Размер шрифта: A A
Цвет сайта: A A

Проект 1: «Научный прорыв в строительной отрасли – новые технологии, новые материалы, новые методы»

3.1. «НАУЧНЫЙ ПРОРЫВ В СТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ – НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, НОВЫЕ МЕТОДЫ»

Цель стратегического проекта

Обеспечение научно-технологического и образовательного лидерства НИУ МГСУ по прорывным направлениям развития строительной отрасли, в том числе жилищного строительства, в Российской Федерации; создание научно-образовательных основ, разработка техник и технологий строительства для решения ключевых задач, обеспечивающих реализацию государственных программ и специальных инфраструктурных проектов, в том числе в Дальневосточном и Арктическом регионах, на объектах энергетики и транспорта в целях формирования новых принципов и методов, обеспечивающих повышение эффективности капитальных вложений, сокращение сроков строительства и снижение затрат, включая работы по восстановлению зданий и сооружений.

Стратегический проект в значительной степени нацелен на содействие реализации национальных проектов «Жилье и городская среда» (значительное увеличение объемов жилищного строительства в Российской Федерации (до 120 миллионов квадратных метров к 2030 году – каждый пятый квадратный метр в стране к 2030 году станет новым; всего за 10 лет должно быть построено порядка 1 миллиарда квадратных метров жилья)), «Комплексный план модернизации и расширения магистральной инфраструктуры» (строительство и реконструкция скоростных магистралей, портовой инфраструктуры, аэропортов, железнодорожной инфраструктуры), «Безопасные и качественные дороги» (развитие дорожной сети для повышения уровня экономической связанности территорий Российской Федерации), «Производительность труда» (прирост производительности труда на предприятиях строительной и смежных отраслей) и «Наука и университеты» (достижение значимых научных результатов, повышение привлекательности строительных наук и образования, создание интеграционных научно-образовательных структур, обновление приборной базы).

Национальными проектами Российской Федерации определены масштабные задачи модернизации инфраструктуры страны, что обеспечит гарантированную доступность систем водо- и энергоснабжения, а также быстрое и безопасное перемещение граждан во всех регионах. Реализация стратегического проекта, заявленного НИУ МГСУ, создает научную и технологическую основу строительной отрасли для успешного выполнения задач национальных проектов, достижения национальных целей для преобразования и развития ключевых отраслевых дивизионов по наиболее перспективным и востребованным направлениям, что обеспечивает фундаментальные основы роста экономики Российской Федерации.

Задачи стратегического проекта

  • разработка, совершенствование и развитие методов, техник и технологий, проектирования, строительства (в том числе бережливого, «зеленого») и эксплуатации жилых зданий будущего, обеспечивающих сокращение сроков строительства, повышение комфортности проживания и уменьшение стоимости жизненного цикла объектов;
  • разработка прорывных технологических решений в области автоматизации и роботизации строительства, в том числе в части аддитивного строительного производства (строительная 3D-печать);
  • ориентированные исследования и разработки в интересах Госкорпорации «Росатом» и ПАО «РусГидро»:
           – разработка расчетно-экспериментальных методов и технологий оценки (прогноза) остаточного ресурса бетонных конструкций существующих реакторных отделений атомных электростанций (АЭС);
          – разработка принципиально новых видов бетонов для строительства объектов повышенного уровня ответственности (основных объектов АЭС), обладающих высокой трещиностойкостью и реализующих процессы самозалечивания;
          – разработка расчетно-экспериментальных методов и технологий прогноза изменения во времени механических свойств грунтов в условиях действия высоких нагрузок и динамических воздействий под основными сооружениями АЭС, гидротехническими и транспортными сооружениями, при строительстве объектов транспортной инфраструктуры;
          – разработка расчетно-экспериментальных методов прогноза нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения (ГТС) и портовые сооружения, в том числе расположенные в Дальневосточном и Арктическом регионах;
          – разработка новых методов конструирования, технологий строительства, мониторинга (в том числе экологического) и управления жизненным циклом гидротехнических сооружений (ГТС);

