При современном состоянии развития строительной индустрии наиболее востребованными являются инновационные решения. О перспективности работ по новым строительным материалам говорит та ситуация, при которой почти четверть патентов приходится именно на эту область. Подтверждением тому также являются изменения в сегментации рынков строительных материалов, что также связано с повышением покупательной способности домохозяйств и непрерывным наращиванием объемов жилого и промышленного строительства. Постоянно прогрессирующая потребность в современной отделке в строительстве требует от строителей применения инновационных решений и технологий при проведении работ. На сегодняшний день выделяется несколько приоритетных направлений развития строительной отрасли:
– производство строительных материалов;
– развитие дренажных систем и связанных с ними технологий строительного производства;
– 3D технологии в строительстве;
– в сфере высотного строительства;
– технологии «умных» стекол;
– в сфере развития технического состояния в строительстве;
– в сфере повышения экологической безопасности в строительстве;
– теплоизоляция помещений.
Безусловно, данный список можно расширить, так как инновационные технологии охватывают все стадии и этапы строительства. На практике каждый строительный объект отличается от предыдущего использованием в нём более новых материалов, так как инновационное развитие строительной отрасли является процессом постоянным и непрекращающимся.
Цель исследования: проведение анализа современных технических и технологических решений в строительстве, позволяющего выявить перспективные направления развития строительной отрасли и определить точки роста.
Материалы и методы исследования
Материалом для статьи послужили результаты анализа состояния строительного комплекса, как значимой части в структуре экономики страны, а также путей его развития, выполненного авторами. В качестве основных методов исследования использованы критериальный и сравнительный анализы, метод обобщения.
Результаты исследования и их обсуждение
Основными задачами, решение которых обеспечивает рост доли инновационных решений в строительстве, являются повышение теплоизоляционных свойств материалов, их прочностных характеристик с сохранением или даже уменьшением удельной массы, использование экологически чистых материалов, а также улучшение эргономики.
В современном жилищном, промышленном и гидротехническом строительстве наиболее распространённым материалом является бетон, так как он обладает большой эластичностью и множеством свойств, которые подлежать регуляции за счёт использования различных пластификаторов и добавок. Использование этого материала получило широкое распространение за счёт возможности использования вариаций технологий его укладки, что позволяет использовать его при реализации новых инновационных технологических строительных процессов.
Немногие обладают представлениями о том, какими свойствами должен и может обладать бетон. Как и любой другой материал, бетон имеет свои преимущества и недостатки.
На сегодняшний день применяют технологии, использование которых позволяет добиваться получения равенства рабочих и эстетических характеристик между современными бетонами и керамической плиткой и даже натуральным камнем. Впоследствии применение таких бетоном приводит к увеличению срока службы изделий и снижению затрат на строительство.
В последнее десятилетие получили развитие технологии обработки бетонных поверхностей, к которым можно отнести алмазную, гидроструйную, канатную и лазерную резки и шлифовку, а также с пропитыванием бетона специальными составами. Данная процедура обеспечивает за счёт изменения структуры поверхности бетона улучшение потребительских качеств, таких как стойкость к истиранию и твёрдость.
Сегодня, благодаря добавлению новых компонентов в строительные материалы, можно создавать теплые и уникальные дома, не требующие больших вложений в энергоносители [1].
Каждый день реализуются проекты по развитию строительной техники. В этом направлении основной целью является обеспечение точности выполнения работ, уменьшение шумовых показателей при проведении строительных работ, повышением экологических показателей, что в свою очередь должно отразиться на снижении себестоимости работ.
Применение альтернативной энергии при организации отопления помещений также можно отнести к современным технологическим решениям. Источниками для получения альтернативой энергии для дома могут служить воздух, вода, солнце и даже земля. Использование экологически безопасных и возобновляемых природных ресурсов стало уже жизненной необходимостью. К наиболее распространенным устройствам для извлечения тепловой или электрической энергии из окружающей среды можно отнести:
– солнечные батареи;
– солнечные коллекторы;
– ветрогенераторы;
– тепловые насосы;
– генераторы биогаза.
В настоящее время большое внимание уделяется технологиям, позволяющим повысить энергетическую эффективность ограждающих конструкций. Разрабатываются и внедряются в производство строительные теплоизоляционные материалы среди которых можно выделить следующие:
1. Плиты из пенополистирола. Использование строительного теплоизоляционного материала данного типа позволяет снизить трудозатраты на возведение стен здания, приводящие к сокращению сроков строительства, а также к снижению затрат на весь жизненный цикл объекта недвижимости за счёт повышения эффективности теплоизоляционных свойств ограждающих конструкций.
2. Органическая теплоизоляция. Основным составляющим органической теплоизоляции являются натуральные и экологически чистые материалы, к которым относятся переработанная древесина, отходы деревообработки, неавтоклавный пенобетон, торфяные плиты и т.д.
3. Теплоизоляционные материалы. Основными составляющими таких материалов являются материалы неорганического происхождения. К ним относятся пеностекло, некоторые лёгкие бетоны с заполнителем (вермикулит, перлит), а также стеклянная и минеральная вата и др.
В зависимости от типа здания порядка 15 % тепловой энергии теряется через окна и двери. Для снижения тепловых потерь необходимо производить установку качественных стеклопакетов и дверей, которые обеспечат защиту от потерь тепла в холодное время года (рис. 1) [2].
Рис. 1. Основные теплопотери индивидуального жилого дома
Применение 3D технологии в строительстве. Трехмерное моделирование на протяжении последних трёх десятилетий применяется при подготовке проектной и технической документации и разработке дизайн проектов интерьеров, позволяющее визуализировать проектные решения. Развитием данной области является внедрение BIM технологий, внедрение в проектирование которых позволит снизить себестоимость продукции строительного производства и существенно сократить срок ввода объекта.
