СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА КЛАССИЧЕСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА И С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE PROCESS OF CLASSICAL CONSTRUCTION AND CONSTRUCTION USING ADDITIVE TECHNOLOGIES

Ilsear Aseydulin,

student, inter-University Department of information and developing educational systems and technologies, Samara state technical University

Samara, Russia

Elizabeth Bulavintseva

student, Department of building structures, Samara state technical University

Samara, Russia

Аннотация. Актуальность данной статьи обусловлена не стоящим на месте техническим прогрессом и появлением новых методов проектирования и возведения зданий, к ним относится и 3D печать или технология быстрого прототипирования. Целью статьи является сравнительный анализ классического возведения объектов и строительство с использованием аддитивных технологий по нескольким критериям, к которым относятся: прочность, долговечность, затраты (трудозатраты, расход материалов, издержки хранения и транспортировки), срок возведения. На основе сравнительного анализа были определены положительные и отрицательные черты каждого из методов возведения зданий и сооружений, сделаны соответствующие выводы.

Abstract. The relevance of this article is due to the technological progress and the emergence of new methods of design and construction of buildings, these include 3D printing or rapid prototyping technology. The purpose of the article is a comparative analysis of the classical construction of objects and construction using additive technologies on several criteria, which include: strength, durability, costs (labor, material consumption, storage and transportation costs), the construction period. On the basis of the comparative analysis positive and negative features of each of methods of construction of buildings and constructions were defined, the corresponding conclusions are drawn.

Ключевые слова: строительство, аддитивные технологии, 3D печать, сравнительный анализ процесса строительства, технология быстрого прототипирования, фиброволокно.

Keywords: construction, additive manufacturing, 3D printing, comparative analysis of the construction process, rapid prototyping technology, fibro.

Хотя до недавнего времени строительная отрасль нашей страны находилась в упадке, Россия получила огромный опыт в области структурных хозяйственных отношений. Для обеспечения стабильной экономической системы и конкурентного преимущества страны на мировом рынке необходимы инновационные, технологичные продукты. Более того, новшества, вводимые в строительную систему, должны быть сведены к качественной стороне развития - повышению эффективности строительства за счет использования прогрессивных материалов, конструкций, совершенно новых и передовых технологий, сокращения общих затрат на производство. Средствами для создания данных условий могут стать аддитивные технологии (технологии быстрого прототипирования), основанные на производстве деталей при помощи 3D печати при предварительном получении цифровой версии объекта. В строительной сфере аддитивные технологии могут занять ведущие позиции, так как они в перспективе способствуют повышению автоматизации не только производства строительных материалов, но и самого процесса возведения объекта.

Наиболее жёсткие требования как раньше, так и сейчас предъявляют к обеспечению прочности. Ошибки в расчетах и несоблюдение законов прочности считаются уголовным преступлением. Поэтому рассмотрение данного сравнительного критерия необходимо.

Говоря о прочности конструкций, произведенных путем 3D печати, стоит рассмотреть состав используемых смесей. Должной прочности инженеры добиваются именно за счёт фиброволокон. Фибра, добавленная в бетон, позволяет достичь увеличения устойчивости конструкций к изгибу при длительном воздействии высоких температур, повышения износостойкости (почти до 30%) изделий из бетона, защищённости от внешнего воздействия окружающей среды (влаги и агрессивных веществ). [1]

Однако стоит заметить, что аддитивные технологии являются относительно новыми и не имеют достаточно четких стандартов и нормативов. Следствием этих нерешённых технических задач становятся проблемы с реализацией: неровная вертикальная поверхность конструкций, которая требует дополнительных обработки и защиты от воздействия при эксплуатации; напечатанные отдельные элементы имеют низкие эксплуатационные свойства. [2]

При классическом строительстве методов укладки и самих строительных материалов гораздо больше, что позволяет делать выбор в пользу более прочных. А за достаточно большую практику традиционного строительства было разработано достаточное количество нормативных документов, которые контролируют строительный процесс.

Перейдем к рассмотрению параметров долговечности зданий, физическом и моральном износе. Сроки эксплуатации зданий, возведенных классическими методами, представлены в таблице.[3]

Сложно с уверенностью сказать, каковы сроки эксплуатации зданий, построенных с использованием аддитивных технологий, так как этот метод является новым. Но стоит отметить, что структурные особенности материалов, из которых изготавливают сборные элементы, не идеальны по прочности и стойкости к внешним воздействиям (хоть в их составе и присутствует фиброволокна), что в большей мере отразиться на долговечности здания. Однако строительство с использованием 3D печати более мобильно, если оценивать его со стороны морального износа. Здания возводятся гораздо быстрее вследствие машинной точности и отсутствием человеческого фактора, они не успевают устаревать с позиции технического прогресса, изменений нормативных требований к планировке, комфорту и безопасности.

