3D-мечта прораба / Как российская бюрократия китайской монополизации помогает...
Ещё о технологиях будущего
Что нам стоит дом напечатать
Недорого напечатать на 3D-принтере дом уже можно, но это будет, скорее всего, китайский принтер и китайская технология / Печать домов на 3D-принтере
«Что нам стоит дом построить, нарисуем - будем жить» - эта строчка из советского мультфильма, давно ставшая афоризмом, долгое время служила популярной шуткой почти в любом вопросе, касающемся строительства. ©По теме: Удобная в быту вещь. 3D-принтер | Макет нервов | Четвёртая промышленная революция | Темпы науки и фантастики
Офис компании Dubai Future Foundation, созданный при помощи технологий 3D-печати
Но очень похоже, что скоро она превратится в реальность.
Появились технологии, действительно позволяющие нарисовать дом на компьютере и потом напечатать его на строительном 3D-принтере. К примеру, в Пекине с помощью этой технологии за 45 дней был возведен двухэтажный особняк общей площадью 400 кв. м. Как утверждают архитекторы проекта, здание полностью пригодно к проживанию и способно выдержать землетрясение магнитудой до 8 баллов по шкале Рихтера.
И это уже далеко не первый подобный проект, реализованный на практике. И не только в Китае. И не только в экспериментальных целях. В Объединенных Арабских Эмиратах, в городе Дубае, недалеко от международного финансового центра, Дубайский фонд будущего (Dubai Future Foundation) напечатал себе офис площадью около 250 квадратных метров. По мнению члена кабинета министров ОАЭ Мухаммеда Абдуллы Аль-Гергави, технологии 3D-печати могут обеспечить сокращение срока возведения зданий на 50-70%. Это подтвердилось при строительстве офиса DFF, занявшем всего 17 дней.
Учитывая остроту жилищного вопроса в России, тема печатания домов представляет несомненный интерес. Когда эта технология придет к нам? И только ли строительной областью она ограничивается?
Принтер вместо строительной бригады
Идея попробовать напечатать дом возникла почти сразу с появлением первых 3D-принтеров в конце 90-х годов ХХ века. Оставалось только придумать, как ее реализовать на практике. Исследования и эксперименты в этой области начались сначала в Великобритании и Нидерландах, но вскоре были подхвачены инженерами США и Китая.
Чего только они не пробовали сделать - спекали песок в сплошную массу лазером, клеили формы из сложных полимерных составов, твердеющих после обработки светом, испытывали и куда более причудливые идеи. Считается, что первыми пригодную к реальному практическому применению технологию разработали инженеры из британского университета Лафборо под руководством доктора Сунгву Лима. Взяв за основу метод послойного плавления, они придумали состав на основе цемента, который можно было послойно выкладывать в конструкции любой, в том числе сложной выпуклой, скругленной, краеугольной или кубической формы без использования опалубки. Вскоре идею британцев подхватили ученые из Южнокалифорнийского университета, приступившие к экспериментам с огромными машинами для 3D-печати домов непосредственно на строительной площадке, а в Нидерландах был создан принтер, позволяющий печатать на месте самонесущие мосты. Потом, пока в Европе экспериментировали с попытками глобальных прорывов, как водится, пришли китайцы и перевели высокие идеи на сугубо практические рельсы - строительство жилых домов быстро, просто и, самое главное, дешево.
Кстати сказать, офисный центр в Дубае строила как раз китайская фирма. С помощью 3D-принтера высотой 6, длиной 37 и шириной 12 м они, что называется, в один присест, с чистого листа возвели офис. На все про все понадобилось 17 дней непосредственно на строительство и еще 2 дня на внутренние отделочные работы и подключение к коммуникациям. Бригада состояла из 19 человек: один следил за работой принтера, восемь собирали конструкцию из напечатанных элементов, остальные занимались прокладкой коммуникаций и обеспечением работоспособности других систем. Как отметило агентство Reuters, все строительство обошлось заказчику в 140 тыс. долларов, то есть в 560 долларов за квадрат. По традиционной технологии возведение аналогичного здания стоит в 2,5 раза дороже и занимает в 4-5 раз больше времени. В правительстве ОАЭ анонсировали планы по выходу к 2030 году на строительство не менее 25% зданий с помощью технологий 3D-печати.
