Трещины на фасаде домов затягиваются самостоятельно, стекла не покрываются пылью, на смену проводам приходят диэлектрические «рисунки» на стенах — уже сегодня строительство становится все более научным и технологичным.
В каких домах мы будем жить в будущем? Как бактерии помогут строителям и реставраторам? И зачем зданиям цифровые двойники? Читайте в нашем материале.
Новая стройка века
Прошлый век в нашей стране стал одной масштабной стройкой — во времена СССР были возведены крупнейшие энергетические объекты, металлургические заводы в Новокузнецке, Курске и Липецке, открыта Байкало-Амурская магистраль, Волго-Донский, Беломорский и Балтийский каналы, сданы миллионы квадратов жилья. По словам научного руководителя НИИ строительных материалов и технологий Московского государственного строительного университета (НИИ СМиТ НИУ МГСУ) Андрея Пустовгара, в 60–70-е годы в СССР ежедневно возводился крупный промышленный объект, а к середине 80-х годов жилые дома «вырастали» в стране за две недели.
Сегодня эта строительная гонка сходит на нет — как отмечает декан факультета урбанистики и городского хозяйства Московского политехнического университета, кандидат технических наук Кирилл Лушин, отрасль переходит от количественных показателей к качественным. Однако новые рекорды продолжают ставиться. Например, самым «плодовитым» по жилищной застройке стал прошлый год — в 2023 году было построено более 110 млн кв. м жилья. Это абсолютный рекорд, который на 7,5% превышает показатели 2022 года. До этого десятилетия, по данным Росстата, максимальное число «квадратов» в нашей стране строили в пятилетку 1986–1990 годов — около 70 млн в год.
Благодаря новым технологиям возводятся высотные здания наподобие «Лахта Центра» в Санкт-Петербурге, все быстрее застраивается Москва-Сити. Рекордно быстро строятся автомагистрали — за два года была проложена магистраль Москва-Казань. Для сравнения — ЦКАД в Подмосковье строили около десяти лет, а она по протяженности в несколько раз меньше.
Развивается и научное строительство: в этом столетии уникальными стройками стали Космодром «Восточный», атомные коллайдеры в Дубне, Новосибирске и Протвино. Постоянно разрастаются университетские кампусы, научные центры. И, что не менее важно, полноценными участниками строительного процесса становятся ученые, которые создают новые материалы и придумывают уникальные технологии.
Быстрее, выше, грузоподъемнее
Современное строительство «впитывает» открытия из самых разных областей — практически все новые технологии находят применение в этой отрасли.
«Например, когда появляется новая электроника, в строительство приходит автоматизация. Появляются новые двигатели и материалы — создается новая грузоподъемная техника», — пояснил Андрей Пустовгар.
По его словам, еще в 80-е годы прошлого века грузоподъемность крана в 300 тонн казалась серьезной характеристикой, но сегодня этот показатель у техники вырос до 5000 тонн. Причем из такого грузоподъемного «фундамента» вырастают и другие возможность: строительство становится быстрее, монтаж строительных блоков — проще.
Вслед за этим появляется «вертикальный конвейер», как отметил эксперт, — технология, когда на верхний уровень поднимается не только кран, но и площадка с нужными инструментами, вспомогательными материалами, средствами временного закрепления и т. д.
«В этом случае каждый человек на стройке, как на заводе, выполняет свою работу, только движется все вертикально. Это позволяет серьезно сократить сроки строительства — например, высотные здания наподобие небоскребов Москва-Сити с помощью такого „конвейера“ можно было бы возводить за 40 дней! Между прочим, на строительство такой высотки в начале века уходило в среднем 6 лет», — объяснил научный руководитель НИИ СМиТ НИУ МГСУ.
Цифровые двойники и «пазл» для строителей
«Уже сегодня с помощью цифровых двойников достигнуты потрясающие рекорды по скорости строительства, когда за несколько дней удается возвести многоэтажное здание», — поделился Кирилл Лушин.
А чтобы контролировать качество сборки, используют специальные RFID-метки — «Radio Frequency IDentification» или RFID-технология, которая позволяет автоматически идентифицировать объекты с помощью радиосигналов.