  • ориентированные исследования и разработки в интересах Министерства транспорта Российской Федерации (Минтранс России):
          – разработка методов и технологических решений по повышению срока эксплуатации дорожных одежд автомобильных дорог, в том числе существующей дорожной сети, с учетом климатического зонирования, по сокращению сроков подготовки полотна временных и постоянных дорог для труднодоступных и удаленных районов, в том числе расположенных в Арктической зоне

  • ориентированные исследования и разработки в интересах ОАО «РЖД»:
          – разработка технологий рационального применения композитов в конструкциях промышленных и транспортных сооружений (конструкции обустройства пути и путевого хозяйства) с учетом условий эксплуатации в агрессивных средах и при экстремальных температурных режимах;
          – создание технологий высокоскоростного строительства зданий и сооружений путевого хозяйства и региональных объектов;

  • разработка теоретических основ и практических технологий по применению строительных конструкций нового поколения в транспортном строительстве;
  • удовлетворение потребностей государства в высококвалифицированных специалистах в области жилищного, транспортного, промышленного и инфраструктурного строительства;
  • тиражирование и распространение лучших практик, развитие академической мобильности.

Ожидаемые результаты стратегического проекта

  • разработаны теоретические основы и практические методы аддитивных технологий (3D-печати) создания конструкций для массового, в том числе малоэтажного, строительства;
  • разработаны расчетно-экспериментальные методы оценки остаточного ресурса бетонных конструкций существующих реакторных отделений АЭС с учетом уровня напряжений в элементах конструкций;
  • разработаны рецептуры принципиально новых видов бетонов для железобетонных конструкций, обладающих высокой трещиностойкостью и реализующих процессы самозалечивания с экспериментальным подтверждением требуемых величин характеристик прочности и деформативности;
  • разработаны расчетно-экспериментальные методы прогноза изменения во времени механических свойств грунтов в условиях действия высоких нагрузок, в том числе динамических;
  • разработаны методы экспериментального определения нагрузок и воздействий на ГТС и портовые сооружения с подтверждением требуемого уровня надежности;
  • разработаны технологии, методы расчета, конструирования, мониторинга и управления жизненным циклом уникальных и ответственных строительных объектов, в том числе ГТС, (включая объекты малой мощности), объектов атомной и тепловой энергетики;
  • разработаны методы и технологические решения по повышению срока эксплуатации дорожных одежд автомобильных дорог, в том числе существующей дорожной сети, с учетом климатического зонирования, по сокращению сроков подготовки полотна временных и постоянных дорог для труднодоступных и удаленных районов, в том числе в Арктической зоне;
  • установлены механические характеристики композитов различных видов в условиях коррозионных воздействий, определены оптимальные направления их применения в строительных конструкциях железнодорожной инфраструктуры; разработаны технические и конструктивные решения по применению композитов в конструкциях обустройства пути и путевого хозяйства;
  • разработаны методы управления строительными свойствами (в том числе технологии преобразования механических характеристик грунтов) и прогнозного моделирования поведения грунтов как основы безопасного освоения подземного пространства;
  • разработаны новые конструктивные решения, методы проектирования зданий и сооружений с использованием стальных и сталежелезобетонных конструкций;
  • разработаны новые типовые проектные и технологические решения, методы расчета и проектирования, включая обеспечение требуемой огнестойкости, зданий из деревянных конструкций, в том числе конструкций высокой заводской готовности для индивидуального жилищного строительства (ИЖС), многоквартирных жилых и общественных зданий;
  • разработаны фундаментальные основы технологии строительства многоэтажных зданий (более 5 этажей) из большеразмерных модульных конструкций высокой заводской готовности;
  • разработаны новые виды железобетонных несущих систем из изделий высокой заводской готовности с сокращенными сроками монтажа, в том числе при использовании технологии типа «сухой стык»;
  • разработаны теоретические основы и практические методы использования стеклокомпозитной арматуры для армирования бетонных конструкций, воспринимающих циклические знакопеременные нагрузки;
  • разработаны критерии оценки эксплуатационных свойств ограждающих конструкций, включая окна и светопрозрачные конструкции, методы расчетного прогноза эксплуатационных характеристик с учетом региональных особенностей климатических воздействий, нормативные требования по проектированию ограждающих конструкций, включая окна, фасады и светопрозрачные элементы фасадов, с обеспечением требуемого уровня эксплуатационных характеристик;
  • разработаны методы расчета несущих конструкций зданий и сооружений на основе заданного времени эксплуатации строительного объекта;
  • разработаны новые методы, технологии и конструктивные решения обеспечения пожаробезопасности и взрывобезопасности строительных объектов;
  • разработаны локальные нормативные документы (стандарты НИУ МГСУ) по техникам и технологиям строительства, направленным на сокращение сроков проектирования и строительства, обеспечивающих реализацию государственных программ и специальных инфраструктурных проектов;
  • разработаны и реализуются не менее 9 новых образовательных программ высшего образования в областях:
          – роботизация в строительстве, в том числе в части строительной 3D-печати (аддитивного строительного производства);
          – передовые техники и технологии (в том числе «зеленые» технологии) жилищного строительства, в том числе из местных материалов;
          – индивидуальное жилищное строительство;
          – комплексное развитие территорий;
          – гидротехническое строительство;
          – геотехническое и подземное строительство;
          – энергетическое строительство;
          – производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций;
          – автомобильные дороги;

