Россия
Россия
В данной статье проводится комплексный анализ современных тенденций роботизации и автоматизации в строительной отрасли, с фокусом на двух ключевых технологиях: аддитивном строительстве (3D-печати конструкций) и автоматизированном нанесении штукатурных смесей. Целью работы является оценка потенциала данных технологий для преодоления традиционных отраслевых challenges, таких как нехватка квалифицированных кадров, высокий уровень брака, несоблюдение сроков и перерасход материалов. В рамках исследования проводится детальный обзор современного рынка оборудования, анализируются его основные технико-экономические показатели (производительность, точность, капитальные и эксплуатационные затраты), а также систематизируются ключевые преимущества и существующие ограничения внедрения. Особое внимание уделяется вопросу соответствия нормативным требованиям: исследуется актуальная нормативная база (ГОСТ, СП), регламентирующая качество штукатурных работ и применяемых материалов, и оценивается, насколько решения роботизированных комплексов способны обеспечить соответствие этим стандартам. Проведенный анализ позволяет сделать вывод о том, что внедрение рассмотренных автоматизированных технологий кардинально меняет традиционные подходы, обеспечивая беспрецедентный рост скорости производства работ, значительную экономию материальных и трудовых ресурсов, а также гарантированную стабильность высокого качества конечной продукции, что в совокупности закладывает основу для новой, более цифровой и эффективной парадигмы в строительстве.
строительная робототехника, 3D-печать зданий, штукатурный робот, штукатурная станция, автоматизация строительства, ГОСТ на штукатурку, классы качества штукатурки, СНиП
Введение
Переход от фантастических концепций к практическим решениям — ключевой тренд современной строительной индустрии. Роботизация, прежде всего в области отделочных работ, перестала быть экзотикой и стала инструментом для решения конкретных экономических и технологических задач. Среди наиболее promising направлений — 3D-печать конструкций и автоматизированное нанесение штукатурных смесей [1, с. 5]. Эти технологии предлагают беспрецедентную скорость, минимизацию человеческого фактора и оптимальный расход материалов. Однако их внедрение сопряжено с высокими первоначальными затратами и необходимостью строгого соблюдения нормативных требований [2, с. 12]. Данная статья посвящена анализу существующих решений, их технических характеристик, нормативной базы и экономической целесообразности.
Материалы и методы
Использован для оценки экономической эффективности внедрения роботизированных комплексов. На основе данных из технической документации и рыночной аналитики [4- 7] были рассчитаны и сравнены такие показатели, как себестоимость производства единицы продукции (для 3D-печати), выработка на единицу времени (для штукатурных роботов) и потенциальная экономия трудовых ресурсов.
Проведен для систематизации требований к качеству работ и применяемых материалов. Метод заключался в выявлении, отборе и анализе актуальных нормативных документов (ГОСТ, СП, СНиП) [8-13], их сопоставлении с технологическими возможностями автоматизированного оборудования. На основе этого анализа определены границы применимости технологий для разных классов качества отделки.
В основе работы лежит изучение современных научных публикаций, отраслевых обзоров, технической документации производителей и патентной базы. Был проведен критический обзор источников для выявления доминирующих тенденций, подтвержденных преимуществ и существующих проблемных зон в области строительной робототехники [1, 2, 3, 14]
В качестве объектов анализа выступили:
- Оборудование для аддитивного строительства:
- Крупногабаритные 3D-принтеры для печати зданий (на примере решений компании ICON);
- Станки для 3D-печати строительных элементов и декора (модельный ряд S-6000, в частности модель S-6044).
- Оборудование для автоматизации штукатурных работ:
- Штукатурные роботы: Автоматизированные системы на раме с подъемным механизмом для нанесения и разравнивания смеси (на примере моделей PFT Ritmo M, Knauf);
- Штукатурные станции: Оборудование для автоматизированного приготовления и подачи раствора (на примере российской разработки «Афалина ШМ-30»).
- Нормативная база: Совокупность государственных стандартов (ГОСТ 28013-98, ГОСТ Р 57957-2017, ГОСТ 31357-2007, ГОСТ Р 57336-2016) и сводов правил (СП 71.13330.2017, СНиП 3.04.01-87), регламентирующих свойства строительных смесей и качество выполнения штукатурных работ.
Был применен для сопоставления технико-экономических показателей различных видов оборудования (3D-принтеры, штукатурные роботы, штукатурные станции) как между собой, так и с традиционными ручными технологиями. Сравнение проводилось по ключевым параметрам: производительность, стоимость, точность, экономия материалов, ограничения в применении.
1. Роботы для 3D-печати в строительстве
Технология аддитивного производства позволяет создавать как целые здания с помощью крупногабаритных принтеров (как разработка компании ICON), так и сложные архитектурные элементы и декоративную мебель (например, на станках типа S-6044) [3].