С такими метками стройматериал может «рассказать» о себе. Чаще всего это чипы, которые запечатываются внутрь конструкций. На них хранятся данные о стройматериале — их можно считать с помощью специального сканера. Так специалистам легче понять, правильно ли собрали «пазл» из строительных конструкций, вовремя заметить ошибку и исправить ее.
Помощники из космоса
Еще одну перспективную технологию отрасли «подарила» физика — на стройке отлично прижились мюоны. Так называют нестабильные элементарные частицы, которые имеет электрический заряд, равный заряду электрона, но обладают гораздо большей массой. Впервые они были обнаружены в 1936 году в составе космических лучей. Но как эти гости из космоса помогают возводить дома?
Дело в том, что у них огромная проникающая способность: они могут спускаться на сотни метров вглубь земли. И благодаря этому с их помощью можно оперативно анализировать структуру грунта.
«Пробуривается только одна скважина и, на основе анализа происхождения мюонов в ней, строится рельеф местности и подоснова строительной площадки — размерами 5 на 5 км. Раньше для того, чтобы построить схему такой площадки, нужно было пробурить множество скважин. И то с прошлыми технологиями мы редко получали хорошие результаты изысканий, часто на пути исследователей вставали какие-то карсты, плавуны и т. д.», — рассказал Андрей Пустовгар.
Бактерии-строители и дом без трещин
Бактерии позволяют также «залечивать» трещины на стенах зданий. В тот же бетон можно добавить сульфат-редуцирующие бактерии в специальных капсулах — при попадании воды такие капсулы растворяются, а бактерии начинают активно размножаться. При этом продукт их жизнедеятельности — известняк — «заращивает» трещины.
Как отметил эксперт, с той же целью можно использовать и химические продукты — например, инкапсулированные полимеры, у которых также при попадании воды разрушается оболочка, полимеры выливаются и залечивают повреждения материала.
Материал, соберись!
Другие умные материалы обладают эффектом самосборки. Научный руководитель НИИ СМиТ строительного университета объяснил, что из них можно возводить горизонтальные конструкции, которые после определенного воздействия переходят в вертикальное положение. Причем «сигналом» для сборки могут служить самые разные факторы — частота звука, температура. Все зависит от задач, которые ставят перед собой ученые.
Современные материалы умеют и самостоятельно очищаться или вовсе отталкивать пыль и другие частицы — в первую очередь такую технологию применяют для создания «умных окон». Для этого в материал, из которого они делаются, вводят определенные вещества — как правило, это диоксид титана. И благодаря этому «ингредиенту» на всей поверхности стекла под действием солнечного излучения возникает статическое напряжение. Поэтому пыль не слипается и легко смывается дождем. Но этот самоочищающийся слой работает только с органическими материалами — защитить окно от красок и аэрозолей он не сможет.
«Другие умные стекла имеют эффект затемнения, прояснения, яркости, пропускания нужного света», — добавил эксперт.
Да будет свет и не будет пожара
Однако умные материалы — это не только о красивом фасаде, но и о безопасной «начинке» здания. Например, некоторые из них могут «распознавать» пожар. «Это материалы, которые либо дают сигнал о возгорание — например, меняют цвет, либо сами начинают „тушить“ пожар. Как правило, это уже не просто смарт-материал, а целые умные системы», — рассказал научный руководитель НИИ СМиТ МГСУ.
В том числе в них используют хладагенты — они высвобождаются в случае возгорания и помогают его локализировать. Их используют в «умных розетках», иногда это вещество закладывают на стыках плит. На место привычной проводки, «спрятанной» под слоями краски и штукатурки, приходят материалы с диэлектрическими свойствами.
«Вам выключатель не нужен, у вас он нарисован на стене, вы пришли, прикоснулись, у вас загорелся свет! И не нужно проводить какие-то электрические линии — вы их можете просто нарисовать! И в случае поломки не нужно штробить стену!», — привел пример эксперт.
