Принтеры зашли на стройку

Десять лет назад у 3D-печати домов был имидж «взрывной» технологии будущего. Казалось, роботизация перевернет рынок строительства. Однако хайп прошел, и сегодня ясно: революции не случилось. В ближайшие годы отрасль по-прежнему будет самым инерционным сегментом экономики.

Однако строительная печать за последнее десятилетие превратилась из экстравагантной идеи в реальную технологию. В прошлом году в России было напечатано 80 домов, причем не только жилых: среди них есть и отели, и общественные здания. Налажен массовый выпуск принтеров. Технология развивается и в мире: например, в США введен в строй первый коттеджный поселок из 100 напечатанных домов. 3D-печать зданий доказала свою применимость и сейчас встраивается в спектр строительных технологий, имея шанс стать успешным нишевым продуктом.

Роботизация стройки

В середине 1990-х годов профессор университета Южной Калифорнии Берок Хошневис предложил революционную идею — создать огромный принтер, способный печатать целые здания. В 2009 году изготовленный им на грант Университета сингулярности гигантский 3D-принтер Contour Crafting стал новым шагом в области строительства. Предполагалось, что в перспективе такое устройство удастся использовать на Луне и Марсе. Под руководством американского профессора проводились многочисленные эксперименты с материалами для печати зданий. Однако бум начался намного позже — в 2014 году.

«В 2014 году срок патента на изобретение Хоршевиса закончился, и множество компаний бросились производить принтеры и печатать дома. Возник хайп, тема стала очень модной. Например, быстро появились китайские фирмы, но они сильно упростили идею», — говорит руководитель американской компании Total Kustom Андрей Руденко. Руденко — культовая фигура в мире 3D-печати. Российский инженер в США стал одним из пионеров нового направления: в том же 2014 году он сам сделал принтер, напечатал на нем детали беседки в форме готического замка площадью три на пять метров и собрал конструкцию на своем участке. На следующий год Руденко построил под заказ апартаменты площадью 22 квадратных метра в составе отеля на Филиппинах. Эти объекты показали, что напечатанные дома могут быть очень качественными.

Что представляет собой строительный принтер и печать на нем? Романтические представления таковы: по стройплощадке ездит некое устройство типа робота-пылесоса, и дом растет прямо на глазах. Автор этих строк, впервые увидев процесс печати пару лет назад, был разочарован несоответствием претензии на революцию и реальности. Во-первых, на стройке находилось несколько рабочих, которые были постоянно заняты. Во-вторых, вовсю трудилась обычная бетономешалка, подающая бетон. Было достаточно пыльно, что никак не соответствовало образу «технологии будущего». В-третьих, сам принтер выглядел слишком «строительно», а не фешенебельно. Это было устройство портального типа: большая металлическая конструкция с тремя арками, на движущейся кран-балке размещалась печатающая головка, в которую подавался специальный бетон. Впрочем, принтеры последнего поколения, например компании RVS, намного более фотогеничны.

А вот сам процесс печати завораживал. Экструдер-сопло, куда подавался бетон, передвигался на подвижной тележке. Головка бегала достаточно быстро и по сложной траектории, накладывая один слой толщиной в несколько сантиметров на предыдущий, уже застывший.

В поиске идеального материала для зданий компании идут разными путями. Некоторые пытаются применять пенополистиролбетон — в этом случае напечатанная стена сразу становится теплой. Однако чаще используется принцип разделения функций: с помощью принтера льют два слоя, получая несъемную опалубку, в которую заливается пенобетон или закладывается другой материал с утеплителем. Печать на основе специального быстрозастывающего бетона — наиболее популярное сегодня направление 3D-строительства.

Предпринимаются также попытки использовать в качестве материала полимеры. Например, принтер компании D-Shape работает по экзотической технологии: он печатает наслоением порошкового материала, на который потом накладывается связующий раствор. Кроме того, в процессе развития технологии появились еще две разновидности: полевые принтеры, устанавливаемые непосредственно на стройплощадке, и заводские — в этом случае в котловане идет сборка уже готовых деталей.

Зачем нужна печать здания

Имидж «технологии будущего» сложился во многом справедливо: 3D-печать стала успешной попыткой роботизировать антиинновационную в принципе стройку. Интерес к этому методу обусловлен несколькими его потенциальными преимуществами.

Во-первых, роботизация, которая позволяет радикально снизить число рабочих на стройке: для сооружения одноэтажного здания достаточно трех, а иногда и двух человек. Экономия на трудовых ресурсах — одна из причин того, что технология активно развивается, например, на Ближнем Востоке. В ОАЭ даже существует государственная программа: к 2030 году четверть новых коттеджей должна возводиться с помощью 3D-печати. В условиях текущего дефицита рабочих рук этот фактор становится крайне важным и для России.

