Курсовая работа по предмету Технологические тренды в строительстве

Быстровозводимые здания имеют минимальные затраты времени на постройку, они имеют большой срок службы и сравнительнонизкий ценник. Ещё одно требование к жилым и административным объектам – энергоэффективность. Непрерывно растущие цены на коммунальные услуги иэнергетические ресурсы заставляют задуматься об экономии. Есть способы снизить расходы на содержание дома и при этом поддерживать комфортный микроклимат круглый год.Технология модульного строительства является мощным средством решения многих проблем, стоящих сегодня перед строительной отраслью, таких как высокие затраты и нехваткарабочей силы. Важно отметить, что модульное строительство также благотворно влияет на экологическое воздействие строительства и поощряет проектирование зданий, использующих "зелёную" энергию для более устойчивого будущего. Готовое производство также позволяет более быстро и экономично строить здания, что может помочь смягчить кризис доступного жилья, с которым мы сталкиваемся в настоящее время[].5.2 Примеры строительства по технологии префабрикации (или с ее использованием)1. Программа Knauf Prefab Construction. Все больше внимания модульному домостроению уделяют крупные российские застройщики. Процесс, именуемый prefab-технологией (prefab — от английского prefabricated, «сделанный в заводских условиях»), хорошо встраивается (см. рис. 33) в развитие помыслов производителей строительных металлоконструкций, деятельность которых согласуется с идеологией «префaбрикaции». Сборочные единицы классических стальных конструкций были практически первыми prefab-изделиями. Понятно, что идея-то лежала буквально на поверхности, а современные технологии позволили воплотить ее в жизнь.Prefab-технологии сделали возможным скачок от традиционного проектирования к компонентному, что означает, что конструкции здания ныне являются не элементами для проектирования (стены, балки, узлы, блоки инженерной инфраструктуры), a неким набором деталей, как в конструкторе. Кроме того, существует возможность проектирования и строительства зданий на основе плоскостных и объёмных prefab-элементов. Можно использовать отдельные prefab-элементы в строительстве, например, отдельные блоки или стены. А можно строительство свести к монтажу готовых блоков-комнат в тело многоквартирного дома (далее - МКД).Так, разработанная известной компанией программа Knauf Prefab Construction позволяет в сжатые сроки, невозможные при классическом строительстве, возводить какие угодно единичные объекты — от школ до больниц.С использованием подобной технологии можно уже на заводе собирать готовые комнаты с внутренними перегородками, дверьми, окнами, узлами инженерной инфраструктуры, которые потом легко состыковываются на стройплощадке. При этом есть возможность испытывать готовые блоки собственно на заводе, добиваясь высокой степени надёжности и качества изделия, ещё на предварительной стадии исключая множество коллизий.2. Модульный фасад TOPWALLКомпания Мodulbau, впервые внедрившая префаб на российском рынке, отмечает значительный спрос на модульные технологии. «За этот год были увеличены объёмы поставок сантехнических модулей (СТМ), появились новые заказчики среди крупных застройщиков, отгружено около 10 тыс. модульных санузлов на объекты крупнейших российских застройщиков (ДСК, ПИК, Группа «Самолёт» и др.). В предсерийное производство запущен новый продукт — модульный фасад TOPWALL (см. рис.34). Полных аналогов этого продукта нет на рынке», — отметил основатель Modulbau Демид Костерев.Модульный фасад TOPWALL — это ультрасовременная комплектная система, изготовленная в заводских условиях и полностью готовая к монтажу. Prefab-фасад состоит из несущей конструкции на основе профильной системы ЛСТК, внутренней ограждающей конструкции из лёгкого бетона и внешней отделки с вариативными материалами и геометрией. Применение фасада на объектах монолитного домостроения полностью исключает работы по кладке внешних стен из мелкоштучных материалов.По пути развития продуктовой стратегии Modulbau к фасадам добавилось ещё одно префаб-ноу-хау — модульные межкомнатные перегородки.3. «Модульный дом» АфреймДом для круглогодичного проживания общей площадью =49,57 м² (см. рис. 35).Размеры дома (внешние) 6х8м S дома – 50м2 (48м2 1 этаж, 8м2 – второй этаж «гнездо»)6х8м Высота потолков в помещениях – 2,7 метров. В гостиной – 4,7 метра.Кухня-гостиная = 18,81 м²; Спальная комната №1 =8,05м²; совмещённый санузел =4,83 м²; Крыльцо-терраса =12 м².