Надрукувати школу. Чи зможуть 3D-принтери допомогти у відновленні житла та інфраструктури в Україні

З чого все почалося

Ідея надрукувати початкову школу із використанням 3D-принтеру виникла у команди гуманітарного фонду Team4UA. Після 24 лютого організацію заснував французький інвестор та tech-підприємець Жан-Крістоф Боні. Він ексклюзивно розказав Delo.ua про деталі реалізації проекту в Україні. 

Коли Team4UA тільки розпочинав свою діяльність, у команді працювало менше 10 людей. Зараз фонд нараховує 150 осіб.    

Команда Team4UA працює в трьох напрямках:

Підписуйтесь на Telegram-канал delo.ua

• Багатогалузева програма: координація та доставка гуманітарної допомоги. 
• Програма з розмінування: збір та аналіз даних із супутників, дронів і магнітометрів для виявлення мін. 
• HIVE: розвиток 3D-друку та імпорт цієї технології в Україну. 

"Одна з перших зустрічей Team4UA була організована в Україні навесні 2022 року. Тоді ми зустрічалися із мерією Львова. В мерії сказали, що у місті знаходиться близько 75-100 тис. біженців. Ці люди можуть залишитися у Львові після війни. Тому мерія мала вирішити питання із розміщенням переселенців. Моя реакція під час зустрічі була така: "Хлопці, чому ви не друкуєте будівлі?".

Після цього фонд почав реалізовувати ідею у життя. Розпочалися зустрічі із архітекторами та іншими фахівцями мерії. Team4UA розповідали про технології 3D-принтерів. Одного дня запропонували надрукувати школу.

"Спочатку обрали технологію. Для цього вирішили співпрацювати із компанією COBOD. Вона вважається №1 у світі в сегменті 3D-друку будівель", - розповідає Боні.

Своєю чергою, влітку 2022 року мерія Львову запропонувала реалізувати проєкт на території існуючої школи №23. Тож проєкт запустили в роботу достатньо швидко.

Які труднощі були

Команда Team4UA створила концепцію проєкту. Дизайн школи розробило бюро Balbek. Компанія Ars Longa допомогла в інженерній частині. 

У фонді зізнаються, що під час реалізації проєкту довелося зіткнутися із певними труднощами. 

Перше. Під час проєктування будівлі для 3D-друку потрібно одразу врахувати, де та як буде проходити електрика, труби для води та каналізації, інша "начинка". Це не так просто, оскільки в Україні немає достатнього досвіду зведення будівель за допомогою 3D-друку. Але це важливо, адже під час роботи 3D-принтер здатний передбачити всі отвори всередині стіни. Тож можна зупинити друк на маленькій площі для того, щоб підготувати все для комунікацій. 

Друге. В умовах повномасштабної війни довелося переносити запуск проєкту. Справа в тому, що всі процеси мали стартувати у жовтні 2022 року. Але на той момент Україна потрапила під масові ракетні обстріли. Через це іноземні партнери Team4UA вирішили зачекати та подивитися, як події будуть розгортатися далі. Тому школу почали друкувати лише в травні 2023 року.

Як шукали землю

Коли проєкт тільки стартував, команда Team4UA почала шукати підходящу ділянку землі. Було розглянуто декілька варіантів, в кожному випадку земля різна за своїми характеристиками. В результаті учасники проєкту вирішили зупинитися на земельній ділянці школи №23. 

"Після 24 лютого ця школа прийняла багато переселенців, тож їм потрібно більше місця для навчання", - пояснює Жан-Крістоф Боні. 

Але під час геологічного дослідження було виявлено, що земля буквально наповнена водою, тому ділянку треба осушити. Проблеми вдалося вирішити, завдяки ефективному діалогу із державою та місцевою владою. 

Отримання дозвільних документів – окрема тема. Як зазначають у Team4UA, проєкт друку школи став хорошою базою для навчання як на місцевому, так і на міжнародному рівнях. А все тому, що в Україні вперше зводять повномасштабну 3D-будівлю. Тож не так просто отримати дозвіл на будівництво за новою технологією. Такий випадок не є класичною історією для українського законодавства.

"На щастя, Team4UA допомагають фахівці на національному та місцевому рівнях. Навіть на рівні міністерств зацікавлені краще зрозуміти цю технологію, адаптувати законодавство під використання 3D-друку в Україні", - говорить Боні. 