Касаясь критерия сравнения затрат при использовании классического строительства и аддитивных технологий, разобьем столь емкое определение на пункты, которые больше всего интересуют при строительстве, а именно: трудозатраты; расход материалов; издержки хранения и транспортировки; уменьшение утилизации отходов.

Начнём с сравнения трудозатрат при использовании выбранных методов строительства. При сравнении количества трудозатрат очевидное лидерство занимает строительство, основанное на аддитивных технологиях. Снижение трудозатрат при использовании данных технологий происходит в связи с уменьшением числа работников, чья деятельность заменяется применением новейших аддитивных технологий и ПО, сопровождающее их. Ведь для возведения зданий с применением данной технологии понадобиться лишь небольшая команда инженеров, которая будет создавать доскональный проект объекта в ПО и команда сопровождения для установки и контроля работы 3 принтера. А это поспособствует значительному сокращению штата сотрудников, что приведет к снижению трудозатрат вплоть до 80 %.[4]

Следующий пункт - расход материалов при выбранных методах возведения зданий. При сравнении строительства с использование 3 печати и классического строительства более экономически выгодным является первое. Серьезные преимущества достигаются в связи с максимально эффективным использованием строительных материалов, так как исключается их порча, кража и расточительное использование в отличии от классического строительства. Этого удается добиться в связи с тем, что весь процесс автоматизирован и рассчитан, включая подачу, приготовление и доставку материала к печатающей головке 3 принтера. А также оптимизация толщины стен по высоте здания позволяет существенно экономить материалы. [5]

При сравнении издержек хранения и транспортировки при разных методах строительства очевидно, что применение аддитивных технологий является наиболее оптимальным. Благодаря возможности роботизированного возведения конструкций по заранее заданному проекту на строительной площадке можно добиться очевидной экономической выгоды, которая заключается в снижении расходов на производственные и складские помещения, весь процесс строительства и создания необходимых элементов происходит на площадке и нет нужды для хранения различных материалов и конструкций в больших объёмах. Соответственно, при уменьшении использования складских помещений происходит закономерное уменьшение издержек, связанных с транспортировкой и монтажом конструкций, что способствует явной экономии по сравнению с классическим строительством.

Рассмотрим по подробнее крайне важный критерий, как срок возведения сооружений. При анализе и сравнении сроков возведения становится очевидным, что большими преимуществами обладает строительство с использованием 3 технологий печати. Преимущества при использовании данной метода заключаются в высокой производительности, скорости работы 3 принтера, а также исключения человеческого фактора. К примеру, для стен двухэтажного дома площадью 200 м² 3-принтеру необходимо затратить около 40 машинных часов работы, а это в несколько раз меньше, чем при классическом строительстве. Таким образом, при использовании аддитивных технологий значительно сокращается время непосредственного строительства: вместо месяцев упорного возведения здание будет готово за несколько дней. [6]

Но на данный момент с помощью 3 печати возможно строить только малоэтажные здания, что является большим недостатком, так как большую часть в строительной промышленности в современном мире занимает возведение высотных зданий.

В заключение отметим, что строительство с использованием аддитивных технологий имеет ряд преимуществ по сравнению с методами классического строительства, которые зависят от многих факторов. Но стоит отметить, что данный метод возведения объектов все же не идеален, он безусловно требует технической и нормативной доработки. Однако технологии 3 печати с каждым годом выходят на новый уровень развития, и можно с уверенностью утверждать, что строительство с использованием 3 принтера в перспективе может занять ведущее место в строительной отрасли.

Список литературы:

1. Спецавиа. Некоторые аспекты печати на строительных 3D принтерах серии S [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://specavia.pro/articls/2238/, свободный. – (дата обращения: 21.01.2019).
2. А.С. Иноземцев, Е.В. Королев, Зыонг Тхань Куй. Анализ существующих техноло­гических решений 3D-печати в строительстве// Вестник МГСУ. 2018. №7. С. 863-876.
3. ГарантПроект. Нормативные и фактические сроки эксплуатации зданий [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://gp33.ru/normativnye-i-fakticheskie-sroki-ekspluatacii-zdanij/, свободный. – (дата обращения: 28.01.2019).
4. Fast Salt Times. 3D-печать домов. Лучшие принтеры [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://fastsalttimes.com/sections/obzor/1200.html, свободный. – (дата обращения: 29.01.2019).
5. Fast Salt Times. 3D-печать домов. Лучшие принтеры [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://fastsalttimes.com/sections/obzor/1200.html, свободный. – (дата обращения: 29.01.2019).
6. Зотов С.И. Технология 3D-печати зданий, сооружений и отдельных архитектурных форм [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://vk.com/doc260059920_489416643?hash=0d089a6954ddc62b0d&dl=87243dbc3cfd73d96e, свободный. – (дата обращения: 01.02.2019).