CC BY
2УДК 69 Проскурина А.Н., Фоменко И.Н., Кочарян Ю.Г.
Проскурина А.Н.
Сочинский государственный университет (г. Сочи, Россия)
Фоменко И.Н.
Сочинский государственный университет (г. Сочи, Россия)
Научный руководитель: Кочарян Ю.Г.
доцент, к. филол. н., доцент кафедры романо-германской и русской филологии Сочинский государственный университет (г. Сочи, Россия)
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ: ТРАНСФОРМАЦИЯ ОТРАСЛИ
Аннотация: в статье исследуются современные технологии, которые модернизируют строительную отрасль. Рассматриваются информационное моделирование зданий (BIM), ЗБ-печать, робототехника, искусственный интеллект (ИИ) и экологически устойчивые материалы. Показано, как данные инновации повышают эффективность строительных проектов, снижают затраты и минимизируют экологическое воздействие. Переход к устойчивому, автоматизированному подходу знаменует новую эру в строительстве, ориентированную на повышение безопасности и экологической ответственности.
Ключевые слова: строительные технологии, устойчивое развитие, информационное моделирование, робототехника, искусственный интеллект, экологичные материалы.
Строительная отрасль ответственна за значительную долю глобальных выбросов углерода, что составляет около 40%. В последние годы данная сфера сталкивается с возрастающими вызовами, связанными с нехваткой квалифицированных кадров, ростом затрат и усложнением проектного управления. Согласно данным Всемирного экономического форума, рост производительности в строительстве за последние два десятилетия составил всего 1%, что значительно ниже аналогичных показателей в других секторах. Для решения этих проблем внедряются цифровые и автоматизированные решения, такие как BIM, ЭБ-печать, робототехника и ИИ.
Ключевыми целями внедрения инновационных технологий в строительстве являются: повышение производительности, улучшение качества проектов, обеспечение безопасности работников, снижение воздействия на окружающую среду.
В современное время происходит активное внедрение ТИМ (BIM) технологий на стадии проектирования, строительства, управления и эксплуатации, которые охватывают весь жизненный цикл строящегося объекта.
Применение ТИМ предоставляет строительным компаниям ряд ключевых преимуществ, таких как: снижение количества ошибок и переделок, выявление конфликтов между различными инженерными системами на этапе проектирования с помощью автоматического обнаружения пересечений (clash detection), улучшение планирования и соблюдении сроков. ТИМ также повышает прозрачность и улучшает взаимодействие между участниками проекта и способствует экологической устойчивости, что позволяет разрабатывать проекты, соответствующие стандартам «зеленого строительства».
Современные программные платформы для ТИМ, такие как Autodesk Revit, ArchiCAD и Bentley Systems, предлагают широкий спектр функций. Эти платформы поддерживают генеративное проектирование, которое с помощью алгоритмов создает оптимальные архитектурные и инженерные решения, визуализацию данных в реальном времени через облачные сервисы и
интеграцию с устройствами Интернета вещей (IoT). Благодаря этому эксплуатационные характеристики зданий можно отслеживать даже после завершения строительства.
В будущем ожидается дальнейшая эволюция ТИМ. Технология будет интегрироваться с искусственным интеллектом, автоматизацией процессов проектирования, а также дополненной (AR) и виртуальной (У^) реальностью, что откроет новые возможности для моделирования и взаимодействия с проектами. Развитие концепции «умных городов» приведёт к применению ТИМ на уровне городского планирования, что позволит оптимизировать инфраструктуру и обеспечить её устойчивость.
Информационное моделирование зданий (ТИМ) уже доказало свою эффективность в ускорении процессов проектирования, а технология 3D-печати предлагает аналогичные преимущества в строительстве, кардинально меняя подход к возведению зданий и инфраструктуры. В основе 3D-печати лежит аддитивное производство, при котором материалы, такие как бетон, пластик или металл, наносятся слой за слоем в строгом соответствии с цифровой. Эта технология отличается высокой точностью и экономичностью, что делает её незаменимым инструментом для решения актуальных задач: сокращения сроков строительства, оптимизации затрат и снижения воздействия на окружающую среду. Точная дозировка материалов с помощью 3D-принтера минимизирует перерасход и количество отходов, что особенно важно в условиях растущей потребности в экологически устойчивых подходах. Кроме того, 3D-печать позволяет значительно сократить время возведения зданий за счёт автоматизации многих процессов, устраняя необходимость в длительных подготовительных этапах, характерных для традиционных методов. Технология также снижает потребность в квалифицированной рабочей силе, обеспечивая выполнение значительной части работ автоматически. Следовательно, 3Э-печать не только ускоряет строительные процессы, но и открывает новые возможности для устойчивого развития, предлагая эффективные, экономичные и экологичные решения для современной строительной индустрии.
