В статье рассматриваются основные тенденции, которые сплоченные с современными технологиями в архитектуре, которые также оказывают большое влияние на ее формирование, условия, в которых в настоящее время стремительно внедряются 3D-технологические процессы. Анализируются общие достоинства, также минусы 3D-технологий, приводятся примеры построения объектов и модификаций с использованием информационных технологий. Кроме того, также затронуты различные этапы и нюансы работы с использованием 3D-технологий.
Ключевые слова: 3D-технологии, макетирование, 3D-печать, 3D-сканирование, строительные принтеры.
The article discusses the main trends that are combined with modern technologies in architecture, which also have a great influence on its formation, the conditions in which 3D-technological processes are being rapidly introduced. The general advantages and disadvantages of using 3D-technologies are analyzed, examples of building objects and modifications using information technologies are given. In addition, various stages and nuances of working with the use of 3D-technologies are also touched upon.
Keywords: 3D-technologies, prototyping, 3D-printing, 3D-scanning, construction printers.
Одним из технологических «прорывов» современности являются инновационные цифровые технологии, в частности, трехмерная печать. С момента своего появления, за период около полувека, цифровые 3D-технологии достигли колоссального уровня развития. Сегодня они развиваются очень быстро и проникают практически во все сферы человеческой деятельности [1–6].
На сегодняшний день использование 3D-технологий является наиболее эффективным методом повышения качества проектирования. Активное внедрение 3D-технологий в проектирование и реализацию проектов имеет ряд плюсов и минусов.
К основным положительным аспектам можно отнести такие, как: 1) Широкая сфера применения; 2) Экономия в технологическом процессе строительства; 3) Возможность сотрудничества со смежными специалистами; 4) Высокая точность и скорость как при проектировании, так и при строительстве; 5) Возможность прокладки коммуникаций во время строительства; 6) Работая с этими технологиями, не требуется большого количества высококвалифицированных специалистов, так как вся работа максимально автоматизирована; 7) Индустрия 3D-технологий сегодня перспективна. В связи с этим можно предположить, что когда они будут популяризированы, оборудование и ресурсы станут дешевле, а на рынке появится большая доступность.
Рис. 1. Строительный 3D-принтер
С другой стороны, использование 3D-технологий имеет и негативные аспекты. Главная из них — их низкая распространенность. Кроме того, для работы с этими типами оборудования требуется персонал, знающий технологию. Для этого необходимо иметь специализированные учебные заведения.
Стоит выделить следующие недостатки, касающиеся процессов в строительстве: 1) Особые требования к строительной площадке, связанные с ее подготовкой; 2) Низкая мобильность и, как следствие, особые требования к строящимся объектам (размер, форма). Невозможность возводить высотные и крупногабаритные объекты; 3) Необходимость дополнительного привлечения специалистов для отделочных работ; 4) Высокий уровень затрат на строительство для индивидуальных домостроительных фирм; 5) На современном рынке не большой выбор оборудования.
Сегодня половина архитектурных компаний в мире используют цифровое 3D-моделирование (BIM), и мало кто спорит с тем фактом, что появление BIM произвело настоящую революцию. Архитекторы наконец-то получили безотказный способ быстро, четко, наглядно и точно донести свои идеи до заказчика.
Давайте рассмотрим некоторые области, связанные с архитектурой и дизайном, в которых использование 3D-технологий показало наибольшую эффективность и помогло выйти на новый более высокий уровень качества.
1. Макетирование. 3D-технологии используются во многих областях проектирования. Один из них — это макетирование. Качественная визуализация проекта в визуальной модели помогает получить более полную информацию о свойствах проектируемого объекта. Именно по макету мы можем судить о структуре объекта, размерах, пропорциях и масштабах, пластичности поверхности, пространственном размещении, цветовой гамме и многом другом. Качество макета напрямую зависит от качества материала и инструментов, а также от времени, затраченного на работу.
2. Реставрация. Процесс реставрации подразумевает комплекс мер, направленных на предотвращение разрушения и достижение условий, при которых памятник будет сохранен. Исходя из этого, следует выделить две основные идеи реставрации: 1 — восстановление произведения в его первоначальном виде, 2 — сохранение объекта в максимально возможной неприкосновенности.
3. Строительство. Использование 3D-печати в строительстве развивалось в нескольких направлениях, различающихся по типу использования печатного инструмента. Одним из них является использование мобильных роботов [2, 5]. Группа мини-роботов перемещается по участку и постепенно строит объект.
Первым этапом такого строительства является построение контура, «следа» будущего здания. Роботы движутся по заданной траектории, подключенные к роботу-поставщику, который поставляет печатный материал. После возведения фундамента сверху возводятся стены и потолки, после чего армирование конструкции является важным шагом для придания ей большей прочности.
Рис. 2. Макетирование с помощью робота.
Второе направление — печать промышленными манипуляторами [2]. Отличительной особенностью этого направления является то, что печать происходит не послойно, а сразу со структурой, напоминающей рамку. Оболочку можно заполнить раствором и оштукатурить, что повышает прочность конструкции, и работать без заполнения. Компания Branch Technology специализируется на печати в этом направлении. Именно они предложили патент на печать с использованием технологии C-FAB, благодаря которой материал затвердевает уже на воздухе и способен принимать любую заданную форму.
Третье направление — это использование портальных принтеров [2]. По своему принципу эта технология напоминает стационарные 3D-принтеры. Отличительной особенностью является то, что возводимый объект всегда должен быть меньше самого принтера, поскольку печатающая головка перемещается по массивным направляющим. Это не всегда удобно, поэтому есть обходной путь — собрать объект по частям на строительной площадке.
