 домов за 24 часа

Китайская революция в строительстве: 10 домов за 24 часа

Крупнопанельное строительство едва ли можно отнести к новейшим строительным технологиям. Достаточно вспомнить, что начиная с 60-х годов этим методом в СССР (да и во многих других странах) были возведены десятки тысяч жилых домов, включая знаменитые «хрущевки».

Тем не менее, китайская строительная компания Broad Group, благодаря своей системе быстрого домостроения, смогла придать этому методу второе дыхание. Как результат – 10-этажный многоквартирный дом ее специалисты сумели возвести за рекордные 28 часов и 45 минут.

Одна из важнейших особенностей системы – полное соответствие размеров строительных секций и транспортных контейнеров, в которых они привозятся на стройку. (Напомним, «хрущевки» собирались непосредственно на стройплощадке из секций, изготовленных на домостроительных предприятиях).

Строительные модули Broad Group изготовляются на заводе из нержавеющей стали, в них уже вмонтированы электропроводка, теплоизоляция, элементы остекления и вентиляция.

Сам процесс возведения здания во многом напоминает сборку из конструктора с участием небольшой бригады строителей и трех подъемных кранов. Секции и находящиеся внутри них инженерные коммуникации быстро соединяются между собой, в результате здание «растет» буквально на глазах.

Очень важный момент – скорость возведения здания идет не в ущерб качеству. Сборка прочна и обладает необходимым запасом сейсмостойкости, а в случае необходимости здание может быть демонтировано и перемещено в другое место.

В планах компании возводить по этой технологии и более высотные здания вплоть до 200 этажей.

Связанные вопросы и ответы:

Как китайские компании используют 3D-печать для строительства домов

3D-печать, также известная как аддитивное производство, представляет собой тип технологии быстрого прототипирования, в которой используются файлы цифровых моделей для создания объектов посредством послойной печати с использованием материалов, которые можно склеивать, таких как порошковый металл или пластик. Глядя на производственную цепочку индустрии 3D-печати, можно сказать, что восходящая промышленность в основном включает сырье, основное оборудование, вспомогательные инструменты и т. д.; средняя отрасль в основном включает производителей оборудования и поставщиков услуг 3D-печати; перерабатывающая промышленность в основном применяется в машиностроении, аэрокосмической, автомобильной, медицинской, образовательной, военной, культурной и т. д., со специальными приложениями, включая биотехнологии, продукты питания, архитектуру и портретную печать, среди прочего.

Сеть предприятий 3D-печати

Материалы для 3D-печати являются промежуточным компонентом, поддерживающим индустрию 3D-печати. Согласно статистике, материалы для 3D-печати в основном делятся на металлические и неметаллические материалы. Металлические материалы в основном представляют собой порошок, в то время как неметаллические применения относительно обширны, включая конструкционные пластики, светочувствительные смолы, синтетический каучук, керамику и другие неметаллические материалы. Инженерные пластики являются наиболее широко используемыми материалами для 3D-печати с такими характеристиками, как ударопрочность, термостойкость и устойчивость к старению. Жидкая светочувствительная смола обладает высокой скоростью отверждения, устойчивостью к высоким температурам и светочувствительностью, что делает ее широко используемой для производства высокоточных деталей. Синтетический каучук обладает хорошей прочностью на растяжение и в основном подходит для медицинского оборудования, салонов автомобилей и других областей. Керамика обладает хорошей химической стабильностью и сильной коррозионной стойкостью и широко используется в аэрокосмической и биотехнологической промышленности.

Какие материалы используются для 3D-печати домов в Китае

В эко-парке «Ясно Поле» в Тульской области прямо сейчас печатают сразу несколько 3D-домов. Сооснователь Archpole Константин Лагутин побывал на стройплощадке, и рассказал, чем его вдохновили 3D-дома, и сколько стоит их напечатать.

