А. А. Арзуманов, и. А. Часовских, к. В. Часовских

¹¹

Арзуманов Арбен Андреевич, Воронежский государственный технический университет, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии, организации строительства, экспертизы и управления недвижимостью, E-mail: arben1@yandex.ru Часовских Илья Александрович, Воронежский государственный технический университет, студент гр. мТАИН-181, E-mail:chas_99@mail.ru Часовских Кристина Владимировна, Воронежский государственный технический университет, студент гр.мТАИН-181, E-mail:kri.oku1996@yandex.ru

Аннотация: статья посвящена проблеме большой трудоемкости традиционных методов производства строительных работ, что не только замедляет темпы возведения зданий и сооружений, но и влечет за собой дополнительные расходы. Но технологии не стоят на месте и компании всё больше задумываются об автоматизации технологических процессов в строительстве. Применение строительных 3D-принтеров и роботов может решить существующие проблемы, благодаря повышению эффективности производства работ, а также позволит вывести сферу строительства зданий и сооружений на новый уровень. В данной статье описано устройство и принцип работы строительного 3D-принтера «ApisCor» и робота-штукатура «RoboРlaster-Start», их технологические особенности, преимущества и недостатки, а также выполнено сравнение технико-экономических показателей автоматизированных процессов с существующими традиционными методами производства строительных работ.

Ключевые слова:строительство, автоматизация, 3D-принтер, робот-штукатур.

AUTOMATION OF CONSTRUCTION PROCESSES USING 3D-PRINTER

AND ROBOT-PLASTER

А. А. Arzumanov, I. А. Chasovskih, K. V. Chasovskih

Arzumanov Arben Andreevich, Voronezh State Technical University, candidate of technical sciences, associate professorof the Department of Technology, Organization of Construction, Expertise and Real Estate Management, E-mail: arben1@yandex.ru

Chasovskih Ilia Aleksandrovich, Voronezh State Technical University, studentgr.mTAIN-181,E-mail:chas_99@mail.ru

Chasovskih Kristina Vladimirovna, Voronezh State Technical University, studentgr.mTAIN-181, E-mail: kri.oku1996@yandex.ru

Annotation: the article is devoted to the problem of high labour intensity of traditional methods of construction works, which not only slows down the pace of construction of buildings and structures, but also entails additional costs. But technology is not standing still and companies are increasingly thinking about automation of technological processes in construction. The use of 3D printers and robots can solve existing problems by increasing the efficiency of works, as well as taking the sphere of construction of buildings and structures to a new level. This article describes the design and operation principle of the construction 3D printer "ApisCor" and the robot plaster "RoboRlaster-Start," their technological features, advantages and disadvantages, as well as the comparison of technical and economic indicators of automated processes with existing traditional methods of construction works.

Keywords:construction, automation, 3D printer, robot plaster.

В настоящее время одной из ключевых проблем в строительстве является большие затраты ручного труда на возведение зданий и сооружений, что влечет за собой увеличение продолжительности строительства и дополнительные расходы. В результате чего для упрощения производственных процессов и повышения технико-экономических показателей на данный момент активно ведется разработка и внедрение автоматизации строительных процессов.

В данной статье мы хотим рассмотреть более подробно процесс автоматизации строительных работ на примере использования 3D-принтера «ApisCor» и робота-штукатура «RoboРlaster-Start», их технологические особенности, а также «+» и «–» по отношению к существующим методам производства работ.

Давайте рассмотрим, что такое строительный 3D-принтер и его принцип работы. Если говорить просто, то строительный 3D-принтер – это смесь бетономешалки и руки-манипулятора, создающего по заданному программному алгоритму чертеж. По сути, он печатает бетоном на строительной площадке. Из сопла с определенной скоростью подается бетон, который равномерно, слоями распределяется по контуру возводимой конструкции [1].

Преимуществами 3D-принтеров в строительстве считаются их точность, скорость и автоматизация. Многие виды принтеров для строительства малоэтажных зданий имеют небольшие размеры и тем самым обеспечивают возможность для их свободной транспортировки на строительные площадки. Сборка данных видов принтеров обычно составляет от 30 минут до нескольких часов, что значительно ускоряет темпы строительства [2].

Проведем сравнение по трудозатратам и капитальным вложениям процесса возведения ограждающих конструкций при помощи строительного 3D-принтера «ApisCor»с традиционным методом бетонирования – кран с бадьей. В результате сравнения калькуляций затрат труда на процессы указанные выше мы получили следующие данные. На выполнение комплекса работ по возведению ограждающих конструкций при помощи строительного 3D-принтера было затрачено 47,72 человеко-часов, а на выполнение такого же объема работ традиционным методом потребовалось 111,33 человеко-часов. Получается, что трудозатраты при использовании строительного 3D-принтера «ApisCor»в 2,3 раза меньше чем у традиционного метода возведения.

