Наука о слоях

Современная строительная наука стоит на пороге принципиального перехода — от традиционных технологий к аддитивным. Согласно оценкам экспертов, к 2036 году до 10% жилья в России может возводиться с применением 3D-печати. Однако за этим прогнозом стоит комплекс фундаментальных и прикладных научных задач, требующих решения.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

О том, какие научные барьеры предстоит преодолеть строительной науке для массового внедрения 3D-печати, «Ъ-Наука» беседует с директором Научно-исследовательского института строительных материалов и технологий НИУ МГСУ Алексеем Адамцевичем.

— Чем состав «чернил» для 3D-печати принципиально отличается от обычного бетона и насколько он экологичен?

— Состав для 3D-печати — это не обычный товарный бетон. Технически материалы для аддитивного строительного производства представляют собой, как правило, мелкозернистые модифицированные сухие строительные смеси. Ключевое отличие от традиционного бетона — реология, то есть поведение материала в жидком и твердеющем состоянии. «Чернила» должны обладать тиксотропностью: быть достаточно текучими для прокачивания и экструдирования, но сразу после укладки формировать устойчивый слой, способный выдержать вес последующих слоев. Это достигается за счет специальных модифицирующих добавок и тонкого подбора гранулометрии наполнителей. Что касается экологичности, то по составу материал сопоставим с традиционными бетонами. Однако основной выигрыш заключается не в материале, а в процессе: технология обеспечивает снижение отходов и позволяет оптимизировать конструкции, сокращая их материалоемкость.

— Позволяет ли технология создавать лишь типовые «коробки» или она откроет эру новой, невозможной ранее архитектуры?

— 3D-печать ломает многие архитектурные ограничения традиционных методов. Технология позволяет «бесплатно» и без увеличения трудоемкости воплощать сложнейшие проекты: криволинейные формы, органичную архитектуру и элементы, которые раньше были нерентабельны. Таким образом, аддитивные технологии развиваются по двум параллельным векторам: с одной стороны, это быстрый и бюджетный формат для массового строительства, с другой — инструмент для воплощения ранее невозможной, смелой архитектуры.

— Что сегодня является главным препятствием для массового внедрения — стоимость технологии, отсутствие стандартов или консерватизм рынка?

— Все перечисленные факторы взаимосвязаны, но ключевым барьером является финансово-управленческий разрыв между пилотными проектами и массовым строительством. На стадиях TRL 6–7, где находится Россия, проекты уже требуют инфраструктуры большой стройки (логистика, охрана труда, проектная документация), но еще не достигли экономики масштаба. Это высокие риски для инвестора. Отсутствие унифицированных стандартов и консерватизм рынка усугубляют ситуацию, делая технологию «экзотикой» для банков и страховщиков.

— Как инженеры доказывают, что стена, напечатанная слоями, не менее надежна, чем монолитная, и кто будет нести за это ответственность?

— Вопрос надежности любых строительных конструкций является очень важным, поскольку он напрямую влияет на безопасность и здоровье людей. Именно поэтому комплексные исследования механической прочности и долговечности напечатанных конструкций ведутся в НИУ МГСУ в рамках стратегического технологического проекта по развитию аддитивных технологий, реализуемого по программе «Приоритет 2030». Лабораторные исследования направлены как раз на то, чтобы определить критические условия (параметры печати, состав смеси, климатические факторы), при соблюдении которых обеспечивается необходимая адгезия между слоями и достигается расчетная монолитность конструкции, сопоставимая с литым бетоном. Выявление этих условий является основой для формирования будущих стандартизированных требований к процессам печати и контролю качества.

Как и в традиционном строительстве, ответственность будет распределяться по всей цепочке: от производителя материала и разработчика технологии до проектной организации и генподрядчика. Ключевым шагом для массового внедрения является интеграция утвержденных методик расчета и контроля напечатанных конструкций в действующие строительные нормативно-технические документы в строительстве, что и составляет одну из главных задач текущей программы стандартизации.

— В каком сегменте строительства — массовое ИЖС, уникальные объекты или строительство в экстремальных условиях — 3D-печать окупится в первую очередь?

