Инновации в строительстве для зданий будущего

Большинство описанных инноваций в строительстве уже доступны на рынке, а часть находится на этапе разработки или тестирования.

Строительные дроны

Сегодня беспилотные аппараты активно внедряются во многие направления строительной деятельности. На стройплощадках уже применяются квадрокоптеры, которые переносят материалы массой более 200 кг в труднодоступные места, строительная техника, управляемая дистанционно или с помощью искусственного интеллекта.

В 2024 году HD Hyundai представила несколько концептов беспилотной строительной техники, которые управляются с помощью искусственного интеллекта: 4,5-метровый экскаватор Concept-X и бульдозер Concept-X2.

Австрийская компания Printstones создала строительного робота Baubot, который может фрезеровать и сверлить стены, забивать гвозди, класть кирпич, шлифовать и красить поверхности, а также перевозить грузы массой до 500 кг.

Строительный робот Baubot

Беспилотная геодезия и топография

Летальные аппараты для анализа земельных участков и контроля выполненных работ в сочетании со специальным программным обеспечением позволяют значительно сэкономить время и бюджет на проведение аэрофотосъёмки, создание топографических планов и отчётов об объёме выполненных работ.

Работизированная планировка помещений

В 2022 году компания HP представила решение SitePrint для автоматизированного высокоточного макетирования помещений. В паре с тахеометром робот-принтер способен наносить цифровые макеты с CAD-программ на фундамент или пол.

Роботы для вязания арматуры

Существуют различные типы роботов-вязальщиков арматуры – от небольших автономных платформ, например HKCRC, до больших рельсовых механизмов TyBOT, которые способны выполнять более 1200 вязок в час. Роботы могут самостоятельно определять положение, позиционировать и вязать арматуру с высокой скоростью.

Роботизированная кладка

В 2023 году австралийская компания FBR Limited представила первую в мире мобильную роботизированную платформу Hadrian X для кладки блоков. Робот способен возводить конструкции из штучных материалов на основе 3D-моделей. Устройство разработано для совместной работы с каменщиками и способно повысить их производительность до 5 раз. Hadrian X может укладывать до 500 блоков в час максимальным весом до 45 кг, поднимая их на высоту до 10 м.

Ещё одним примером решения автоматизированной кладки является робот на базе руки KUKA, созданный в лаборатории кафедры технологий строительства Чешского технического университета. В отличие от Hadrian X, это устройство является прототипом, однако способно самостоятельно укладывать раствор для кладки.

3D-принтеры

Строительные 3D-принтеры используют технологию послойного нанесения бетонного раствора или металла для создания зданий, мостов и других конструкции. В мире уже насчитываются тысячи принтеров различного типа:

• Портальные рамные конструкции

  

  Портальный 3D-принтер

  
  

  

  Портальный 3D-принтер

  
  
• Поворотные манипуляторы
  
  

  3D-принтер манипулятор

• Автономные без фиксированных направляющих

  

  Автономный строительный 3D-принтер MIT

  
  

  

  Автономный строительный 3D-принтер MIT

  
  

В 2014 году компания MX3D разработала технологию 3D-печати из стали, позволяющую создавать конструкции весом до 10 т, при этом существенно уменьшая расход металла. Примером применения новой строительной технологии стало создание 12-метрового пешеходного моста, напечатанного из нержавеющей стали, который в 2021 году был установлен на канале в Амстердаме.

Прозрачные солнечные панели

В 2014 году учёные из Университета штата Мичиган разработали первые в мире полностью прозрачные солнечные панели. Сегодня более десяти компаний в разных странах работают над усовершенствованием технологий прозрачных панелей и их массовым внедрением.

Прозрачная солнечная панель разработки Университета штата Мичиган

Существует несколько разных принципов работы прозрачных солнечных панелей. Один состоит в том, что стеклянные модули поглощают волны ультрафиолетового и инфракрасного диапазона, пропуская видимый свет. Другое решение основано на технологии микрочастиц для внутреннего рассеивания входного света к краям стеклянной панели, где он собирается фотоэлектрическими модулями. Ещё одна технология заключается в нанесении на прозрачную поверхность гибкой плёнки, способной генерировать электроэнергию.

