Во всем мире любая производственная компания стремится к автоматизации всех процессов с целью увеличения их скорости и исключения человеческого фактора. Автоматизация не обходит стороной и одну из самых консервативных отраслей – строительство.
В данном видео с помощью конкретных фактов и цифр я развею многие мифы о строительных 3D-принтерах и приглушу восторженные отзывы авторов многочисленных видео роликов, которые дают больше эмоциональную оценку со скудной и необъективной информацией без технико-экономического обоснования технологии трехмерной печати стен. Первый WOW-эффект от того, что ты раньше не видел, быстро разбивается о суровую реальность на строительной площадке.
Технология строительной 3D печати
До начала баттла кратко разберу технологию строительной 3D печати:
- Проектирование в специальной программе 3D модели стен;
- Послойное деление модели в поперечном сечении;
- Преобразование модели в цифровой код;
- Перевод кода на печатающую головку-экструдер;
- Послойная экструзия смеси на основе портландцемента марки М400-500 согласно 3D модели;
- Набор прочности стены до проектных значений.
- И как результат на заранее построенном фундаменте в проекции стен и перегородок печатается замкнутый контур, состоящий из 2х параллельных бетонных стенок толщиной по 4 см с послойным армированием. Бетонные стенки выполняют как несущую функцию, так и функцию несъемной опалубки, внутреннее пространство которой заполняется, например, пенобетоном.
В августе этого года моя компания со всем инженерным составом посетила производственную площадку группы компаний АМТ в г. Ярославль, которая производит 3D принтеры S-300, предназначенные для печати стен жилых домов.
Как потенциальный заказчик, девелопер и инженер-строитель оцениваю производственные и ресурсные возможности компании, компетенции специалистов, соотношение цены-качества 3D-принтеров как 10 из 10 баллов.
- Клиенто-ориентированность. Нас прекрасно встретили, показали производственную площадку, 3D-принтеры, продемонстрировали 2 построенных жилых дома. Руководитель группы компаний безусловный эксперт своего дела. По всем вопросам по телефону или по почте мы всегда получали развернутые ответы.
-
Рыночная цена. Стоимость основных моделей 3D-принтеров для строительства стен в ИЖС приятно удивила. Это абсолютно адекватная рыночная цена, которую может осилить любая строительная или девелоперская компания. В линейке для ИЖС представлены 3 основные модели:
- S300: размеры рабочего поля 11х11х4м, 8 460 000р (без НДС)
- S300-1: размеры рабочего поля 11х11х7м, 8 870 000р (без НДС)
- S300-3: размеры рабочего поля 17х11х7м, 8 920 000р (без НДС)
Где размеры рабочего поля – это максимальные габариты строящегося здания.
Помимо самого 3D-принтера, в базовую комплектацию входит:
- Станция приготовления и подачи бетона.
- Мойка высокого давления.
- Компьютер управления с лицензионным ПО.
Компания производит подготовку операторов в своем учебном центре с последующей техподдержкой.
- Надежность. 3D-принтеры S-300 с ресурсом работы около 30 000 часов, ремонтопригодные, простые в управлении и обслуживании. И, что немаловажно, все детали и софт российского производства без зависимости от импорта. Все перечисленные модели - это не прототипы, а серийное оборудование, которое прошло инжиниринг со всеми необходимыми испытаниями. На сегодняшний день более 240 3D-принтеров эффективно эксплуатируются не только в России, но и в других странах мира.
- Легкость составных конструкций. Основная конструкция 3D принтера – это фермы из прочного и легкого алюминиево-магниевого сплава, благодаря которому каждый элемент весит до 100кг, что позволяет разгрузить, собрать и разобрать всю конструкцию вручную силами 2х рабочих без привлечения крана и иных подъемных приспособлений.
- Идеальная конструкционная плоскость стен. Точность позиционирования 3D принтера 2мм.
- Автоматизация строительства стен. Это то главное свойство 3D принтера, ради которого мы решили досконально изучить данную технологию. Модельный ряд S300 позволяет печатать наши основные типовые проекты серии FH до 150м². Поэтому использование строительной трехмерной печати стен могло быть актуальным при массовой застройке коттеджных поселков по нашим проектам.
Баттл между газобетонной кладкой и 3D печатью стен
А теперь переходим непосредственно к баттлу между газобетонной кладкой и 3D печатью стен.
