Файл: Особенности создания и внедрения инновационных проектов в отрасли.pdf

Глава 2 Инновационные проекты в строительстве

2.1 Инновации в строительстве

Строительство это одна из наиболее трудных, вероятностных и открытых материально-производственных социальных систем экономики. Сложность системы определяется необходимостью создания объектов, начиная от выбора площадки строительства. Выбранная площадка должна отвечать многим оценочным критериям.

Основными критериями служат экологические и геологические условия, подверженность природным и техногенным воздействиям, состояние сырьевых и материально-технических ресурсов и способы их доставки, инфраструктура района строительства, возможные для строительства и эксплуатации объекта энергетические мощности, наличие строительных организаций необходимой специализации и мощности.

Далее идет процесс проектирование объекта, при котором принимаются решения о функциональном назначении объекта, архитектурно-планировочном и конструктивном решении, а так же решения по технологии строительного производства, организации, планирования и управления строительством,  рассчитывается стоимость объекта.

Следующий не менее сложный основной этап —  возведение объекта. Весь цикл создания строительной продукции сопровождается взаимодействием участников строительства: инвесторов, заказчика, подрядчика, финансирующих организаций, проектировщиков, поставщиков материально-технических и энергетических ресурсов, обслуживающих организаций, надзорных органов, отслеживающих качество строительства и соблюдение нормативных актов.

Объект или группа объектов, а тем более строительная организация или региональный строительный комплекс должны уметь или методически быть подготовлены к оптимальному реагированию на вероятностные ситуации.

Каждая вероятностная ситуация несет риск определенного характера, который надо прогнозировать и предотвращать его последствия не только там, где он проявился, но и в той системе производства, которая взаимодействует с рассматриваемой ситуацией.

Например, если из за плохих погодных условий изменились сроки выполнения работ, то возможно развитие дальнейших событий: срыв графика выхода на объект субподрядных организаций которые выполняют инженерное обеспечение объекта, а так же возможно изменение графика поставок продукции или возникнет необходимость в дополнительных площадках складирования  и хранения и т.п. 

Открытость системы строительной отрасли характеризуется необходимостью уметь сотрудничать практически со всеми отраслями экономики страны. Строительная продукция востребована всеми отраслями экономики и регионами.

В качестве примера можно назвать некоторые виды отрасли: легкая промышленная, сельское хозяйство, энергетическая, транспортная, металлургическая, нефтехимическая и т.д. Региональная составляющая характеризуется климатическими условиями, социально-экономическим развитием регионов и их строительных комплексов, производственной базы, обеспечивающей строительное производство. В тоже время строители потребляют материально-технические ресурсы почти семидесяти отраслей экономики.

Сотрудничество требует высокой организации в принятии логистических решений, требовании к качеству и объемам материальных ресурсов, также  обеспечение взаимодействия отдельных предприятий и отрасли в целом. Инновационное развитие строительной отрасли невозможно без участия предприятий этих отраслей на взаимно экономически выгодных условиях.

Нынешние условия ведения строительного бизнеса заставляют компании уйти от принятой консервативной политики в сторону гибкости и мобильности. Ведь проблема снижения себестоимости жилья и апартаментов оказывается значительно шире и заключается в увеличении эффективности и снижении себестоимости всего строительного процесса: от разработки концепции до ввода здания в эксплуатацию. 

В основном эта задача решается одним из двух способов. Во-первых, применение локальных инноваций на одном из этапов жизненного цикла, например, использование новых видов стройматериалов или оборудования при строительстве. Во-вторых, внедрение технологии информационного моделирования – комплексного подхода к реорганизации строительного процесса, позволяющего снизить издержки на каждом из этапов жизненного цикла.

Развитие – это очень нужное составляющее процессов, которые происходят вокруг нас, без нее становится нереальным повышение качества нашей жизни. Для этого необходимо детально рассмотреть несколько инноваций, которые, при серийном производстве, смогут значительно упростить, ускорить и сэкономить на методе возведения зданий.

Если говорить о способах возведения малоэтажных домов, то наиболее перспективной технологией, с помощью которой становится возможным произвести революцию в строительстве, является 3D печать. Сам метод практически универсален, так как существует 7 технологий 3D-печати с различной точностью. Технология уже используется в самых разных сферах, вплоть до машиностроения и медицины.

Рассмотрим контурное строительство по технологии схожей с FDM – послойного создания объекта при помощи наплавления материала – которая позволяет возвести ограждающие и несущие стены.

На сегодняшний день самое успешное и привлекательное контурное строительство продемонстрировала компания из поднебесной ShanghaiWinsun, которая уже строит дома по этой технологии. Их детище способно напечатать дом примерно 6,4 м высотой и шириной 9,75м. Изначально компания представила лишь несколько одноэтажных жилых домов, возведение которых заняло 24 часа.

Созданный принтер заправлялся цементом и строительными. Следующим был создан принтер, который производил отдельные цельные блоки для будущих домов, после чего их соединяли арматурой и добавляли теплоизоляционные материалами. Стены домов произведенные таким способом практически полые, а прочность конструкции придает зигзагообразная подача смеси внутри стены.

Рис.3 Контурное строительство Рис.4 Контурное строительство

Стоит отметить, что наиболее интересными объектами, построенными компанией Winsun, являются пятиэтажный дом и вилла площадью 1100 м2 и стоимостью $161 тыс. Несмотря на дорогостоящее строительство у компании есть заказы. Это объясняется экономической составляющей: метод позволяет экономить 30-60% строительных материалов, благодаря использованию переработанных строительных материала и мусора. Последний проходит очистку и становится безопасен для использования человеком. Применение такой смеси материалов значительно снижает выброс углекислого газа в атмосферу. Также удивляет скорость возведения таких домов – время на строительные работы снижается до 70%.

