2. Основные положения.
• За последние 3 года развитие инженерных технологий произвело «большой скачок» в области
робототехники и машин объемной печати (3Д принтеры). Дальнейшее развитие этих технологий несет
революционные изменения практически во всех областях жизни человека, причем результаты будут
достигнуты в ближайшем будущем – через три, максимум - пять лет. Аналогично развивались в середине
90-х годов мобильная связь и интернет, ставшие локомотивами технологической революции на рубеже
веков.
• Сейчас открывается новый огромный рынок для всех операторов, обративших внимание на технологии
• объемной печати - производство промышленных 3Д машин, выпуск сырья для 3Д принтеров, электронные
банки данных по моделям (ателье 3Д выкроек и изделий). Применение роботов в металлообработке,
медицине, машиностроении так же вышло на новый виток научно-технической революции.
• Процесс внедрения новых технологий уже вошел в стадию точечного применения в быту и
промышленности.
• В строительстве, одной из системообразующих отраслей экономики, применение роботов объемной
печати позволяет достичь большого финансового преимущества перед существующими технологиями.
• Увеличение скорости строительства, высокие качество и повторяемость элементов, значительное
уменьшение численности работников – вот характерные особенности применения строительных роботов.
• Проект имеет своей целью предоставление недорогого жилья широким слоям населения.
• Формат – поселок двухэтажных домов (таунхаусов). Стоимость квадратного метра жилья «под ключ» – 17
тысяч рублей.
• Применение технологий «умного дома» позволит так же снизить эксплуатационные издержки, а
внедрении комплексного инженерно-управленческого решения (см.далее) создаст необходимую для
прорывных проектов синергию. Данная презентация предлагает комплексное управленческое и научно-
техническое решение по разработке и внедрению в хозяйственную практику строительных роботов и
нацелена на получение приоритета по использованию этих технологий в России.
• Тема исследования:
• Создание рабочего образца строительного 3Д принтера, интегрированного в технологический процесс,
включающий в себя:
3. Основные положения.
• Тема исследования:
• Создание рабочего образца строительного 3Д принтера, интегрированного в технологический процесс,
включающий в себя:
• 1. Архитектурное решение здания, оптимизированное для 3Д печати, в формате социального жилья -
массового, недорогого и быстровозводимого.
• 2. Производство профильных комплектующих и их важных узлов в целях роботизации процесса
строительства.
3.Автоматизация транспортно-складской логистики,
• в виде готового пакетного решения для широкого внедрения в экономический уклад народного хозяйства.
• Что будет на выходе:
• 1.Действующий промышленный образец строительного принтера. Техническая документация для его
серийного производства.
• 2. Готовый материал для строительной печати.
• 3.Номенклатура элементов инженерных систем и технология их монтажа.
• 4. Автоматизированная система управления логистикой .
• 5. Образцы основных конструктивных элементов здания, изготовленные способом 3Д печати.
• 6. Сертификаты соответствия.
• Значимость для народного хозяйства:
• Участие инженерных кадров России в новейших разработках НТР
• Получение системообразующего комплекса в строительной отрасли.
• Получение «пакетного», готового решения для организации прибыльных бизнес-процессов.
4. Содержание
• 1.Основные положения.
• 2.Обзор имеющихся технологий
строительной 3Д-печати.
• 3. Экономическая выгода.
• 4. Бизнес-модель. Управленческое решение
по внедрению.
• 5.Процесс разработки.
• 6. Резюме.
5. Обзор имеющихся технологий
строительной 3Д-печати
• Как известно, главное отличие 3Д принтера от
любого другого промышленного робота в
способе создания продукции. В частности,
строительный 3Д принтер имеет сопло или
экструдер и выдавливает из него
быстротвердеющую рабочую смесь.
Поверхность, на которой создается объемное
изделие, называется рабочей зоной и имеет
размеры, задаваемые величиной хода сопла.
Причем, опалубка не требуется. То есть,
строительная машина объемной печати
декларируется как самодостаточный механизм,
способный, при подключении электроэнергии,
буквально на голом месте создать готовое
здание. Известно о трех способах создания
объемной конструкции:
• 1.Послойное экструдирование вязкой
рабочей смеси.