Стоимость материалов на 1м² стены
Газобетон = 2 200 р/м² (с учетом клея, из расчета стоимости газобетона 4 500 р/м³ - розн. цена на сайте Bonolit на 10.11.2022г)
3D-стена = 2 400 р/м² (2 бетонные стенки по 4см из расчета стоимости готовой сухой смеси = 22 000 р/м³ + пространство для пенобетона 320мм из расчета 500 кг/м³ или 2 000 р/м³).
Для сравнительных расчетов условно возьмем одноэтажный дом с внешними размерами 10х10м, высотой стен 3м. Получаем периметр 40мп и соответственно площадь 120м².
Газобетон = 2 200 р/м² х 120 = 264 000р
3D-стена = 2 400 р/м² х 120 = 288 000р
Разница = 24 000р в пользу газобетона. Разница будет значительно увеличиваться при добавлении объема внутренних стен и перегородок.
При этом мы рассчитали, что для того, чтобы 3D-принтер окупился за 10 лет, необходимо в смету каждого объекта закладывать сумму в размере не менее 40 000руб. Из расчета 6 месяцев строительного сезона в год и печати стен в среднем 4х объектов в месяц. Итого, для такой компенсации необходимо строить 24 объекта в год, без учета амортизации и ремонта оборудования, без простоев работы.
Армирование 3D-стен производится более часто. Примерно каждые 30см – это 10 периметров или 400мп. Газобетонная кладка армируется 1, 5 и 9 ряды в 2 линии – это 6 периметров или 240мп. При этом, армирование 3D стены производится стеклопластиковыми сетками или арматурой, которая стоит дороже стальной, используемой для газобетонной стены. Кроме того, 3D-стены в основании нужно дополнительно анкерить, а перемычки и армопояс выполняются по одинаковой технологии.
Важно знать, что доля материалов для стен в процентном соотношении составляет в среднем 20-25% от стоимости материалов коробки. А коробка – это примерно 30% от стоимости дома под ключ в сегменте эконом. Фундамент, крыша, перекрытия, окна, отделка, инженерия – это все стоит одинаково, что для одной, что для другой технологии.
Работы мы считаем условно равными, т.к. для кладки стен требуется в среднем 4 человека: 2 мастера-кладчика и 1-2 подсобный рабочих. Для обслуживания 3D принтера – также 4 человека: 1 оператор по управлению принтера, 1 оператор на станции по приготовлению бетона, 2 подсобных рабочих для разгрузочно-погрузочных работ и для сборки-разборки принтера. В строительстве стен по обеим технологиям одинаково участвуют и проектировщики, и технический надзор.
Т.о. можно констатировать, что стоимость строительства стен по технологии 3D-печати дороже, чем кладка стен из газобетона.
Внешний вид черновой стены
Т.к. основной сегмент строительства в ИЖС, где на сегодняшний день может рассматриваться технология трехмерной печати стен – это эконом, где одним из главных критериев выбора технологии является цена, то маркетологи, чтобы продемонстрировать хотя бы какую-то экономическую выгоду предлагают оставить стены без отделки снаружи и изнутри, приводя сомнительные аргументы – это будет необычно, интересно, футуристически. Видимо, это направленно для совершенно эстетически толстокожих заказчиков и которым все равно, как будет выглядеть фасад и интерьер дома. Наивно полагать, что подобная слоистая фактура стен с закругленными внешними углами может понравится кому-либо. Это эстетически непривлекательно, не презентабельно. Такие дома без отделки будут хорошо смотреться разве что в африканских поселениях с округлыми жилищами рондавелями, либо в качестве неплохой декорации для деревни на планете Татуин из «Звездных войн».
С таким же успехом можно оставить газобетонную стену без отделки – она уже белая. Достаточно покрыть гидрофобизирующими составами. Так иногда делают при строительстве промышленно-складских строений, где нет важности во внешнем виде. При чем многие компании и даже бригады научились вести тонкошовную кладку, при которой черновая стена выглядит намного эстетичнее, чем многие фасады, отделанные дешевыми материалами.
Весь этот футуризм с закругленными углами превратится в колхоз, когда на закругленных поверхностях рабочие вам станут лепить штукатурку, монтировать прямые погонажные изделия, вырезать округлости в прямоугольных листовых материалах или пытаться разместить стандартную корпусную мебель.
