Сборные дома: быстрая стройка, меньше отходов и экологический след

Сборные дома (префабрикаты) — это здания, компоненты которых изготавливаются вне строительной площадки в стандартных секциях для последующей сборки и отделки на месте. Как альтернатива традиционным методам, это позволяет строить быстрее, с меньшим объемом отходов и сниженным негативным воздействием на окружающую среду. Также используются термины: префабрицированные дома, модульные дома.

Например, строительная отрасль Гонконга генерирует до 40% от всего объема захоронений на свалках, а сборное строительство может сократить эти отходы почти на 85%. Это также более быстрый метод: китайская компания за 19 дней возвела 57-этажное здание в 2015 году [1].

Из-за специфики требований к сборным домам материалы должны отвечать определенным критериям: прочность и легкость. Не каждый элемент здания подлежит префабрикации — только те, что составляют основную часть конструкции и внутренней отделки: стены, полы, крыши, встроенные шкафы, стеллажи.

В статье рассмотрим:

• Что такое сборные дома
• Материалы для сборных домов
• Будущие тенденции

Что такое сборные дома?

Сборные дома — это дома, компоненты которых изготовлены вне площадки перед сборкой/установкой в конечном месте. Фабрикация ведется в контролируемой среде, чаще всего на заводе. Основополагающие принципы [2]:

1. Индустриализация и массовое производство

Компоненты можно массово производить, так как их изготовление быстрее традиционной стройки. Это смещает фокус от производства сырья (цемент, песок, двутавры) к модульным компонентам (сборные панели, фанера).

2. Скорость и доступность

Сборные дома дешевле традиционных за счет экономии времени и усилий. Основное время уходит на изготовление компонентов, а не на их монтаж.

3. Индивидуализация и устойчивость

Проектирование предполагает гибкость компонентов для разумной кастомизации. Процессы строительства и сборки должны минимизировать воздействие на среду.

Ключевые преимущества:

• ниже общие затраты
• проще контроль качества
• быстрее и безопаснее строительство
• меньше отходов, возможность возврата ценности через демонтаж, а не снос

Главные недостатки — сниженная прочность и устойчивость, что критично при стихийных бедствиях и даже при транспортировке модулей с завода на площадку [3].

Материалы для сборных домов

Используются бетон, дерево, металлы [4]. Рассмотрим их эффективность.

Бетон

Бетон хорошо изучен как строительный материал, но для сборных домов его применение имеет особенности. С помощью формовочных форм можно создавать прочные конструкции со сложными профилями. Железобетонные панели подходят для многоэтажного строительства. Бетон можно модифицировать: делать легким (существуют марки, способные плавать на воде), устойчивым к перепадам температур. Добавки (например, оксид графена) повышают экологичность.

Дерево

Дерево широко используется: в виде массивных балок и колонн («тяжелое древесина») или панельных систем («массивная древесина» — комбинация дерева с другими материалами). Пожаробезопасность часто вызывает вопросы, но деревянные системы можно проектировать с хорошим огнеупором за счет образующегося угольного слоя. Бамбук также адаптируется для сборных домов. Инженерные древесины (переклеенная клееная древесина CLT, клееный профилированный брус GLULAM, фанерованный ламинированный брус LVL) состоят из слоев, склеенных так, чтобы исключить непрерывные волокна, служащие очагами трещин. Их свойства сравнимы со сталью.

Сталь

Сталь применяется как несущие рамы (двутавры, колонны), перекрытия, стены модульных зданий. Может использоваться в комбинации с другими материалами или как основной (например, адаптация морских контейнеров). Исследования показывают, что стальные конструкции могут достигать 10 этажей и выше.

Преимущества: высокое отношение прочности к весу, легкость транспортировки, перерабатываемость. Недостатки: плохая тепло- и звукоизоляция, а использование стали в таком виде выводит её из цикла переработки.

Стекло

Высоко кастомизируемый материал для различных функций. Виды: закаленное, многослойное (ламинированное), тепловое усиление, проволочное стекло. Дает прочность, изоляцию, химическую и огнестойкость, эстетику, полную перерабатываемость — общую черту сборных домов.

Вторичные и восстановленные материалы

К ним относятся традиционные материалы (бетон, гипсокартон, сталь), а также целлюлозная утеплитель, потолочные плиты, пластик, керамическая плитка, стекловолокно. Все они могут использоваться в сборных домах.

Проблема: не все имеют стабильное снабжение, некоторые могут быть токсичны при длительном контакте, требуют тщательного изучения.

Вклад сборных домов в устойчивое развитие

Модульная префабрикация доказала свои устойчивые преимущества перед традиционными методами. Помимо сокращения отходов и снижения энергопотребления на площадке, множество факторов влияет на устойчивость, особенно на этапе строительства: строительные отходы, эстетика, нарушение ландшафта, водопотребление, загрязнение.

Для полноценной оценки устойчивости нужно рассматривать все этапы жизненного цикла: строительство, эксплуатацию, обслуживание.

Исследование 2019 года выделило 16 индикаторов по экономическим, социальным и экологическим измерениям. Результаты: сборное строительство значительно меньше влияет на среду (выбросы, энергия, вода). Экономические преимущества: сокращение расхода стали, бетона и опалубки на 60%, 56% и 77% соответственно [5].

Как аддитивное производство помогает строить сборные дома

Аддитивные технологии (3D-печать) долго считались ограниченными малыми изделиями, сложными для масштабирования. Новые прорывы позволяют применять их для крупномасштабного проектирования и строительства.

Главная задача — сформулировать материал с свойствами, подходящими для 3D-печати, и обеспечивающий достаточную прочность здания. Цементные материалы, полимеры, металлы модифицируются для аддитивного производства.

Строительство 3D-печатью существенно снижает затраты: меньше отходов, меньше ручного труда. Уже построены знаковые объекты: офис в Дубае, мост в Амстердаме, отель в Маниле [6].

Дубае, ОАЭ — 15 июня 2018: первый в мире полностью функциональный 3D-печатный дом на газоне

Будущие тенденции сборных домов

Несмотря на новизну идеи, в отрасли появляются захватывающие перспективы. По материалам: рассматриваются углеродные волокна для волокнистых структур и специальные пластики для 3D-печати крупных конструкций. По исполнению: развиваются роботизированные технологии, минимизирующие участие людей и осуществляющие строительство вне площадки по данным BIM (информационное моделирование зданий) [2].