Автор концепции, малазийский архитектор Хасиф Рафиеи, придумал небоскреб, строительство которого не должно останавливаться — как только в доме захочет поселиться новый арендатор, в конструкцию будет встроен новый жилой модуль, напечатанный на 3D-принтере. Проект здания представляет собой каркас с пустыми ячейками, в которые встроены жилые модули. Печатный станок будет расположен на верхних этажах, и по мере роста здания печатная система будет подниматься все выше и выше. Как только модуль будет готов, кран установит его в пустую ячейку. Жители смогут сами выбирать конфигурацию модулей и их дизайн, а скучные или поврежденные блоки могут быть заменены или отремонтированы.
Архитектор считает, что небоскреб должен помочь улучшить ситуацию на рынке жилья, поскольку многие проекты в Японии заморожены, и эта концепция с модульной системой позволит достраивать жилье по мере увеличения спроса на него.
Рис. 3. Pod Skyscraper. Токио, Япония.
Итальянский разработчик технологии 3D-печати WASP построил дом, демонстрирующий способность Crane Wasp (модульного 3D-принтера) создавать дома из биоразлагаемых материалов различных форматов и размеров.
Gaia имеет площадь 30 м 2 и напечатана с использованием смеси почвы, взятой с прилегающей территории, и отходов производства риса — измельченной соломы и шелухи. Gaia — это результат ограниченного и оптимизированного использования сельскохозяйственных ресурсов, которые, благодаря технологиям, были преобразованы в биоразлагаемое жилое здание с минимальным воздействием на окружающую среду. Пожалуйста, обратите внимание, что, если здание не поддерживать в надлежащем состоянии, оно может превратиться в почву.
Рис. 4. 3Д-печатный дом Gaia. Масса Ломбардо, Италия
Сразу после трагедии, произошедшей с собором Парижской Богоматери, стали появляться многочисленные проекты по его восстановлению. Авторы одной из идей (голландская компания Concr3De) прокомментировали свой проект так: «Мы увидели, как рухнул шпиль, и подумали, что могли бы предложить способ сочетания старых материалов с новыми технологиями». Компания Concr3De, основанная архитекторами Эриком Гебоерсом и Маттео Бальдассари, уже изготовила 3D-модель Strix — одной из самых известных горгулий Нотр-Дама, которая появилась на крыше собора во время реставрации XIX века. Статуя сделана из смеси материалов, взятых из пепла храма, что придает ей аутентичность. Процесс создания копии Strix занял менее суток.
И это весомый аргумент против привлечения ремесленников и скульпторов, которые будут использовать те же методы и материалы, что и в XIII веке. Поэтому Concr3De предлагает изготовить все утраченные каменные элементы собора на 3D-принтере. 3-Dkonuu не будет отличаться от оригиналов и выдержит любые климатические капризы. Предложение Concr3de позволит использовать исходный материал поврежденного здания во время его реконструкции. В этом процессе можно было бы использовать даже известняк, подверженный воздействию высоких температур пламени. Этот метод также может быть применен для печати каменных сводов, чтобы заменить те, которые были повреждены при обрушении шпиля. Архитекторы Concr3De уверены, что их предложение поможет «ускорить реконструкцию и сделать собор, который будет не просто копией оригинала, а скорее собором, который с гордостью продемонстрирует свою многослойную историю».
Рис. 5. Проект реставрации Нотр-Дам де Пари. Париж, Франция
На сегодняшний день использование 3D-технологий является наиболее эффективным методом повышения качества проектирования. Несмотря на то, что эти технологии сегодня только развиваются, можно с уверенностью сказать, что в ближайшем будущем они займут одно из ключевых мест в проектирования. Благодаря 3D-печати и сканированию архитекторы могут воплощать и создавать самые качественные, амбициозные творческие идеи с минимальными ресурсами и меньшим временем. В связи с особыми требованиями и спецификой 3D-технологий произойдет переосмысление подходов к процессу проектирования, изменится стиль объектов и деталей. Эти технологии одновременно выведут технические, инженерные, конструктивные и визуальные решения на новый уровень с использованием самых современных решений.
Литература:
1. 3D-в архитектуре 2016 [Электронный ресурс]. URL: https://3d- m.ru/3d-v-arhitekture/ (дата обращения 16.04.2022).
2. 3D-печать в архитектуре. Обзор трендов и технологий [Электронный ресурс]. URL: https://archspeech.com/article/3d-pechat-v-arhitekture-obzor-trendov- i-tehnologiy (дата обращения 16.04.2022).
3. Все о создании 3D-моделей по фотографиям 2016 [Электронный ресурс]. URL: https://klona.ua/blog/3d-modelirovanie/vse-o-sozdanii-3d-modeley- po-fotografiyam (дата обращения 17.04.2022).
4. Интервью. Как Пётр Новиков изобрел роботов, которые изменят архитектуру 2014 [Электронный ресурс]. URL: http://www.lookatme.ru/mag/people/experience/205469-petr-novikov (дата обращения 17.04.2022).
5. Минироботы [Электронный ресурс]. URL: http://robots.iaac.net (дата обращения 18.04.2022).
6. Московские девелоперы начинают тестировать 3D-принтеры 2016 [Электронный ресурс]. URL: https://www.vedomosti.ru/realty/articles/2016/12/07/668278-developeri-testirovat- 3d-printeri (дата обращения 18.04.2022).
7. Применение 3D-сканирования в рамках реставрации Успенского собора Тульского кремля [Электронный ресурс]. URL: https://can- touch.ru/blog/3d-scanning-and-historical-restoration/ (дата обращения 18.04.2022).
8. [Электронный ресурс]. URL: https://www.architime.ru/specarch/top_10_3d_print_buildings/3d_print.htm (дата обращения 18.04.2022).