Пол — OSB плита или половая доска 27мм. Стены — OSB плита или вагонка 12,5. Потолки — натяжной потолок/имитация бруса. Остекление - энергоблок-эффективное, 2 камерное панорамное остекление с i-стеклом. Входная дверь - дверь с терморазрывом из алюминиевого профиля, с цветовым покрытием.Водоснабжение.Внутри дома проложены трубы из сшитого полиэтилена. Тройниковая и коллекторная разводка (опционально).Отопление. Водяной тёплый пол, инфракрасный тёплый пол, радиаторная система (опционально).Электроснабжение. Все дома комплектуются современными электрическими щитами с максимальной защитой (защита от повышенного и пониженного напряжения, утечки тока, короткого замыкания). Кабель прокладывается внутри каркаса в гофре и имеет индекс НГ LS (негорючий с пониженным дымо-выделением).Утепление дома.Для утепления дома используется минеральная базальтовая вата. Толщина утепления стен — 150мм. Кровли и пола — 200мм. В пироге утепления используются мембраны и паро-изоляция от ведущих производителей с обязательной проклейкой швов.Силовой каркас выполнен полностью из сухой строганной доски. Полы и стропильная система – 45х195, внешние стены – 45х145, перегородки – 45х95.Раздел 6. Технологии и инновации в эксплуатации зданий и сооружений6.1 ВступлениеВ настоящее время на территории Российской Федерации реализуется государственная программа проведения капитальных ремонтов в существующих зданиях. Важно, чтобы эта программа коррелировала с программой энергосбережения, так как 95 % зданий в России не соответствуют современным нормативным требованиям по тепловой защите, то есть они морально устарели. Однако это не означает, что при этом следует игнорировать экономическую составляющую инвестиционных проектов при реализации данной программы. Энергосберегающие мероприятия должны не только приводить к уменьшению объёмов потребляемой зданиями энергии, но и быть окупаемыми. Одним из способов снижения потерь тепловой энергии на отопление является дополнительное утепление наружных ограждающих конструкций (стен, покрытий, чердачных перекрытий, наружных дверей и пр.). Повышение уровня теплоизоляции ограждающих конструкций приводит к уменьшению так называемых трансмиссионных потерь тепловой энергии. Мероприятия, направленные на утепление наружных стен всегда привлекали внимание российских и зарубежных исследователей[].Конкурентоспособность предприятий ЖКХ и их инновационное развитие во многом обусловлены нетолько их способностью оказывать традиционные услуги, но и потенциаломулучшения их качества, снижения издержек и затрат ограниченных природных ресурсов, увеличения точности и скорости обмена информацией между поставщиками и потребителями ЖКУ благодаря сетевым информационным технологиям. Наличие вышеперечисленных проблем обусловливает необходимость системного изучения, обобщения и критического переосмысления сложившейся практики управления качеством услуг ЖКХ наоснове инноваций[]. К инновациям в сфере ЖКХ чаще всего относят приборы, экономящие затраты на ресурсы. Большое внимание направлено на инженерные системы, их благоустройство, ремонт и обслуживание. Жизнь людей в современном мире сильно зависит от электроснабжения, канализации, отопления, водоснабжения и других коммуникаций[].В жизненном цикле строительного объекта, являющегося основой построения жилища и жилья, этап переустройства относится к фазе эксплуатации здания. Эксплуатация здания как строительного объекта приводит к реализации процедур строительного переустройства,планируемых на этапе проектирования здания в целях восстановления утраченного в процессе эксплуатации функционального ресурса. Уменьшение функционального ресурсастроительного объекта приводит к невозможности осуществления отдельных функций зданияпотребителю. На этапе переустройства к строительному объекту присоединяют другиесистемы, объединяя их жизненные циклы. Это действие относится к эксплуатационномупереустройству. Объединение жизненных циклов систем позволяет задействовать вфункциональном наборе строительного объекта принципиально новые для строительногообъекта функции и получить набор услуг, альтернативных традиционным для данного здания[].Переустройство – результат компенсации недостатков функционирования объекта,выявленных на каком-либо этапе его жизненного цикла. Так, строительное переустройствохарактеризуется применяемыми строительными процессами, видами выполняемых работ,используемыми средствами механизации и транспортировки, строительными материалами иконструкциями, принципами организации трудовых процессов и т.