Что касается Китая, там сегодня наблюдается бум развития «печатного направления». Для демонстрации возможностей аддитивных технологий, как по-научному принято называть строительную 3D-печать, в технопарке провинции Цзянсу компания Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co возвела несколько вариантов зданий - от относительно скромных бюджетных одноэтажек на одну семью до трехэтажных коттеджей и даже «высотки» в шесть этажей, включая цокольный. Весной 2014 года она же показала напечатанный дом площадью 200 м, себестоимость которого составила всего 48 тыс. долларов. За сутки фирма способна возвести десять таких домов.
Как пасту из тюбика
Если не вдаваться в детали, то в этой аддитивной технологии нет ничего запредельно сложного. Густая, примерно как зубная паста, смесь на основе цемента с различными добавками, включая фибру, под давлением подается в печатающую головку, перемещающуюся по направляющим в трех плоскостях под управлением компьютера. Она двигается по заданной программе, и паста из сопла ложится слоем высотой 3-5 сантиметров в соответствии с контуром возводимой конструкции. И так - слой за слоем, каждый последующий уплотняет предыдущий. Аналогичным образом между внешними поверхностями элементов печатаются перемычки, обеспечивающие необходимую жесткость. Периодически через несколько слоев смеси прокладываются полимерные армирующие сетки. За счет присадок и добавок, как раз и составляющих главный секрет, обеспечивается быстрое высыхание материала. Быстрое настолько, что печатать элементы перекрытия второго этажа можно сразу же по окончании печати несущих стен первого.
Дальше начинаются частности. Некоторые производители, как уже упомянутая WinSun, печатают отдельные элементы здания, которые потом монтируются на объекте в итоговую конструкцию. Другие, как стартап BetAbram (Словения), печатают весь дом целиком непосредственно на месте, без разделения на промежуточные детали. Оба подхода имеют свои преимущества и недостатки. Первый проще с точки зрения организации процесса производства. Он не привязан к конкретному месту строительства и позволяет быстро переходить к печати элементов следующего дома сразу после изготовления предыдущего. Зато второй подход не требует логистики и монтажных операций на объекте, а также позволяет обходиться без тяжелой строительной техники вроде монтажных кранов. Однако пока обе технологии не вышли на действительно промышленные объемы, отдать кому-то из них пальму первенства сложно, ведь в главном - в скорости, дешевизне и экологичности - они обе одинаково хороши. Во всех случаях используется безопасная для человека строительная смесь, к тому же состоящая в буквальном смысле из строительных отходов, что позволяет позиционировать всю технологию как «зеленую». Ну и самое главное - цена. Никакие другие технологии не позволяют за 2,5 часа построить дом площадью 200 метров стоимостью 240 долларов за квадрат.
3D-принтер, представленный на выставке промышленной выставке в Шанхае / Фото: John Eisele
Подводные камни великих идей
Впрочем, в этой бочке меда есть и своя ложка сомнений. Называя столь фантастичные сроки, китайские печатники в строительных касках немного лукавят. Все рекорды получены пока лишь за счет изготовления маленьких, очень простых по конструкции и довольно убого выглядящих домиков, привлекательных лишь для самых невзыскательных новоселов. Да, эти бетонные коробки экологически безопасны, что подтверждено целым рядом весьма придирчивых экспертиз ведущих британских, голландских и американских надзорных инстанций. И да, они чрезвычайно дешевы, чем и подкупают. 3D-печать позволяет обходиться без гор строительного мусора, шума, толп работяг в грязных спецовках и даже без неизбежной привязки графика работ к климатическому календарю. Однако, как всегда, существует несколько важных «но», не позволяющих переходить на столь заманчивую технологию немедленно.
Сколько-нибудь масштабно дома пока не печатают даже в Китае. В подавляющем большинстве речь все еще идет лишь о демонстрационных образцах технологии. Здание в Дубае фактически является первым объектом, сданным в полноценную эксплуатацию. Так что пока называемые китайцами сроки долговечности конструкции в 150 лет основываются лишь на 2-3 годах жизни выставочных экспериментов (первый такой образец был напечатан в 2013 году) и расчетах, опирающихся на методики ускоренных испытаний масштабных моделей. Как такие дома поведут себя через 5-7-10 лет, пока не знает никто.
