Сокращение цикла введения в эксплуатацию объектов строительства для сохранения требований и качества исполнения возможно путём изготовления элементов модульных зданий повышенной точности. Для этого необходимо пересмотреть методы производства строительных материалов и позаимствовать технологии и стандарты, широко применяемые в машиностроительной отрасли.

 

Глеб Миклашевский, 
эксперт по подготовке производства металлических конструкций

 

 

Концепция префабизации и модульного строительства заключается в том, что на объект привозят готовые блоки, содержащие в себе все инженерные коммуникации, стены, потолок, фасадные панели и т.д., изготовленные и собранные в заводских условиях. Габариты модулей у разных производителей варьируются в среднем диапазоне от 2,4×6,0×2,8 м до 7,5×15,5×3,45 м. Но, несмотря на все преимущества, связанные с контролем за расходами, повышением скорости строительства и т.д., вопрос обеспечения собираемости модулей на объекте в большинстве случаев так и не решён. Основная причина кроется в несоответствии действующей технологии изготовления полуфабрикатов для гражданского строительства (±20 или ±30 мм линейных отклонений) и требований изготовления полуфабрикатов для строительства из модулей.

 

 

 

Базовые технологии изготовления строительных материалов

 

Основным строительным материалом для гражданского строительства является железобетон. Железобетонные изделия (ЖБИ) производятся методом формовки в деревянную или металлическую форму опалубки. Это достаточно кропотливый процесс, включающий в себя установку арматурного каркаса и металлических закладных деталей, заполнение формы песчано-цементной смесью, а также предусматривающий использование дополнительных присадок и включений, улучшающих качество готовой продукции в процессе набора прочности и кристаллизации.

 

Помимо механических свойств ЖБИ на качество и скорость строительства непосредственно влияют и фактические размеры, которые, в свою очередь, напрямую связаны с геометрией формы, в которую производится заливка изделия. 
Согласно ГОСТ 25781‑2018, наиболее распространённый 6‑й класс точности предусматривает отклонения от 10 до 24 мм по разности диагоналей в зависимости от размера плиты. Пооперационный контроль, а также измерения готовой продукции и оснастки чаще всего производятся локально, контактными методами с использованием рулеток, линеек, штангенциркулей и т. п. В этом случае повторяемость ЖБИ будет низкой. Прослеживается серьёзное влияние на качество не только человеческого фактора и квалификации рабочих, но и технологии выявления несоответствий. При таком подходе существуют высокие риски установки опорных элементов с критическими отклонениями, что негативно отразится на собираемости модулей между собой.

 

Несмотря на распространённое заблуждение о том, что «бетон не может быть точным», а «металл — это металл», в действительности отличаются не свой­ства материалов, а технологические принципы, лежащие в основе бетонного и металлического производства.
Главные опасения в точности изготовления бетонных изделий вызывает усадка. Согласно ГОСТ 24544-2020, средний коэффициент усадки бетона составляет 1,5%, или 1,5 ÷ 4 мм/м. При этом металлические конструкции также подвергаются усадке и деформациям при сварке.

 

Например, продольная усадка сварного шва может достигать 1,8 мм на 1 метр длины сварного шва, поперечная — от 8 до 12 мм (катет 10 мм). Кроме этого, металл имеет свойство аккумулировать в себе напряжения, образованные при изготовлении и приобретенные вследствие неправильного хранения и продолжительной логистики до потребителя.     Детали, изготовленные методом классического машиностроения (токарная обработка, фрезерование, шлифование и т.д.), в этой статье рассматривать не будем, потому как они лишены серьёзных деформаций в связи с отсутствием внешних температурных вложений и внутренней кристаллизации в процессе изготовления.
Получается, что с позиции технологической подвижности металлических и бетонных изделий ситуация идентичная. В чём же заключается секрет относительно высокой точности металлических конструкций в сравнении с бетонными аналогами или другими строительными материалами?

 

Практика машиностроения для производства металлических конструкций

 

На большинстве заводов при сборке металлоконструкций повышенной точности особое место занимает оснастка. Массивное основание и большое количество упоров и прижимов, обеспечивающих координатно ­неподвижное, т. е. стационарное положение собираемой конструкции.
Сборочный стапель представляет из себя плиту весом не менее 5 тонн, обработанную механическим способом и выставленную на сборочном посту с отклонениями, на порядок (в 10 раз) превышающими точность изготовления самих конструкций.

 

Контроль установочных размеров стапелей производится оптическим способом. Применение нивелира или теодолита сопряжено с использованием метрической шкалы на рейке. Геодезическая разметка используется только на предварительных этапах установки основания. Для повышения качества сборки в последнее время всё чаще привлекаются координатно-­измерительные машины (КИМ) с использованием лазерных трекеров. Рулетки, линейки и тому подобные мерительные инструменты редко применяются или вовсе не используются.