  • разработаны и реализуются не менее 15 новых дополнительных профессиональных программ в областях:
          – роботизация в строительстве, в том числе в части строительной 3D-печати (аддитивного строительного производства);
          – проектирование и строительство объектов капитального строительства (ОКС) с использованием новых видов железобетонных конструкций;
          – проектирование и строительство ОКС с использованием стальных и сталежелезобетонных конструкций;
          – проектирование и строительство многоэтажных ОКС с использованием деревянных конструкций, в том числе высокой заводской готовности;
          – проектирование и строительство многоэтажных ОКС с использованием большеразмерных модульных конструкций высокой заводской готовности;
          – индивидуальное жилищное строительство;
          – комплексное развитие территорий;
          – проектирование, строительство и эксплуатация жилых зданий по «зеленым» стандартам;
          – обследование и мониторинг состояния эксплуатируемых ОКС, в том числе в части оценки эксплуатационных свойств ограждающих конструкций;
          – передовые методы расчетного обоснования строительных конструкций, зданий и сооружений;
          – гидротехническое строительство;
          – геотехническое и подземное строительство;
          – энергетическое строительство;
          – производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций;
          – автомобильные дороги;

  • во все ОПОП включены элементы, направленные на формирование актуальных компетенций в области жилищного, промышленного и инфраструктурного строительства; 100% разработанных элементов готовы к реализации в форме программ повышения квалификации или профессиональной переподготовки; 100% разработанных элементов обеспечены электронными образовательными ресурсами и готовы к реализации с использованием ДОТ и ЭО;
  • сформировано инвариантное ядро учебных дисциплин для обеспечения возможности реализации 100% основных профессиональных образовательных программ в сетевой форме;
  • разработаны и реализованы программы академической мобильности с организациями – членами Консорциума.

Описание стратегического проекта

Стратегический проект «Научный прорыв в строительной отрасли – новые технологии, новые материалы, новые методы» предусматривает научно-методическое и кадровое обеспечение реализации государственных программ и специальных инфраструктурных проектов, в том числе интенсификацию прорывных исследований и разработок по важнейшим проблемам технологического, материаловедческого и теоретического обеспечения строительной компоненты государственных программ, в части создания безопасной и комфортной среды жизнедеятельности, задач по обеспечению граждан доступным жильем с высоким уровнем эксплуатационных характеристик путем развития деревянного, панельного, модульного, каменного, монолитного домостроения с учетом растущих требований относительно комфорта, экологичности и безопасности, а также кадровое сопровождение совершенствования и развития ключевых направлений строительной отрасли.