— Безусловно, первым и наиболее естественным полигоном для масштабирования является сектор индивидуального жилищного строительства (ИЖС). Здесь сочетаются высокий спрос, относительная простота логистики, возможность печати «в поле» и меньшие регуляторные барьеры. Именно в ИЖС технология быстрее всего достигает конкурентоспособности с традиционными технологиями. При этом важно отметить, что в современных проектах 3D-печать в ИЖС редко используется изолированно. Она эффективно комбинируется с традиционными методами — например, печатаются стены, а перекрытия и кровля монтируются классическим способом. Такой гибридный подход позволяет извлечь максимальную пользу из всех доступных технологий и достичь наилучшего экономического эффекта.

Применение строительной 3D-печати для возведения объектов в экстремальных условиях (в Арктике, в зонах стихийных бедствий или даже в космосе) является отдельным перспективным направлением развития. Ключевым критерием здесь часто выступает не столько экономическая окупаемость, сколько сама возможность строительства с минимальным участием человека или совсем без него. Однако достижение технологической автономности пока находится на более низком уровне готовности (TRL). Решение этой сложной задачи требует более высоких затрат на НИОКР и потому выйдет на окупаемость в более отдаленной перспективе.

— Исчезнет ли профессия каменщика и какие новые специальности (например, оператор строительного принтера) появятся на стройплощадке?

— Профессия каменщика не исчезнет, но трансформируется. 3D-печать не «убирает людей», а меняет профиль компетенций. Вместо ручной кладки потребуются специалисты более высокой квалификации: операторы строительных принтеров, технологи строительных смесей, инженеры по контролю качества печати, специалисты по генеративному дизайну и 3D-моделированию.

— Что сложнее всего урегулировать в нормативной базе: получение разрешения на строительство или ипотеку для таких домов?

— Пожалуй, сложнее урегулировать сметно-нормативную базу. Банки и страховые компании оперируют понятными, десятилетиями отработанными моделями оценки рисков и стоимости. Чтобы ипотека для напечатанных домов стала рутиной, необходимо включить операции 3D-печати в государственные ресурсные сметные нормы, разработать типовые методики расчета стоимости. После этого и разрешительные процедуры, и вопросы финансирования решатся значительно проще.

— Нужны ли для прорыва технологии специальные «пилотные зоны» и меры господдержки, как это было с возобновляемой энергетикой?

— Да, абсолютно необходимы. При этом важно понимать, что речь идет не просто об очередной строительной технологии, а о формировании технологического суверенитета строительной отрасли в условиях перехода к индустрии 4.0. Развитие отечественной аддитивной технологии — это важная государственная задача, и меры поддержки должны эволюционировать вместе с ее развитием.

Аналогия с ВИЭ очень точна. Государственная поддержка в формате пилотных зон, где можно отработать технологии и нормативы в упрощенном режиме, компенсация части капзатрат, льготное финансирование и субсидирование лизинга оборудования — это катализаторы, которые помогут преодолеть «долину смерти» между разработкой и массовым рынком.

Ключевым импульсом могло бы стать формирование гарантированного государственного заказа в рамках таких пилотных зон. Например, целевой показатель по вводу первого миллиона квадратных метров жилья с применением 3D-печати создал бы значимый объем для отработки технологии и запустил бы эффект масштаба, радикально снизив затраты. Это дало бы огромный толчок для развития всей экосистемы отечественного аддитивного строительного производства — от производителей материалов и принтеров до проектных и строительных компаний.

— В чем заключается «российский парадокс» — сильные R&D-разработки, но отставание во внедрении — и как его преодолеть?

— Парадокс в том, что Россия традиционно сильна на стадии фундаментальных исследований и создания опытных образцов (принтеров, материалов), но слаб именно промежуточный этап — коммерциализация и вывод продукта на массовый рынок. Преодоление этого разрыва требует системных мер: стимулирования спроса через госзаказ и пилотные зоны, развития венчурного финансирования в строительной отрасли и тесной кооперации науки с крупными корпорациями, способными брать на себя риски масштабирования.

— Какой самый амбициозный, но реалистичный проект в мире (например, лунная база или небоскреб) может быть реализован с помощью 3D-печати в ближайшие 20 лет?

— Если говорить о реалистичной амбициозности, то это, безусловно, строительство в экстремальных и внеземных условиях. Проект лунных и марсианских баз с использованием реголитов — не фантастика, а предмет активных международных исследований. На Земле аналогичный подход может применяться для создания инфраструктуры в Арктике, сейсмоопасных районах или на морских шельфах, где доставка традиционных материалов и рабочей силы крайне затруднена.

Мария Грибова