Ограниченный выбор материалов, высокая стоимость и необходимость в больших принтерах и точных инженерных расчетов - основные весомые проблемы, связанные с внедрением 3D-печати в строительство, но с развитием технологий эти ограничения постепенно уменьшаются, открывая новые возможности для 3D-печати в строительстве.
В перспективе 3D-печать в строительстве продолжит развиваться, становясь более доступной и применимой в массовом строительстве. Интеграция с искусственным интеллектом и робототехникой позволит добиться большей автономности и эффективности, ускоряя процессы и снижая затраты. Это открывает новые горизонты для создания современных, устойчивых и высокотехнологичных объектов.
Современное строительство активно использует автоматизацию и цифровые технологии, где 3D-печать и робототехника играют важную роль. Эти технологии прекрасно дополняют друг друга, помогая ускорить процессы, повысить их точность и сделать стройки безопаснее. Робототехника уже включает в себя такие разработки, как дроны, автономные машины, экзоскелеты и роботизированные манипуляторы, которые меняют привычные методы работы.
Дроны, например, значительно упрощают проведение съемок и инспекций на стройплощадках. Они быстро создают 3D-модели местности, что помогает лучше планировать проекты. Автономные машины перевозят материалы и оборудование без участия людей, рассчитывая оптимальные маршруты и снижая риск ошибок и несчастных случаев.
Роботы также берут на себя тяжелую или опасную работу, позволяя людям сосредоточиться на более безопасных и интеллектуальных задачах. Экзоскелеты помогают рабочим справляться с тяжелыми физическими нагрузками, что снижает риск травм и увеличивает производительность.
Тем не менее, есть и сложности. Технологии пока остаются дорогими, а для работы с ними нужны специалисты, которых нужно обучать. Также роботы могут испытывать трудности на нестабильной или сложной местности, где все
еще требуется помощь человека. Несмотря на это, робототехника продолжает развиваться, обещая сделать строительство быстрее, безопаснее и экологичнее.
Робототехника открывает большие возможности для модульного и сборного строительства. Благодаря использованию роботов элементы зданий изготавливаются на заводах в идеальных условиях, а затем доставляются на строительные площадки для быстрой сборки. Такой подход помогает снизить затраты, сократить сроки строительства и минимизировать отходы.
Для управления этими процессами и автоматизированными системами активно внедряются искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (МО). Эти технологии способны преобразовать строительную отрасль, предоставляя новые инструменты для оптимизации проектирования, управления процессами, минимизации рисков и сокращения расходов. Используя ИИ и МО, компании получают доступ к расширенной аналитике данных и автоматизации, что особенно важно для сложных проектов.
ИИ широко применяется в прогнозной аналитике, управлении строительными площадками и автоматизации проектирования. Например, такие платформы, как Autodesk, используют ИИ для создания множества вариантов дизайна, позволяя выбирать наиболее эффективные и экономичные решения.
Машинное обучение играет важную роль в мониторинге состояния зданий и инфраструктуры. Благодаря датчикам и технологиям Интернета вещей (IoT) в режиме реального времени собираются данные о вибрациях, температуре и других параметрах. Эти данные анализируются алгоритмами, которые помогают выявлять потенциальные проблемы, предотвращая серьезные повреждения и дорогостоящий ремонт.
ИИ и МО также способствуют экологической устойчивости строительства. С их помощью анализируется энергоэффективность зданий, разрабатываются рекомендации по улучшению изоляции, вентиляции и использованию возобновляемых источников энергии.
Однако внедрение ИИ и МО сопряжено с трудностями. Главные из них — высокая стоимость разработки и необходимость больших объёмов
качественных данных. Также существует дефицит квалифицированных специалистов, способных эффективно работать с этими технологиями.
Тем не менее, преимущества ИИ и МО значительно перевешивают сложности. Они помогают повысить точность и эффективность процессов, а также способствуют созданию умной, устойчивой инфраструктуры. В будущем эти технологии приведут к полной автоматизации строительства, где автономные системы будут работать в единой экосистеме, которая обеспечивает наивысшую производительность.
Наряду с развитием робототехники и внедрением искусственного интеллекта, значительный вклад в трансформацию строительной отрасли внесло использование современных экологичных материалов и технологий, которые обеспечивают повышение долговечности, снижение экологического воздействия и эксплуатационных расходов.
