Использование модульного строительства для повышения эффективности и устойчивости строительной отрасли в условиях нехватки рабочей силы

В этой статье мы рассмотрим опыт использования модульных зданий с использованием стальных конструкций.

Невооружённым глазом видно, как в наше время развиваются информационные технологии, в то же время, заметно, что в строительной отрасли наблюдается некий консерватизм, успехи наиболее заметны лишь в BIM и ТИМ. В строительстве быстровозводимых зданий аналогично ничего не меняется, на протяжении более ста лет наиболее распространено панельное домостроение из железобетона, каркасники из дерева, а также различные вариации бытовок и домов на колёсах. Кажется, что отрасль ещё долго будет оставаться в нынешнем виде, но развитие современных технологий могут вдохнуть новую жизнь в строительство модульных зданий из стальных конструкций [1].

Рассмотрим, что не так с большинством быстровозводимых зданий. Как правило, проекты по возведению быстровозводимого жилья критикуют за однообразие, образующееся из-за стандартизации. В последнее время обострилась так же и экологическая сторона вопроса, если говорить о панельном домостроении из железобетона. К деревянному каркасу или СИП панелям в этом плане вопросов нет, но их область применение ограничена в основном индивидуальным жилищным строительством. Таким образом, исторически быстровозводимые сооружения как бы занимают свою нишу и практически неконкурентоспособны с традиционным строительством в некоторых областях. Но в связи с ростом стоимости рабочей силы и её банальной нехваткой имеет смысл расширить область использования зданий заводского изготовления. Речи о полной революции в строительстве конечно же идёт, но такая своеобразная поддержка и дифференциация увеличит объёмы ввода жилья в условиях ограниченности ресурсов.

В современном мире также важно внести свой вклад в устойчивое развитие. В нашем случае особую роль играет бетон, самый широко используемый строительный материал на планете. Его прочность, долговечность и устойчивость к различным воздействиям делают его просто незаменимым.

1. Предпосылки отказа от бетона в мире

В последнее время в некоторых странах наблюдаются тенденции к уменьшению использования классического бетона там, где это возможно, прежде всего по экологическим причинам. По крайней мере, отчасти это связано с популярной в западных странах книгой Билла Гейтса «Как избежать климатической катастрофы» 2021 года, в которой говорится о цементной отрасли промышленности, на долю которой приходится где-то около 5-10% глобальных выбросов CO₂. При этом следует иметь в виду, что такая большая цифра выбросов обусловлена колоссальным объемом использования цемента, а не тем, насколько он токсичен как материал. Другими словами, все известные заменители портландцемента необязательно будут намного лучше при использовании в том же масштабе [3].

В целом, снижение использования бетона является частью более широкой тенденции к экологическому и инновационному строительству, которое направлено на создание более устойчивых и эффективных зданий и городов. Всё больше делается акцент на переработку строительных материалов с закончившимся сроком службы и железобетон в этом плане доставляет определенные трудности. Так же учитывается высокая теплопроводность бетона, что увеличивает затраты на отопление и охлаждение зданий.

В некоторых регионах мира весомую роль могут иметь и экономические факторы. Это кажется абсурдом, ведь материалы для производства бетона чрезвычайно дешевы и распространены. Но большая часть затрат (особенно в странах с высокой стоимостью рабочей силы, таких как США) обусловлена оплатой бетонных работ: сборкой и установкой опалубки, укладкой арматуры, размещением закладных элементов и т.д. Так же местные традиции в строительстве, например, малоэтажная застройка из дерева или стали, может уменьшить спрос на цемент.

В целом, о полном отказе от бетона, и даже об уменьшении его использования говорить пока ещё рано.

В то же время, при строительстве некоторых типов зданий и сооружений использование железобетонных фабричных изделий уже сегодня кажется неуместным, во многом из-за большого веса подобных конструкций. Для уменьшения данных нагрузок имеет смысл заменить железобетон на сталь, где это возможно.

2. Зарубежный опыт передовых решений использования стали в модульном строительстве

Чтобы проанализировать, как ведётся работа в данном направлении, сначала я решил ознакомиться с опытом американских компаний Veev, Prescient и Blokable [4], затем рассмотрел Европу и Азию.

