Інновації у будівництві: глобальні тренди та досвід українських компаній

Будівельна галузь переживає значні зміни завдяки інноваційним технологіям, що роблять процес зведення будівель швидшим, екологічнішим і економічно вигіднішим. Компанія Rauta дослідила ключові тренди та інновації, які вже впроваджуються чи знайдуть своє застосування найближчим часом у світі. 

Property Times розпитав українські компанії про те, які новітні рішення вони застосовують у своїй практиці.

Основні інновації у будівництві 

За оцінкою Rauta, серед основних інновацій, які визначають майбутнє будівельної галузі, можна виділити:

Будівельні дрони 

Безпілотні апарати активно впроваджуються у багатьох напрямках будівельної діяльності. На будмайданчиках вже застосовуються квадрокоптери, які переносять матеріали масою понад 200 кг у важкодоступні місця, будівельна техніка, що керується дистанційно або за допомогою штучного інтелекту.

Безпілотна геодезія та топографія 

Літальні апарати для аналізу земельних ділянок та контролю виконаних робіт у поєднанні зі спеціальним програмним забезпеченням дають змогу значно зекономити час та бюджет на проведення аерофотозйомки, створення топографічних планів та звітів про об’єм виконаних робіт. 

Роботизоване планування приміщень 

У 2022 році компанія HP презентувала рішення SitePrint для автоматизованого високоточного макетування приміщень. В парі з тахеометром робот-принтер здатен наносити цифрові макети з CAD-програм на фундамент або підлогу.  

Роботизована кладка

 У 2023 році австралійська компанія FBR Limited представила першу у світі мобільну роботизовану платформу Hadrian X для кладки блоків. Робот здатен зводити конструкції зі штучних матеріалів на основі 3D-моделей. Пристрій розроблений для спільної роботи з мулярами і здатен підвищити їх продуктивність до 5 разів. Hadrian X може укладати до 500 блоків на годину максимальною вагою до 45 кг, піднімаючи їх на висоту до 10 м. 

Ще одним прикладом рішення автоматизованої кладки є робот на базі руки KUKA, створений у лабораторії кафедри технологій будівництва Чеського технічного університету. На відміну від Hadrian X, цей пристрій є прототипом, проте здатен самостійно укладати розчин для кладки. 

3D-принтери

Будівельні 3D-принтери використовують технологію пошарового нанесення бетонного розчину або металу для створення будівель, мостів та інших конструкції. У світі вже налічуються тисячі принтерів різного типу:

• Портальні рамної конструкції
• Поворотні маніпулятори
• Автономні без фіксованих напрямних

У 2014 році компанія MX3D розробила технологію 3D-друку зі сталі, яка дає змогу створювати конструкції вагою до 10 т, при цьому суттєво зменшує витрату металу. Прикладом застосування нової будівельної технології стало створення 12-метрового пішохідного мосту, надрукованого з нержавіючої сталі, який у 2021 році був встановлений на каналі в Амстердамі. 

Прозорі сонячні панелі

У 2014 році вчені Університету штату Мічиган розробили перші у світі повністю прозорі сонячні панелі. Сьогодні понад десять компаній в різних країнах працюють над вдосконаленням технологій прозорих панелей та їх масовим впровадженням. 

Існує кілька різних принципів роботи прозорих сонячних панелей. Один полягає у тому, що скляні модулі поглинають хвилі ультрафіолетового та інфрачервоного діапазону, пропускаючи видиме світло. Інше рішення основане на технології мікрочастинок для внутрішнього розсіювання вхідного світла до країв скляної панелі, де воно збирається фотоелектричними модулями. Ще одна технологія полягає у нанесенні на прозорі поверхні гнучкої плівки, здатної генерувати електроенергію. 

Окремим рішенням є напівпрозорі сонячні панелі, які покращують баланс між здатністю пропускати світло та ККД генерації енергії. Вчені з Корейського інституту енергетичних досліджень розробили напівпрозору перовськітну сонячну панель з рекордним ККД 22%. 