Ключевой инновацией в этой сфере является самовосстанавливающийся бетон, содержащий бактерии, которые активируются при проникновении воды в трещины и производят известняк, восстанавливающий структуру материала. Эта технология существенно продлевает срок службы конструкций, снижает затраты на ремонт и минимизирует образование отходов, что особенно важно для инфраструктурных объектов, таких как мосты, дороги и тоннели, где ремонтные работы сопряжены с серьёзными финансовыми и временными затратами.
Графеновые композиты представляют собой еще одно перспективное решение благодаря уникальным свойствам графена, сочетающего в себе высокую прочность и легкость. Его теплопроводность и электрическая проводимость открывают возможности для интеграции с интеллектуальными технологиями, такими как системы мониторинга состояния и управления энергией. Использование графеновых материалов позволяет создавать более устойчивые, легкие и надежные конструкции, что особенно важно для высотного строительства и мостов, где требуется сочетание высокой механической прочности и функциональности.
Эти инновационные материалы прокладывают путь к созданию более экологичной и технологически продвинутой инфраструктуры, устанавливая новые стандарты для строительной отрасли.
Экологические технологии позволяют обеспечить создание энергоэффективных и экологически безопасных объектов. Одним из наиболее перспективных направлений является использование солнечных панелей и других систем, основанных на возобновляемых источниках энергии. Встраивание солнечных батарей в архитектурные элементы, такие как фасады и кровли, позволяет зданиям самостоятельно вырабатывать электроэнергию, полностью или частично покрывая свои энергетические потребности. Такой подход не только снижает зависимость от централизованных энергетических систем, но и минимизирует углеродный след, делая эксплуатацию зданий более экономически выгодной. Умные окна с регулируемой пропускной способностью тепла и света адаптируются к изменениям внешней температуры и освещенности, что снижает энергозатраты на отопление и охлаждение зданий.
Технологии управления водными ресурсами, такие как системы сбора и хранения дождевой воды для технических нужд, повторное использование воды в бытовых целях и установка низкорасходных сантехнических устройств, позволяют сократить потребление воды и снижают нагрузку на коммунальные системы.
Преимущества устойчивых материалов и технологий очевидны: они снижают эксплуатационные затраты, повышают долговечность строительных объектов и минимизируют экологический ущерб. Однако их широкое внедрение сталкивается с рядом препятствий, таких как высокая стоимость материалов и нехватка квалифицированных специалистов, способных работать с этими технологиями.
Несмотря на проблемы, устойчивые материалы и "зеленые" технологии продолжают завоевывать популярность благодаря поддержке со стороны правительств, научных организаций и общественности. Их использование становится неотъемлемой частью современных строительных стандартов,
направленных на создание устойчивой и экологически безопасной городской среды.
Инновационные технологии, такие как ТИМ, ЭЭ-печать, робототехника, ИИ и устойчивые материалы, существенно меняют строительную отрасль, решая проблемы с безопасностью, эффективностью и устойчивостью.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Распоряжение Правительства РФ от 27.12.2021г. No3883-P;
2. О стратегическом направлении в области цифровой трансформации строительной отрасли, городского и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации до 2030 года;
3. СП 471.1325800.2019, Информационное моделирование в строительстве. Контроль качества производства строительных работ;
4. СП 301.1325800.2017 Информационное моделирование в строительстве. Правила организации работ производственно-техническими отделами;
5. Всемирный экономический форум. (2020). Будущее строительства: ускорение технологических изменений;
6. Autodesk Research. (2021). Генеративный дизайн и искусственный интеллект в архитектуре;
7. McKinsey & Company. (2019). Отчет о производительности в строительной отрасли;
8. Бетоны. Материалы. Технологии. Оборудование. // Феникс. (2006);
9. Нанотехнологии в строительстве: Научный интернет-журнал. (2009) - том 1
Proskurina A.N., Fomenko I.N., Kocharyan Yu.G.
Proskurina A.N.
Sochi State University (Sochi, Russia)
Fomenko I.N.
Sochi State University (Sochi, Russia)
Scientific advisor: Kocharyan Yu.G.
Sochi State University
INNOVATIVE TECHNOLOGIES IN CONSTRUCTION: TRANSFORMATION OF THE INDUSTRY
Abstract: the article examines modern technologies that are modernizing the construction industry. Building information modeling (BIM), 3D printing, robotics, artificial intelligence (AI), and environmentally sustainable materials are considered. It is shown how these innovations improve the efficiency of construction projects, reduce costs, and minimize environmental impact. The shift to a sustainable, automated approach marks a new era in construction focused on improving safety and environmental responsibility.
Keywords: construction technology, sustainable development, BIM, robotics, artificial intelligence, sustainable materials.
