Дом, который построил робот

Строительство новых зданий — трудоёмкий и неэкономичный вид человеческой деятельности. Масштабное исследование, проведённое ООН, показало, что на строительный сектор приходится почти 40% мирового энергопотребления и выбросов CO2. Швейцарская высшая техническая школа Цюриха (ETH Zürich) в сотрудничестве с более чем 30 экспертами из строительной отрасли в течение 4-х лет разрабатывала новую концепцию строительства, способную решить эту проблему.

Результатом их деятельности стала трёхэтажная постройка DFAB House (расшифровывается как Digital Fabrication and Living – «цифровое изготовление и проживание»), ставшая первым жилым домом, полностью изготовленным по цифровым технологиям. То есть с помощью трёхмерного моделирования, роботов и 3D-принтера. Постройка площадью 220 кв.м. потребовала на 60% меньше цемента и соответствует жёстким швейцарским нормам безопасности в строительстве. Подробнее о доме, используемых технологиях и похожих проектах — в очередной статье от провайдера Cloud4Y.

DFAB House возвели на верхней платформе комплекса NEST («Гнездо») в швейцарском Дюбендорфе. Точнее, это не просто комплекс, это полноценная исследовательская лаборатория, которая состоит из центрального ядра с прикреплёнными домами-модулями. Первыми жильцами DFAB House стали сотрудники исследовательских лабораторий Empa и Eawag.


Пространство будет использоваться не только в качестве жилья. Оно станет ещё и испытательным полигоном, на котором будут тестировать новинки энергетической и строительных отраслей. Эта работа необходима, чтобы не только добиться повышенной эффективности строительства зданий, но и обеспечить их высокую устойчивость.

Строительные инновации

При возведении DFAB House было задействовано несколько собственных разработок исследовательской группы.

1. In situ Fabricator. Автономный строительный робот-универсал. Способен создавать элементы зданий при помощи различных инструментов с погрешностью менее 5 мм, и может действовать полуавтономно в меняющихся условиях: работать на высоте стандартных стен и проходить сквозь дверные проемы. Он водо- и пыленепроницаемый, питается от электросети и аккумулятора. Из недостатков – слишком тяжёлый вес (1,5 тонны), но уже ведутся работы над облегчением конструкции робота.
   
   
   Видео

   
   
2. Mesh Mould. Промышленный робот высотой два метра, на манипулятор которого установлена насадка для прокладки прутьев арматуры и их сварки. Робот, установленный на гусеничное шасси, укладывает и сваривает арматуру, подготавливая основу для прочных бетонных стен. Он автоматически собирает каркас, после чего внутрь заливают раствор бетона, который не расползается в стороны благодаря плотной структуре каркаса и составу самого раствора. Главным достоинством системы можно считать возможность создания произвольных форм.
   
   
   Видео

   
   
3. Smart Dynamic Casting. Технология автоматизированного процесса формования бетона. Монолитные вертикальные конструкции в буквальном смысле слова «выращиваются» с помощью робота-манипулятора, оснащенного различными формующими насадками. Конструкция может получить нужную форму благодаря вращательному движению фильеры.
   Видео

   
   
4. Smart Slab. Технология, позволяющая создавать бетонные перекрытия удивительной формы с помощью печатных песчаных форм.
   
   
   Видео

   
   

Как это выглядит

Первый этаж DFAB House отдан под общее пространство. Здесь установлены окна от пола до потолка, поддерживаемые 15 специально спроектированными бетонными муллионами. Центральным элементом помещения выступает S-образная стена, которая делит площадь первого этажа, создавая открытые и скрытые от глаз пространства. Тонкий бетонный потолок вылит в опалубке, напечатанной на 3D-принтере.


Второй и третий этаж — жилые помещения. Поднявшись наверх, посетители словно бы оказываются в современном альпийском шале. Четыре созданные роботом комнаты предназначены создавать ощущение гармонии и домашнего тепла. Они получились светлыми и довольно просторными. Эти этажа держат деревянные рамы, расположение которых было смоделировано на компьютере. В монтаже участвовали два строительных робота. Цифровое проектирование, по словам инженеров, позволило оптимизировать и сэкономить значительное количество материала.