Да и в части стоимости дело тоже не обходится без восточной хитрости. Все цифры, кроме данных по тому же офису DFF, не включают в себя утепление и отделку. Часто к этому скептики добавляют вопрос организации вентиляции, но тут следует признать, что принтеру все равно, какой сложности форму печатать. Если загруженная в него CAD-модель конструкции дома предусматривает вентиляционные шахты, то они тоже будут напечатаны, и это не увеличит себестоимость. Тогда как стоимость утепления может достигать 20%, а финишной отделки - до 50-60% от итоговой сметы строительства. Хотя, конечно, в бюджетных домах массовых серий дорогая отделка обычно не применяется. Впрочем, даже с учетом этого аддитивная технология обещает строить жилые дома итоговой стоимостью до 500-600 долларов за квадратный метр, что значительно выгоднее всех классических вариантов строительства. А при выходе на действительно массовые объемы эти цифры еще сократятся минимум на треть.
Справедливости ради следует отметить, что пока эта технология не позволяет строить здания выше шести этажей, включая цокольный, то есть она не может стать основой удешевления высотного строительства.
Тормоз российского производства
Кроме всего перечисленного, непосредственно в России существует целый ряд чисто внутренних моментов, делающих перспективу внедрения аддитивной технологии в строительство весьма туманной. Первый подводный камень - это действующие в стране строительные нормы и правила, не допускающие ничего подобного даже в принципе. Хотя формально запрета на такую печать в СНиПах тоже нет, вся наша система построена таким образом, что пропускает лишь разрешенное явным образом. В этом случае даже если найдется желающий напечатать себе коттедж, он не сможет получить на это официального разрешения. Без него строить, конечно, можно, но только на свой страх и риск - и с большими сложностями с регистрацией правоустанавливающих документов.
Отсутствие нормативно-правовой базы лишает возможности попробовать инвестировать в новое направление даже отдельных энтузиастов. Примером тому может служить российская компания Apis Cor, сконструировавшая строительный принтер собственной конструкции и разработавшая свой состав смеси. Устройство доставляется на объект обычным грузовиком. Уже через 30 минут после доставки на объект оно готово к работе и способно напечатать дом площадью 60 кв. м за световой день, то есть за 10-12 часов, потребив при этом всего 8 кВт∙ч. Компания давно ищет российского инвестора, но пока интерес к ней проявляют только представители Китая, Южной Кореи и ОАЭ. Внутреннего российского платежеспособного спроса нет.
Это печально не только потому, что препятствует кардинальному сокращению стоимости возведения жилья. Хотя одно это уже должно бы подвигнуть правительство как можно скорее смести все бюрократические преграды, чтобы за те же деньги вместо одного квадратного метра общей площади получать четыре, а то и пять, что позволяет действительно решить проблему дефицита жилья в стране поистине ударными темпами.
Куда важнее другое. Фактически перед нами готовая к освоению, никем еще почти не занятая инновационная целина, позволяющая сразу выходить в мировые лидеры. Во всех смыслах. В технологии самого строительства. В технологии проектирования зданий с учетом новой специфики. В разработке и производстве строительных принтеров, их элементов, деталей, расходных материалов и сервисного обслуживания. И, конечно же, в создании (и патентовании!) собственных строительных составов с последующим налаживанием их производства у нас в стране. В конце концов такие принтеры смогут приобретать даже частные лица, тем самым кардинально меняя весь рынок современного российского индивидуального жилого строительства. Вместо нелегалов из Средней Азии - принтер и бригада из десяти квалифицированных специалистов, возводящая дом за считанные дни!
Словом, целина есть, но пахари, увы, отсутствуют. Не то чтобы совсем - отдельные энтузиасты пытаются выпускать маломощное оборудование, позволяющее печатать отдельные элементы вроде лестничных пролетов или колодезных колец, но это все равно что детский совочек против карьерного самосвала. А пока мы ковыряемся, китайцы совершенствуются, нарабатывают опыт и готовятся к строительной экспансии на российский рынок.