Как я попал на презентацию в «Ясно Поле»

Мы знаем и любим проект «Ясно Поле» , следим за основателем эко-парка Дмитрием Черепковым в соцсетях. И вот я увидел, что они планируют презентовать свои новые 3D-дома, построенные вместе с архитектором Тотаном Кузембаевым — одним из самых знаменитых в России архитекторов деревянного домостроения. Это была двойная неожиданность, было интересно вживую посмотреть, как печатаются 3D-дома, да ещё и увидеть, как Тотан Кузембаев работает с материалом, который далёк от дерева. Я сразу понял, что надо ехать, так как будет что-то невероятное. И не ошибся.

На мероприятие приглашались архитекторы, сочувствующие люди, и все, кому интересны 3D-дома, плюс обещали на площадке объявить конкурс для дизайнеров. Поэтому собралась очень живая архитектурная тусовка — было ощущение, что ты попал на вечеринку к друзьям.

Как в «Ясно Поле» появились дома

Мы уселись на сеновале, и основатель «Ясно Поле» Дмитрий рассказал нам, что он влюбился в технологию печати домов на 3D-принтере, начал экспериментировать с ней в своём эко-парке и даже вошёл как соинвестор в компанию, которая создаёт 3D-принтеры.
Дмитрий уже десять лет строит и пробует новое в этой стройке — у него экспериментаторский ум, который привёл его к ребятам, которые создают 3D-принтеры. Дмитрий загорелся этой технологией, и сейчас вместе с командой делает так, чтобы она стала общедоступной.

Как нам сказал Дмитрий, в России на сегодняшний день построено всего чуть ли не три 3D-дома. При этом в «Ясно Поле» уже построили два таких дома, и при нас, прямо во время презентации, печатался третий — по сути, мы были в точке концентрации 3D-домов.
Пока нам рассказывали про конструктивные особенности и про технологию, мы могли лично наблюдать все процессы. За пару часов, которые мы были на площадке, поднялась стена в 20 сантиметров. Нам сказали, что скоро дом можно будет напечатать за 72 часа, но пока это недостижимо — технология новая, время от времени появляются разные нюансы, которые требуют настройки и тормозят процесс.

Команда рассказала, что за год, который она занимаются 3D-домами, она проделала огромную работу, решила много проблем, и в итоге построила в «Ясно Поле» один дом, который мы изучили и изнутри, и снаружи.

Как печатают дома и сколько это стоит

Напечатанный дом можно поставить на любой фундамент, но проще, конечно, использовать плиту — если строить на ленточном фундаменте, то потом не будет возможности на какое-то движение, а разница в цене между ленточным и монолитным фундаментом не очень большая.

После заливки фундамента на площадку привозят плиты, на них ставят четыре колонны, вешают три направляющих и голову 3D-принтера. В неё подаётся смесь — это не что-то дорогущее и специальное, а практически цемент. Интересно, что материал смешивается не где-то вовне, а прямо в голове самого принтера. Затем устройство, плавно передвигаясь по траектории, которую задали при помощи компьютерной программы, слой за слоем печатает дом.

Толщина стены — 50 сантиметров, по технологии её набивают цементом с опилками — это недорогой и при этом теплоэффективный материал, который позволяет при такой толщине стены сделать дом тёплым и не отделывать его чем-либо снаружи. Но покраска или лакировка в любом случае необходима, так как сам материал не влагозащитный.

Дмитрию, как и мне, нравится эстетика напечатанности. Но при этом в мире сейчас тренд на выравнивание и отделку стен в напечатанных домах.

По цене напечатанный дом не сильно дороже дома из газобетонных блоков. Например, если дом из газоблока с внутренней отделкой можно построить за 5 млн руб., то аналогичный 3D-дом будет стоить 5,5–6 млн руб. То есть на 10–20% дороже. При этом вы получите уникальный дизайн и архитектуру.

Что меня вдохновило

В «Ясно Поле» создалась атмосфера, которую не удалось передать в видеообзоре: с одной стороны, здесь бегали коровы и проходила тусовка с друзьями-архитекторами, с другой стороны, строились 3D-дома. Всё это было едино, и это, кажется, не только у меня сломало восприятие — я будто попал в другой мир, и этот день превратился в целую неделю. Появилось ощущение, что есть я до того, как туда приехал, и я после.

