Параметры теплого и «умного» дома. Челябинск вошел в тройку городов-лидеров по внедрению технологий информационного моделирования в строительстве

Тема ТИМа

— Сегодня технология информационного моделирования (ТИМ) в строительстве на пике популярности во всем мире, — говорит президент Челябинского межрегионального союза строителей Александр Абаимов. — При этом особую гордость вызывает то, что именно Челябинск по внедрению ТИМа прочно находится в тройке российских городов-лидеров, наравне с Санкт-Петербургом и Новосибирском. В городе есть прекрасные образцы того, как под эту технологию перестроены проектирование и управленческие процессы, реализация трехмерной модели для проведения авторского надзора и контроля со стороны прораба на строительной площадке. И сама информация, полученная при помощи ТИМа, является источником принятия эффективных бизнес-решений. А сами предложения челябинцев по внедрению ТИМа были учтены при формировании повестки Госсовета по строительству и разработке поручений президента России Владимира Путина по его итогам. Более того, именно в Челябинске создается экспериментальная площадка по внедрению пилотных проектов с использованием ТИМ-технологий в рамках реализации программы Минстроя и ЖКХ РФ. И именно в Челябинске в конце октября пройдет IV Международная конференция «Техническое регулирование в строительстве».

Взгляд через 3D

— Самое главное отличие ТИМа от традиционного подхода в строительстве в том, что эта модель является параметрической абсолютно для всех элементов, которые в ней присутствуют, — говорит технический директор ООО «ИнфорМА» Елена Макаренко. — Представьте, как специальным инструментом, который есть в программных комплексах, мы наводим, например, на колонны, и автоматически выходят все параметры: сечение, нормирование колонн, марка бетона. То же самое с инженерными сетями. Нацелились на воздуховод, и тотчас высвечиваются его диаметр, материал и так далее. И так по каждой позиции. И любой участник проекта, будь то проектировщик, строитель, представитель службы эксплуатации, может оперативно получить в 3D-модели всю эту информацию, которая по ходу строительства может корректироваться.

Строительная организация автоматически получает чертежи, которые так же автоматически поступают на станки с программным управлением. Кстати, компании, использующие ТИМ-технологии, которые есть и в Челябинске, преуспевают и в скорости производства, и в качестве работ.


— Преимущество этой технологии в том, что в процессе строительства каждый участник этого инвестиционного проекта вносит параметры в информационную модель, —  добавляет доктор технических наук, профессор кафедры технологии строительного производства ЮУрГУ Альберт Байбурин. — Проектировщик внес параметры материалов, конструкций, строители внесли отклонения, которые фактически допущены, служба эксплуатации вносит замеченные повреждения. И любой может открыть эту 3D-модель и все одновременно сразу увидеть. Это очень упрощает работу, а главное, влияет на качество и безопасность.

Увидеть «китайскую реальность»

— Возможно, в ближайшем будущем челябинцы смогут посмотреть в окно и увидеть… «китайскую реальность», — рассуждает Альберт Байбурин. — Возьмите стрелу, которая распределяет бетон по этажам строящегося в Челябинске монолитного дома. Если будет цифровая модель этажа, то вместо бетонораспределительной стрелы поставьте робота, который будет автоматически распределять любой композит. Причем робот будет делать все очень точно, качественно и безопасно без участия человека.

Эту технологию китайцы уже применяют. Но, увы, у челябинских ученых нет денег на лабораторию, чтобы купить строительный принтер. Между тем с его помощью «китайская революция» в строительстве пришла бы и в наш город. В лабораториях мировых университетов такой строительный принтер давно применяется, но мы, как всегда, отстаем.

— Выпускник архитектурно-строительного факультета ЮУрГУ Станислав Вайсман предложил революционную 7D-модель в жилищном строительстве с использованием информационного моделирования зданий, — говорит Альберт Байбурин. — ТИМ-технологии Станислав Вайсман внедряет уже на стадии строительства. В его активе — год работы в одной из проектных фирм США, где как раз активно практикуется информационное моделирование. Он изучил все иностранные стандарты по информационному моделированию и на основе этого предложил к уже апробированной 3D-модели добавить еще несколько параметров, например, ось времени — график производства работ. Такой вариант приводит уже к 4D-моделированию. Если к этому добавить еще финансовую составляющую и другие позиции, то можно говорить о 5D-, 6D-, 7D-моделировании. Станислав предлагает свою систему именно для строителей — в проекте производства и организации работ. По мнению ученых, такой подход, несомненно, является революционным прорывом в организации строительных работ.


Откуда идет холод?

