3D-печать, цифровые двойники и роботы на котловане

Строительная индустрия остается одной из самых неповоротливых в части инноваций. Сильная зарегулированность, дороговизна технологий, сложность с экспериментами из-за цены ошибки и масштаба проектов – все эти факторы тормозят трансформацию отрасли. Перемены затрагивают в основном сервисную часть девелопмента – все, что касается маркетинга, продаж и бизнес-процессов. На рынке много говорят про VR-туры, онлайн-оплату и продвинутые CRM, но сам процесс строительства и начинка зданий во многом остаются прежними.

Однако с течением времени объем инвестиций в PropTech (технологии в строительстве) увеличивается: по оценке Statista, в 2020 г. сумма сделок в такие стартапы во всем мире составила около $7,3 млрд. Это меньше, чем в 2019 г. ($9 млрд), поскольку из-за пандемии рынок некоторое время был на стопе, но на 37% больше, чем годом ранее. Постепенно инновации перестают быть прерогативой точечных проектов, рассчитанных больше на пиар-эффект, и переходят в массовое строительство.

Роботы вместо людей

В настоящее время строительство – это по большей части человеческий труд, требуется огромное число крановщиков, каменщиков, сварщиков, облицовщиков и т. д. Перспектива, что здания будут возводить роботы при удаленном контроле специалистов, пока выглядит утопической. Во многом это обусловлено плохой мобильностью промышленного оборудования, которое зачастую сложно или невозможно доставить на площадку.

Чтобы решить эту проблему, зародилась концепция модульного, или Prefab-строительства (prefabricated house, или сборный дом). Она подразумевает, что отдельные элементы будущего здания делают заранее в цехах и затем доставляют на стройплощадку, где собирают воедино, как детали конструктора. Это позволяет перенести на завод все трудоемкие операции, требующие сложного оборудования. На месте возводятся только фундамент и основание.

Такой подход позволяет переносить производство в другие страны. Так создавалось самое высокое сегодня модульное здание – 140-метровая башня Clement Canopy: 1899 модулей вместе с инженерными системами были изготовлены в Малайзии, а затем доставлены на место сборки в Сингапур. Временные затраты существенно сократились: на возведение башни, состоящей из 505 люксовых апартаментов, ушло около двух лет.

Напечатанные дома

Еще более ощутимо уменьшить сроки строительства позволяет 3D-печать зданий. Как пишет РБК, компании Apis Cor понадобилось всего 24 часа работы принтера, чтобы создать стены здания площадью 38 кв. м в Ступине (все остальные работы заняли три недели). А на «распечатку» энергосберегающего дома в 94 кв. м в Нидерландах у бельгийской компании Kamp C ушло пять суток (по данным Daily Mail).

Для строительства таких зданий используется промышленный принтер, а «чернилами» обычно служит бетонная смесь. От человека требуется загрузить в принтер трехмерную модель будущего сооружения и обеспечить своевременную подачу бетона: машина сама будет наносить слоями смесь на основу сооружения.

Поскольку 3D-дома возводятся сразу на площадке, это позволяет минимизировать количество строительных отходов, отсутствие большого числа техники снижает энергозатраты. Иначе говоря, такой формат не только намного быстрее, но и экологичнее традиционного. Среди других преимуществ технологии – расширение возможностей для экспериментов с архитектурой, экономия на человеческих ресурсах и полная автоматизация процесса. Все это вызывает растущий интерес участников отрасли: по прогнозам Research & Markets, рынок бетонной 3D-печати должен вырасти с $19,8 млн в 2020 г. до $477,1 млрд в 2027-м.