Я ехал в «Ясно Поле» с мыслью о том, что 3D-дома — это какое-то непонятное будущее, и, возможно, первая волна интереса к таким домам пройдёт, и все вообще откажутся от их печати. Но после мероприятия стало понятно, что строить такие дома действительно достаточно просто, и это новый инструмент в руках архитектора и дизайнера.

Я понял, что 3D-дома — это не альтернатива домам из газоблоков, а новая архитектура, позволяющая создать дизайнерскую бионическую форму, которую никогда не создашь в квадратном блоке.

Сколько времени требуется на создание одного дома с помощью 3D-печати

Новатором использования оборудования для печати зданий и конструкций стал профессор Университета Южной Калифорнии (USC) Берох Хошневис, запатентовавший технологию под названием Contour Crafting (нанесение слоев цементной смеси с помощью печатающей головки на подвижной платформе). В настоящее время этот иранский ученый входит в состав деканата USC и продолжает вести исследовательскую деятельность в сфере трехмерной печати, заключив соглашение с NASA и ВМС США. Известно, что он ищет способ полностью автоматизировать процесс вплоть до установки арматуры.

Дома, созданные с помощью 3Д-технологий, есть во многих странах мира, в том числе, в России, ОАЭ, США и Китае. Ниже рассмотрим несколько таких примеров.

CyBe Construction

В 2019 году услугами голландской фирмы CyBe Construction воспользовались заказчики из ОАЭ. Команду разработчиков CyBe пригласили в крупный исследовательский центр SRTI, чтобы они продемонстрировали свои возможности в 3Д-печати домов. Ранее, в 2017 году, компания меньше, чем за месяц (всего за 3 недели), напечатала в Дубае лабораторию площадью 168 квадратных метров. Работая со скоростью 600 мм/с, специализированный строительный 3D-принтер этого бренда возводит все несущие конструкции для сооружения менее, чем за один час. Он способен делать опалубку, полы, стены, канализационные ямы.

«СтройБот»

Российский конструктор Андрей Руденко создал строительный принтер «СтройБот» и отвез его в США. После нескольких лет, проведенных в попытках привлечь внимание к своей разработке, он придумал способ прорекламировать свой продукт – построил часть отеля для филиппинского предпринимателя, используя в качестве рабочей смеси геополимерный бетон.

Apis Cor

Российская компания Apis Cor («Апис Кор Инжиниринг», Иркутск) разработала инновационный мобильный 3Д-принтер, способный печатать здания целиком прямо на месте строительства. Полная площадь рабочей зоны оборудования составляет 131 кв. м, в сложенном виде устройство имеет габариты 4х1,6х1,5 м. Для возведения высоких сооружений крупных размеров задействуется несколько синхронизированных принтеров.

Оборудование использует оригинальную технологию собственной разработки Apis Cor: экструдер зафиксирован на телескопической штанге, размещенной на поворотной платформе и регулируемой по высоте. Установка возводит вокруг себя стены из гипсовой смеси и после окончания работ легко перевозится на другую строительную площадку при помощи подъемного крана.

В 2019 году инженеры предприятия Apis Cor построили в Дубае жилой дом площадью 640 кв. м. Процесс занял 500 часов. Точно такое же сооружение было возведено в Ступино. На очереди более крупномасштабные проекты: распечатка демонстрационных домиков в Техасе, а затем строительство эко-поселка совместно с Sunconomy.

Нужно отметить, что впервые в российской практике здание печаталось именно как единое целое, а не собиралось из заранее отпечатанных блоков.

Какие преимущества имеет использование 3D-печати в строительстве домов

Существует целый спектр проблем 3D-печати в строительстве — правовых, нормативных, архитектурных, эксплуатационных, страховых. Наиболее сложными видятся физико-химические.

Во-первых, во многом неясны требования к реологическим свойствам цементного раствора, подаваемого через сопло. Они должны быть более или менее стабильными в процессе многочасовой работы, несмотря на изменения температуры и влажности. Это актуально для регионов с континентальным климатом, когда температура на стройплощадке может меняться с перепадами до 40оС. Запатентовано порядка 100 сложных составов цементной смеси, в том числе строительно-архитектурными вузами Москвы, Казани, Воронежа, Белгорода, Калининграда.