Жилье является одной из базовых потребностей человека. Согласно данным социологических опросов, более 65% россиян хотят улучшить свои жилищные условия, причем по сведениям Всероссийского центра изучения общественного мнения (ВЦИОМ) в собственном доме хотели бы жить более 45 миллионов семей – 73% от общего числа домохозяйств. В соответствии с Указом Президента Российской Федерации от 21 июля 2020 г. №474 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года» к 2030 году необходимо увеличить объем жилищного строительства не менее чем до 120 миллионов квадратных метров в год (федеральный проект «Жилье» национального проекта «Жилье и городская среда»). В рамках разработки, совершенствования и развития методов, техник и технологий проектирования, строительства (производства, монтажа и др.) и эксплуатации жилых зданий будущего (с надлежащим экспериментальным и аналитическим обоснованием), в том числе нацеленных на сокращение сроков строительства и уменьшение стоимости жизненного цикла объектов, а также в целях создания объектов с высокими эксплуатационными характеристиками рассматриваются деревянные малоэтажные и многоэтажные здания, быстровозводимые здания (в том числе модульные, из металлических конструкций), высотные здания, несущие системы с использованием стальных и сталежелезобетонных конструкций.

Благодаря развитию жилищного строительства дополнительную поддержку получит строительство социально-значимых объектов: в новых жилых микрорайонах требуется строить школы, детские сады, медицинские учреждения, автомобильные дороги, а также подводить инженерные коммуникации. В этой связи часть получаемых в стратегическом проекте результатов выходит за пределы области исключительно жилищного строительства.

Стратегический проект включает в себя взаимоувязанные треки, реализуемые совместно с организациями – членами Консорциума:

  • трек исследований и разработок, включающий прикладные исследования по ПНОТН в части, касающейся прорывных исследований и разработок по важнейшим проблемам технологического, материаловедческого и теоретического обеспечения строительной компоненты государственных программ, в том числе, инфраструктурного и жилищного строительства, включая Программы научных исследований Консорциума «Строительство, архитектура и градостроительство – основы формирования среды жизнедеятельности»;
  • трек кадрового сопровождения отраслевой программы изменений, предполагающий разработку и реализацию образовательных программ ВО, ДПО и СПО для подготовки кадров в области промышленного, гидротехнического и гражданского, в том числе - жилищного строительства, включая систему «Сетевой университет Отраслевого консорциума «Строительство и архитектура»».

Строительство - одна из самых инерционных отраслей в области автоматизации и роботизации производства работ и эксплуатации. Анализируя текущее состояние отрасли, становится, очевидно, что, вступая в эпоху индустриализации и цифровизации, все больше меняется традиционный подход к проектированию, строительству, эксплуатации и обслуживанию зданий и инфраструктуры. При этом масштабные задачи, которые диктует современная экономика, немыслимы без внедрения принципиально новых методов возведения зданий и сооружений при условиях минимизации применения ручного труда как при производстве строительных изделий и конструкций, так и на площадке строительства объекта. В настоящее время в мировой практике существуют ряд направлений, обеспечивающих решение задачи сокращения трудоемкости строительства. К наиболее перспективным относится развитие роботизации при производстве работ и эксплуатации зданий и сооружений, в том числе следующие: промышленные роботы при заводском изготовлении отдельных элементов или модулей; коллаборативные роботы, работающие совместно с человеком; роботы-дроны, самоходные строительные машины и декартовые роботы, реализующие 3D-печать зданий.