Конструктивные узлы
Проработанных конструктивных узлов на стыках с другими материалами и конструкциями нет. Здесь у маркетологов ответ простой – вы же строители, вот и занимайтесь разработкой и адаптацией технологии к реальным условиям. Оно мне надо – заниматься этим и еще бесплатно! Мне, как архитектору и строителю нужна прикладная технология, готовая к применению на строительной площадке.
Перечислю основные вопросы, на которые нет готовых решений:
- Как надежно анкерить напечатанные бетонные стенки к существующему основанию фундамента, чтобы потом они не всплыли при заливке пенобетона внутрь стенок?
- Как исключить «мостики холода» в местах формирования оконных и дверных проемов, где внутренний и внешний контуры напечатанных стенок соединяются?
- Где узлы сопряжения 3D-стены c фундаментами, монолитными перемычками, различными типами перекрытий, монолитными армопоясами, стропильной системой, окнами и фасадными системами?
Для сравнения компании-производители газобетона для своей технологии рассчитали все возможные узлы и разработали подробный альбом конструктивных решений для строителей. Также делает корпорация Технониколь, которая разрабатывает «пироги» и строительные конструкции абсолютно для всех своих материалов, и многие другие производители.
Автоматизация и человеческий фактор
Как я раньше уже сказал, автоматизация строительства стен – это самое главное свойство 3D принтера, ради которого я решил изучить технологию трехмерной печати с целью серийной реализации своих типовых проектов. 3D-принтер может быть актуален для бизнеса, который строит по госзаказам социальное типовое жилье или реализует коттеджные поселки с портфелем заказом типовых проектов от 50 домов в год. Для малого строительного бизнеса, у которого нет такого количества заказов, работа по технологии 3D печати – это более высокие риски, чем строительство домов из газобетона, т.к. всю возможную прибыль уничтожат издержки производства и рекламации, вплоть до убытков.
Дело в том, что даже полностью автоматизированные предприятия немецких автоконцернов отмечают в среднем 20-27% рекламаций за первые два года эксплуатации автомобиля. Что уж говорить о производстве на строительной площадке в полевых условиях, где добавляется существенный фактор погодных условий: высокие и низкие температуры воздуха, осадки, влажность, ветер, пыль, что увеличивает процент возможных рекламаций.
Кроме того, человеческий фактор технология 3D печати стен не исключает, т.к. в бригаде есть 2 оператора. Строительный 3D-принтер - это сложное ЧПУ оборудование. Операторам нужно знать программное обеспечение, правильно создавать под него файлы, знать и уметь вносить корректировки, армировать стенки в процессе печати, управлять станцией приготовления бетона, мониторить погодные условия, знать, когда делать технологические паузы и своевременно промывать бетоноподающие элементы оборудования.
Если будет допущена программная или операторская ошибка – это уже не исправить дешево. Для сравнения при порядной кладке газобетона любой косяк, выявленный во время регулярного технического надзора, исправляется малой кровью без какого-либо финансового и материального ущерба. Если будет допущена ошибка при печати, то скорее всего нужно будет смириться с результатом, т.к. исправлять ее будет экономически нецелесообразно. Это не пластиковая игрушка, напечатанная на 3D принтере, которую можно экструдировать и вторично переработать. Все, что печатается строительным 3D принтером неправильно: либо компромиссно принимается, либо полностью демонтируется в отходы.
Мне как потенциальному инвестору, руководителю строительной компании даже страшно представить – а что если? Если оператор плохо промыл оборудование, допустил ошибку во время печати, заболел, уволился, мобилизовали… Все… стройка встала! Вся экономика разбивается вдребезги! Второго оператора нужно найти, трудоустроить, отправить на обучение, мериться с многочисленными первыми косяками при печати. Это несколько месяцев кошмарного сна и нервных рабочих дней. Или взять в штат и обучить сразу двоих операторов? У любого здравомыслящего руководителя строительной компании возникает в таких случаях резонный вопрос: «Зачем мне весь этот геморрой?»
