Трёхмерный дом: технологии 3D-строительства¶

3D-дом — это жилое здание, возведённое методом трёхмерной печати, при котором строительный материал (бетонная смесь, геополимер или композит) послойно укладывается автоматизированной установкой по цифровой модели. Технология относится к области аддитивного строительства и рассматривается как альтернатива традиционным методам возведения малоэтажных зданий.

¶История

Идея послойного строительства зданий возникла в 1990-х годах, когда развитие аддитивных технологий вышло за пределы машиностроения. Первые экспериментальные установки для печати крупногабаритных объектов появились в 2000-х годах.

В 2014 году в Амстердаме началось строительство первого в мире полностью напечатанного жилого дома (проект Canal House). В 2016 году в Дубае был напечатан офисный корпус площадью около 250 м². В 2017 году в России компания Apis Cor напечатала жилой дом площадью 38 м² в Ступино Московской области — на тот момент одно из первых в мире зданий, напечатанных целиком на месте строительства, включая стены, перегородки и оконные проёмы.

К 2020-м годам технология вышла на уровень коммерческого применения в ряде стран: США, Китае, Германии, ОАЭ, России.

¶Принцип работы

Процесс включает несколько этапов:

1. Проектирование. Создаётся цифровая 3D-модель здания, которая преобразуется в управляющую программу для принтера.
2. Подготовка основания. Устраивается фундамент и подводятся коммуникации.
3. Печать. Строительный принтер — портальный, роботизированный манипулятор или дельта-робот — послойно выдавливает материал по заданному контуру.
4. Армирование. В процессе печати или между слоями устанавливается арматура для повышения прочности.
5. Отделка. Выполняются кровельные работы, монтаж инженерных систем, утепление и финишная отделка.

¶Виды строительных принтеров

¶Материалы

Основной материал — специально разработанные бетонные смеси с добавками, обеспечивающими необходимую вязкость, скорость схватывания и адгезию между слоями. Применяются также:

• геополимеры (снижают углеродный след);
• фибробетон с армирующими волокнами;
• композиты на основе цемента с полимерными добавками;
• в экспериментах — глиняные и грунтовые смеси.

¶Преимущества

• Скорость. Печать стен дома площадью 100–150 м² занимает от нескольких часов до нескольких суток.
• Снижение трудозатрат. Требуется меньшая бригада, чем при традиционном строительстве.
• Точность. Цифровая модель исключает ошибки разметки.
• Экономия материала. Послойная укладка сокращает отходы.
• Гибкость форм. Возможность создавать криволинейные и нестандартные архитектурные решения.

¶Ограничения и критика

• Высокая стоимость оборудования и его обслуживания.
• Ограниченная нормативная база: строительные нормы и правила во многих странах не адаптированы под аддитивные технологии.
• Необходимость специально подготовленных смесей.
• Ограничения по высоте и этажности (в основном 1–3 этажа).
• Вопросы долговечности и поведения конструкций при сейсмических и климатических нагрузках изучены недостаточно.
• Сложность армирования и устройства перекрытий.

¶Применение в России

В России технология развивается с середины 2010-х годов. Помимо жилых домов, метод применялся для печати малых архитектурных форм, элементов благоустройства и экспериментальных объектов. Ряд компаний предлагает услуги печати домов «под ключ». Развитие направления связано с программами индивидуального жилищного строительства и импортозамещением строительных технологий.

¶Перспективы

Специалисты рассматривают 3D-печать как одно из направлений автоматизации строительства, способное снизить себестоимость и сроки возведения малоэтажного жилья. Развитие связано с совершенствованием материалов, созданием национальных стандартов и удешевлением оборудования. Отдельное направление — печать зданий в труднодоступных районах и в условиях чрезвычайных ситуаций.

Источники: публикации по аддитивному строительству, материалы отраслевых конференций, обзоры компаний-производителей строительных принтеров, техническая периодика.