Специализирующаяся на частных домах «под ключ» компания Veev введёт свою деятельность с 2008 года и продвигает композитные стеновые панели, в которые уже на заводе заложенные все инженерные сети. Так, в традиционном строительстве требуются различные специалисты– электрики, сантехники и т.д. – все с разным графиком. Выбирая стеновые панели от компании Veev, можно избежать проблем с растущей нехваткой рабочей силы. Разумеется, создается BIM модель дома, которая позволяет облегчить не только строительство, но и дальнейшую эксплуатацию, так называемая концепция «умного» дома. В основе каркаса идёт сталь. Другим важным материалом является напечатанные на 3D принтере искусственный камень, так называемый High Performance Surface (HPS), дословно переводится как «высокоэффективная поверхность». Это напечатанная копия традиционного материала: будь то плитка, штукатурка, дерево или даже мрамор. Из него изготавливаются стены, столешницы, шкафы, системы гардеробных, туалетные столики и многое другое. Он устойчив к нагреву, воде, царапинам и пятнам, и конечно же, минимизирует воздействие на окружающую среду при производстве. Использование панелей – это не совсем модульное строительство, но, так или иначе, имеются высокие показатели фабричной готовности и темпа возведения.

Основанная в 2012 году компания Prescient предлагает строить многоквартирные дома из собранного на заводе стального каркаса. В России подобная технология известна как легкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК). В среде собственного ПО разрабатывается желаемый проект дома или берется типовой шаблон, затем рассчитывается подробная и точная спецификация материалов, план производства которых отправляется на современное производство. Заказчику остается только дождаться материал и подготовить необходимый персонал в заданные проектом дни. Преимуществом данного подхода может быть возможность реализовать большое разнообразие архитектурных форм, подобным может похвастаться не каждая технология быстровозводимых зданий. Быстровозводимый стальной каркас всё ещё не является модулем. В этом случае требуется много времени на закрепление всех сравнительно небольших элементов. В то же время тут есть свои преимущества по сравнению с крупным аналогом – дешевле доставка и быстрее скорость производства. Каждый компонент имеет кодировку, соответствующую его конструктивному расположению, что уменьшает вероятность ошибки при монтаже. Таким образом, с помощью ПО и автоматизированного производства разработанная в 50-ых годах XX века технология заиграла новыми красками. За 10 лет компания реализовала 90 проектов, примерно на 1 млн 200 тыс. кв.м.

Далее идёт Blokable, компания, которая строит свои дома из полноценных блок-модулей. В целом это стандартная для западных стран технология и в ней нет ничего примечательного. Я упомянул эту компанию больше из-за географии присутствия: с 2017 года она пытается решить проблему нехватки жилья в самом населённом штате США – Калифорнии. Данное место отличается большой плотностью высокотехнологичных компаний, к тому же является одним из самых сложных для строительства из-за сейсмической активности и строгих нормативных актов. Количество нуждающихся в сверхкачественном жилье там колоссально. Таким образом, в случае успеха проекта можно с легкостью его реализовывать в других штатах, или даже выходить на международные рынки.

Показательными являются совместные проекты британских компаний Tide и Vision. Один из них, комплекс апартаментов, введённый в эксплуатацию в апреле 2021 года. Представляет собой две соединённые высотки в 38 и 44 этажа, что делает его самым высоким зданием из блок-модулей в мире. Следует учесть, что для устойчивости залито монолитное ядро. Сами блок-модули из горячекатаной стали, но имеют бетонное основание в виде пола, скорее всего, такое решение продиктовано требованиями к пожарной безопасности.

Подобный проект был реализован к февралю 2015 года в Китае. Там местная компания Broad Sustainable Buildings выполнила сборку 57-ми этажного небоскреба за 19 рабочих дней, используя типовые сегменты, в виде колонн, перекрытий и ригелей. Эта же компания в апреле 2022 года получила самые высокие оценки судей на международной ежегодной выставке модульного строительства за свой проект здания Holon уже из полноценных блок-контейнеров [2]. Что удивительно, в основе модулей выступает нержавеющая сталь, что кажется слишком дорогим для строительной отрасли. В отличие от британского проекта, вместо бетонной плиты перекрытия используется запатентованная технология изделия B-core, в котором два листа нержавеющей стали соединяются множеством вплавленных в них трубок из того же материала путём пайки меди горячим воздухом. Ещё вчера подобное можно было увидеть лишь в аэрокосмической промышленности.