Які матеріали використовуються 

Під час 3D-друку можна використовувати два типи матеріалу - бетон або розчин. Команда проєкту вирішила обрати бетон, оскільки це звичний матеріал, який застосовується у традиційному способі будівництва. 

"Його основу складають цемент, вода, наповнювачі, пісок. Також у матеріалах використовується трохи хімії, щоб надати деяку еластичність та прискорити процес висихання. Крім того, застосовується спеціальні волокна, щоб зробити стіни міцнішими".

Тобто, з точки зору матеріалу, це звичайний будівельний матеріал. Єдина відмінність: фундамент, стіни, дах зводить робот автоматично. 

"Матеріал було перевірено. Наші інженери надали документи, що підтверджують якість матеріалу та безпеку будівлі", - говорить Боні.

Як обирали 3D-принтер 

На старті проєкту Team4UA шукали по всьому світу, які технології 3D-друку будівель будуть оптимальні для використання в Україні. Знайшли близько 20 компаній. Після обговорення концепції школи команда вирішила обрати компанію COBOD. Для такого рішення були дві причини:

1. COBOD створила один із найбільших принтерів у світі. Це одна з найстаріших компаній з точки зору розвитку технологій 3D-друку. Більше того, принтери COBOD дозволяють використовувати місцевий бетон, тому не потрібно купувати матеріали для друку.

2. COBOD надав дослідницьку команду для проєкту Team4UA. Фахівці ознайомили команду з технологіями, а також допомогли адаптувати концепцію школи до вимог 3D-друку.

"Принтер коштує понад один мільйон доларів. Але ми поки його не купуємо. Зараз принтер та бригада знаходяться в оренді. Є плани придбати принтер для наступних проєктів", - розповідає Жан-Крістоф Боні.

Зараз принтер та команда знаходяться під керуванням ще одного партнера - 3DCP Group. 

"3DCP Group та COBOD – це датські компанії. Вони допомагають нам керувати процесами 3D-друку на місці. Також наші партнери навчають команду Team4UA використовувати цю технологію для майбутніх проектів в Україні. Наша мета: наступні проєкти реалізовувати самостійно, без допомоги будь-кого за межами країни", - розповідає Боні.

Логістика – важливе питання. У Team4UA кажуть, що під час перевезення принтера із Копенгагена до Львова виникли певні складнощі. Справа в тому, що принтер має великий розмір: десь 12 на 15 м. Його можна застосовувати для друку будівлі на три поверхи. Тому знадобилися три спеціальні вантажівки. Але сама доставка пристрою пройшла без пригод та вчасно.

Як відбувається процес друку

Як пояснюють у Team4UA, роботи на будівельному майданчику стартували із процедури налаштування обладнання. Тобто, спочатку потрібно було відкалібрувати 3D-принтер, перевірити матеріали. Такий контроль може зайняти 3-5 днів, після чого можна приступати до друку.

"Будівельні роботи розпочинаються близько сьомої години ранку. Процес друку швидкий: один шар становить 4 см, в залежності від розміру. Це значить, що за день можна без проблем надрукувати пару метрів стіни. А якщо друкувати в режимі 24/7, будівлю можна звести менше ніж за тиждень".

Початкова школа має запрацювати з першого січня 2024 року. В Team4UA кажуть, що за шість місяців потрібно зробити всі роботи, починаючи від процесу будівництва та закінчуючи внутрішнім оздобленням. 

Треба зазначити, що технології 3D-друку можна використовувати й для реалізації багатоповерхових проєктів. Зараз принтери часто друкують будинки на три поверхи.

"Найближчим часом Team4UA планує випробувати технології 3D-друку для створення багатоповерхівки. В Києві є ідея відкрити дослідницький та навчальний центр. Тож хочемо перевірити, як 3D-принтери друкують будівлі на декілька поверхів", - говорить Боні.

Скільки коштує проєкт

Друк освітньої школи фінансується Team4UA. У фонду є донори, зацікавлені в проєкті. Зокрема, французький уряд направив $200 тис. Також фонд TED виділив частину коштів.

"Ми все ще обговорюємо з іншими партнерами, міжнародними фондами та донорами, щоб залучити кошти та мати можливість завершити школу. Проєкт школа реалізується на глобальному бюджеті", - говорить Жан-Крістоф Боні.