Новые свойства материалов позволяют также проводить мониторинги. Как объяснил Андрей Пустовгар, те же несущие колонны можно покрыть специальным материалом, который в случае перегрузки начнет менять цвет или подавать другой сигнал. И проверка конструкции в разы упрощается — проблема видна невооруженным глазом.
Бетон — второй после воды
Но, все-таки, как отметил Кирилл Лушин, несмотря на развитие новых технологий, не стоит «забывать о материалах, которые пусть и не новы, но в наши дни полностью переосмысливаются».
Например, одним из самых значимых материалов на стройке все еще остается бетон — дешевый в производстве, универсальный и прочный. Современные бетоны переносят давление в районе 2000 МПа — раньше отличными показателями считались уже 30-40 МПа.
По словам эксперта, современные бетонные узлы — то есть установки по производству этого стройматериала — стали компактнее, но производительнее примерно в 10 раз. И, если раньше в час производилось 10-20 кубометров бетона, то сейчас за такое же время готовятся сотни кубометров этого материала.
Дает знать о себе и автоматизация — те же расчеты при замешивании материала могут проводить машины, снижая при этом риск ошибки. Появляются и технологии непрерывного бетонирования — в этом случае фундамент заливается единым ровным пластом.
«На той же самой стройке Москва-Сити в 90-е годы заливали фундамент отдельными захватками и его возводили несколько лет, а сейчас фундаменты размером 100 на 200 метров возводятся за 48 — 60 часов. Хороший пример — тот же „Лахта центр“, — добавил научный руководитель НИИ СМиТ НИУ МГСУ.
Не в материале счастье
«Как когда-то по итогам первой промышленной революции человечество получило в свое распоряжение мост из чугуна, который был легче и функциональнее традиционного каменного, так и в наши дни перспективы применения алюминиевых мостов имеют характер взрывного роста», — обратил внимание Кирилл Лушин.
Однако, по его словам, многие современные технологии могут остаться лишь экспериментом. Нужно понимать, что материал — это в первую очередь часть системы, поэтому «значение имеет его использование в качестве элемента, узла, слоя или еще какой-то части конструкции». И говорить о его применении в полном смысле этого слова можно только тогда, когда материал начинает выпускаться массово — встает на индустриальную основу.
«Надежность новых материалов мы будем проверять как в ходе лабораторных испытаний, так и в натурных условиях — тогда город и природа будут самыми строгими судьями для них», — поделился эксперт.
Подводные города и воздушные замки
Чем больше людей, тем больше запросов. Кто-то захочет жить на возвышенности, а кто-то — под водой. Поэтому, по мнению экспертов, описать дома будущего однозначно не получится. Это будет разнообразие этажности и форм, считает Андрей Пустовгар. Развитию этого разнообразия будет способствовать аддитивное строительство — то есть печать конструкций, а иногда и целых зданий на 3D-принтере.
«Аддитивное строительство позволяет печатать дома любой формы. И кому что в голову придет, то и можно будет создать. То есть, благодаря развитию технологии, практически любую футуристическую картину города будущего получится напечатать», — рассказал о перспективах технологии эксперт.
«Наиболее существенные из них — это ограничение по размеру самой печатающей установки и свойства материала, подаваемого на экструдер принтера. Первое ограничивает площадь возможного к возведению здания, второе — высоту. Вернее, несущую способность стен», — объяснил декан факультета урбанистики и городского хозяйства Московского политеха.
Поэтому параллельно с печатью домов «на месте» будут развиваться и технологии производства домов из заводских блоков. При этом аддитивная технология отвечает и запросам зеленой повестки — позволяет существенно сокращать отходы при производстве и строительстве.
Многие из этих технологий и материалов уже применяются. Например, в России «напечатано» уже не менее 80 домов. Такие постройки «тиражируются» в Калмыкии, Татарстане и Краснодарском крае. Умные материалы и новые технологии выходят на рынок, а некоторые становятся неотъемлемой частью современной стройки.
Все это позволяет нам стать на шаг ближе к домам будущего — экологичным, уникальным и технологичным. И технологий для их создания со временем появится еще больше — из года в год будет заливаться научный фундамент строительства нового столетия.
Полина Казакова