Александр Запольскис
«Русская планета», 10 июля 2016
Что нам стоит дом напечатать
Недорого напечатать на 3D-принтере дом уже можно, но это будет, скорее всего, китайский принтер и китайская технология / Печать домов на 3D-принтере
«Что нам стоит дом построить, нарисуем - будем жить» - эта строчка из советского мультфильма, давно ставшая афоризмом, долгое время служила популярной шуткой почти в любом вопросе, касающемся строительства. ©По теме: Удобная в быту вещь. 3D-принтер | Макет нервов | Четвёртая промышленная революция | Темпы науки и фантастики
Офис компании Dubai Future Foundation, созданный при помощи технологий 3D-печати
Но очень похоже, что скоро она превратится в реальность.
Появились технологии, действительно позволяющие нарисовать дом на компьютере и потом напечатать его на строительном 3D-принтере. К примеру, в Пекине с помощью этой технологии за 45 дней был возведен двухэтажный особняк общей площадью 400 кв. м. Как утверждают архитекторы проекта, здание полностью пригодно к проживанию и способно выдержать землетрясение магнитудой до 8 баллов по шкале Рихтера.
И это уже далеко не первый подобный проект, реализованный на практике. И не только в Китае. И не только в экспериментальных целях. В Объединенных Арабских Эмиратах, в городе Дубае, недалеко от международного финансового центра, Дубайский фонд будущего (Dubai Future Foundation) напечатал себе офис площадью около 250 квадратных метров. По мнению члена кабинета министров ОАЭ Мухаммеда Абдуллы Аль-Гергави, технологии 3D-печати могут обеспечить сокращение срока возведения зданий на 50-70%. Это подтвердилось при строительстве офиса DFF, занявшем всего 17 дней.
Учитывая остроту жилищного вопроса в России, тема печатания домов представляет несомненный интерес. Когда эта технология придет к нам? И только ли строительной областью она ограничивается?
Принтер вместо строительной бригады
Идея попробовать напечатать дом возникла почти сразу с появлением первых 3D-принтеров в конце 90-х годов ХХ века. Оставалось только придумать, как ее реализовать на практике. Исследования и эксперименты в этой области начались сначала в Великобритании и Нидерландах, но вскоре были подхвачены инженерами США и Китая.
Чего только они не пробовали сделать - спекали песок в сплошную массу лазером, клеили формы из сложных полимерных составов, твердеющих после обработки светом, испытывали и куда более причудливые идеи. Считается, что первыми пригодную к реальному практическому применению технологию разработали инженеры из британского университета Лафборо под руководством доктора Сунгву Лима. Взяв за основу метод послойного плавления, они придумали состав на основе цемента, который можно было послойно выкладывать в конструкции любой, в том числе сложной выпуклой, скругленной, краеугольной или кубической формы без использования опалубки. Вскоре идею британцев подхватили ученые из Южнокалифорнийского университета, приступившие к экспериментам с огромными машинами для 3D-печати домов непосредственно на строительной площадке, а в Нидерландах был создан принтер, позволяющий печатать на месте самонесущие мосты. Потом, пока в Европе экспериментировали с попытками глобальных прорывов, как водится, пришли китайцы и перевели высокие идеи на сугубо практические рельсы - строительство жилых домов быстро, просто и, самое главное, дешево.
Кстати сказать, офисный центр в Дубае строила как раз китайская фирма. С помощью 3D-принтера высотой 6, длиной 37 и шириной 12 м они, что называется, в один присест, с чистого листа возвели офис. На все про все понадобилось 17 дней непосредственно на строительство и еще 2 дня на внутренние отделочные работы и подключение к коммуникациям. Бригада состояла из 19 человек: один следил за работой принтера, восемь собирали конструкцию из напечатанных элементов, остальные занимались прокладкой коммуникаций и обеспечением работоспособности других систем. Как отметило агентство Reuters, все строительство обошлось заказчику в 140 тыс. долларов, то есть в 560 долларов за квадрат. По традиционной технологии возведение аналогичного здания стоит в 2,5 раза дороже и занимает в 4-5 раз больше времени. В правительстве ОАЭ анонсировали планы по выходу к 2030 году на строительство не менее 25% зданий с помощью технологий 3D-печати.
