Префабрикация

Пример из жилищного строительства иллюстрирует процесс префабрикации. Традиционно материалы — кирпич, лесоматериалы, цемент, песок, сталь, щебень и др. — доставляются на место строительства, где дом строится непосредственно на площадке. В модульном строительстве (префабрикации) только фундаменты возводятся на месте, а секции стен, перекрытий и крыш собираются на заводе (возможно — уже с оконными и дверными коробками), перевозятся на площадку, поднимаются краном и соединяются болтами.

Префабрикация используется при производстве судов, самолётов и других видов транспорта и техники, где ранее отдельные части собирались непосредственно на основном предприятии, а теперь — на отдельных объектах с последующей сборкой.

Основная идея метода — экономия времени и денег за счёт группирования однородных строительных задач и применения методов поточной линии на производстве, где есть квалифицированные рабочие, и сокращения заторов на стройке. Этот способ особенно эффективен для конструкций с повторяющимися элементами или при серийном строительстве. Префабрикация позволяет не перевозить большое число специалистов на объект и минимизирует сложности, связанные с недостатком ресурсов или сложными погодными условиями. К минусам относится необходимость транспортировки более крупных и хрупких сборок и последующего монтажа с применением тяжёлой техники.

Префабрикация применяется с древности. Так, считается, что старейшая в мире инженерная дорога — Свит-Трэк (Sweet Track), построенная в Англии около 3800 года до н. э., сооружалась из заранее изготовленных деревянных секций, доставлявшихся на объект^[2].

Древние сингальские (сингалские) короли на Шри-Ланка использовали технологии префабрикации при возведении крупных сооружений, начиная как минимум с начала нашей эры; отдельные части конструкций изготавливались заранее и монтировались на месте, особенно в царствах Анурадхапура и Поллоннарува.

После Лиссабонского землетрясения 1755 года португальская столица, в частности район Байша, была отстроена с массовым применением префабрикации. Под руководством Себастьяну Жозе ди Карвалью и Мелу (маркиз де Помбал), была введена новая помбалинская архитектура с антисейсмическими особенностями и инновационными сборными методами, когда крупные многоквартирные дома изготавливались вне города и собирались на месте. Процесс продолжался вплоть до XIX века, обеспечив безопасность жителей ранее невиданных масштабов.

Также в Португалии город Вила-Реал-де-Санту-Антониу (Алгарве), основанный 30 декабря 1773 года, был быстро построен из подготовленных заранее элементов; первые камни заложены в марте 1774 года, а к мае 1776 года центр был завершён.

В XIX веке в Австралию в массовом порядке ввозились сборные дома из Великобритании.

В XX веке префабрикация была особенно широко распространена при возведении модульных домов, например, в Великобритании для семей, лишившихся жилья во время Второй мировой войны. Сборка секций на заводе ускоряла строительство и удешевляла работы за счёт малой массы панелей. Несмотря на холод и скромный внешний вид, многие такие дома эксплуатировались значительно дольше рассчитанных 10 лет.

Хрустальный дворец (The Crystal Palace), сооружённый в Лондоне в 1851 году, стал знаковым примером железно-стеклянной сборной конструкции; позже этим методом был построен Оксфордский вокзал на Рьюли-роуд.

В период Второй мировой войны получили широкое распространение сборные грузовые суда, изготовленные для быстрой замены потерь от атак подводных лодок; самыми известными такими судами стали американские суда типа «Либерти», выпущенные в количестве более 2 000 штук — в среднем по три судна ежедневно.

Самая распространённая форма префабрикации в строительстве — это использование готовых железобетонных и стальных элементов в сооружениях с многократным повторением типовых частей. Сложность изготовления опалубки на месте и необходимость доставки и укладки свежего бетона делают выгодными изготовление секций на производстве, где можно повторно использовать формы и смешивать бетон на месте. Сборка стальных элементов на заводе снижает затраты на резку и сварку и связанные с этим риски.

Префабрикация используется при строительстве многоквартирных домов и массовых жилых застроек. Она играет ключевую роль в индустриализации строительства^[3]. Качество сборных домов выросло настолько, что их трудно отличить от традиционных построек. Метод широко применяется также для офисных зданий, складов и промышленных построек; сборные стальные и стеклянные элементы — для фасадов больших объектов.