Виртуальные близнецы

В 2020 г. правительство России подписало постановление о BIM-технологиях в строительстве (№ 1431 от 15 сентября 2020 г.). Building Information Modeling – это концепция, которая предполагает создание цифровой модели будущего сооружения. Такая модель объединяет трехмерный чертеж со всеми данными, имеющими отношение к зданию: от стоимости материалов и документации до изменений в ходе строительства. Но на вводе объекта в эксплуатацию BIM пока и «заканчивается». Мы не можем увидеть, что происходит со зданием со временем, и прогнозировать аварийные ситуации.

Отследить состояние дома на всем его жизненном цикле помогают так называемые цифровые двойники – технология, которая нашла широкое применение в промышленности. В этом случае объект оснащается датчиками, которые мониторят его состояние в режиме реального времени, а при любых неполадках подают сигнал в систему. В отличие от BIM эта модель не статична, а непрерывно «сопровождает» здание, фиксируя все происходящие с ним изменения. Виртуальный двойник позволяет смоделировать любую ситуацию – например, чтобы проверить, как повлияет на сооружение пожар, сильный ливень или сейсмические толчки. Это особенно важно при строительстве объектов инфраструктуры: мостов, тоннелей и дорожных развязок – так строители могут точнее рассчитать, выдержит ли конструкция предполагаемые нагрузки.

Перспективы и сложности

Внедрение инноваций в строительной отрасли идет достаточно медленными темпами. Ту же BIM в России, по данным Минстроя, в 2020 г. использовали не больше 5–7% компаний, о массовом распространении цифровых двойников говорить даже не приходится. Из всех технологий наиболее широко применяются смарт-решения: так, в Mordor Intelligence мировой рынок умных домов по состоянию на 2020 г. оценили в $79,13 млрд.

Не все однозначно с 3D-печатью зданий. Да, эта технология заключает в себе массу преимуществ: не случайно в российскую концепцию развития аддитивных технологий (или 3D-печати; была утверждена правительством РФ в июле 2021 г.) был включен раздел о производстве 3D-принтеров. Но сегодня 3D-печать все еще невозможно применять в высотном и массовом строительстве: как минимум это потребует разработки новых регламентов, нормативов и дополнительного развития технологии. Но главная проблема связана с тем, что принтер для возведения высотного здания должен по размеру превосходить его.

Решение этой проблемы нашел российско-американский стартап Mighty Buildings, который совместил 3D-печать с модульным строительством. С помощью гигантских 3D-принтеров и робототехники компания печатает отдельные блоки будущего сооружения, которые затем собираются на стройплощадке. Идею оценили и инвесторы: только в 2021 г. Mighty Buildings поднял $62 млн. Стартап продал уже более 50 домов и подписал инвестиционное соглашение о строительстве района в Южной Калифорнии. Стоимость одного модульного 3D-дома площадью около 135 кв. м – от $600 000 до $1 млн.

Умные дома и новые форматы

Трансформация затрагивает не только процесс строительства, но и конечный продукт. Мы стали избегать шумных людных мест, больше времени проводить дома, но потребность в социализации не исчезла. В результате востребованными стали общие пространства в жилых комплексах: площадки для отдыха на крыше, лаунж-зоны, коворкинги здесь же, в доме, детские пространства и кафе. Изменились и сами жилые пространства: потребители стали более требовательны к степени комфорта, а балкон перестал выполнять роль склада для велосипедов и лыж – для этого в домах все чаще проектируют кладовки и колясочные. В эконом-сегменте, особенно в регионах, все еще преобладают типовые проекты, но лидеры рынка достаточно быстро адаптировали предложение под запросы покупателей.

Одна из популярных сегодня опций в строительстве – создание умных домов в той или иной комплектации. Речь, как правило, идет об оснащении зданий датчиками систем тепло- и водоснабжения, электричества, безопасности и др., чтобы удаленно ими управлять – перекрыть трубу в случае протечки, деактивировать проблемную розетку, вовремя зафиксировать возгорание и сообщить о нем хозяину – и не допускать перерасхода ресурсов. Все более востребованной становится IP-домофония, когда домофон связывается с телефоном владельца квартиры.