 

Массивная сборочная платформа или стационарное основание, выставленное оптическим способом, позволяет эффективно управлять отклонениями собираемых на ней металлических конструкций в связи с незначительными расхождениями в собственных установочных размерах, которыми можно пренебречь.
Металл поступает на производство в готовом виде. 

 

Его исходные фактические размеры тщательно оцениваются и жёстко контролируются. Параметры металла, на которые обращают внимание на заводе, можно условно разделить на 2 большие группы: внешние и внутренние. При этом внешние параметры предусматривают оценку способа обрези; отсюда становится понятна ожидаемая геометрия и плоскостность. По внутренним — определяют «химию» (по сертификатам) и неоднородность по грибовидности внутри площади листа или профильного проката. Также визуально (с помощью инструментов ВИК) фиксируют отклонения типа саблевидности, пропеллерности, волны и т. д.

 

Исходя из выявленных замечаний входного контроля с учётом возможностей предприятия назначается соответствующий технологический цикл, предназначенный исправить дефекты исходного материала. После проведения соответствующих операций он поступает в работу.

 

С увеличением продолжительности цикла подготовки производства поведение металла становится более предсказуемым.
На практике часто наблюдается строгая зависимость между начальным состоянием металла и его реакцией на технологическое воздействие. Другими словами, чем ниже исходное качество металла, тем сложнее прогнозировать его поведение при сварке, термической резке, гибочных операциях и т. д.

 

Для повышения точности изготовления на заводах металлических конструкций широко используются следующие атрибуты машиностроения:
• прецизионный контроль за состоянием металла и геометрией заготовок на всех этапах производства;
• стационарное положение деталей (сборка на стапеле);
• высокоточная оснастка с возможностью метрического или нониусного регулирования положения элементов конструкции;
• оптические методы измерения процесса сборки (в том числе КИМ).

 

В отличии от металла, который поступает на завод уже в листах или профильным прокатом, при изготовлении железобетона необходимо иметь возможность обеспечивать и контролировать весь процесс от подготовки смеси до твердения и набора прочности, т.е. кристаллизации. 
С одной стороны, это обстоятельство является преимуществом, а с другой — оно вызывает необходимость совершенствования методов контроля и диагностики за состоянием оборудования, непосредственно участвующего в приготовлении песчано-цементной смеси для формовки изделий.

 

Вне зависимости от существующих СП и СНиП, регламентирующих отклонения при изготовлении металлических конструкций или бетонных изделий, для точного соединения модулей на объекте необходимо руководствоваться предельными отклонениями вне зависимости от их принадлежности ­какой-либо отрасли. Другими словами, если собираемость всего здания потребует обеспечить поле допуска в пределах ±3 мм, то его необходимо выдержать вне зависимости от рекомендаций отраслевых норм и квалитетов, принятых для строительства.

 

 

Префабизация и модульное строительство

 

 

Исходя из вышеизложенного основным критерием собираемости быстровозводимых домов является идентичность полуфабрикатов. Популярная сегодня концепция префабизации предусматривает необходимость соблюдения жестких требований по изделиям, обеспечивающим осевое позиционирование несущих элементов конструкции.

 

Анализ информации по строительству экспериментального модульного дома показал, что благодаря соответствию установочных размеров закладных деталей на модуле и монтажных пластин удалось смонтировать готовые блоки со скоростью от 6 до 15 минут.
Такие результаты были достигнуты благодаря использованию машиностроительной технологии от самого начала изготовления полуфабрикатов.

 

Разметка силовой формы опалубки для формовки кессонных плит проводилась лазерным трекером типа Leica AT 500. Фактические отклонения положения закладных деталей колебались в пределах от 0,5 до 1,2 мм от проектных значений. Стапель-­кантователь, предназначенный для соединения металлических колонн и железобетонной стены, изготовлен с допуском в пределах ±0,7 мм. Подтверждённые фактические отклонения готового изделия — от 0,5 до 2,2 мм. Собственные отклонения отверстий стапель-­поддона под монтажные пластины колеблются в диапазоне от 0,3 до 0,8 мм. Сборочные операции проводились на стационарном посту, выставляемом в пределах ±0,2 мм. Установка несущих элементов колонн и фасадных панелей выполнялась при помощи лазерного трекера типа Leica AT 500.

 

Таким образом, получается, что нетривиальное использование имеющейся и хорошо известной технологии машиностроения способно вывести гражданское строительство на принципиально иные показатели собственной производительности.

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 7-2025