Во-вторых, экологичность. В потенциале 3D-печать — это чистая, тихая, можно даже сказать, интеллигентная стройка. На площадку, где есть вода и электричество, привозят только принтер и необходимый запас смеси. Не остается отходов, резко снижаются логистические издержки.

В-третьих, скорость. «Дом площадью 100 квадратных метров бригада из трех человек строит за 100 часов», — отмечает генеральный директор компании «СмартБилдСервис» Михаил Шиленков, ссылаясь на реализованные проекты. Однако генеральный директор компании 3d4art Роман Павленко призывает смотреть на сроки более реалистично: «Есть много заявлений типа “напечатали дом за 20 часов”, “за 50 часов”, но это лукавство. В таких расчетах не учтено время простоя оборудования и время подготовки участка и принтера». Павленко — опытный 3D-строитель: в прошлом году именно он напечатал одно из самых больших зданий в мире — общественный центр «Мелля» в Татарстане.

Доказано, что печать стен может быть очень быстрой. Но этот потенциал раскрывается только при сочетании нескольких факторов. Например, опыта бригады строителей, высокого качества строительной смеси, хороших погодных условий. К тому же напечатать можно только внешнюю оболочку здания — стены и иногда крышу. Но потом нужно сделать еще массу всего, от разводки инженерии до отделки. Строители постоянно придумывают, как еще сократить время работ, — например, закладывают коммуникации в стену уже на этапе печати или отказываются от отделки, оставляя вошедшие в моду рифленые фасады. Но в целом сроки сдачи дома в эксплуатацию зависят не только от печати стен.

В-четвертых, низкая (в потенциале) стоимость. Пока данных по экономике стройки напечатанных домов немного. И мнения у экспертов противоположные. «У нас себестоимость стены толщиной 400 миллиметров с утеплением получается в районе 6000 рублей за квадратный метр. Я не знаю традиционных технологий, которые позволяют строить так дешево», — говорит Михаил Шиленков. С другой стороны, на недавней конференции по печати зданий в МГСУ ряд спикеров прямо заявили, что затраты на 3D-строительство сейчас достаточно высоки и технологии еще только предстоит выйти на показатель в 70–75 тыс. рублей за квадратный метр, чтобы сравняться с традиционными методами.

Себестоимость — крайне важный момент. «В США критерий для зданий по новой технологии один: они должны быть сопоставимы по цене с каркасными домами», — объясняет Андрей Руденко. А цена стройки часто обратно пропорциональна объемам. Впрочем, в ближайшие пару лет экономика 3D-строительства будет проверена уже не на пилотных зданиях, а в массовом сегменте. В частности, в России проектируется ряд поселков с напечатанными домами.

Рынок испорчен мифом, что печатать здания очень дешево. Это не так. Стены занимают не более 10–15 процентов от общей стоимости работ. Все остальное: окна, крыша, отделка, “инженерка” — в принципе такие же, как в любом другом доме. Да, можно сэкономить на сокращении фонда зарплаты и сроках строительства, на отказе от отделки стен. Но в целом радикального снижения стоимости вряд ли стоит ожидать, — говорит один из строителей 3D-домов. — Скорее, правильнее говорить, что эта технология позволяет возводить дома любого дизайна по разумной цене. Типовые коробки дешевле делать из тех же пеноблоков».

Фактор необычной архитектуры как достоинство новой технологии в последнее время выходит на первый план. Действительно, метод снимает привычные ограничения и позволяет, например, возводить бионические, природоподобные дома. Традиционными методами такие здания тоже можно строить, но это будет дороже; печать здесь выглядит более экономически оправданной и логичной. Отказ от зданий-коробок и переход к бионической архитектуре пока выглядит как фантастика, но по мере развития технологий такое будущее вполне вероятно.

К недостаткам метода обычно относят достаточно высокую цену 3D-принтеров. В Европе стоимость устройства может доходить до 1–2 млн евро. Российские модели гораздо дешевле — порядка 10 млн рублей. Но все равно строители и заказчики должны поверить в технологию и выложить серьезную сумму. Другой минус — чувствительность к внешним условиям. Например, нельзя печатать при сильном ветре или дожде, при низкой температуре. Раньше недостатком считалась слоистая рифленая поверхность стены, которую надо штукатурить, но в последнее время неровные фасады, напротив, вошли в моду.