Сборные элементы также используются в коттеджах, дачных домах, банях и др. Префабрикация стеновых панелей позволяет интегрировать сложную теплоизоляцию, компоненты рам и др. на поточной линии, что положительно сказывается на качестве по сравнению со строительством на месте. Особенно эффективно это для деревянного домостроения. Однако традиции в ряде стран сдерживают массовое внедрение префабрикации из-за имиджа «дешёвого» метода. Современные практики позволяют персонализировать планировку и облицовку, например, штукатурить фасад кирпичом по желанию заказчика даже на основе каркаса из дерева.

Сегодня префабрикация применяется во множестве отраслей: здравоохранение, торговля, гостиничный бизнес, образование, государственное управление. К преимуществам относится снижение сроков монтажа и экономия средств^[4]. Метод применяется как при строительстве одноэтажных, так и многоэтажных зданий, может касаться одной части проекта или всего объекта.

Высокая скорость работ позволяет, например, в образовательных учреждениях не прекращать учебный процесс во время строительства.

Префабрикация сокращает сроки работ в гражданском строительстве, что особенно важно для мостов и галерей от лавин в условиях ограниченного времени из-за неблагоприятной погоды. Сборные элементы и системы для мостов увеличивают скорость, безопасность, улучшают экологические показатели и снижают затраты. Существенно снижается влияние работ на трафик. Большинство небольших фундаментов — например, бетонные пилястры — также изготавливаются по этой технологии.

Радиовышки и другие мачты часто монтируются из нескольких сборных секций. Современные решётчатые башни — почти всегда сборные.

Широкое применение метод получил и в авиации и космонавтике: крылья, секции фюзеляжа изготавливаются в разных странах или регионах, а финальная сборка — на основном предприятии; иногда такое деление носит политический характер (пример — Airbus).

• Транспортировка сборных узлов с завода зачастую дешевле, чем перевозка ресурсов и специалистов на каждый объект.
• Размещение ресурсов на стройке может удорожать проект; изготовление узлов заранее снижает трудозатраты на площадке.
• Заводское оборудование — жёсткие шаблоны, краны, конвейеры — ускоряют и повышают точность производства.
• Испытательные заводские устройства способствуют обеспечению качества.
• Однородная внутренняя среда предприятия исключает влияние погодных условий на процесс изготовления.
• Повторное использование кранов и опор упрощает создание сложных форм и последовательностей без дорогостоящих временных опор.
• Высокоточное оборудование предприятия позволяет оптимизировать движение тепла и воздуха для повышения энергоэффективности здания.
• Серийное производство способствует экономии материалов, утилизации отходов и снижению шумового и пылевого загрязнения.
• Управляемое перемещение узлов и отсутствие осадков и ветра повышают безопасность монтажных работ.
• Гомогенное производство обеспечивает высокий уровень стандартизации и контроля качества, что облегчает масштабирование проектов^[5].
• Поточные процессы позволяют достигать высокой устойчивости производства, экономя до 20 % от общих затрат, а также значительно сокращать косвенные издержки^[6].

• Затраты на транспортировку крупногабаритных сборных секций (особенно негабаритных грузов, требующих специального сопровождения и перекрытия дорог) могут превышать расходы на перевозку отдельных материалов, которые компактнее и лучше укладываются в стандартный транспорт.
• Крупные секции требуют применения тяжёлых кранов, высокой точности позиционирования и специального обращения при монтаже.

Внеплощадочная сборка объединяет префабрикацию и предварительную сборку/монтаж. Процесс включает проектирование и изготовление узлов или модулей на удалённом производстве и последующую установку на постоянное место в составе объекта. В полном виде такая стратегия предполагает переход от традиционного строительства к производственно-монтажной модели. Примеры: стеновые панели для домов, деревянные пролёты ферменных мостов, стойки управления на аэродромах.

Существует четыре основных категории внеплощадочной (офсайт) сборки: компонентная (или подузловая), панельная, объёмная и модульная системы. Внутри этих категорий развивается множество разных технологий. Современные системы автоматизированного проектирования (например, BIM) делают управление интеграцией различных систем цифровым по своей сути.

Мировой рынок префабриката быстро растёт: ускоренный рост наблюдается как в развитых регионах (Северная Америка, Европа), так и на новых рынках (Азиатско-Тихоокеанский регион, особенно Китай и Индия). Прогнозируется, что к 2030 году рынок модульного строительства вырастет на 8 % ежегодно и достигнет 271 млрд долл. США^[7].