Как 3D-печать и BIM работают вместе на будущее строительства

Эксперты строительной отрасли постоянно ищут новые методы повышения эффективности, устойчивости и точности своих проектов. В качестве интересного технологического дуэта, стимулирующего развитие инноваций в этом секторе, можно выделить цифровое производство и BIM.

Напечатанный на 3D‑принтере пешеходный мост в Амстердаме — пример того, как эти технологии помогли открыть широкие возможности для создания сложных конструкций с уникальным дизайном. Новаторский и запоминающийся проект привлёк внимание всего мира благодаря своему авангардному стилю и процессу строительства.

Шедевр строительных инноваций

В июле 2021 года королева Нидерландов Максима торжественно открыла первый в мире стальной пешеходный мост, изготовленный методом 3D‑печати. Этот объект, созданный при сотрудничестве голландской компании MX3D и исследователей из Имперского колледжа Лондона, ознаменовал собой новый этап в применении цифрового производства в крупномасштабном строительстве. Он элегантно соединял две стороны канала Oudezijds Achterburgwal в Амстердаме вплоть до 2023 года.

Для изготовления 12-метрового моста было использовано 4 500 килограммов нержавеющей стали. Строительство проходило в два этапа: сначала роботы печатали элементы на заводе в течение шести месяцев, а затем секции перевозились на место и собирались над каналом.

Дизайн моста, разработанный художником Йорисом Лаарманом, отличается прежде всего плавностью форм. Он не только привлекает внимание с эстетической точки зрения, но и подчеркивает одно из ключевых преимуществ параметрического проектирования и 3D‑печати в строительстве: возможность создавать сложные и изогнутые формы, которые было бы трудно воплотить с помощью традиционных методов строительства.

Объект также был оснащён сложной сетью датчиков, которые непрерывно следили за его поведением в период эксплуатации. Эти устройства, включая тензодатчики, акселерометры и температурные сенсоры, собирали данные о напряжении, деформации и вибрации, а также мониторили состояние окружающей среды в режиме реального времени.

Полученная информация использовалась для создания цифрового двойника (digital twin) моста — виртуальной копии, с помощью которой инженеры моделировали различные сценарии, прогнозировали его долгосрочное поведение и оптимизировали стратегии технического обслуживания. В результате принятые решения не только повысили безопасность и долговечность конструкции, но и позволили получить ценные сведения для проектирования и 3D‑печати других объектов.

Таким образом, мост через канал Oudezijds Achterburgwal наглядно продемонстрировал важность интеграции аддитивного производства с другими цифровыми инструментами вроде BIM. Такая синергия имеет решающее значение для максимизации использования цифрового производства в строительстве.

BIM и цифровое производство

Технологии информационного моделирования дают возможность разработать трёхмерную модель — централизованное хранилище информации, которое позволяет облегчить общение между различными участниками команды. Добавьте к ним концепцию цифрового производства, и вы получите новые преимущества для обеих сторон:

• Повышение точности: с помощью BIM создаются высокоточные проекты, которые напрямую преобразуются в инструкции для цифровых производственных машин, благодаря чему сокращается количество ошибок и переделок
• Рост эффективности: автоматизировав рабочие процессы с помощью цифрового производства, вы сократите сроки строительства и оптимизируете использование ресурсов
• Улучшение дизайна: методы цифрового производства позволяют создавать индивидуальные архитектурные элементы, отвечающие конкретным потребностям каждого проекта
• Максимизация экологичности: оптимальный расход материалов и сокращение отходов способствуют повышению экологичности на этапах строительства и эксплуатации

Синергия между BIM и цифровым производством способна преобразить строительную отрасль подобно тому, как цифровые технологии изменяют промышленность. Централизованная 3D‑модель и автоматизация рабочих процессов могут привести к более эффективному, устойчивому и безопасному процессу реализации объекты, а также к сокращению затрат, сроков и рисков.

Проблемы и ограничения

Несмотря на многочисленные преимущества, которые даёт 3D‑печать в строительстве, важно признать, что технология всё ещё находится на стадии развития, и для её повсеместного внедрения необходимо преодолеть ряд проблем.

Так, одним из главных препятствий является масштабируемость. Несмотря на значительный прогресс в области крупномасштабной 3D‑печати, всё ещё существуют ограничения по размеру и сложности конструкций для производства.

Другая проблема заключается в стоимости печати. Хотя ожидается, что она будет снижаться со временем, первоначальные инвестиции в оборудование и материалы могут стать причиной для отказа в некоторых компаниях, особенно на небольших проектах.

Кроме того, необходимо разработать специальные правила и стандарты для строительства с помощью 3D‑печати, чтобы обеспечить безопасность и качество зданий. Отсутствие четкой нормативной базы может создавать неопределённость и препятствовать внедрению технологии.

Несмотря на эти проблемы, аддитивные технологии в строительстве имеет многообещающее будущее. Исследования и разработки в области материалов, рабочих процессов и программного обеспечения в сочетании с растущим спросом на более эффективные и устойчивые строительные решения будут стимулировать внедрение 3D‑печати в ближайшие годы.

Другие примеры цифрового производства и BIM в строительстве

Кроме моста в Амстердаме в мире существует ещё множество других подобных проектов и новаторских решений. Среди них можно отметить:

• Дома компании Apis Cor: напечатанные на 3D‑принтере бетонные здания, которые позволили сократить время и стоимость строительства, а также повысить эффективность использования материалов
• Объекты от ICON: выполненные из материала Lavacrete, сочетающего в себе вулканическую породу и цемент, они стали доступным и устойчивым к стихийным бедствиям жильём
• Готовые стальные решения: лазерная резка и роботизированная сварка стали позволяют повысить ускорить изготовление конструкций и снизить затраты
• Строительная робототехника: использование роботов значительно повышает безопасность на стройплощадке и эффективность выполнения повторяющихся задач

Перспективы развития

Напечатанный на 3D‑принтере мост в Амстердаме свидетельствует о технологической революции и демонстрирует потенциал синергии между BIM и достижениями в области 3D‑печати. Автоматизация процессов, оптимизация использования материалов и сокращение отходов — вот лишь некоторые из преимуществ этого тандема. Сотрудничество между промышленниками, учёными и главами государств будет иметь решающее значение для стимулирования исследований, разработок и внедрения этих технологий.

А проекты вроде моста в столице Нидерландов с его инновационным дизайном и новаторским процессом строительства помогают нам представить себе будущее, в котором цифровое производство и BIM позволяют создавать более умные и устойчивые здания, способные противостоять вызовам быстро меняющегося мира.