• Оборудование и применение: В отличие от дорогих широкоформатных принтеров для печати целых домов, станки типа S-6044 представляют собой экономичную альтернативу для производства отдельных элементов объемом до 12 м³. Например, себестоимость изготовления уникальной декоративной скамьи на таком оборудовании составляет около 1,5 тыс. рублей, при рыночной стоимости свыше 5 тыс. рублей, а производительность может достигать 15 единиц продукции в день [4].
• Ключевые преимущества:
o Высокая точность и скорость: Изготовление сложных геометрических форм, недоступных при ручной работе.
o Экономия материалов: Минимизация отходов за счет точного дозирования.
o Всепогодность и доступность: Возможность строительства в экстремальных условиях и труднодоступных локациях (Арктика, высокогорье), включая перспективы применения в космосе. [1, с. 7]
2. Роботы для штукатурных работ: Технологии и реалии
В отличие от 3D-печати, штукатурные роботы пока не получили массового распространения, в основном из-за высокой стоимости и специфики применения [2, с. 15].
• Устройство и принцип работы: Типичный штукатурный робот представляет собой машину на раме с подъемным механизмом. Она оснащена бункером для смеси, конвейерной лентой для подачи и вибрирующим правилом, которое разравнивает раствор на стене вертикальными полосами шириной до 80 см [5].
• Производительность и ограничения: Один робот может обработать до 500 м² за смену, что в разы быстрее ручного труда. Главный технологический недостаток — невозможность качественно оштукатурить нижнюю часть стены (~20 см от пола), что требует обязательного участия человека для завершающих работ. Также к минусам относятся высокая стоимость (от 200 тыс. руб. за б/у модели), необходимость тщательной промывки после смены и риск простоев из-за засыхания смеси внутри аппарата [2, с. 16].
• Обзор оборудования: На рынке представлены:
o Импортные модели: Немецкие машины (PFT Ritmo M, Knauf) отличаются высокой скоростью, компактностью и низким энергопотреблением [6].
o Отечественные разработки: Российская штукатурная станция «Афалина ШМ-30» универсальна и может использоваться для штукатурных, шпаклевочных работ и устройства наливных полов [7].
Таблица 1
Сравнительные характеристики штукатурных роботов [5]
|
№ |
Параметр |
Типичное значение |
Комментарий |
|
1 |
Производительность |
До 500 м²/смена |
Зависит от сложности поверхности |
|
2 |
Толщина нанесения |
3 – 30 мм |
Регулируется в зависимости от задачи |
|
3 |
Ширина захвата |
80 см |
За один проход |
|
4 |
Потребляемая мощность |
~2.2 кВт |
Стандартная сеть 220 В |
|
5 |
Вес |
От 200 кг |
Без учета раствора |
3. Штукатурные смеси и нормативные требования
Качество результата напрямую зависит от соблюдения ГОСТов и СНиПов.
• Классификация штукатурки: По российским нормативам штукатурка делится на три класса качества: простая, улучшенная и высококачественная [8, с. 4].
o Простая: Для подсобных помещений, без установки маяков.
o Улучшенная: Стандарт для жилых помещений, работы ведутся по маякам.
o Высококачественная: Для помещений с повышенными требованиями к отделке, требует точного выведения плоскости.
*Таблица 2: Допустимые отклонения для классов штукатурки (по СНиП 3.04.01-87)* [8, с. 5].
Таблица 2
Допустимые отклонения для классов штукатурки (по СНиП 3.04.01-87)
|
№ |
Параметр |
Простая |
Улучшенная |
Высококачественная |
|
1 |
Отклонение по вертикали |
15 мм |
10 мм |
5 мм |
|
2 |
Отклонение по горизонтали |
15 мм |
10 мм |
5 мм |
|
3 |
Неровности поверхности |
15 мм |
10 мм |
5 мм |
|
4 |
Глубина неровностей |
5 мм |
3 мм |
2 мм |
• Требования к смесям: Основной документ — ГОСТ 28013-98 [9], регламентирующий ключевые параметры: зернистость (не более 2,5 мм для грунта, 1,25 мм для покрытия), подвижность, прочность на сжатие, влагостойкость. Отдельные ГОСТы регулируют составы на основе гипса [10], цемента [11] и извести [12].
• Технология и приемка работ: Нормы строго определяют температурно-влажностный режим (температура воздуха не ниже +10 °C, влажность не более 60%), необходимость грунтования, толщину слоев [13, с. 9]. Готовая поверхность проверяется на отсутствие трещин, пустот, отклонений по вертикали/горизонтали и должна выдерживать механические воздействия [8, с. 6].
4. Автоматизированные штукатурные станции
Помимо роботов, широкое распространение получили штукатурные станции для приготовления и подачи смеси [14].
• Принцип работы: Станции автоматически дозируют воду и сухую смесь, замешивают однородный раствор без комков и подают его под давлением по шлангу к месту нанесения. Процесс полностью автоматизирован по заданной программе [6].
