3D-печать зданий: конструктивная метафора на пути к реалистичной индустриализации строительства

К «печати» малых предметов — от выставочных сувениров до женского белья и даже органов человека мы уже привыкли. Но упоминание печати автомобилей, зданий и самолётов всё-таки ещё вызывает неоднозначное предчувствие неизбежности перемещения в другую цивилизацию.

В вышеупомянутой обзорной статье есть такой фрагмент: «Важным дополнением ... является следующий материал о перспективах трёхмерной печати больших бетонных моделей (речь идёт о возведении домов за считанные десятки часов)» и ссылка на источник: «3D printing techniques will be used to construct buildings, here and in outer space» (Техника 3D-печати будет использована для возведения зданий: на земле и в космосе).

На следующий день в своём фейсбуке на ту же статью сослался очень неравнодушный к строительству Autodesk: «Технологии 3D-печати взрослеют и выходят на строительный рынок. Д-р Берох Хошневис (Университет Южной Калифорнии) представил общественности уникальное изобретение, призванное дать крышу над головой миллионам обездоленных. С помощью технологии сontour crafting и огромного 3D-принтера Берох Хоршневиц обещает за 20 часов построить 2,500 квадратных метров пригодной для жилья недвижимости. Звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой? Специально для скептиков ученый демонстрирует, как массивный 3D-принтер воздвигает слой за слоем настоящий цементный дом».

Я сделал попытку слегка разобраться и пришёл к предварительному заключению о том, что сontour crafting — не ложь и не чудо, а нечто лучшее: это похоже на перспективное промышленное направление. Сейчас я изложу то, что извлёк из нескольких публикаций, и надеюсь, что с помощью коллективного читательского мнения сформируется более точное профессиональное суждение.

Пропустим, как очевидную, развёрнутую критику современной строительной «индустрии», которую Хошневис характеризует как низкопроизводительную, коррумпированную, травмоопасную, всегда выходящую за рамки бюджетов, экологически вредную и т.д. Также пропустим очевидную социальную мотивацию — необходимость дать жильё нескольким миллиардам фактически бездомным.

Технология, названная contour crafting (контурное производство), предложена американским профессором Behrokh Khoshnevis (Берох Хошневис), который совершенно справедливо недоволен тем, что сфера строительства далеко отстала от уровня промышленного производства, в совершенстве освоенного в самых разных отраслях. Соответственно, г-н Хошневис, профессионально знакомый со сферой CAD/CAM (ко всему, он — еще и профессор аэрокосмической и механической инженерии), считает, что технологические и методологические достижения этой сферы уже давно пора внедрить в область строительства.

Речь идёт не о существовании гигантского 3D-принтера, на котором достаточно нажать кнопку и оставить его в одиночестве, чтобы через пару десятков часов вернуться и вселиться в дом со всеми коммуникациями и бытовыми аксессуарами. Речь идёт о строительных роботах — аналогах станков с программным управлением, создаваемых для разных классов строительных сооружений. Такие роботы могут весьма эффективно послойно строить каркасы зданий и, возможно, автоматически выполнять многие последующие вспомогательные операции — от укрепления стен до прокладки коммуникаций: разумеется, на основе заранее изготовленных деталей и конструкций. (На всякий случай, отмечу, что, например, рытьё фундамента пока поручается экскаватору, точнее, оператору экскаватора). Можно ещё более снизить пафос данной версии «печати домов», огрубив её смысл до такой трактовки: это — реализованный для определенного класса сооружений — максимально возможный перенос изготовления компонентов стандартизованного здания на саму строительную площадку в сочетании с максимально возможной автоматизацией процесса сборки конструкции в целом.

На картинке ниже — вариант будущей промышленной реализации установки для contour crafting: нечто вроде портального крана с головкой, которая, описывая заданный контур (не обязательно прямоугольный), послойно оставляет на нём специального вида раствор (например, но не обязательно, бетон):

Профессор Хошневис, по многим признакам производящий впечатление серьезного нефанатичного профессионала, похоже, не скрывает, что 3D-печать применительно к его проекту — это, в значительной степени, вдохновляющая метафора, впрочем, метафора — полезная и мотивирующая. Робот-строитель, говорит Хошневис, сопоставим с 3D-принтером в том, что он управляется CAD-софтвером, который содержит и реализует архитектурные проекты. Если потребуется, эти проекты могут модифицироваться на уровне софтвера и данных, в том числе, даже в ходе строительства.

Головка устройства, через которое подаётся раствор, имеет несколько степеней свободы, что обеспечивает соответствующую гибкость:

Один из вариантов будущей промышленной реализации видится примерно следующим образом: подъезжает установка-робот, готовится площадка и фундамент, устанавливаются рельсы и на них — робот, подключается подача сырья и т.д.

Проект профессора Хошневиса поддерживается Национальным агентством США по аэронавтике и космосу (NASA): метод contour crafting представляется многообещающим для максимально автоматизированного возведения сооружений вне Земли:

Нельзя гарантировать, что метод contour crafting будет широко реализован в промышленном варианте, однако, мне он представляется хорошим и поучительным примером. Человечество постоянно мечтает о чудесах (и правильно делает): безусловно, чудеса случаются и к ним нужно относиться внимательно. Однако чаще прогресс происходит не на основе универсального волшебного метода, а благодаря удачному выбору класса задач и построению для него эффективного решения...

Источники:
http://www.contourcrafting.org/
«3D printing techniques will be used to construct buildings, here and in outer space»
Contour_crafting (Wikipedia)
Behrokh Khoshnevis