Сонячна покрівля

 У 2016 році Tesla розробила покрівельну черепицю з інтегрованими сонячними модулями. Таке рішення є більш досконалим, ніж звичайні сонячні панелі на даху, оскільки об’єднує в собі кілька функцій: естетику, захист від атмосферних опадів та енергоефективність. Сьогодні доступні рішення багатьох виробників, такі як сонячна черепиця різної форми та фальцеві профілі, що здатні генерувати електроенергію навіть у похмуру погоду. 

Сонячна фарба

Існує три види фарб, здатних генерувати електричну енергію:

• Фотоелектрична. Квантові наночастинки, розроблені в Університеті Торонто, уловлюють світло та перетворюють його на електричний струм. Фарба з такими наночастинками дешевша та на 11% ефективніша за традиційні сонячні панелі.
• Перовськітна. Дослідники Національної лабораторії відновлюваної енергії Міністерства енергетики США розробили перовськітну рідину, яку можна наносити на поверхні для створення сонячних батарей з ККД до 11%.
• Воднева. Вчені Королівського технологічного інституту Мельбурна розробили сонячну фарбу, яка генерує енергію з водяної пари. Фарба поглинає вологу з повітря та використовує сонячну енергію для розщеплення молекул води на кисень і водень, який використовується для виробництва чистої енергії. 

Самовідновлюваний бетон

Новинкою у будівельних матеріалах є бетон, розроблений в Делфтському технологічному університеті, містить спори бактерій Bacillus та кальцієвий лактат, які активуються при контакті з водою або повітрям. Коли в матеріалі з’являються тріщини і туди потрапляє вода, бактерії активуються та починають виробляти вапняк, який заповнює мікротріщини, відновлюючи структуру бетону. 

Аерогель

Найлегший у світі твердий матеріал – аерогель, який на 99,98% складається з повітря, має наднизьку теплопровідність в межах 0,013–0,020 Вт/(м·К) та здатен витримувати навантаження у 2 000 разів більше за власну вагу. У будівництві аерогель може успішно використовуватися для утеплення стін, дахів, вікон та ін. 

Вікна зі змінною прозорістю

Новим рішенням для приміщень, які потребують приватності, є плівка, що клеїться на скло і надає можливість змінювати його прозорість. Рідкокристалічно-полімерний матеріал поміж двох прозорих провідних плівок може регулювати світлопропускну здатність завдяки зміні розташування молекул. У звичайному стані плівка робить скло непрозорим, а при подачі струму скляні перегородки або вікна стають повністю прозорими. 

Балансир інструменту 

Компанія Hilti пропонує спеціальний пристрій для активного розподілу ваги важких інструментів під час тривалої роботи, який значно полегшує працю. Балансир дає змогу суттєво збільшити продуктивність та безпеку роботи оператора завдяки перенесенню напруги з плечей та рук на зону попереку.  

«Зелене» будівництво

Застосування інноваційних будівельних матеріалів, які виготовляються без використання викопного палива, та після експлуатації можуть бути повністю переробленими, є одним з пріоритетних напрямків розвитку провідних забудовників. 

Яскравим прикладом зменшення викидів СО2 є використання сендвіч-панелей, вентильованих фасадів та покрівельних матеріалів Ruukki, виготовлених з «зеленої» сталі SSAB, при виробництві якої замість викопного палива застосовують водень, електроенергію та біогаз. Залишковим продуктом такого виробничого процесу є не вуглекислий газ, а вода.

Як українські компанії впроваджують інновації у будівництві

Енергоощадні та «зелені» технології й матеріали

Технічний директор SENSAR Development Станіслав Мануйло розповідає, що компанія приділяє значну увагу використанню енергоефективних матеріалів та обладнання: «Ми використовуємо енергозберігаюче скло, теплові насоси останньої модерації, ліфтове обладнання, що на окремих фазах роботи генерує електрику».