Одним из действенных приемов управления реологическими свойствами растворов для аддитивной технологии представляется введение суперпластификаторов, обладающих поверхностной активностью на границе твердое тело—жидкость. Переход от связнодисперсной системы к свободнодисперсной под действием пластификатора необходим для перекачки рабочего раствора из питающего бункера к рабочему соплу и последующей экструзии. В этом аспекте цементные растворы («системы жидкость—твердое») обязаны обладать специфическим свойством коагуляционных структур — тиксотропией, то есть после снятия технологической нагрузки за малое время должна восстанавливаться структура, что обеспечивает рост пластической прочности.

Во-вторых, важным параметром является адгезия между слоями раствора. Отличительными особенностями 3D-печати является отсутствие как арматурных выпусков, так и виброуплотнения уложенных слоев. Поэтому обеспечение сцепления формуемых слоев бетонной смеси является актуальным (и во многом нерешенным) вопросом. Некоторые исследователи предлагают делать технологические паузы для схватывания перед нанесением свежего экструдата и даже делать укрепляющие прослойки, в том числе металлическими сетками и гелеобразными полимерными препаратами.

При печати в высоком темпе новые слои давят на еще не отвердевшие низшие слои, что приводит к деформации типа «растекание» и стена получается оплывшей книзу. В условиях интенсивного воздействия воды и значительных суточных перепадов температур напечатанные материалы имеют склонность к растрескиванию.

В технологии формования стен методом 3D-печати существует также риск образования «холодных» швов между слоями, связанных с наличием временных интервалов в процессе печати.

Не изучены приемы кондиционирования строительства в открытой среде, например, с помощью тендов и ширм, тепловых и холодильных пушек, увлажнителей и осушителей рабочей зоны — чтобы хоть отчасти сгладить воздействие внешних факторов.

Наконец, мало изучен физико-химический механизм воздухововлечения во время экструзии, которое влияет на пористость и, следовательно, прочность результативного материала. При выходе из экструдера на срезе сопла в материале происходит сброс давления, и цементное тесто «вздыхает», набирая окружающий воздух в поверхностные слои. Поскольку виброуплотнения нет, то при отвердевании в приповерхностных зонах бетона образуется избыточная пористость, которая не может не приводить к механическому ослаблению.

В результате многочисленных НИР, проведенных в 2015–2022 годах, частично изучены поверхностно активные модификаторы на основе оксифенолальдегидных олигомеров, обладающие высокой адсорбционной способностью на полимерных (поливинилацетат) и минеральных (мел, кварц, глинозем, цемент) частицах, выявлены некоторые закономерности влияния адсорбционного модифицирования на реологические, электроповерхностные и другие свойства полимер-минеральных дисперсий, выполнен анализ структурообразования с момента зарождения коагуляционной цементной структуры до твердой конденсационно-кристаллизационной структуры. В общем плане эффективны многокомпонентные смеси (цемент, песок, полимер, модификатор, фиброволокно и т. п.) с учетом синергетического эффекта. Есть первые попытки математического моделирования для расчета рациональной области дозировок, что позволило реализовать полупромышленные испытания патентозащищенных составов в 3D-печати мелкозернистых полимерцементных фибробетонов. Очерчены критерии требуемых реолого-технологических свойств: предельное статическое напряжение сдвига ?0ст=30–40 Па, предельное динамическое напряжение сдвига ?0дин=5–8 Па; пластическая прочность Рm=1,2–1,5 кПа; адгезия до 2 МПа между слоями; регулируемый срок схватывания от 10 до 60 мин; ударная прочность порядка 1 кДж/м2 (одни сутки); низкое водопоглощение 6–9%; прочность на сжатие около 20 МПа, модуль упругости 20–50 ГПа.