д. Для объектастроительства переустройство связано с устройством чего-либо заново, по иному плану и на новых основаниях. С точки зрения строителей проведение переустройства зданияобусловлено также следующими факторами:совершенствованием технологий выполнения проектных и строительных работ;ускорением морального старения сооружений, вызванным появлением новыхпрогрессивных технологических и конструктивных решений;ускорением физического старения сооружений, вызванным повышением агрессивности внешней среды и усложнением условий эксплуатации объекта.С точки зрения специалистов жилищно-коммунального хозяйства переустройствоздания обычно производят для повышения экономичности, безопасности или комфортностиего функционирования.К переустройству также можно отнести устройство систем навесных вентилируемых фасадов (далее - НВФ).Применение НВФ для утепления зданий и повышения их энергоэффективности требует достаточной проработанности и комплексного подхода. Очень важно уделить внимание количеству расходуемой тепловой энергии. В одном из зданий постройки начала ХХ века был проведёнкапитальный ремонт с утеплением всех ограждающих конструкций. В связи с этим, сопротивление теплопередаче значительно повысилось. При этом систем автоматического регулирования подачи тепла проектом не было предусмотрено. В результате в период зимней эксплуатации в здание поступало большее количества тепла, чем требовалось, люди через открытые форточки отапливали улицу. Такое здание не является энергоэффективным. Цель, с которой проводилось утепление, не была достигнута. Во всем необходим комплексный подход, важно заранее предусматривать приборы, которые будут контролировать расход и подачу тепла. Энергоэффективность здания, в котором находят применение системы навесных вентилируемых фасадов, напрямую связана с теплозащитными свойствами этих систем. При использовании НВФ следует учитывать некоторые проблемы их теплозащитных свойств. Эти проблемы связаны, в первую очередь, с наличием теплопроводных элементов, таких как кронштейны, дюбели, оконные откосы, крепления для кондиционеров и рекламных щитов и др.[]В России быстрее всего рынок завоёвывают продукты, которые, помогают снижать общие издержки эксплуатационных компаний, не всегда ориентированных на предоставление качественных услуг. Более активному применению инновационных материалов и технологий мешает устаревшая нормативная база, которая препятствует развитию строительной отрасли в инновационном направлении в целом. Реализация таких мер как: 1) инвестиционная и государственная поддержка предприятий, полностью перешедших и использующих в своейдеятельности инновационные технологии; 2) внесение изменений в нормативно-правовую базу, касающиеся инноваций в сфере ЖКХ; 3) усовершенствование методов переподготовки кадров на предприятиях, где используются инновационные технологии; 4) предоставление возможности предприятиям обращаться к льготному кредитованию и субсидированию. Данные меры помогут наладить спрос на инновационные технологии в сфере ЖКХ, так как применение инновационных технологий, позволяет не только сэкономить затраты на время, материальные ресурсы, но и улучшают качество предоставляемых услуг в сфере ЖКХ, сокращают появление ошибок в процессе эксплуатации зданий и сооружений.6.2 Примеры технологий и инноваций в эксплуатации зданий и сооружений1. Навесной вентилируемый энергосберегающий фасад с применением технологии солнечных батарейВстраивание фотоэлектрических систем в фасад 9см. рис. 36) применяется, в основном, в многоэтажных офисных либо многоквартирных зданиях. Различают холодный и тёплый фасады. Если фасад холодный, то солнечные модули устанавливаются непосредственно перед фасадом и выполняют при этом функции не только производителя электрической энергии, но и теплоизолятора, защищающего здание от ветра, а также служат декоративным элементом архитектурной композиции здания. В случае тёплого фасада, гелиосистема служит своеобразным чехлом для здания. Существуют разработки различных производителей, выпускающих светопроницаемые фотоэлектрические панели, а также панели, обладающие звукоизоляционными свойствами. Однако, подобная продукция массового распространения пока не получила из-за своей дороговизны. Но можно смело утверждать, что пройдёт 5-10 лет и использование солнечных батарей станет рентабельным, фасадные системы кроме защитного и эстетического значения будут выполнять функции источника энергии.2. Алюминиевая стоечно-ригельная система ALT F50 НLВ пригороде Иркутска открыли частный Образовательный комплекс «Точка будущего». Работа над проектом заняла семь лет. В его реализации участвовали зарубежные и российские специалисты, эксперты из разных регионов страны. «Точка будущего» рассчитана на более чем тысячу учащихся, включая 15 % детей из приёмных семей. Обучение полностью бесплатное.