• В этом случае из рабочего «сопла»
выдавливается, подобно зубной пасте из
тюбика, сметанообразная смесь бетона с
добавками.
6. Обзор имеющихся технологий строительной 3Д-печати
• Первым обосновал концепцию применение
робота в строительстве, в виде крана-
манипулятора, укладывающего вязкую бетонную
смесь по заданной программе, промышленный
дизайнер Сергей Дудин совместно со
специалистами МХТИ имени Д.И. Менделеева
в 1995 году.
• Первая публичная презентация о подобной
технологии в строительстве, проведена
профессором Барухом Кошневицем из Южно
- Калифорнийского Университета (University of
Southern California) в августе 2012 года. Его же
группа выдвинула концепт гигантского,
собираемого на месте стройки принтера по типу
мостового крана.
• Группа учёных под руководством доктора Сунгву
Лима из британского Университета Лафборо
(Loughborough University) , напечатали первую в
мире пустотелую панель с двойными
закруглёнными контурами.
• На таком же принципе построены 3Д принтеры
китайской компании Shanghai WinSun
Decoration Design Engineering Co, которая
первой напечатала серию настоящих домов, в
начале 2014 года.
7. Обзор имеющихся технологий строительной 3Д-печати
• 2. Метод спекания/селективное спекание.
• При этой технологии в рабочей зоне 3Д машины происходит расплавление рабочей смеси, причем
плавление достигается, применительно к строительству, сконцентрированным лазером или солнечным
лучом, а рабочей смесью выступает обычный песок. Известно, на момент написания статьи, о
единственном существующем образце подобного устройства изобретателя Маркуса Кайзера,
студента королевского Колледжа искусств (Royal College of Art).
3. Метод напыления/ компонентной склейки
Известен, в частности, рабочий образец группы Каталонского Института передовой архитектуры (IAAC)
(группа Петра Новикова) под названием Stone Spray Robot, а так же система D-Shape, разработанная Энрико
Дини (Monolite UK, (частная компания)) для строительства зданий. При этом из рабочего сопла выходит струя
песка, которая тут же смешивается с клеящим составом/катализатором, образуя объем в программно заданной
точке.
8. Обзор имеющихся технологий строительной 3Д-печати
Из перечисленных способов формирования объема, внимание строителей привлекает в первую очередь,
метод послойного экструдирования во многом потому, что уже сейчас созданы достаточно большие несущие
поверхности и даже настоящие дома. И если Европейские архитекторы демонстрируют в первую очередь,
эстетическую и экологическую направленность, то китайцы в своих разработках предельно прагматичны.
9. Обзор имеющихся технологий строительной 3Д-печати
• Китайская компания Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co декларирует предельно простые и
недорогие здания, являющиеся звеном четко обозначенной технологической цепочки.
•
• Планируется массово построить фабрики по переработке строительных отходов и мусора, полученный
материал будет использоваться при подготовке рабочей смеси для 3д принтера. Учитывая большие
достижения Китая в области биоэнергетики, а именно распространенность ветровых, солнечных и
биоэлектростанций, можно предположить, что на свалках строительного мусора будут установлены
гигантские измельчители строительного мусора, питаемые электроэнергией ближайшей
биоэлектростанции.
• Построенные из запатентованного материала ( представляющего собой смесь строительного мусора,
бетона и добавок), дома, сегментируются в классе недорогого быстровозводимого жилья.
• Строительный принтер является звеном новой технологии, причем не самым технически сложным и
дорогим.
• Ведь конструкция строительного робота достаточно отработана. Уже существуют во многих экземплярах
два вида конструкций – в виде мостового/козлового крана и в виде стрелы-манипулятора.
• Гораздо больше вопросов (и возможностей) вызывают состав рабочей смеси и концептуальные
архитектурные формы.
• В основе рабочей смеси используется смесь бетона. По ее составу, на текущий момент времени, есть
два мнения у специалистов. Первое предлагает применять легкие пенобетоны, армированные
микроволокнами.