Какие проблемы могут возникнуть при использовании 3D-печати в строительстве домов

Для строительства любого здания, начиная от жилого дома и заканчивая огромным небоскребом, требуется большая команда специалистов. Созданием чертежа здания занимается архитектор, инженеры проектируют несущие конструкции, а каменщики, кровельщики и другие мастера занимаются непосредственно строительством. Так было на протяжении многих лет, но сегодня ситуация другая — в некоторых странах команда строителей очень маленькая и иногда состоит всего лишь из 2-3 людей. Дело в том, что для строительства все чаще используются большие 3D-принтеры, которые накладывают слои из прочных материалов, создавая полноценные сооружения. Недавно в Германии началось возведение самого большого здания напечатанного на таком оборудовании. Думаем, это отличный повод рассказать вам о самых интересных проектах такого рода.



Строительные 3D-принтеры уже не фантастика — справа показан жилой дом в Германии, созданный при помощи этой технологии

Как работает строительный 3D-принтер

Идея использования 3D-принтеров в строительстве возникла примерно в конце 2000-х годов. Сначала это были прототипы и первые здания были очень примитивными. Со временем специалисты нашли наиболее подходящие составы «чернил», а устройства стали сложнее по структуре и, соответственно, точнее.



Строительные 3D-принтеры выглядят по-разному, вот один из вариантов. Источник: sculpteo.com

Принцип работы строительного 3D-принтера почти такой же, как у обычного. Первым делом специальные «чернила», обычно представляющие собой смесь цемента и песка, загружаются в принтер. Затем принтер начинает печатать объект, нанося слои этого материала один на другой. Оборудование управляется по программе, которая указывает, куда именно нужно наносить каждый слой. Печать продолжается, пока не будет создан весь объект.

Как китайские компании планируют расширить использование 3D-печати в строительстве домов

- 18.11.19

Согласно сообщению People's Daily от 17 ноября, на строительной базе Гуандун Второго строительного бюро в Китае завершено возведение двухэтажного офисного здания высотой 7,2 метра. Особенностью же этого строения является тот факт, что его возводили при помощи 3D-принтера. А это, по информации ИА «Экспресс-Новости», является первым в мире демонстрационным двухэтажным зданием, которое знаменует собой прорыв в технологии 3D-печати на месте в области строительства.

Это двухэтажное здание с 3D-печатью на месте расположено рядом с заводским цехом ковки стали и будет использоваться для офиса и экспозиции, когда будут завершены отделочные работы. Его технология конструирования 3D-печати на месте имеет три прорыва по сравнению с прошлыми достижениями. Один – печать на месте, то есть основной корпус печатается прямо на месте, без необходимости вторичной сборки. Второй – контурный процесс, то есть печатная стена, корпус которой полый, что удобно для добавления теплых наполнителей. В-третьих, первое применение этой технологии в двухслойных зданиях более сложное.

« Основной принцип архитектуры 3D-печати такой же, как и у обычного принтера. Должны быть корпус принтера, сопло, чернила и бумага» , – рассказал специально для ИА «Экспресс-Новости» по скайпу Хо Лян, помощник директора Исследовательского института материаловедения Китайского центра строительных технологий. При этом он заострил внимание на том, что металлическая рама, построенная вокруг здания, считается корпусом принтера, а печатающая головка бетона эквивалентна соплу обычного принтера. Что касается самих «чернил», которые распыляет устройство, то они не являются обычным бетоном, и должны быть специально сформулированы.

«Перед началом строительства мы закопали стальной каркас в землю , – отметил Хуан Юнь, заместитель директора департамента науки и технологий Guangdong Construction Base Co., Ltd. – А уже в процессе печати, наряду с ростом стены, мы добавляли в конструкцию стальные стержни, что позволяло печатать здание в соответствии с чертежами» .

3D печать домов из бетона аналогична традиционной технологии заливки бетона, и она должна быть завершена за один раз без перерыва. Печатающая головка непрерывно выбрасывает печатный материал, имеющий ширину 5 см и толщину 2,5 см, через круг и окружность и создает стену через слои. Если нижележащий бетонный раствор конденсируется медленно и не образует достаточной твердости, он не может выдержать вес материала верхнего слоя, вызывая деформацию или даже разрушение поверхности стены. Если конденсация слишком быстрая, могут возникнуть проблемы адгезии с материалом верхнего слоя.