Таким образом, за последние 10-15 лет во многих странах появились компании, которые предлагают осваивать производство быстровозводимых конструкций из стали с использованием автоматизации и информационным моделированием зданий (ТИМ). Подобные конструкции быстровозводимых зданий существовали и раньше, но из-за стандартизации не пользовались уважением у архитекторов. С помощью современных технологий появилась возможность решить проблему нехватки жилья, не штампуя при этом однообразные дома.

3. Особенности внедрения модульного строительства в России

Долгое время в России не было законодательных норм, регулирующих модульную технологию в капитальном строительстве. Из-за этого, такой способ возведения конструкций для крупных застройщиков не имела существенных преимуществ перед монолитным строительством в отношении сроков работ и годился лишь для выполнения тривиальных задач, вроде строительства некапитальных зданий из блок-контейнеров или ЛСТК. В таком случае основным материалом является сталь.

Последние годы в столичном регионе под «модулем» часто теперь подразумевают не строительство отдельных блочных зданий, а установку сантехнических модулей на основе оцинкованного каркаса в монолитные или панельные дома. В 2021 московскими специалистами был разработан и утверждён СП 501.1325800.2021 «Здания из крупногабаритных модулей» [5]. Согласно пункту 7.2.8 данного СП крупногабаритный модуль представляет собой сборную конструкцию, где все отдельные плоские стены из сборного железобетона объединяются в единый объем с нижней ребристой плитой и сборной плитой перекрытия на металлическом каркасе. На мой взгляд, это практически то же самое панельное домостроение со своими преимуществами и недостатками.

Таким образом, в России фактически нет единого определения, что именно из себя представляет модуль в строительстве. Если в столице это скорее сантехкабина, то в вахтовых поселках крайнего севера, на Кубани и на Урале под ними понимают различные мобильные (инвентарные) здания и сооружения, в некоторых промышленных центрах их подобие скорее сборные железобетонные конструкции и изделия, в загородном строительстве уже аналог каркасного дома из дерева. Каждый вид при это имеет свой нормативный акт. Для развития данного направления необходимо систематизировать текущие документы, и такая работа действительно ведётся в последнее время.

Так, в октябре 2022 года приказом Министерства строительства и ЖКХ РФ была создана рабочая группа для создания единого для всех модульных зданий и конструкций ГОСТ Р «Модульные здания и конструкции. Термины и определения. Классификация». Я ознакомился с первой промежуточной редакцией документа, в нём модульные здания классифицируются в 15 категориях. Отмечу также значительное увеличение области использования модульных зданий. Если в ГОСТ Р 58759-2019 «Здания и сооружения мобильные (инвентарные)» описывается в основном их производственное и складское назначение, то в новом документе значительная часть отведена под общественные здания [6]. Думаю, благодаря этому круг заинтересованных в использовании модульных зданий лиц расширится.

Дальнейшей популяризацией модульного строительства могут быть региональные адресные программы по переселению граждан из аварийного жилищного фонда. Так приказ Минстроя России от 24.05.2022 № 402/пр допустил применение легких стальных тонкостенных конструкций для возведения надземной части здания на монолитном железобетонном и (или) свайном фундаменте.

Теперь, пару слов о перспективах модульных зданий в капитальном строительстве. Начнём с того, что оно распределено неравномерно, по предварительным итогам 2023 года на Москву, Санкт-Петербург с областями и Краснодарский край (суммарно ~четверть населения и ~1,2% территории РФ) приходится треть объёма тыс. кв. м. строящегося жилья. С одной стороны, это уже сформированные рынки, со своим спросом и предложением, и сложно найти место чему-то новому. С другой же, введение эскроу счетов и всё обостряющаяся нехватка рабочей силы могут заставить некоторых крупных игроков рынка обратить своё внимание на перспективную технологию. Как всё выйдет на самом деле, покажет лишь время.