У майбутніх проєктах компанія планує запроваджувати «зелені» технології: сонячні панелі для власних потреб збудованих будинків, а також когенераційні станції для виробництва електроенергії та тепла для опалення та нагріву води. Надалі SENSAR Development розглядає можливість використання ДБЖ для критично важливих об’єктів споживання енергії (ліфти, насосна, аварійне освітлення, СКУД тощо).

Артур Бавровський, Alterra Group розповів, які інновації використовують в компанії: «Ми впроваджуємо енергоефективні технології: сонячні панелі, системи рекуперації тепла,  вже розглядаємо для деяких проєктів систему теплових насосів для опалення та охолодження приміщень з мінімальними енерговитратами. 

Ми вже  реалізували проєкт з застосуванням водозбірних систем, які дозволяють збирати дощову воду та використовувати  її для потреб будівлі.

У нас є практика повторного використання матеріалів: був випадок, коли клієнту демонтували стяжку, а потім повторно її застосували для влаштування основи».

У DELTA Ukraine роблять акцент на енергоефективність, зниження викидів CO₂, екологічні матеріали та оптимальне використання ресурсів. «Щоб будівлі споживали менше енергії, ми застосовуємо інноваційні фасадні системи та натуральні утеплювачі. Для скорочення впливу на довкілля використовуємо матеріали з вторинної сировини. А завдяки BIM-технологіям точно прогнозуємо витрати ресурсів і оптимізуємо кожен етап будівництва», —  розповідає Юрій Сколоздра, керівник львівського офісу DELTA Ukraine. 

Проте одним із найперспективніших рішень для сталого будівництва, на думку експерта, залишається деревина. 

«Дерево — це матеріал майбутнього. Воно не просто виглядає природно й естетично, а й у 2-3 рази краще зберігає тепло, ніж бетон, що суттєво знижує витрати на опалення. До того ж деревина значно легша, а її виробництво створює набагато менше викидів CO₂, ніж традиційні будівельні матеріали, —  пояснює Юрій Сколоздра. — Якщо раніше дерево використовували здебільшого для малоповерхового житла, то сьогодні технології дозволяють будувати повноцінні багатоповерхові будівлі, офіси, школи, лікарні. Завдяки CLT-панелям (крос-ламінованій деревині) можна зводити міцні, довговічні та вогнестійкі будівлі, які не поступаються бетонним за надійністю та відповідають усім пожежним нормам. Протоколи кваліфікаційних випробувань підтверджують їхню відповідність класам М0, REI 60 і REI 120. Повільне обвуглювання та поперечний шар деревини забезпечують високий рівень протипожежного захисту. Водночас GLT-брус (клеєна деревина) ідеально підходить для каркасних конструкцій великих приміщень, поєднуючи міцність і легкість».

Швидкі  технології

Україна потребує швидких технологій для відбудови зруйнованих будинків, інфраструктурних об’єктів тощо. Війна підштовхує до  активного впровадження інновацій, які дозволяють будувати швидко та якісно, одна з таких технологій — будівельні 3D-принтери. 

Інна Фурман, засновниця та СЕО 3D UTU розповідає: «Наша компанія розробила і запатентувала перший в Україні будівельний 3D-принтер. Ми розробили не тільки конструктив принтера, а й програмне забезпечення для його роботи, а також програму Slicer для адаптації будь-якого будівельного проєкту під 3D-друк. Завдяки Slicer всього за кілька хвилин архітектори можуть конвертувати свій проєкт у формат, зрозумілий для нашого принтера». 

В портфелі компанії вже є перший в Україні приватний 3D-будинок, який було надруковано та введено  в експлуатацію.