На сегодняшний день получает широкое распространение непосредственно 3D-материал. Оборудование для 3D печати сделало прорыв в области технологии строительного производства, позволяя объединить в себе преимущества экструзии и метода многоструйного моделирования. Специальные панели являются связующими звеньями между монолитным и каркасно-панельным домостроением, позволили освоить ранее не применяемые технологии. При помощи таких 3D панелей можно изготавливать заводские элементы с использованием пенополистирола, позволяющие возводить строения с практически любой формой (рис. 2).
Рис. 2. Строение, смоделированное при помощи 3D технологий
Их конструкции подобны обычным плитам, однако они заключены в оплетку из двух арматурных сеток, идущих параллельно. В самих панелях они связываются за счет диагональных стержней из нержавеющей или оцинкованной проволоки. Фиксируются стержни под углом, что приводит к созданию пространственной полости между пенополистирольной основой вместе с армирующими сетками. В готовом варианте вся конструкция покрывается бетоном и представляет собой единый монолитный элемент [3].
И одним из ключевых направлений технологических решений в строительстве является улучшение технологий создания строительных конструкций, что приведёт к улучшению характеристик фундаментов, повышению качества скрепления секций панельных зданий и сооружений, повышению качества монтажа электро и санитарно-технического оборудования [4].
В последние годы широкое распространение получили:
– методы укрупнительной сборки конструкций на конвейерных линиях; подъем этажей и перекрытий;
– поворот полностью собранных мачт, башен, технологических аппаратов;
– подращивание каркасов инженерных сооружений и надвижки отдельных частей или целого здания.
Развиваются способы пневмоподъема конструкций, применения при монтаже разных летательных агрегатов и других монтажных средств. Получает всё большее распространение бескрановый монтаж, в основе которого лежит использование домкратных подъемников различной конструкции. Создаются высокомобильные мощные и грузоподъемные стреловые и башенные краны.
Повышается применение современных технических решений, к которым относится радиопрограммное управление кранами, позволяющее повысить скорость и точность проводимых работ. В то же время в кабине крана устанавливают телевизор и радиоприёмное оборудование, передаточное устройство которого направлено на проектные отметки монтируемой конструкции [5].
Описанные технологии позволяют снизить трудоемкость монтажа строительных конструкций, что приводит к сокращению его продолжительности, а также снижению себестоимости.
Инновации в строительстве это не только применение новых строительных материалов. Это и прежде всего современные технологические решения, позволяющие повысить потребительские качества строительной продукции, экологичность и понизить себестоимость [6].
К таким современным технологическим решениям, позволяющим с использованием традиционных материалов добиться заметного увеличения конструктивной прочности здания относится технология возведения дома из вертикально установленного бруса.
Суть этой новинки в технологии домостроения заключается в том, что стена представляет собой щит из небольших брусьев, собранных по принципу пазла, как правило, тонкомера, что позволяет использовать низкокачественное сырьё, которое ранее шло на производство целлюлозы или в отходы. Брус, из которого состоит стена, имеет сложный рисунок поперечного сечения в виде креста, что позволяет собирать стену заданной толщины и формы (рис. 3).
Представленная технология обладает множеством достоинств, к которым можно отнести:
– легкость и точность возведения объекта. Дом собирается по принципу конструктора из элементов, которые были изготовлены на заводе, с минимальным использованием строительной техники, что уменьшает сложность и затраты на возведение;
Рис. 3. Поперечное сечение элемента стены, выполненного по технологии возведения дома из вертикально установленного бруса
– возведённый по данной технологии дом имеет ровные стены и благодаря возможности придавать им различные формы у заказчиков и дизайнеров появляется возможность для реализации своих планов;
– дом обладает повышенной энергоэффективностью за счёт свойств древесины, поэтому дополнительная теплоизоляция и ветрозащита не требуется, а сам дом может выдержать большую снеговую нагрузку за счёт конструктивной прочности;
– благодаря использованию технологии соединения элементов стены паз/гребень и дополнительному креплению нагелем, что позволяет компенсировать коробление, у дома отсутствует усадка стен;
– по окончании возведения дома стены не нуждаются в проведении отделочных работ, сам дом готов к заселению, что избавляет будущих владельцев от дополнительных трат.
У технологии возведения дома из вертикально установленного бруса есть ряд недостатков, не позволяющих получить широкое распространение в строительстве:
– лёгкость возведения домов такого типа возможно достичь лишь при применении высокоточного токарно-фрезерное оборудования для производства бруса;
– для возведения дома придётся нанимать квалифицированную бригаду, обученную возведению подобных конструкций;
– дом состоит из деталей, которые были спроектированы с использованием компьютерного моделирования, и расхождение с проектом может привести к накоплению погрешностей, которые приведут к невозможности соединения элементов между собой.
Выводы
На сегодняшний день можно сказать, в отличие от современных материалов современные технологии развиваются эволюционным путем. Повышаются эксплуатационные качества, первостепенное значение приобретает снижение энергопотребления, как основного фактора уменьшения стоимости объекта. При этом в любом определенном случае преимущество может отдаваться как принципиально новым, так и прежде используемым материалам.
Следует отметить наличие взаимосвязи между развитием технических, технологических, проектных решений и производством строительных материалов для инновационного развития строительной отрасли.
Главной тенденцией формирования современного жилищного строительства стало снижение затрат и себестоимости не только строительства, но всей стоимости жизненного цикла объекта недвижимости. Эти тенденции определяют перспективность современных технологий и материалов.
Необходимо выделить, что большинство строительных материалов является ранее использованным, но получившие новые свойства и эксплуатационные характеристики за счёт инновациям в области обработки и технологий производства. Примером тому может стать развитие 3D технологий в строительстве.