Отдельным решением являются полупрозрачные солнечные панели, улучшающие баланс между способностью пропускать свет и КПД генерации энергии. Учёные из Корейского института энергетических исследований разработали полупрозрачную перовскитную солнечную панель с рекордным КПД 22%.

Солнечная кровля

В 2016 году Tesla разработала кровельную черепицу с встроенными солнечными модулями. Такое решение является более совершенным, чем обычные солнечные панели на крыше, поскольку объединяет в себе несколько функций: эстетику, защиту от атмосферных осадков и энергоэффективность. Сегодня доступны решения многих производителей, такие как солнечная черепица различной формы и фальцевые профили, которые способны генерировать электроэнергию даже в пасмурную погоду.

Солнечная краска

Существует три вида красок, способных генерировать электрическую энергию:

1. Фотоэлектрическая. Квантовые наночастицы, разработанные в Университете Торонто, улавливают свет и превращают его в электрический ток. Краска с такими наночастицами дешевле и на 11% эффективнее традиционных солнечных панелей.
2. Перовскитная. Исследователи Национальной лаборатории возобновляемой энергии Министерства энергетики США разработали перовскитную жидкость, которую можно наносить на поверхности для создания солнечных батарей с КПД до 11%.
3. Водородная. Учёные Королевского технологического института Мельбурна разработали солнечную краску, которая генерирует энергию из водяного пара. Краска поглощает воду из воздуха и использует солнечную энергию для расщепления молекул воды на кислород и водород, используемый для производства чистой энергии.

Самовосстанавливающийся бетон

Новинкой в ​​строительных материалах является бетон, разработанный в Делфтском технологическом университете, содержащий споры бактерий Bacillus и кальциевый лактат, которые активируются при контакте с водой или воздухом. Когда в материале появляются трещины и туда попадает вода, бактерии активируются и начинают производить известняк, заполняющий микротрещины, восстанавливая структуру бетона.

Процесс самовосстановления бетона

Аэрогель

Самый лёгкий в мире твёрдый материал – аэрогель, который на 99,98% состоит из воздуха, имеет сверхнизкую теплопроводность в пределах 0,013–0,020 Вт/(м·К) и способен выдерживать нагрузку в 2 000 раз больше собственного веса. В строительстве аэрогель может успешно использоваться для утепления стен, крыш, окон и т.д.

Окна с переменной прозрачностью

Новым решением для помещений, требующих приватности, является плёнка, которая клеится на стекло и даёт возможность изменять его прозрачность. Жидкокристаллически-полимерный материал между двумя прозрачными проводящими плёнками может регулировать светопропускную способность благодаря изменению расположения молекул. В обычном состоянии плёнка делает стекло непрозрачным, а при подаче тока стеклянные перегородки или окна становятся полностью прозрачными.

Балансир инструмента

Компания Hilti предлагает специальное устройство для активного распределения веса тяжёлых инструментов во время длительной работы, который значительно облегчает работу. Балансир позволяет существенно увеличить производительность и безопасность работы оператора благодаря переносу напряжения с плеч и рук на зону поясницы.

«Зелёное» строительство

Возведение и эксплуатация зданий создаёт около 40% выбросов СО2 в мире, поэтому устойчивое строительство становится всё более актуальным для компаний, которые заботятся об экологии и будущем планеты.

Применение инновационных строительных материалов, производимых без использования ископаемого топлива, и которые после эксплуатации могут быть полностью переработанными, является одним из приоритетных направлений развития ведущих застройщиков.

Ярким примером уменьшения выбросов СО2 является использование сэндвич-панелей, вентилируемых фасадов и кровельных материалов Ruukki, изготовленных из «зелёной» стали SSAB, при производстве которой вместо ископаемого топлива применяют водород, электроэнергию и биогаз. Остаточным продуктом такого производственного процесса является не углекислый газ, а вода.