На участке площадью 20 гектаров возведены 27 зданий, в которых находятся учебные классы, помещения для занятий спортом и танцами, бассейн, гончарная мастерская.По замыслу авторов проекта (см. рис. 37), структуру комплекса формируют несколько типов связанных друг с другом корпусов зданий, вписанных в огромную окружность. В обрамлении нескольких десятков минималистичных колонн они образуют единое учебное пространство площадью в 30 000 м2 с просторным открытым внутренним двором.Для реализации остекления проекта был выбран продукт EnergyLight от AGC. Его отличает нейтральный внешний вид, высокие показателями энергоэффективности и защиты от солнца. Для панорамного остекления фасада использовалась алюминиевая стоечно-ригельная система ALT F50 НL от «АЛЮТЕХ». Основным эстетическим отличием данного решения является отсутствие широких прижимных профилей и декоративных крышек. Вместо них применены тонкие, практически незаметные снаружи прижимные профили, которые имитируют структурный шов. Система ALT F50 HL позволила с точностью реализовать задумку архитекторов — создать гармоничное пространство без глухих стен, наполнить учебные классы, холлы, атриумы и амфитеатры образовательного комплекса солнцем. Облицовочный материал для устройства навесных вентилируемых фасадов и колонн не должен «портиться» одним касанием. Исходя из этого, фасады были облицованы рулонным алюминием с тиснением Stucco, поверхность которого внешне напоминает корку апельсина или декоративную штукатурку. Благодаря особому виду тиснения, этот материал не только улучшает декоративный вид фасадов, колонн и других облицовочных элементов, но и повышает их прочность, стойкость к внешним механическим воздействиям. Производство компании Стройпрофиль. Также в облицовке фасадов использовались фиброцементные крупноформатные панели Nichiha.3. Реконструкция фасада паровозного депо XIX векаКирпичные фасады являются навесной конструкцией, где скомбинированы две подсистемы .Для основных плоскостей вентилируемого фасада из полнотелого клинкерного кирпича.При реконструкции была сохранена атмосфера паровозного депо. Сделать это удалось благодаря применению так называемого кирпичного стиля в сочетании с чугунными элементами оконных и дверных порталов. В данном случае использовали бельгийский клинкерный кирпич ручной формовки белого и коричневого цветов. Примечательным элементом декора фасада во внутреннем дворе стали большие часы, отсылающие к вокзальным помещениям.Кирпичные фасады являются навесной конструкцией, где скомбинированы две подсистемы (см. рис. 38). Для основных плоскостей вентилируемого фасада из полнотелого клинкерного кирпича в качестве несущего каркаса использовалась массивная подсистема из нержавеющей стали. Однако из-за высокой металлоёмкости и, как следствие, большого веса применение такого решения на углах здания было невозможно. Из-за больших теплопотерь, высокой нагрузки на основание и ограниченности по минимальному вылету в данных местах использовали другую подсистему. Была выбрана система навесного вентилируемого фасада КНАУФ АКВАПАНЕЛЬ ® с алюминиевой подсистемой Hilti. Суть данного решения заключается в том, что на алюминиевый каркас крепится цементная плита АКВАПАНЕЛЬ ®, создавая тем самым плоскость для наклеивания клинкерной плитки. Для «Депо № 1» кирпич пилили на три части вдоль, сердцевина выбрасывалась, а две торцевые части по 20 мм образовывали кирпичную кладку, которую наклеивали на АКВАПАНЕЛЬ ®. Такое решение позволило создать заглубление фасада без теплопотерь и дополнительной нагрузки на угловые зоны несущего основания.Раздел 7. Адаптивные материалы и технологии в строительстве7.1 ВступлениеСтроительство как сложная динамическая система, требует определённых затрат ресурсов на своё обслуживание. В то же время оно характеризуется применением новых, болеесовершенных конструктивных решений, материалов и технологий, развитием специализации исполнителей и связанных с этим большим числом участников технологического процесса. В этих условиях решающее значение приобретает эффективный контроль над технологией производства работ, выполняемых при строительстве объектов инфраструктуры. Этогоможно достигнуть путём совершенствования существующей системы инженерно-техническогосопровождения строительства за счётвнедрения подсистемы инженерно-интеллектуальногообеспечения технологических процессов строительства любых объектов. Одной