«Нам цікаво досліджувати цю технологію в цілому, тому експерементуємо, тестуємо, співпрацюємо з вченими. З останнього — лабораторні дослідження наших партнерів-науковців із Національного університету «Львівська політехніка», які довели, що погонний метр стіни, надрукованої принтером 3D UTU, витримує навантаження 64 тони. Також зараз вони у процесі вивчення повздовжнього та поперечного армування для 3D будівництва. Наразі перспектива багатообіцяюча і може стати справжнім проривом, — розповідає Інна Фурман. — У майбутньому плануємо використовувати й розробки, над якими зараз плідно працюємо разом із науковцями з ХНУМГ ім. О.М.Бекетова. Вони поставили перед собою амбітну ціль — зменшити вагу конструкцій, тим самим знизити вартість будівництва. Віримо в успішний результат і готові застосовувати це досягнення на практиці.

Ця технологія зробить процес будівництва значно простішим і швидшим. Впевнені, що вона буде і надалі набирати обертів, ставати все популярнішою, затребуванішою».

Нагадаємо, раніше ми писали: Будівництво 3D-школи відновили у Львові

Українські компанії також активно впроваджують префаб виробництво будівель або окремих його частин, що дозволяє скоротити час будівництва, зменшити відходи та підвищити якість, про це розповів технічний керівник Alterra Group Артур Бавровський.

Ще один перспективний напрям — модульне дерев’яне будівництво. «Заводське виробництво модулів дозволяє скоротити терміни будівництва в рази. Всі елементи виготовляються в контрольованих умовах, а на місці вони лише збираються, що мінімізує відходи та покращує якість, —  коментує Юрій Сколоздра. — В умовах масштабних руйнувань Україна потребує швидких, якісних і довговічних рішень для відбудови. Дерев’яні конструкції дозволяють у короткі терміни зводити житлові комплекси, медичні заклади, навчальні установи та громадські простори.

Дерев’яні будівлі енергоефективні, екологічні та легко адаптуються під потреби майбутнього. Вони не лише допоможуть у відновленні країни, а й зададуть новий стандарт сталого будівництва в Україні».

Розумні технології

BMS, VR/AR, BIM-проєктування — ці технології давно прийшли в Україну, але  через їхній постійний розвиток та вдосконалення досі доречно говорити про них в контексті інновацій.

В Alterra Group активно впроваджують розумні технології —  системи автоматизації будівель (BMS) інтегровані для управління освітленням, опаленням, вентиляцією та іншими системами. «В наших фармацевтичних складах температура та вологість підтримується автоматично за рахунок великої кількості датчиків та провідної автоматики, яка здатна відрегулювати параметри з похибкою до 0,5 градуса, або 1% вологості, — коментує Артур Бавровський. —  Ми розпочали повний перехід в BIM-проєктування. Також використовуємо віртуальну та доповнену реальність (VR/AR). Архітектори та інженери можуть створювати та тестувати будівлі у віртуальній реальності перед початком будівництва та виконувати координацію в процесі  будівництва. Також таку будівлю (ще не побудовану) можна показувати потенційним клієнтам». 

Перспективні напрямки

Серед перспективних напрямків, які можуть бути впроваджені в Україні в майбутньому, Артур Бавровський називає такі:

• Проєктування з використанням штучного інтелекту: як мінімум пошук концепцій будівель, фасадів, накидка нестандартних рішень чи підходів;
• Енергетично незалежні будівлі завдяки освоєнню кінетичної енергії. «Ми допускаємо, що цілком реально використовувати енергію, яка генерується під час руху людей або транспорту навколо будівлі», — пояснює експерт.
• Залучення дронів для 3d зняття ділянок як перед початком будівельних робіт, так і після, що дозволить мінімізувати витрати та підняти точність показників.
• Гнучкість будівлі залежно від потреб ринку. Адаптивні конструкції будівлі, рішень, або планувань до вимог клієнтів. Такі будівлі можуть змінювати свою форму та функцію залежно від потреб.

Фото: 3D UTU, DELTA Ukraine