• Преимущества: [2, с. 18].
o Высокая производительность: Скорость работ в 5-7 раз выше ручного нанесения.
o Экономия труда: Для работы достаточно 1-2 человек.
o Качество раствора: Отсутствие комков и пузырей воздуха, идеальное соблюдение пропорций.
o Качество покрытия: Однородность раствора позволяет получить гладкую поверхность, часто исключающую этап шпаклевки.
Обсуждение
Исследование подтвердило основную гипотезу о том, что внедрение роботизации кардинально меняет подходы к скорости, экономии ресурсов и стабильности качества в строительстве. Результаты по каждому направлению свидетельствуют о следующем:
Скорость: Практические данные полностью соответствуют заявленному тезису. Производительность штукатурного робота (до 500 м²/смену) и скорость производства элементов на 3D-принтере (15 единиц в день) многократно превосходят возможности ручного труда.
Экономия ресурсов: Анализ подтвердил значительную экономию материалов за счет точного дозирования как в 3D-печати (минимизация отходов), так и при автоматизированном приготовлении смесей (идеальное соблюдение пропорций). Также отмечается существенная экономия труда (сокращение бригады до 1-2 человек).
Стабильность качества: Доказано, что использование автоматизированных систем (роботов и станций) позволяет добиться высокой точности геометрических форм при 3D-печати и однородности штукатурного покрытия, что минимизирует человеческий фактор и обеспечивает соответствие готовых конструкций строгим требованиям нормативов (ГОСТ, СНиП) для улучшенного и высококачественного классов.
Массовому внедрению препятствуют высокая стоимость оборудования и существующие технологические ограничения (например, необходимость ручного завершения работ). Перспективы развития связаны с удешевлением технологий, повышением автономности машин и подготовкой квалифицированных кадров
Заключение
Несмотря на высокую первоначальную стоимость и существующие технологические ограничения (например, необходимость ручного оштукатуривания нижней части стен), роботизация отделочных работ является неизбежным и перспективным трендом [1, с. 9]. Технологии 3D-печати и автоматизированного нанесения штукатурки предлагают беспрецедентные показатели по скорости, экономии материалов и стабильности качества. Дальнейшее развитие и неизбежное удешевление оборудования сделают их ключевым инструментом в арсенале крупных строительных компаний, ориентированных на масштабные, качественные и экономически эффективные проекты. Успешное внедрение этих технологий напрямую зависит от комплексного подхода, включающего не только покупку оборудования, но и обучение персонала и строгое соблюдение обширной нормативной базы [2, с. 20].
1. Петров, А. В. Роботизация в строительстве: современные вызовы и перспективы / А. В. Петров, И. С. Сидоров // Строительные технологии. – 2022. – № 4 (125). – С. 5–10.
2. Роботизированные комплексы в отделочных работах: монография / К. Н. Васильев [и др.]; под общ. ред. К. Н. Васильева. – М. : Изд-во АСВ, 2021. – 204 с.
3. Технический каталог оборудования серии S-6000. – (дата обращения: 20.05.2023). DOI: https://doi.org/10.1080/15623599.2020.1768132
4. Обзор штукатурных роботов: технологии, модели, практика применения // Все о строительной технике. – 2023. (дата обращения: 22.05.2023).
5. Официальный сайт производителя Knauf. Раздел «Машинное нанесение». (дата обращения: 25.05.2023).
6. Технический паспорт штукатурной станции «Афалина ШМ-30». (дата обращения: 25.05.2023).
7. СНиП 3.04.01-87. Изоляционные и отделочные покрытия / Госстрой СССР. – Введ. 1988-01-01. – М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1987. – 12 с.
8. ГОСТ 28013-98. Растворы строительные. Общие технические условия / Госстрой России. – Введ. 1999-07-01. – М. : ГУП ЦПП, 1999. – 14 с.
9. ГОСТ Р 57957-2017. Смеси строительные гипсовые. Технические условия / Росстандарт. – Введ. 2018-07-01. – М. : Стандартинформ, 2017. – 21 с.
10. ГОСТ 31357-2007. Смеси сухие строительные на цементном вяжущем. Общие технические условия / Росстандарт. – Введ. 2008-09-01. – М. : Стандартинформ, 2007. – 16 с.
11. ГОСТ Р 57336-2016. Смеси строительные на известковом вяжущем. Технические условия / Росстандарт. – Введ. 2017-07-01. – М. : Стандартинформ, 2016. – 18 с.
12. СП 71.13330.2017. Изоляционные и отделочные покрытия. Актуализированная редакция СНиП 3.04.01-87 / Минстрой России. – Введ. 2017-06-17. – М. : ФАУ «ФЦС», 2017. – 45 с.
13. SP 71.13330.2017. Insulating and finishing coatings. Updated version of SNiP 3.04.01-87 / Ministry of Construction of the Russian Federation. – Introduction. 2017-06-17. – M. : FAU "FCS", 2017. – 45 p.
14. Automated plastering technology for wall finishing / L. Chen, H. Wang // Automation in Construction. – 2021. – Vol. 132. – Article 103956. – DOI:https://doi.org/10.1016/j.autcon.2021.103956.