Дом получился современным и с точки зрения технического оснащения. В нём по команде поднимаются жалюзи и начинает кипятиться вода в чайнике, функционирует многоступенчатая система охраны и управления освещением. За работу «умного» дома отвечает оборудование компании digitalSTROM.

Технологии не только отвечают за комфорт, но и помогают контролировать энергопотребление. Фотоэлементы на крыше дают энергию (примерно в 1,5 раза больше, чем нужно для обслуживания дома), а система управления контролирует её расход и сглаживает пики нагрузки. Тепло от сточных вод не растрачивается впустую, а передаётся дальше через теплообменники, установленные в душевых поддонах. Неиспользованная горячая вода возвращается по трубам обратно в бойлер, что позволяет не только экономить энергию и воду, но и предотвращать рост бактерий в трубах.

Просчёт проекта с помощью локальных или облачных мощностей, создание необходимых шаблонов для роботов выполняется довольно быстро. Так что архитектурный потенциал цифровых технологий огромен, но почти не используется на стройплощадках, сетует команда ETH. Экспериментальные проекты вроде DFAB должны ускорить переход от теории к практике, считает профессор ETH Zürich Маттиас Колер. А чтобы популяризовать эту идею, команда проекта опубликовала свои наборы данных с открытым исходным кодом и организовала передвижную выставку под названием «Как построить дом: архитектурные исследования в эпоху цифровых технологий».

Не DFAB единым

DFAB House — не первый строительный проект, использующий цифровые технологии. В 2014 году китайская компания WinSun продемонстрировала архитектурный потенциал 3D-печати, выпустив 10 одноэтажных домов за один день. Год спустя шанхайская компания также напечатала жилой дом и особняк в неоклассическом стиле, но эти проекты остаются в стадии разработки.

Маттиас Колер объясняет, что у его команды не было цели побить рекорды скорости строительства. «Конечно, мы заинтересованы в том, чтобы добиться прорыва в скорости и экономии строительства, но мы старались в первую очередь придерживаться идеи качества», — говорит он. «Вы можете делать что-то очень, очень быстро, но это не значит, что это действительно устойчиво».

Действительно, за скоростью пока никто особо не гонится. Так, в Голландии (простите, Нидерландах) роботы распечатали полноценный мост из стали — это заняло у четырёх машин полгода непрерывной работы. В результате получилась цельная конструкция, которую теперь проверят на прочность и разместят над одним из каналов в случае успешных тестов.



Россия, кстати, тоже поддерживает тренд на цифровое строительство. В 2017 году в Ярославле был представлен первый в Европе и СНГ жилой дом, построенный с помощью технологии строительной 3D-печати. Дом площадью 298,5 квадратных метров принадлежит владельцу компании «АМТ-СПЕЦАВИА», и является демонстрацией его уверенности в перспективности технологии. Для печати дома был использован строительный принтер S-6044 – модель портального типа с рабочим полем 3,5 х 3,6 х 1 м. Принтер печатает стандартными пескобетонами М-300, то есть тем, что имеется в продаже практически повсеместно. Печать производится слоями высотой 10 мм и шириной от 30 до 50 мм. Скорость печати стен до 15 кв.м/час. Про компанию уже писали на Хабре, так что не будем повторяться.


В целом, идея цифрового строительства кажется весьма интересной. Неограниченные декоративные возможности, ускорение и упрощение процесса возведения зданий и сооружений, снижение объёма потребляемых ресурсов — от таких «плюшек» трудно отказаться. Есть сомнения? Можно обсудить.

Что ещё полезного можно почитать в блоге Cloud4Y

→ Настраиваем top в GNU/Linux
→ Пентестеры на передовой кибербезопасности
→ Стартапы, способные удивить
→ Экофантастика на защите планеты
→ Солёная солнечная энергия

Подписывайтесь на наш Telegram-канал, чтобы не пропустить очередную статью! Пишем не чаще двух раз в неделю и только по делу. Также напоминаем, что вы можете бесплатно протестировать облачные решения Cloud4Y.