— Известно, что существует три основные болевые точки, где может происходить утечка тепла, — говорит кандидат технических наук, доцент кафедры строительных материалов архитектурно-строительного факультета ЮУрГУ Александр Орлов. — Это кровля, стены, оконные перекрытия. Как должны распределяться акценты, чтобы энергосберегающие технологии работали максимально?
Важны все три фактора. Если есть утечка тепла через оконные проемы, то уже и неважно, насколько теплые стены. Многие производители железобетонных панелей к этому и пришли, что, например, неважно, насколько сама стенная плита теплая, важно утеплить стыки. Именно холодные стыки могут обеспечить огромную утечку тепла.

— Есть несколько принципов теплого дома, — говорит Альберт Байбурин. — Первый —  форма дома. Посмотрите на главный корпус Сколково: полностью открыт — снизу, сверху, с боков. Форма дома должна быть энергосберегающая, без всяких лишних выступов. Второе — ориентация по солнцу и по ветру, чтобы солнце зимой нагревало, чтобы северный ветер не остужал лишний раз. Правда, сейчас уже строят вращающиеся дома. Но это на Западе.

Третье: тепловая оболочка должна быть полностью замкнутая. Не зря же в Европе обязательно проходят испытания на воздухопроницаемость. Ты можешь сделать толстенные, как в средневековых замках, стены, но если в стыках будет потеря тепла, то толщина стен не поможет. По мнению некоторых ученых-теплотехников, потери тепла через стены и другие ограждающие конструкции не столь уж и велики (30-40 % в зависимости от здания). А больше (или, по крайней мере, столько же) тепла теряется через вентиляцию. Поэтому инженерные системы обязательно предполагают установку рекупираторов тепла. Но тогда вентиляцию надо делать не естественной, а принудительной. То есть выходящий теплый воздух отдает тепло входящему холодному. Это то, что называется теплообменником.

Еще один фактор — применение всех возможных энергоэффективных технологий в инженерных сетях, вплоть до энергосберегающих бытовых приборов. В Германии, где на этот счет действует специальная государственная программа, даже дотации давали людям, которые жили в так называемых «пассивных» домах, на покупку энергосберегающей бытовой техники.

— Ты вышел из дома, а программа продолжает работать автоматически, — говорит Альберт Байбурин. — Весь день в целях экономии температура в доме держится, скажем, на уровне 15 градусов, а за полчаса до прихода хозяина разогревается до 20 градусов.

«Дышащие» дома

— Почему ругают панельные дома? — рассуждает Александр Абаимов. — Как только косой дождь прошел, так стыки становятся влажными и на поверхности образуется конденсат. Возьмите строящиеся в Челябинске финские дома. В них всегда тепло, благодаря тому, что они строятся из трехслойных стеновых панелей пятого поколения завода «Бетотек». Панели, из которых построены такие дома, паропроницаемые. То есть они «дышащие».

Секрет еще и в том, что у них предусмотрены специальные каналы, отводящие воду и убирающие конденсат. И к этим домам у специалистов нет никаких претензий. Если решить эту проблему, то тогда и не стоит прощаться с панельным строительством.

— Тепло в доме — это хорошо, — соглашается кандидат технических наук, доцент кафедры строительных материалов архитектурно-строительного факультета ЮУрГУ Тамара Черных. — Однако все начинается с материалов. И мы сталкиваемся, особенно в частном строительстве, с проблемой их неправильного применения. Важно не только, чтобы дом был теплый, важно, чтобы он «дышал». И тогда при кажущихся потерях тепла уменьшается и потребность в мощной вентиляции. Внутренний слой должен быть наименее проницаем. Мы дышим, готовим еду — пар выходит из помещения наружу. Самый плотный, бетонный или кирпичный, — это внутренний слой. Затем идет теплоизоляция. Именно она и должна дышать, отдавать все, что в ней будет накапливаться. Иначе она будет намокать и менять свои характеристики. Например, стена сделана из очень хорошего материала — инси-блока. А снаружи она зашита теплоизоляцией, которая не пропускает пар вообще. Например, из пеноплекса. Вся вода копится на стыке и течет по тому же инси-блоку. Он намокает, и теплоизоляционная способность его снижается. А если, не дай бог, он еще и промерзнет, тогда и речи не будет ни о какой теплоизоляции. Подобные ошибки как раз и приводят к тому, что в доме становится холодно.

Есть одна спорная разработка — условный аналог гипсокартона, гипсоволокнистая сухая отделка в помещении. Так называемый бишофит используется в производстве ксилолита для наливных полов, некоторых литых изделий: плитки, подоконников, стекломагниевых листов (СМЛ). Сам материал бактерицидный. С его использованием в помещении хорошо дышится. Эти листы при необходимости впитывают в себя излишнюю влагу в помещении или, наоборот, отдают, создавая оптимальный микроклимат.


Легче воздуха в шесть раз!

— К нам на кафедру часто обращаются производители строительных материалов, с тем чтобы улучшить их составы, изменить технологию, улучшить теплофизические характеристики, — говорит Тамара Черных. — Например, в ячеистом бетоне две характеристики — плотность и прочность. Соотношение этих двух характеристик и дает качество. Например, производитель, может обеспечить прочность, но материал у него не получается достаточно легким.

