Директор научно-технических проектов НИУ МГСУ дал интервью «Коммерсантъ-Наука»

Какими разработками и исследованиями может гордиться НИУ МГСУ, и как они совсем скоро изменят строительную отрасль, в интервью «Коммерсантъ-Наука» рассказал Олег Кабанцев, директор дирекции научно-технических проектов, профессор кафедры «Железобетонные и каменные конструкции» университета, доктор технических наук, почетный строитель России.

— Олег Васильевич, расскажите подробнее о деятельности НИУ МГСУ. В каких сферах университет специализируется?

— Для начала хочу отметить, что НИУ МГСУ — один из крупнейших центров развития строительной науки и образования в России. Научно-исследовательская и научно-техническая работа в нашем университете охватывает широкий спектр приоритетных направлений строительной отрасли. Это включает в себя проблемы архитектуры и градостроительства, теории сооружений, строительных конструкций, грунтовой среды сооружений, строительного материаловедения, строительных технологий и техники, экологической безопасности строительства, безопасности строительных систем и многое другое.

Наш вуз объединяет больше 80 ведущих научно-образовательных, научно-исследовательских и испытательных центров и лабораторий НИУ МГСУ. А наша база научно-технического комплекса — это более 4 тыс. единиц современного оборудования, в том числе уникальные приборы и установки мирового уровня. Научно-технические работы проводятся прежде всего по федеральной программе «Приоритет-2030» (реализуется в рамках национального проекта «Наука и университеты»).

— Какие прорывные инновации могут предложить ученые НИУ МГСУ для строительной отрасли?

— Безусловно, сейчас самая инновационная тема — это цифровая стройка. На сегодняшний день раздел цифрового строительства, связанный с формированием и использованием цифровой модели в процессе проектирования, строительства объекта и сдачи его в эксплуатацию, уже довольно хорошо проработан.

Но в рамках цифрового строительства есть направление, которое связывает проектирование и строительство,— это технология 3D-печати бетоном. Это одна из разновидностей аддитивных технологий, которая сейчас во всем мире пользуется колоссальным интересом и спросом.

На основе этой технологии возможен переход к массовому строительству домов по индивидуальным цифровым проектам. Это современный индустриальный подход с изготовлением необходимой конструкции непосредственно на месте ее дальнейшего использования без затрат на транспортировку. При этом индивидуализация зданий обеспечивается применением индивидуальных цифровых проектов домов.

То есть методика «цифрового строительства» включает все этапы возведения объекта: от цифрового проекта конструкций здания через цифровую программу управления принтером к изготовлению или «печати» конструкций индивидуальных форм. Но внедрение аддитивных технологий в строительное производство требует решения новых задач: необходима разработка новых видов бетонов с принципиально новыми свойствами.

Специалисты НИУ МГСУ во многом опередили весь научный мир и разработали рецептуру бетона, которую можно использовать при 3D-печати. Именно российские рецептуры используются с минимальными модификациями во всем мире. Хочу отметить, что строительство объектов с использованием этой технологии осуществляется компаниями, где работают наши выпускники.

Сейчас ученые НИУ МГСУ работают над обоснованием надежности и прочности, напечатанных с помощью технологии 3D-печати бетоном конструкций. Так, в 2023 году ученые МГСУ вышли на новый уровень освоения технологии 3D-печати бетоном — разработали основы математической модели бетона в «напечатанной» конструкции. Об этом мы расскажем на большой научной конференции, которая пройдет в сентябре. Следующий уровень — разработка методов расчета конструкций, выполненных по технологии 3D-печати. Поэтапное системное научное исследование формирует инновацию, готовую к внедрению в строительство.

Кстати, первый проект экспериментального дома под технологию 3D-печати бетоном разработан специалистами НИУ МГСУ для строительства в Башкирии.

— Над какими инновациями в области транспортного строительства работают ученые НИУ МГСУ?

— Сейчас одно из наиболее востребованных практикой направлений научных разработок — это создание самовосстанавливающихся автодорожных материалов. Эта разработка ученых НИУ МГСУ занимает передовые позиции в дорожном материаловедении, что обеспечивает не только импортонезависимость, но и лидерские позиции в области материалов для дорожного строительства.

Специалистами университета была разработана прорывная технология самовосстанавливающихся асфальтобетонов, что позволяет увеличить долговечность дорожных покрытий. В основе технологии — «умные» материалы, способные в процессе использования контролируемо изменять свойства под влиянием эксплуатационных факторов,— это приводит к самовосстановлению дорожного покрытия.