Что касается Китая, там сегодня наблюдается бум развития «печатного направления». Для демонстрации возможностей аддитивных технологий, как по-научному принято называть строительную 3D-печать, в технопарке провинции Цзянсу компания Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co возвела несколько вариантов зданий - от относительно скромных бюджетных одноэтажек на одну семью до трехэтажных коттеджей и даже «высотки» в шесть этажей, включая цокольный. Весной 2014 года она же показала напечатанный дом площадью 200 м, себестоимость которого составила всего 48 тыс. долларов. За сутки фирма способна возвести десять таких домов.
Как пасту из тюбика
Если не вдаваться в детали, то в этой аддитивной технологии нет ничего запредельно сложного. Густая, примерно как зубная паста, смесь на основе цемента с различными добавками, включая фибру, под давлением подается в печатающую головку, перемещающуюся по направляющим в трех плоскостях под управлением компьютера. Она двигается по заданной программе, и паста из сопла ложится слоем высотой 3-5 сантиметров в соответствии с контуром возводимой конструкции. И так - слой за слоем, каждый последующий уплотняет предыдущий. Аналогичным образом между внешними поверхностями элементов печатаются перемычки, обеспечивающие необходимую жесткость. Периодически через несколько слоев смеси прокладываются полимерные армирующие сетки. За счет присадок и добавок, как раз и составляющих главный секрет, обеспечивается быстрое высыхание материала. Быстрое настолько, что печатать элементы перекрытия второго этажа можно сразу же по окончании печати несущих стен первого.
Дальше начинаются частности. Некоторые производители, как уже упомянутая WinSun, печатают отдельные элементы здания, которые потом монтируются на объекте в итоговую конструкцию. Другие, как стартап BetAbram (Словения), печатают весь дом целиком непосредственно на месте, без разделения на промежуточные детали. Оба подхода имеют свои преимущества и недостатки. Первый проще с точки зрения организации процесса производства. Он не привязан к конкретному месту строительства и позволяет быстро переходить к печати элементов следующего дома сразу после изготовления предыдущего. Зато второй подход не требует логистики и монтажных операций на объекте, а также позволяет обходиться без тяжелой строительной техники вроде монтажных кранов. Однако пока обе технологии не вышли на действительно промышленные объемы, отдать кому-то из них пальму первенства сложно, ведь в главном - в скорости, дешевизне и экологичности - они обе одинаково хороши. Во всех случаях используется безопасная для человека строительная смесь, к тому же состоящая в буквальном смысле из строительных отходов, что позволяет позиционировать всю технологию как «зеленую». Ну и самое главное - цена. Никакие другие технологии не позволяют за 2,5 часа построить дом площадью 200 метров стоимостью 240 долларов за квадрат.
3D-принтер, представленный на выставке промышленной выставке в Шанхае / Фото: John Eisele
Подводные камни великих идей
Впрочем, в этой бочке меда есть и своя ложка сомнений. Называя столь фантастичные сроки, китайские печатники в строительных касках немного лукавят. Все рекорды получены пока лишь за счет изготовления маленьких, очень простых по конструкции и довольно убого выглядящих домиков, привлекательных лишь для самых невзыскательных новоселов. Да, эти бетонные коробки экологически безопасны, что подтверждено целым рядом весьма придирчивых экспертиз ведущих британских, голландских и американских надзорных инстанций. И да, они чрезвычайно дешевы, чем и подкупают. 3D-печать позволяет обходиться без гор строительного мусора, шума, толп работяг в грязных спецовках и даже без неизбежной привязки графика работ к климатическому календарю. Однако, как всегда, существует несколько важных «но», не позволяющих переходить на столь заманчивую технологию немедленно.
Сколько-нибудь масштабно дома пока не печатают даже в Китае. В подавляющем большинстве речь все еще идет лишь о демонстрационных образцах технологии. Здание в Дубае фактически является первым объектом, сданным в полноценную эксплуатацию. Так что пока называемые китайцами сроки долговечности конструкции в 150 лет основываются лишь на 2-3 годах жизни выставочных экспериментов (первый такой образец был напечатан в 2013 году) и расчетах, опирающихся на методики ускоренных испытаний масштабных моделей. Как такие дома поведут себя через 5-7-10 лет, пока не знает никто.