• Второе, основанное на густых составах смеси, сформировано, собственно, еще Сергеем Дудиным. Так
же, интересную концепцию, основанную на идее подачи рабочей смеси под высоким давлением в 3Д
принтер, имеющий довольно изящную мостовую конструкцию, предложил промышленный дизайнер
Себастьян Бернар
10. Обзор имеющихся технологий строительной 3Д-печати
Подача густого бетона под высоким давлением, переводит 3Д
технологию в достаточно реальные рамки. Возможно, самым
перспективным будет разработка новых материалов для 3Д
печати. Это соответствует мировому тренду: сейчас ведутся и
набирают темп разработки материалов специально под
применение 3Д печатной технологии.
Для выстраивания технологического процесса, помимо рабочей
смеси, важным моментом является архитектура самого здания и
группы зданий как единого строительного объекта. Одним из
перспективных направлений для России, по видимому, является
строительство поселка из двухэтажных таунхаусов арочных форм.
Куполообразный дом архитектора Гребнева:
11. Обзор имеющихся технологий строительной 3Д-печати
• Формат арочного дома в два этажа позволит использовать сравнительно небольшие и недорогие 3д
принтеры, решит проблему перекрытий и позволит строить действительно быстро, массово, недорого и
красиво. В масштабе поселка, можно будет использовать и мостовые принтеры, так как рельсовый путь
(не обязательно из металлических рельс) будет перемещаться по мере продвижения строительства.
• Много вопросов вызывает непосредственно технология строительства. Во первых, как на прочность
конструкции будут влиять швы, идущие через каждые три-пять сантиметров. Во вторых, материал и
способ армирования. Китайцы армируют стеклопластиковой сеткой.
•
. Есть мнение о применимости фибробетона и возможно, такой купол в один – два этажа выдержит
сертификационную процедуру. Предлагается так же соединять арматуру на штифтах, свинчивать и пр.
Конечно, пока это обходные меры. Возможно, проблема онлайн-армирования будет решена применением
двух роботов сразу: один монтирует арматуру, другой укладывает смесь. Ситуация автоматизации
упрощается тем, что опалубка отсутствует как «класс».
В-третьих, инженерные системы. С монтажом инженерных систем в плане вентиляции, канализации и
отопления дело решается проще. 3Д принтеры – это роботы с достаточно точной повторяемостью
операций и состыковка элементов труб в заданной последовательности вполне осуществима.
Необходимо разработать и внедрить подходящие под 3Д технологию конструкции и элементы
инженерных систем.
12. Обзор имеющихся технологий строительной 3Д-печати
• В целом, большинство подобных технических проблем характерны для переходного периода, в который
вступают 3Д принтеры. Какое то время будут сосуществовать старые и новые технологии, время
необходимое, в первую очередь, для психологического привыкания. Вполне возможно, что новые
материалы или 3Д роботы решат эти проблемы «на корню». Есть заявления разработчиков, что их
машины будут печатать все здание в целом, включая теплоизоляцию, электропроводку и системы
водоснабжения и канализации. На начало мая сего года, Петер Эбнер утверждает, что в своем
напечатанном доме-ракушке все изготовлено методом 3Д печати.
Важным организационным и социальным фактором станет структурирование строительной фирмы, или ее
подразделения, специализирующейся на коттеджных поселках. Лицом фирмы станет небольшая команда
специалистов и пара роботов; инженер-оператор 3Д робота ( 3 человека при трех сменах), диспетчер-логист
(нынешний снабженец) и далее – смежники – возят рабочую смесь, монтируют инженерно-технические системы.
3Д принтер в строительстве –это роботизация производства, своего рода конвейер. соответственно, все
смежные отрасли в этой цепочке соответствуют стандартам эпохи роботов. Где будет производиться рабочая
смесь, как будет решаться транспортная логистика (если раствор готовится рядом с возводимым объектом, то
доставка не нужна), формат склада комплектующих (создается общий на весь поселок или смежник подвозит
партию на конкретный домик), на эти и другие насущные вопросы решение будет предложено в результате
данного исследования.