За розрахунками, будівля та її дизайн оцінюються близько $600-700 тисяч. Але Team4UA не бере до уваги бюджет, що витрачено на дослідження та розробки.

Команда Team4UA не намагається здешевити процес будівництва, оскільки під час війни ціни на багато складових можуть зростати або падати. Але технологія 3D-друку дозволяє зекономити на таких проєктах приблизно 20% бюджету, у порівнянні із традиційним будівництвом, вважає Жан-Крістоф Боні.

"Головне – це час. В країні потрібно друкувати школи швидко та масово. Тож в рамках нашого проєкту нам необхідно досягти мети: 1 кв. м. має коштувати біля $1200 доларів з меблями. Це хороша ціна за проєкт, який можна реалізувати за пару місяців. Такі технології допоможуть відбудувати фактично третину країни". 

Що чекає на 3D-принтери далі

Після завершення проєкту початкової школи у Львові, команда Team4UA почне друкувати міст у Херсонській області. 

"Ми хочемо показати, як завдяки технологіям 3D-друку можна відновлювати  інфраструктуру. Тому цей проєкт реалізуємо разом із нашим партнером COBOD. А концепцію друку мосту нам допомогла розробити датська компанія Minimass", - розповідає Жан-Крістоф Боні.

Далі фонд має намір придбати один чи два принтери, щоб звести дослідницький та навчальний центр у Києві. В цьому проєкті партнером та підрядником Team4UA стане компанія 7CI Group.

В центрі команда фонду планує проводити різноманітні дослідження по темі розвитку технологій 3D-друку в Україні. Зокрема, Team4UA збирається аналізувати різні будівельні матеріали, щоб зрозуміти, які з них є менш забруднювальними, ніж цемент. 

"В нашому центрі також запустимо курси з конструювання на 3D-друку. Цю навчальну програму ми створюємо разом із Київською школою менеджменту будівельних проектів ProPM Construction", - каже Боні.

Чи не завадить холодна погода 3D-друку країни 

Команда Team4UA впевнена, що технології 3D-друку будуть корисні для України, оскільки принтери можуть швидко та масово зводити будинки, об’єкти соціального значення, інфраструктуру. Цьому тренду навіть на завадить низька температура взимку. 

"Ми не можемо друкувати на вулиці, коли температура мінусова, тому що у цих процесах використовуємо бетон. В будівельному матеріалі присутня вода, тож існує ризик появи великих тріщин в будівлі. Вихід простий: потрібно друкувати об’єкти на складі", - пояснює Жан-Крістоф Боні

Боні у якості прикладу наводить процес друку мосту для Херсонської області. Цей об’єкт планується виготовляти на складі. 

"Після того, як частина мосту буде готова, її потрібно перемістити на будівельний майданчик. Далі конструкція збирається за принципом конструктора Lego", - говорить Боні. 

Що думають експерти 

Чи приживуться 3D-принтери в Україні? Експерти, яких опитала редакція Delo.ua, дотримуються різних точок зору.

3D-друк має потенціал в індивідуальних проєктах

Директорка Інноваційно-технологічного центру групи "Ковальська" Вікторія Співак вважає, що після перемоги Україна стане найбільшим будівельним майданчиком у світі. Отже, в країні будуть використовувати різні технології з усього світу, зокрема, й 3D-принтери.

"Це цікава новація. "Ковальська" вивчала її декілька років до великої війни з точки зору виготовлення будівельних сумішей для використання в 3D-принтерах. Ми розробили рецепт сухих будівельних сумішей для них, протестували на одному з доступних будівельних принтерів у Києві, але далі діло не пішло через певні обмеження".

Проблема полягає в тому, що на державному рівні немає ідентифікації технології 3D-друку. Тож потрібно:

• сформувати технічні вимоги та норми; 
• на їх основі розробити умови та стандарти на методи випробувань; 
• випробувати матеріали та конструкції;  
• отримані результати передати проектантам, які закладуть у проектні розрахунки фізико-механічні характеристики 3D-виробів. 

Також, за словами Співак, виникає питання економічної доцільності використання 3D-друку порівняно з традиційним методом будівництва. Можливо, такий друк доречний при зведенні споруд у тих місцях, де невигідно розгортати капітальне будівництво через логістику чи відсутність фахівців на місці. 