«Мы добавили специальную присадку к общему бетонному раствору, разработав ее методом проб и ошибок. А когда нам удалось настроить вязкость и время схватывания материала, мы наконец-то разработали бетон, необходимый для 3D-печати. Кстати, его прочность может достичь C40-C60, что полностью соответствует требованиям и стандартам», – резюмировал Хуо Лян.

Исходя из характеристик традиционного мастерства, для построения конструкции с криволинейной поверхностью, будь то литье на месте или заводские сборные детали, проектирование пресс-форм является дорогостоящим процессом. В то же время архитектурная технология 3D-печати основана на интеллектуальном компьютерном управлении для реализации процесса строительства компонентов и опалубки без использования строительных конструкций. Она имеет очевидные преимущества в изогнутом строительстве зданий и куполов, и в то же время предоставляет возможность проектировщикам свободно созидать. В итоге, технология 3D-печати, несомненно, будет способствовать цифровому развитию производства. Архитекторы, инженеры и строители будут использовать ее для объединения с архитектурой, чтобы завершить реконструкцию существующих строительных технологий.

3D-печать зданий также может сэкономить строительные материалы и снизить затраты на строительство. Архитектурная 3D-печать может в полной мере использовать интеллектуальное управление печатью, позволяя формировать здание за один раз, экономя 60% материала при одновременном снижении технологических потерь и энергопотребления во время строительства. Это первое в мире двухслойное демонстрационное здание с 3D-печатью на месте совместно разработано Китайским строительным технологическим центром и Китайским строительным вторым бюро Huanan Company.

«После 3 лет технических исследований мы завершили разработку различных систем материалов для 3D-печати, рамных конструкций, систем транспортировки и управляющего программного обеспечения, получили 13 патентов на 3D-материалы и оборудование, 4 авторских права на программное обеспечение и 1 профессиональную работу. В настоящее время отечественная и международная технология архитектурной 3D-печати развивается в одно и то же время. Китайская строительная индустрия даже превзошла своих зарубежных партнеров в некоторых областях» , – подвел итоги Хо Лян .

Как 3D-печать может повлиять на будущее строительной индустрии в Китае

Компания TierTime основана в 2003 году несколькими студентами из университета Цинхуа. После многочисленных экспериментов с различными технологиями печати, ребята остановились на производстве 3D-принтеров с FDM, поскольку она не требовала дорогих импортных комплектующих. Первая линейка 3D-принтеров, которые разработала TierTime, называлась Inspire. Они предназначались для использования в университетах и на предприятиях.

Однако популярность компании принесла другая серия устройств – более компактные и дешевые. На их разработку ушло 4 года. Первая компактная модель Tiertime, UP! Plus, которая была ориентирована на людей с небольшими техническими знаниями в области 3D-технологий, оказалась успешной, во многом благодаря собственному программному обеспечению. Чуть позже ее успех повторила и модель UP! Plus 2.

На сегодняшний день ПО UP Studio включает такие функции, как калибровка с помощью программного обеспечения, создание интеллектуальной поддержки, обнаружение дефектов в 3D-модели и автоматическое выравнивание слоя, что позволяет пользователям тратить больше времени на печать и меньше на настройки.

В 2018 представлены еще две интересные модели — UP300 и TierTime X5.

Характеристики:

• Технология печати: MEM
• Рабочая камера: 180х230х200 мм
• Материалы: UP Fila ABS, ABS+, PLA, TPU и другие
• Толщина слоя от: 50 мкм
• Разрешение по XY: 7 мкм
• Скорость печати: 200 мм/c

X5 оснащен 7’’-дюймовым дисплеем с интуитивно понятным интерфейсом, а задания на печать передаются через USB-кабель или Wi-Fi. Систему печати можно считать практически непрерывной: смена печатных платформ происходит автоматически. В устройство можно загрузить до 12 печатных платформ. Если 3D-принтером пользуется одновременно несколько человек, реализована возможность организовать поочередную печать. В 3D-принтере, для уменьшения выбросов в атмосферу помещения, организована двухуровневая система фильтрации: HEPA и фильтр с активированным углём.

Как работает Tiertime X5 можно посмотреть тут .