13. Обзор имеющихся технологий строительной 3Д-печати
• Специалисты, ведущие разработки технологий объемной печати, действуют очень активно, 3Д методы
внедряются в жизнь общества с небывалой со времен первой НТР скоростью. Если во время презентации
Баруха Кошневица, состоявшейся в 2012году, осторожно назывались 2017-2020 годы как порог начала
эксплуатации строительных роботов, то в реальности, уже в феврале 2014 года была демонстративно
напечатана серия настоящих домов в Китае.
• Можно сказать, что сейчас сформировались условия и определенные рамки, когда архитектор, инженер
ПГС и технолог-строитель в состоянии выдать реально осуществимый, социально направленный проект
в прибыльном бизнес - формате. Естественно, при помощи специалистов- материаловедов, логистов,
профильных инженеров проектировщиков. Только комплексное решение вопросов:
• социально востребованных архитектурных форм и формата поселения, удобно монтируемых
инженерных компонентов и специального строительного материала, плюс автоматизированная
транспортно-складская логистика, позволят говорить о революции в строительстве.
14. Экономическая выгода.
• Применен метод экспертных оценок (консультации со специалистами) и известные пилотные образцы
существующих домов. Пока можно четко видеть, что есть преимущество в сроках строительства, и
достаточно масштабное. Примерно выходит, что принтер будет печатать стандартный таунхаус меньше
чем за двое – трое суток, со всеми нашими реалиями.
• Для сравнения итогов технологий принят традиционный поселок на 20 сдвоенных таунхаусов в
Подмосковье
• (на 40 семей по 100 м2) стоимостью при продаже –136 000 000 рублей.
• Стоимость квартиры 100 м2 в таунхаусе при традиционных технологиях -34 000 руб/м2 = 3 400 000 рублей
(как правило, монолит или газобетонные блоки).
• Стоимость одного квадратного метра при существующих технологиях – 34 000 рублей.
• Срок строительства одного дома – принят - три недели. Срок строительства поселка -200 дней.
• Срок 3Д печати одного дома – принят- трое суток (ожидается - меньше).
• Стоимость одного кадратного метра при 3Д печати – от 8 500 рублей .
• Стоимость квартиры 100 м2 в таунхаусе при способе 3Д печати - 8500 руб.+34% =1 100 000 рублей.
(основываясь на информации китайской фирмы и экспертных оценках).
• Стоимость поселка при 3Д печати – 44 000 000 рублей и 60 суток. То есть, строительный робот возводит
• объект в три раза дешевле и быстрее операторов существующих технологий.
• Пусть китайцы перепутали стоимость с себестоимостью, все равно разница в рубле и сутках серьезная.
Правда, у китайцев применяется измельченный строительный мусор в качестве наполнителя.
15. Экономическая выгода
• Все опрошенные специалисты называют разницу в стоимости квадратного метра, при условии
отработанной технологии подачи и твердения рабочей смеси, как в два раза дешевле, в пользу
строительного робота.
• Так же, важным экономическим резервом снижения себестоимости является автоматизация транспортно-
складской логистики.
• Присутствуют и прочие положительно влияющие на снижение себестоимости факторы – резкое
уменьшение срока использования заемных средств, снижение вероятности «кассовых» разрывов,
уменьшение количества машино-часов используемой строительной техники и оборудования.
• Стоимость 3Д принтера типа мостового/козлового крана грузоподъемностью до 3 тонн сравнительно со
стоимостью поселка невелика и находится в пределах 3 000 000 рублей.
• Стоимость м3 рабочей смеси будет зависеть от принятой технологии применения густого или легкого
(вспененного) бетонов. По предварительным оценкам, она будет не выше существующих смесей.
• Количество потребляемого электричества - принтер потребляет не более 5-7 квт в час
• Точка безубыточности применения 3Д строительной машины принята в 10 домов площадью по 50
квадратных метров.
16. Бизнес-модель. Управленческое
решение по внедрению
• Важнейшей задачей данного исследования считается, помимо создания новейшей строительной
технологии, ее внедрение в существующий экономический уклад. Для этого предлагаются несколько
управленческих и организационных решений.
• Рассуждая укрупнено, в разрезе кластеров, требуется решить следующие задачи.