Скорость строительства
Заявленная скорость печати стенок от 10 до 20 м²/час. Наш условный дом 10х10м с площадью стен 120м² – это чуть более 240м² стенок. В среднем со скоростью 15м²/час этот объем можно напечатать за две 8-часовые рабочие смены. На первый взгляд цифры впечатляют. А теперь перечислю многочисленные «но»:
- Сильная зависимость 3D печати от погодных условий. Нельзя печатать в жару, в любой дождь, при ветре более 8м/с, при минусовых температурах. Для сравнения газобетонная кладка ведется при температурах от -10 до +30, при любом ветре, кроме ураганного, при мелком дожде, и останавливается только, если начался ливень. По возможному простою добавим к 3D-печати + ½ дня.
- Зависимость от стабильного электричества. Стройка, особенно в новых коттеджных поселках – это периодическое отключение света, падение напряжения, когда работа 3D принтера становится невозможной. Для сравнения кладка газобетона ведется, даже если нет света. Замес клея может выполняться ручным электроинструментом на аккумуляторе. По возможному простою добавим к 3D-печати + ½ дня.
- К скорости печати нужно добавить время на послойную заливку 3D стены пенобетоном – это еще примерно 2 смены.
- Нужно заанкерить будущие 3D стенки. Для этих работ добавим + ½ дня.
- Монтаж оконных и дверных перемычек, армопояса – эта работа одинаковая как для газобетона, так и для 3D стен.
- Разгрузить конструкции 3D принтера, мешки с сухой смесью, подготовить монтажные основания, собрать в рабочее положение – это 4-6 часов. Печать все равно будет начинаться с полной смены на следующий день – т.е. это еще + 1 день.
- Промыть, разобрать, погрузить 3D принтер – около 3-4 часов - это ½ дня.
Т.о. суммарно мы получаем, что построить 3D-стену 120м² без учета монтажа перемычек и армопояса, в реальности получится за 7 дней.
Для сравнения бригада кладчиков в нашей компании стену площадью 120м² без учета монтажа перемычек и армопояса выполняет за 4 дня с учетом неблагоприятных погодных условий и возможных простоев. К этому можно добавить 1 день на приемку и разгрузку всех необходимых строительных материалов, а также 1 день простоя из-за каких-либо форс-мажорных обстоятельств. Итого, максимум 6 дней на возведение стен.
Получается, что маркетологи и здесь лукавят, рассуждая о преимуществах в скорости, которой по факту в технологии трехмерной строительной печати нет.
Есть еще несколько сомнительных плюсов, которые притянуты ими за уши:
- Безотходное производство. Скорее малоотходное, т.к. есть большое количество мешков от сухих строительных смесей, поддоны, пустые канистры, укрывочные пленки, использованные отрезные диски, перчатки, бытовые отходы и многое другое. И даже если бы это так и было, то в рамках целой стройки – это не являлось бы каким-либо даже малозначительным преимуществом.
- Бесшумная печать. Скорее малошумная, а кладка стен из газобетона – это действительно бесшумный процесс. И в рамках всей стройки это также не является преимуществом.
Строительные технологии в будущем
Несомненно, будущее стройки за роботами и 3D-принтерами, но пока что не в обозримой перспективе, тем более в условиях настоящего глобального мирового кризиса, который только начинается.
Это будущее с переходом на автоматизацию строительства может наступить быстрее, если:
- производители газобетона будут также наглеть, как в 2021 году, когда стоимость газобетона пробивала отметку в 12 000р/м³.
- будут длительные проблемы с квалифицированными мастерами кладчиками, как это было из-за ограничительных мер во время пандемии covid-19.
- появятся новые экологичные и недорогие композитные материалы, которые будут конкурировать со смесями на основе портландцемента. Мое мнение, что в таком случае для эконом-сегмента актуальным будет печать модульных домов полного цикла с полами, стенами, плоскими или односкатными крышами, с отделкой, остеклением и инженерией под ключ, которые будут изготавливаться на закрытом производстве, доставляться и устанавливаться на облегченных предустановленных фундаментах. Тогда да - это можно будет делать дешево и быстро.
А пока в нашем мире царит единственный философский камень – это бетон и его производные, а также керамика, в которых правильно работают все физические процессы, создавая здоровый микроклимат для человека. А вот все композитное – это уже не про здоровье и экологию.
Баттл закончился и пояс чемпиона остается за консервативной газобетонной технологией кладки стен.