В результате сравнения по капитальным затратам, получаем следующие данные: Капитальные затраты на приобретение строительного 3D-принтера «ApisCor» равны 4млн. рублей.

Капитальные затраты на приобретение автомобильного крана 16т равны 5млн. рублей.

Исходя из этого, мы можем сделать вывод, что использование строительного 3D-принтера «ApisCor» целесообразнее как по капитальным затратам, так и по трудозатратам.

Единственным минусом строительства при помощи 3D-принтера является то, что не рекомендуется его использование в зимнее время, при температуре ниже +5 ̊С, но эту проблему можно решить использованием тепляков [2].

Далее рассмотрим, что такое робот-штукатур и его принцип работы. Робот-штукатур был изобретен с целью ускорения процесса выравнивания стен при помощи цементного раствора. Применение такого агрегата позволяет увеличить производительность труда в несколько раз.

Принцип работы данного агрегата довольно простой: готовый загруженный в него раствор наносит на поверхность стены, постепенно разравнивая его с помощью специального приспособления, расположенного на его подвижной части. Рабочая часть движется вертикально вверх, начиная с самого низа. Приготовление раствора и его загрузкувыполняют подсобные рабочие. Для управления роботом требуется всего три человека (два подсобных рабочих и штукатур) [3].

Вся инструкция по работе выглядит следующим образом:

1)Установка вертикальных направляющих вместе с движущейся частью и их крепление;

2)Закрепление головки при помощи предусмотренного рычага;

3)Загрузка готового раствора в специальный резервуар;

4)Запуск машины при помощи кнопки на корпусе или с пульта дистанционного управления.

Дальнейшая работа не требует никакого вмешательства человека. Цикл установки машины повторяется каждый раз в одинаковом порядке [3].

Проведем сравнение по трудозатратам и капитальным вложениям процесса оштукатуривания внутренних стен при помощи строительного робота-штукатура «RoboРlaster-Start»с наиболее традиционным методом – оштукатуривание стен при помощи штукатурной станции «РИТМ». В результате сравнения калькуляций затрат труда на данные процессы мы получили следующие данные: в первом случае было затрачено 3,96 человеко-часов, а на выполнение того же объема работ во втором случае потребовалось 24,31 человеко-часов. Получается, что трудозатраты при использовании робота в 6,1 раз меньше, чем при оштукатуривании вручную при помощи штукатурной станции.

Капитальные вложения при сравнении 1 и 2 варианта производства работ примерно одинаковы и равны 200000 руб. При сравнении себестоимости отделочных работ получаем, что использование робота экономически более выгодно в 6 раз.

Следовательно, оштукатуривание стен при помощи робота-штукатура «RoboРlaster-Start»целесообразнее не только по результатам сравнения показателей трудозатрат, но и экономически более выгодно.

Хорошо подготовленный специалист за одну рабочую смену (8 рабочих часов) может оштукатурить примерно 50 м².Робот способен оштукатурить порядка 300 м²(с учетомвремени на его подготовку и перемещение).

Таким образом, выделим основные положительные и отрицательные стороны использования робота-штукатура [3].

Достоинства машины:

1)Может работать с обычным цементно-песчаным раствором, в отличие от многих штукатурных станций, которые требуют специальной штукатурной смеси;

2)Экономические и трудовые затраты уменьшаются за счет сокращения рабочего персонала и скорости производства работ;

3)Раствор ложится ровным слоем, погрешность составляет не больше 3 мм на два погонных метра, что считается нормой согласно строительным правилам;

4)Быстрая окупаемость агрегата, при условии большого объема работы.

Недостатки:

1)В отличие от человека такая машина не может работать на лестничных маршах, фасадах и других подобных объектах. Это связано с тем, что для его установки нужна ровная поверхность пола;

2)Высота оштукатуриваемой стены ограничена 5 м. Это связано с тем, что при большей высоте направляющие просто деформируются, а сделать их промежуточное крепление не представляется возможным.

В заключение хочется сказать, что в настоящее время в строительной отрасли особенно актуально стоит вопрос разработки и внедрения новых технологий, одной из которых является автоматизация технологических процессов [4, 5]. На конкретном примере, существующих сегодня в мире 3D-принтера «ApisCor» и робота-штукатура «RoboРlaster-Start», были продемонстрированы их возможности, преимущества и недостатки по сравнению с традиционными методами осуществления строительных процессов. 

Развитие автоматизации технологических процессов существенно меняет соотношение экономических факторов в строительстве, а также упрощает производственные процессы, что в свою очередь повышает производительность строительства [4].