• Привлечь финансы.
• Провести необходимые технологические, архитектурные и инженерные изыскания.
• Провести необходимые ведомственные согласования и сертификационные процедуры.
• Создать условия для граждан, желающих участвовать в современном, технологичном бизнесе.
• Предлагается создать связку из двух предприятий в форме кооператива. Одно занимается научно-
внедренческой деятельностью, другое, публичное, ведет бизнес. Как вариант, для привлечения финансов
и обработки идей Научно Технического Прогресса целенаправленно в 3Д технологиях, формируется
Венчурный фонд.
• 1.Организация строительно-жилищного кооператива.
• Кооператив покупает (берет в аренду) 3Д принтер и печатает дома в формате поселка двухэтажных
коттеджей (таунхаусов).
• Месторасположение – ближнее Подмосковье.
• 2. Создание научно-внедренческого кооператива. Этот кооператив, помимо описанных в презентации
задач, специализируется на проектировании, производстве, продаже и обслуживании строительных 3Д
принтеров в России.
• 3.Параллельно организуется Венчурный фонд.
• Такое структурное построение позволит нам организовать процесс, от привлечения финансов и до сдачи
дома в эксплуатацию, в рамках существующего законодательства.
17. Бизнес-модель. Управленческое решение по
внедрению
• Строительно-Жилищный Кооператив, далее СЖК, организован в открытом публичном доступе, то есть,
членство предлагается будущим владельцам домов. Все желающие участвовать в этом бизнесе, могут
приобретать паи.
• Второй кооператив, Научно-Внедренческий Кооператив, далее НВК и Венчурный фонд – это закрытые
бизнес-структуры, с правом вступления только для инвесторов и необходимых специалистов.
• Такой формат позволит, во первых, решать все большие вопросы в узком кругу, во вторых, наличие
обычного СЖК кооператива поможет широко оповещать в средствах массовой информации, о новом
прогрессивном инженерно-социальном направлении, привлекать внимание общественных движений и
общаться с правительственными структурами.
• Так же, свободное членство в СЖК способствует активным слоям общества в индивидуальном порядке
инвестировать финансовые и иные ресурсы в новейшие разработки НТР как в бизнес-структуры.
Положительным моментом является необязательность участия в организации описанных процессов
чиновников, так как кооперативная форма объединения ресурсов известна населению, существует и
апробирована уже несколько веков
18. Процесс разработки
• Основные этапы проекта:
• Организация научно-внедренческого кооператива. Организация венчурного фонда.*
• Проектирование жилья для 3д печати.
• Проектирование смеси строительного материала для 3д печати. Методика подготовки и доставки
комплектующих для смеси, методика ее изготовления, подачи в рабочее сопло.
• Производственный инжиниринг – разработка технологии организации процесса способом строительства
3Д печати при возведении объекта по конкретному проекту.
• Разработка метода монтажа или 3Д печати элементов водоснабжения, канализации и прочей инженерии.
• Производство принтера Российской разработки или совместного производства.
• Организация производства строительного материала (рабочей смеси) для принтера.
• Расчет параметров строительного цикла.
• Написание программы управления 3д машиной (софт).
• Написание программы управления транспортно-складской логистикой (софт).
• Сертификация принтера и строительного материала.
• Обучение специалиста.
• Организация первого в мире строительно-жилищного кооператива по эксплуатации 3Д строительного
робота.**
• Приобретение земельного участка (выделение правительством при участие в программе ).
• Строительный процесс.
• Сдача жилья в эксплуатацию.
• *как вариант
• **на этом этапе можно общаться с масс-медиа, ранее нежелательно с целью избежания утечки
информации о проекте в целом.
19. Заключение
• Предлагаемое инициативной группой проекта исследование позволит:
• получить приоритетные позиции в системообразующем кластере строительной отрасли,
• значительно уменьшить себестоимость вводимого в эксплуатацию жилья,
• эксклюзивно освоить новейшие технологии в роботостроении,
• создать управленческую бизнес-модель, прибыльную и применимую в условиях современной экономики
России,
• использовать гигантский резерв кооперации, как формы народного экономического промысла.