Поэтому потребитель должен знать основу материала, который он купил, — цементная или силикатная. В зависимости от этого нужно решать, как ему гидроизолировать материал, возможно ли его открытое применение на воздухе.

— Как обыватель, я не стала бы в наших климатических условиях строить дом из полистиролбетона, — признается Тамара Черных. — Это не значит, что пеноблок как материал плох. Это связано с производителями материалов. Как правило, они изготавливаются на небольших предприятиях, где с контролем качества большие проблемы. Полистиролбетон при нагревании начинает разлагаться, выделяя в пространство помещения большое количество вредных веществ.

— Применяются уже и вакуумные панели, — добавляет Альберт Байбурин. — Два сантиметра такой панели заменяют 40 сантиметров минеральной ваты. Представляете? Экономится дополнительно 40 сантиметров жилой площади! Однако есть недостаток: если теряет герметичность, теряет все. Есть еще один любопытный материал —  аэрографит, который легче воздуха в шесть раз! Но все эти технологии пока еще очень дорогие.

А цемент-то «левый»

— Покупателя стройматериалов могут поджидать разные опасности, — говорит Тамара Черных. — Широко применяется феррохромовый шлак, который есть на некоторых челябинских предприятиях. Казалось бы, он безопасен. Но есть мнение, что есть очень опасный для здоровья шестивалентный хром. Его наличие в материалах может вызывать страшные заболевания. Этот порошок серого цвета, и даже я, специалист, на вид не отличу его от настоящего цемента. Этим пользуются недобросовестные производители цемента, который они смешивают в неизвестно каких пропорциях и продают это как  цемент. И даже на рынке, покупая такой цемент, я не смогу отличить, пока в лаборатории не проверю его прочность, разбавлен этот цемент или нет.

— Есть инициативная группа, которая борется с этим, — говорит Александр Орлов. —  Совместно с союзом предприятий стройиндустрии Челябинской области мы проводим контрольные закупки в сфере строительных материалов не с заводов, а именно с рынков. В сотрудничестве с предприятиями, которые заинтересованы в своем добром имени. Очень крупная закупка, произведенная несколько месяцев назад примерно в 60 точках Челябинска и примерно в 30 точках Магнитогорска, была связана именно с цементами Результаты очень плачевные. По Челябинску примерно в половине случаев качество не соответствовало требованиям, заявленным на мешках. На многих мешках невозможно найти производителя, не указана масса, что позволяет мешку быть неприлично легким.

Бетон на растяжение

— Наши недавние выпускники архитектурно-строительного факультета Анастасия Сашина и Дмитрий Богусевич разработали способы повышения эффективности фибробетонов, — рассказывает Александр Орлов. — Работали наши студенты непосредственно с базальтовой фиброй, которая представляет собой тончайшие волокна, предназначенные для повышения прочности мелкозернистых бетонов на растяжение.

Как известно, бетон — это камнеподобный материал: на сжатие прекрасно работает, а вот на растяжение — очень плохо. Предложенная студентами комбинация значительно повышает не только прочность бетона, но и его трещиностойкость, у такого бетона меньше отколов. Практика показывает, что, пока материал еще свежий и не набрал прочности, у него часто откалываются углы. Многие производители газопенобетона используют фибру именно для того, чтобы снизить отколы по углам. В результате твердения цементных пенобетонов происходит значительная усадка, и они начинают растрескиваться. Фибра в определенной степени помогает бороться с этим нежелательным явлением. Заслуга наших студентов состоит в разработке способов повышения прочности сцепления фибры с основным материалом.

— В Европе подобные изыскания называются менеджментом системы отходов, — говорит Тамара Черных. — Простой пример. Для производства цемента, как известно, нужны печи, а это дорого. Гипс — это опять же печи, и тоже дорого. Но есть отличный природный материал. Например, асбест, который производят в одноименном городе Челябинской области. Там очень много отходов этого материала. И куда его только не пытаются пристроить, в том числе и на отсыпку дорог! Но и при этом город продолжает находиться в отвалах.

Мы берем этот серпентин, обжигать который не нужно, просто измельчаем его, затворяем специальным затворителем и получаем из него прочный камнеподобный материал. В дальнейшем из него могут получиться отличные изделия. Затраты на это вяжущее минимальные, а свойства этого материала, в том числе высокая прочность и жаростойкость, такие, что удивили даже опытных экспертов. При этом отмечается еще и водостойкость. Подобные материалы можно использовать в облицовке тепловых агрегатов.

Сегодня ученые кафедры вместе со своими студентами изучают свойства отходов добычи асбеста, так называемого хризотил-асбеста. Кто знает, возможно, уральский топоним войдет в название важнейшей составляющей строительных материалов ближайшего будущего.