Да и в части стоимости дело тоже не обходится без восточной хитрости. Все цифры, кроме данных по тому же офису DFF, не включают в себя утепление и отделку. Часто к этому скептики добавляют вопрос организации вентиляции, но тут следует признать, что принтеру все равно, какой сложности форму печатать. Если загруженная в него CAD-модель конструкции дома предусматривает вентиляционные шахты, то они тоже будут напечатаны, и это не увеличит себестоимость. Тогда как стоимость утепления может достигать 20%, а финишной отделки - до 50-60% от итоговой сметы строительства. Хотя, конечно, в бюджетных домах массовых серий дорогая отделка обычно не применяется. Впрочем, даже с учетом этого аддитивная технология обещает строить жилые дома итоговой стоимостью до 500-600 долларов за квадратный метр, что значительно выгоднее всех классических вариантов строительства. А при выходе на действительно массовые объемы эти цифры еще сократятся минимум на треть.
Справедливости ради следует отметить, что пока эта технология не позволяет строить здания выше шести этажей, включая цокольный, то есть она не может стать основой удешевления высотного строительства.
Тормоз российского производства
Кроме всего перечисленного, непосредственно в России существует целый ряд чисто внутренних моментов, делающих перспективу внедрения аддитивной технологии в строительство весьма туманной. Первый подводный камень - это действующие в стране строительные нормы и правила, не допускающие ничего подобного даже в принципе. Хотя формально запрета на такую печать в СНиПах тоже нет, вся наша система построена таким образом, что пропускает лишь разрешенное явным образом. В этом случае даже если найдется желающий напечатать себе коттедж, он не сможет получить на это официального разрешения. Без него строить, конечно, можно, но только на свой страх и риск - и с большими сложностями с регистрацией правоустанавливающих документов.
Отсутствие нормативно-правовой базы лишает возможности попробовать инвестировать в новое направление даже отдельных энтузиастов. Примером тому может служить российская компания Apis Cor, сконструировавшая строительный принтер собственной конструкции и разработавшая свой состав смеси. Устройство доставляется на объект обычным грузовиком. Уже через 30 минут после доставки на объект оно готово к работе и способно напечатать дом площадью 60 кв. м за световой день, то есть за 10-12 часов, потребив при этом всего 8 кВт∙ч. Компания давно ищет российского инвестора, но пока интерес к ней проявляют только представители Китая, Южной Кореи и ОАЭ. Внутреннего российского платежеспособного спроса нет.
Это печально не только потому, что препятствует кардинальному сокращению стоимости возведения жилья. Хотя одно это уже должно бы подвигнуть правительство как можно скорее смести все бюрократические преграды, чтобы за те же деньги вместо одного квадратного метра общей площади получать четыре, а то и пять, что позволяет действительно решить проблему дефицита жилья в стране поистине ударными темпами.
Куда важнее другое. Фактически перед нами готовая к освоению, никем еще почти не занятая инновационная целина, позволяющая сразу выходить в мировые лидеры. Во всех смыслах. В технологии самого строительства. В технологии проектирования зданий с учетом новой специфики. В разработке и производстве строительных принтеров, их элементов, деталей, расходных материалов и сервисного обслуживания. И, конечно же, в создании (и патентовании!) собственных строительных составов с последующим налаживанием их производства у нас в стране. В конце концов такие принтеры смогут приобретать даже частные лица, тем самым кардинально меняя весь рынок современного российского индивидуального жилого строительства. Вместо нелегалов из Средней Азии - принтер и бригада из десяти квалифицированных специалистов, возводящая дом за считанные дни!
Словом, целина есть, но пахари, увы, отсутствуют. Не то чтобы совсем - отдельные энтузиасты пытаются выпускать маломощное оборудование, позволяющее печатать отдельные элементы вроде лестничных пролетов или колодезных колец, но это все равно что детский совочек против карьерного самосвала. А пока мы ковыряемся, китайцы совершенствуются, нарабатывают опыт и готовятся к строительной экспансии на российский рынок.
Александр Запольскис
«Русская планета», 10 июля 2016