В рациональности данного метода сомневаться не приходиться. Но и у него есть недостатки, требующие доработки – это проблема использования технологии в высотном строительстве и, как следствие, проблема армирования стен, невозможность строительства на холмистой местности. Также метод не решает проблему возведения перегородок и кровли.

Внедрению в строительную отрасль сильно мешает громоздкость и неудобство эксплуатации машин для 3D-печати зданий. Американские дизайнеры Захари Шох и Юджин Ли предложили свое видение эволюции в строительной отрасли. Захари напечатал на изобретенном им принтере Euclid части дома-модули. Детали собрали на месте. Большое достоинство технологии заключается в том, что материалом для печати служил ударостойкий пластик. Модули, напечатанные на таком принтере необычны по форме и полые внутри. Это делается для того, чтобы заполнить полости теплозащитным материалом и легкой прокладки инженерных сетей и коммуникаций. Детали сделаны в форме буквы S, что делает их универсальными. Скорость печати такого дома высока и составляет 18 часов. Сборка дома не потребует специнструментов.

Минусом этого новшества является использование для печати пластика ABS. При его нагревании образуются пары ядовитого акрилонитрила, поэтому рекомендуют воздержаться от использования ABS для 3D-печати прототипов, а использовать более безопасный для человека PLA. Но этот пластик не такой износостойкий и разлагается через несколько лет, поэтому его использование для печати модулей дома Захари невозможно. К минусу можно отнести маленький рабочий объем Euclid, который составляет всего лишь 1,12х1,12х1,12м.

Эту технологию рационально использовать для торговых объектов из-за легкого монтажа и демонтажа всей конструкции. Но опять же, возможно, выгоднее будет использовать элементы, полученные профильной экструзией, а не напечатанные на 3D-принтере.

  Многие компании разрабатывают модульное производство, исходя не только из экономической целесообразности, а следуя направлениями в архитектуре и заботясь о том, чтобы их продукт причинял меньше вреда экологии. Например, голландская компания BeingDevelopment, которая объявила о запуске производства шести домов.

Дома, выполненные из экологически чистых материалов, будут собираться на месте. Не перерабатываемые отходы от такого строительства не будут превышать 2%. Все дома задуманы одноэтажными, но разные по типу и площади: XS Вилла (62 м2), Патио дом (82 м2) и Бунгало (144 м2),Vide дом (175 м2), Лофт дом (220 м2) и Гранд Патио (288 м2). Первые три уже запущены в производство, остальные будут представлены в ближайшее время.

Рис. 5 Модульное производство Рис. 6 Модульное производство

Другую интересную разработку представила китайская корпорация «Чжода», которая в рамках расселения аварийного жилого фонда ведет строительство домов в нашей стране в республике Саха. Их дома не только имеют маленькую себестоимость – 15 тысяч рублей за 1 кв.м, но и позволяют объединять такие модули с возможностью расширения помещения.

Возможна установка системы коммуникаций, функционирующей на принципах “умного дома”. И, конечно, модули выполнены из современных и экологически чистых материалов.

Такие дома, при необходимости, легко транспортировать, как и все модульные постройки.

Рис7 Модульные дома

Модульное строительство становится все более популярным, но здесь отметить, что такая технология требует под себя разработку нормативной документации. Производство таких домов оправдано тем, что во время кризиса, они вытеснили капитальное строительство (касаемо малоэтажных домов).

2.2 Инновационные материалы в строительстве

 Возникновение таких материалов подчинены таким факторам как: скорость возведения здания, его прочность, достаточные тепло- и звуко- изоляционные свойства, экологичность и т.д.

На основе вышеперечисленного заслуживает внимания разработка израильской компании KiteBricks. Их запатентованная в США технология по производству строительных блоков SmartBrick удивительно напоминают детали из конструктора Lego. Выполнены блоки из высокопрочного бетона. Форма блоков позволяет легко соединять их между собой. А воздушные камеры, появляющиеся при соединении, служат как теплоизоляция, а так же используется для легкого доступа к подключению инфраструктуры.

Самое интересное, что этот метод предлагает полностью отказаться от цементно-песчаного раствора, т.к. соединение их происходит через пазы и дополнительно скрепляются двухсторонней липкой лентой типа 3M VHB, отличающейся супер-стойкостью. При желании можно сделать «армирование» этих блоков с помощью помещения арматуры в специальные каналы. Необходимость в финишной отделке поверхности стены из таких блоков отпадает.

Рис.8 Строительные блоки SmartBrick

Заявлено, что блоки можно использовать при устройстве фундамента и перекрытий, т.к. имеют жесткость сравнимую с железобетоном.

В планах у компании создание роботов-строителей, как на фотографии, представленной выше. Они будут собирать здание из этих кирпичиков.

Одну из самых уникальных технологий производства биобетона разработали ученые Эрик Шлэнджен и Хенк Йонкерс. Такой бетон может «самовосстанавливаться», что решает огромное количество проблем с излишней влагой.

Все дело в спорообразующих бактериях рода Bacillus, которые входят в структуру бетона. В такой бетон добавили капсулы лактата кальция для поддержания численности бактерий. Но такой бетон нельзя применять с некоторыми видами красок, покрытий и строительных смесей.

Другие исследователи из Корнейского университета (Голландия) SabinDesignLab, и JennySabinStudio сделали ставку на печать керамических кирпичей высокого разрешения PolyBricksпри помощи так нам знакомого 3D принтера. Кирпичи похожи на шлакобетон и не нуждаются в специальных растворах для соединения между собой. Скрепление соседних деталей происходит через пазы конической формы, получившее название «ласточкин хвост». Кирпичи проходят несколько стадий обжига для уменьшения коробления и деформации.