из задачинженерно-интеллектуального обеспечения технологических процессов является эффективноеиспользование автоматизированных систем, в том числе с элементами искусственного интеллекта. Их создание и внедрение ориентировано на достижение единого конечного результата: готового объекта соответствующего функционального назначения в установленные сроки, запланированной себестоимостью и трудозатратами, а также отвечающего современным требованиям безопасности в течение всего периода эксплуатации. В рамках формирования методологии инженерно-интеллектуального обеспечения технологических процессов строительства была разработана структура адаптивного цифрового технологического регламента — цифрового нормативного документа, определяющего нормы и правила ведения технологического процесса строительства объекта.Отличительной особенностью адаптивного цифрового технологического регламента является возможность его корректировки в автоматизированном режиме. Целью корректировки является адаптация технологического процесса к меняющимся условиям производства работ и ресурсной оснащённости строительных (подрядных)организаций. При этом информация, содержащаяся в регламенте, может быть передана в системы 4D проектирования и управления строительными проектами[].Вопросы организации и планирования работы производственных структур с высоким уровнем организационно-технологической мобильности возможно решить при организации жилищного строительства, выполнять структуризацию строительных мощностей на планово-целевые и адаптивные производственные структуры, позволяющие выравнивать производственный ритм, а также отрабатывать инновационные форсированные строительные технологии, планирование их работы на основе метода временных сочетаний, оптимального выпуска продукции на заводах по производству строительных материалов и конструкций для материально-технического обеспечения строительства[].В строительной отрасли нашли применение перспективные материалы для изготовления композитов для повышения конкурентоспособности целых секторов промышленности, показаныосновные драйверы рынка, представлены преимущества и недостатки технологии композиционных материалов, и основные области применения композиционных материалов. К композитным материалам относятся стеклопластики, углепластики, боропластики,органопластики, порошковые полимеры (карбонат кальция и каолин, тальк, сажа, древесная мука, ореховая скорлупа, растительные и синтетические волокна, крахмал), текстолиты, композитные материалы с металлической матрицей, металлы, армированные волокнами, твёрдые сплавы, керамические композитные материалы. К перспективным материалам относятся умные материалы (адаптивные материалы: пассивные, реактивные, интеллектуальные), аэрогели, материалы с памятью формы, высокотемпературныесверхпроводники, стекло с редкоземельными металлами, ДНКкоробочки, метаматериалы, гидрофобные покрытия, биоразлагаемые полимеры, перовскит, металлопорошковые материалы для аддитивного производства. В настоящее время основными областями применения композиционных материалов являются авиастроение, ракетостроение, судостроение, вагоностроение, автомобилестроение, строительство[].Цифровой бетон. Бетон является одним из основных строительных материалов. Расходы на строительство,имеющие долю, примерно, 13% валового внутреннегопродукта, составляют до 10 триллионов долларов во всем мире, что делает строительный сектор одним из крупнейших в мировой экономике. При этом отмечается исключительно низкая производительность по сравнениюс другими секторами, такими, например, как обрабатывающая промышленность и сельское хозяйство. Строительный сектор также является одним из основныхфакторов воздействия на окружающую среду. Доляглобальных выбросов CO2, приходящаяся на бетон, лежитв интервале 8%-9%. Новые концепции и методы необходимы на протяжении всей технологической цепочкиот производства сырья до планирования, производствакомпонентов и сборки, чтобы обеспечить более эффективное использование материала на протяжениивсего процесса строительства. Для решения этих актуальных проблем начинаетактивно использоваться новый термин - цифровой бетон. Под цифровым бетоном понимаются все продукты,произведённые с использованием технологий изготовления с использованием цифровых моделей имашин с числовым программным управлением на основе цифровых данных.В какой-то мере, введение такой трактовки понятия «цифровой бетон» следует уже доказавшим свою состоятельность измерениям «цифровой экономики». И впервом и во втором случае, оба понятия опираются на долю цифровых технологий в реальных экономическихпроцессах[].