Русская тема

В число мировых лидеров в области 3D-строительства неожиданно вошла и Россия. В 2016 году в Ярославле был напечатан один из первых домов. Сейчас в стране есть уже десяток компаний, производящих строительные принтеры, а ярославская AMT — флагман в области их серийного выпуска: по всему миру продано уже порядка 400 штук.

Да и в Америке целый ряд известных компаний в этой области основан выходцами из нашей страны — достаточно вспомнить Total Kustom Андрея Руденко и Apis Cor Никиты Чен-юн-тая. А стартап Mighty Building Вячеслава Солоницына и Дмитрия Стародубцева за несколько раундов смог привлечь инвестиции в размере более 50 млн долларов для строительства завода по печати стеновых панелей из полимеров.

В России по 3D-технологии строятся необычные здания. В татарском селе Мальбагуш компания «Татнефть» возвела общественный центр «Мелля» — самое высокое (10 метров) здание в Европе, напечатанное на принтере, и одно из крупнейших зданий в мире по размеру — его площадь превышает 1600 квадратных метров. Кстати, выбирая технологию 3D-печати, руководство «Татнефти» стремилось в том числе стимулировать применение инноваций в строительной сфере.

Сооружение необычных домов поставил на поток и владелец экопарка «Ясно поле» Дмитрий Черепков. Первое здание было напечатано по проекту известного архитектора Тотана Кузембаева, потом появилось еще несколько. Все дома в экопарке имеют очень сложную архитектуру: они изогнуты, отличаются нестандартным силуэтом. Для зданий в туристической сфере метод 3D-печати подходит как нельзя лучше: покупать дом, построенный по новой технологии, боязно; совсем другое дело — арендовать его на несколько дней, чтобы получить новый опыт. В этом году в «Ясно поле» планируется возведение спа-центра площадью 2000 квадратных метров.

Кажется, что для развития технологии 3D-печати в России есть все предпосылки: серьезная инженерная школа, интерес к малоэтажной застройке, дефицит рабочих рук, энтузиасты направления. Однако шанс стать мировым лидером в определенной нише высокотехнологичного строительства если и будет реализован, то вопреки политике государства. В отличие от ОАЭ в нашей стране не принимается никаких мер для поддержки разработчиков и производителей: в Минстрое не слишком верят в новую технологию.

Рынок удваивается каждый год

Какова стадия развития технологии сегодня? Рынок прошел стадию научно-исследовательской работы (НИР), завершаются опытно-конструкторские разработки (ОКР) и начинается этап массового применения. «Сейчас мы в этой сфере на уровне самолетов первого поколения. Вопрос “полетит или не полетит” снят. Уже построено и успешно функционирует множество зданий. Но и от современных самолетов наш аэроплан отличается очень сильно. Необходимо идти дальше. В частности, резко увеличивать скорость печати», — говорит Андрей Руденко.

Интересно, что аддитивные технологии в целом развиваются очень быстро: совершенствуется оборудование, кардинально снижается цена продукции. Но стройка не просто медленно модернизируется — у нее и потенциал ниже. Одна из причин заключается в том, что здания — крайне сложные комплексы, содержащие несколько тысяч деталей из разных материалов с разными свойствами. Печать отдельных элементов развивает рынок, но не способна привести к революционным изменениям.

Сейчас начинается переход к массовому строительству, когда технология пройдет проверку на экономическую обоснованность. «Максимально радужная перспектива такова: на горизонте одного-двух лет мы получим возможность просто и быстро печатать дома, придуманные человеком или ИИ. На данный момент надо сначала сделать архитектурный проект, потом пригласить бригаду из шести-восьми человек, которые за год-два построят здание. А можно будет взять картинку, пропустить ее через специальный софт и сразу направить на принтер — и в кратчайшие сроки получить необычное и при этом недорогое сооружение. То есть возвести дом мечты с минимумом ограничений по дизайну», — размышляет Михаил Шиленков. Более сдержанный взгляд таков: в ближайшие пару лет в России произойдет переход от пилотных домов к массовому строительству. Уже этим летом может быть напечатано несколько поселков.

Итак, попробуем подвести итоги. Хайп вокруг направления не оправдался: революции в области строительства не произошло. Однако ее и не могло произойти: рынок стройки — один из самых консервативных секторов экономики, который крайне неохотно впускает инновации. Тем не менее сегмент 3D-печати появился и развивается: построено много зданий, в мире работает несколько десятков компаний, которые возводят такие дома. Найдены как минимум две ниши, где технология уже сейчас экономически обоснована и востребована. Это производство на заводах малых архитектурных форм, например городской уличной мебели, фонтанов, скульптур и пр. и строительство домов для туристической индустрии. На очереди — жилые коттеджи необычной формы.

Алексей Щукин, специальный корреспондент «Монокль»