"Проте, якщо говорити про капітальну забудову в місті, то для житлової забудови вигідніше сфокусуватися на монолітно-каркасних типах споруд, а для промислових об’єктів – на збірних конструкціях із залізобетонних виробів. Перший забезпечить надійність споруд відбудови, останній – швидкість відбудові". 

Разом з тим технологія має великий потенціал в індивідуальних проєктах, говорить Співак. Тобто, є проєктант чи архітектор, який реалізує "авторський проєкт", проводить розрахунки, бере на себе відповідальність і будує споруду: наприклад, пішохідний або велосипедний міст. Також можна виготовляти малі архітектурні форми – лави, скульптури, альтанки, квітники тощо. 

Законодавство не забороняє будівельні 3D-принтери

Керуючий партер ЮК "AS Legal" Максим Андрєєв говорить, що технологія 3D-друку не використовується при зведенні багатоквартирних об’єктів, тому складно уявити, як ці інструменти можна ефективно використовувати у масовому відновленні житла та інфраструктури після перемоги. Водночас з цим, якщо технологія підтвердить свою ефективність, то її вплив на ринок будівництва буде фундаментальний. 

Які присутні позитиви:

• швидкість та точність будівництва об'єкту; 
• зниження вартості робочої сили у процесі будівництва; 
• зменшення відходів будівництва, можливість їх переробки та подальшого використання;
• екологічність.

Які присутні проблеми:

• Під час широкого використання технології у будівництві може відбутися скорочення робочих місць в галузі.
• Помилку в цифровій моделі для друку не завжди можливо виявити, тож після завершення будівництва об’єкт може почати руйнуватися.
• 3D-принтери не можуть використовувати багатоманітні види матеріалів.
• Великогабаритне технологічне обладнання потребує окремого транспортування та зберігання.

Юрист зазначає, що фактично українське законодавство не містить заборони на використання такої технології у будівництві. Але при цьому відповідні суміши ("чорнила"), що застосовують у 3D-друку, мають відповідати вимогам. 

"У разі використання не сертифікованих матеріалів, вони мають відповідати критеріями радіаційної безпеки (радіологія), рівню вмісту шкідливих речовин, опору механічного навантаження, надійності експлуатації тощо".

Андрєєв звертає увагу на те, що в майбутньому потрібно адаптувати акт під процеси використання будівельних 3D-принтерів в Україні. Мова йде про Державні будівельні норми (ДБН). Фактично даний документ регулює технічний аспект будівництва в нашій країні. 

ЄС зацікавлена в реновації старих кварталів

Засновник Школи професійного девелопменту UrbanLand та СЕО "Спільнота — девелопер нової генерації" Ігор Райков каже, що технологія ЗD друку в будівництві дає змогу робити конструкції каркасу будівлі та стіни, але все інше - електрика, водопровід, каналізація, опалення, оздоблення, - роблять монтажникі. Тож реалізація таких проєктів також потребує часу.

"Недолік цієї системи - це пропускна здатність. Один 3D-принтер не порівняти з заводами, які займаються виготовленням prefab конструкцій. В Україні є таке виробництво. В даному випадку стінові панелі йдуть одразу з вікном та фасадним оздобленням. Таким чином, можна виготовляти багатоквартирні будинки цілими домокомплектами. Важливо не плутати їх з радянськими панельками, бо це різні технології. Європа будується за технологією prefab".

Експерт вважає, що технологія 3D-друку навряд чи стате масовою для забудови в Україні. Але якщо поєднати 3D-принтери із prefab заводами, це може стати гарним експериментом.

Крім того, Ігор Райков сумнівається, що іноземні інвестори будуть готові вкладати кошти у розвиток технології 3D-друку в Україні. А все тому, що Європа більш цікавиться переробкою будівельного сміття, яке залишиться після зруйнованих кварталів. 

"ЄС зацікавлена в реновації старих радянських кварталів, панельок та хрущовок, в форматі вторинного використання. Тоді частину панельного будинку розбирають, роблять його нижчим та цікавішим, а з решти матеріалу створюють ще одну забудову поруч. Такий досвід був у Варшаві".

Райков каже, що зараз фахівці працюють над подібними проєктами в Україні.