Учеными НИУ МГСУ разработан и предложен для внедрения способ синтеза капсулированного модификатора. Он в составе асфальтобетона выполняет роль активного агента, «склеивающего» трещины, формирующиеся в процессе эксплуатации композита покрытия. Использование капсулированного модификатора позволяет добиться восстановления показателя прочности асфальтобетона от 20% до 40%, что обеспечивает увеличение сроков эксплуатации дорожных покрытий.

— Какие важнейшие вопросы стоят сейчас перед строительной наукой?

— Одна из важнейших задач строительной отрасли, требующих безотлагательного решения,— это необходимость прогноза остаточного ресурса бетона существующих конструкций, которые находятся в условиях напряженно-деформированного состояния эксплуатирующихся несущих систем с соответствующими факторами коррозионного поражения бетона. Эта проблема очень актуальна, так как при отсутствии научно обоснованного прогноза остаточного ресурса существует необходимость принятия решений «в запас»: например, увеличивать размеры железобетонных конструкций, выводить из эксплуатации объекты, которые предположительно не обладают необходимым эксплуатационным потенциалом.

В наиболее ярком виде эта задача видна в энергетическом и гидротехническом строительстве, в конструкциях инфраструктурных объектов. Например, эффект от продления эксплуатации реакторного блока АЭС определяется стоимостью продукции, производимой в течение одного дня работы блока,— $1 млн.

Чтобы решить эту задачу, ученые НИУ МГСУ в течение нескольких лет выполняют комплекс научных работ. В настоящее время завершен первый этап исследований — определены фундаментальные основы процессов деградации бетонов во времени при действии коррозионных факторов различного вида, включая радиационную коррозию. Второй этап научных работ по планам планируется к завершению в 2024–2026 годах. Он включает исследования влияния напряжений на формирование во времени деструктивных процессов в бетоне.

В рамках третьего этапа научно-исследовательских работ планируется разработка методики прогноза остаточного ресурса бетона существующих конструкций. Эта методика носит прорывной характер и не имеет аналогов в мировой практике, что позволит в результате исследований занять позиции научно-технического лидера и обеспечить суверенитет в важнейшем направлении — прогноз ресурса существующих бетонных и железобетонных конструкций.

— Все ли вопросы решены в плане надежности строительных объектов? Изменились ли соответствующие требования к новым классам строящихся объектов?

— В настоящее время активно строятся здания, архитектурные формы которых настолько индивидуальны, что выводят такие объекты далеко за границы нормативных параметров. В первую очередь это относится к прогнозированию климатических нагрузок — снеговых и ветровых.

В НИУ МГСУ создан комплексный научный коллектив, выполняющий прогнозирование климатических нагрузок на основе комплексного подхода с использованием как физических экспериментов, так и численных исследований. Физические эксперименты выполняются в уникальной градиентной аэродинамической трубе, численные исследования выполняются средствами компьютерного моделирования.

Практически все уникальные объекты социального и культурного назначения (театры, дворцы спорта) проектируются по нагрузкам, определенным специалистами НИУ МГСУ на основе уникальной комплексной научной методики, разработанной в университете. Эта методика является одной из крупнейших инноваций в области теории сооружений — она обеспечивает высокий уровень надежности новых видов зданий.

Есть еще одна проблема, в рамках которой я вижу большую перспективу работы как специалистов НИУ МГСУ, так и строительной отрасли в целом. Дело в том, что все возводимые объекты очень разные, кроме того, есть здания повышенного уровня ответственности. И метода расчетного анализа недостаточно для определения их надежности и прочности — нужны специальные программные продукты отечественного производства, так как все, что использовалось ранее,— это были западные разработки. В связи с этим Советом федерации было принято решение о разработке национального вычислительного комплекса для расчетов прочности и устойчивости несущих систем и конструкций зданий и сооружений. Эта работа обеспечит суверенитет нашей страны в этой области — мы больше не будем зависеть от западного программного обеспечения.

— Как обстоят дела с подготовкой кадров в области цифрового строительства?

— Мы должны готовить специалистов, которые в полной мере соответствуют актуальным требованиям строительной отрасли, а значит, обладают в том числе и цифровыми компетенциями. Поэтому три года назад наш университет совместно с Минстроем разработал программу повышения квалификации, направленную на получение компетенций именно в области цифрового строительства.

Кроме того, наш вуз выиграл грант федерального уровня на разработку программы подготовки кадров высшей школы строительного профиля по формированию цифровых компетенций. Работа над этой программой велась в течение двух лет совместно с институтом «Иннополис». В итоге эта программа легла в основу преобразованных курсов высшего образования, которая состоит из определенных компонентов.