В настоящее время для российской экономики наиболее важны вопросы комплексного проектирования, реконструкции и строительства предприятий по производству строительных материалов.Основное внимание уделено направлению, связанному с изготовлением и модернизацией быстровозводимых установок по производству различных видов бетона, включая пенобетон, фибробетон и асфальтобетон. А также основные работы по проектированию ивнедрению подобных установок, имеющих блочно-модульную конструкцию в летнем и зимнем вариантах исполнения. Широкий спектр технологического оборудования, среди которого особое место занимают тензометрические весовые дозаторы инертных материалов,цемента, минерального порошка, воды, битума, а также химических и стабилизирующих добавок. Неоспоримо преимущество децентрализированных систем управления, построенных с помощью локальных программируемых контроллеров, применение которых позволяет не только реализовывать адаптивные алгоритмы эффективного регулирования, но и своевременно осуществлять диагностику состояния исполнительных механизмов и прогнозировать предаварийные и аварийные ситуации[].7.2 Пример адаптивных материалов и технологий1. Композитные материалыКомпозитные материалы (КМ) — это искусственно созданные материалы (см. рис. 39), состоящие из двух или более неоднородных и нерастворимых друг в друге компонентов, соединяемых между собой физико-химическими связями. Одним из компонентов композиционных материалов является арматура, или упрочнитель, обеспечивающая необходимые механические характеристики материала, а другим компонентом — матрица или связующее, обеспечивающая совместную работу армирующих элементов. В качестве матрицы используют полимерные, металлические, керамические и углеродные материалы, в зависимости от типа которых композиционные материалы получают общее название.Полимерные композиционные материалы. Большую группу композитных материалов составляют полимерные композиты (ПКМ) — композитные материалы, в которых полимерный материал служит матрицей. Их использование имеет значительный экономический эффект. Получение деталей из полимерных композитных материалов может осуществляться как процессами, характерными для формованных изделий из полимеров (литье под давлением, прессование и так далее), так и специальными процессами (намотка и так далее), уникальными для этого класса материалов.Композитные материалы с металлической матрицей. При создании композитных материалов с металлической матрицей (МКМ) применяют алюминий, магний, никель, медь и другие металлы. Наполнителем служат высокопрочные волокна и тугоплавкие частицы разной дисперсности, не растворяющиеся в основном металле. Свойства дисперсно-упрочненных металлических композитов изотропны, то есть одинаковы во всех направлениях. Добавление 5–10% армирующих наполнителей — тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов — приводит к повышению сопротивляемости матрицы нагрузкам, увеличению жаропрочности композита по сравнению с исходной матрицей.Керамические композитные материалы. Керамические композиционные материалы (ККМ) — это материалы, в которых матрица изготовлена из керамики, а арматура — из металлических или неметаллических наполнителей. Армирование керамических материалов волокнами и дисперсными металлическими и керамическими частицами приводит к получению высокопрочных композитов. Диапазон волокон, пригодных для армирования, ограничен свойствами исходного материала. Часто используются металлические волокна. Прочность на разрыв увеличивается не сильно, однако повышается термостойкость — материал меньше ломается при нагревании, но бывают случаи, когда прочность материала снижается. Это зависит от соотношения коэффициентов теплового расширения матрицы и армирующего компонента. ККМ с металлическими волокнами изготавливаются методом горячего прессования. Используются вольфрамовые, молибденовые, ниобиевые и стальные волокна. Во время армирования образуется пластическая сетка, которая может создать целостность керамики после растрескивания и снизить риск преждевременного разрушения. Однако данный вид материалов имеет слабую стойкость к высокотемпературному окислению. Армирование керамики дисперсными металлическими частицами приводит к появлению новых материалов, керметов с большей стойкостью к термоударам и теплопроводностью. Их получают обработкой смеси керамических порошков методами порошковой металлургии. Керамические композиты с углеродными волокнами перспективны для применения при высоких температурах.Список использованной литературы