Кластер проектов «Строительная 3D-печать» ориентирован на разработку теоретических основ и практических методов аддитивных технологий (3D-печати) создания конструкций для массового, в том числе малоэтажного, строительства, последующую интеграцию результатов исследований в образовательный процесс и подготовку кадров. НИУ МГСУ является признанным лидером научного направления аддитивных строительных технологий: специалистами Университета разработаны основополагающие нормативные документы (три государственных стандарта по материалам для аддитивного строительного производства (Термины и определения; Технические требования; Методы испытаний)), а также эффективные методики и соответствующие рецептуры составов смесей, позволяющие возводить отдельные виды конструктивных элементов. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования, позволившие обосновать надежность и технологичность аддитивной технологии. Для широкого внедрения технологии 3D-печати конструкций в массовое, в том числе малоэтажное строительство, необходимо проведение экспериментальных исследований с целью разработки методов и технологий для выполнения наиболее трудоемких и ресурсоемких конструкций – перекрытий различного типа (балочные, безбалочные, ферменные и прочие), а также узлов соединений отдельных конструктивных элементов. Востребованность аддитивной технологии для выполнения таких конструкций весьма велика с учетом объема и роли конструкций перекрытий в составе несущей системы здания или сооружения. Анализ результатов экспериментальных исследований показывает, что конструкции, выполненные по аддитивной технологии, обладают рядом специфических свойств, требующих разработки соответствующих методов моделирования и расчетного обоснования (анализа). Разработка указанных методов требует проведения масштабных физических и математических (численных) экспериментов, в том числе, с испытанием крупномасштабных моделей. Разработка теоретических основ и практических методов технологии, а также соответствующих методов моделирования и расчетного обоснования позволит создать полноценный технологический процесс проектирования и изготовления несущих систем зданий и сооружений по методу 3D-печати конструкций строительных объектов, что обеспечит массовое строительство современными технологиями, приведет к сокращению сроков, снижению стоимости строительства, минимизации запросов на трудовые ресурсы и существенному эффекту для экономики страны в целом.

Кластер проектов «Железобетонные конструкции» ориентирован на разработку новых конструктивных решений, методов проектирования зданий и сооружений с использованием железобетонных конструкций, в том числе в части новых видов железобетонных несущих систем из изделий высокой заводской готовности с сокращенными сроками монтажа, в том числе при использовании технологии типа «сухой стык», последующую интеграцию результатов исследований в образовательный процесс и подготовку кадров. В условиях необходимости достижения национальных целей задача увеличения скорости возведения жилых зданий в массовом строительстве становится все острее, а строительство из сборного железобетона давно зарекомендовало себя как эффективный способ решения данной проблемы. Ожидаемый рост спроса на здания из сборного железобетона способствовал поиску новых решений по усовершенствованию данной технологии. Одним из таких решений является технология типа «сухой стык», которая подразумевает уменьшение или полный отказ от использования сварки и многократное уменьшение монолитных процессов при монтаже. Практически важной задачей является разработка и расчетно-экспериментальное обоснования надежности и высокого уровня эксплуатационных характеристик нового поколения сборных конструкций жилых (и расширительно – общественных) зданий из железобетонных конструкций высокой заводской готовности, монтируемых на «сухих» стыках, а также разработка методов расчета, техник и технологий строительства жилых (и общественных) зданий из железобетонных конструкций высокой заводской готовности с методами монтажа на «сухих» стыках.

Необходимо подчеркнуть, что одним из наиболее ответственных и трудоемких в изготовлении узлов монолитных железобетонных несущих систем является узел стыка плитных конструкций (перекрытие, фундаментная плита, плитный ростверк) с вертикальными несущими конструкциями. Для опорных узлов одним из важнейших факторов надежности является фактор несущей способности по механизму продавливания – зачастую этот фактор является определяющим при назначении толщины плит перекрытий и фундаментных плит. Приопорные зоны плитных конструкций проектируются с достаточно большим продольным армированием. Однако действующие в Российской Федерации нормативные методы расчета несущей способности по механизму продавливания не учитывают влияние продольного армирования на уровень несущей способности плитной части стыкового узла конструкций, что представляется чрезмерно консервативной оценкой. В НИУ МГСУ проведены инициативные пионерные исследования по оценке влияния продольного армирования на величину несущей способности по критерию продавливания. Установлено, что в отдельных случаях оценка несущей способности опорных узлов на основе нормативных методов дает заниженные на 40-60% показатели несущей способности по отношению к результатам экспериментальных исследований. Необходимы исследования на представительном наборе экспериментальных образцов по оценке влияния продольного армирования плитных конструкций, а также иных методов армирования приопорных зон на уровень несущей способности по критерию продавливания. По результатам экспериментальных исследований предусмотрена разработка локального нормативного документа (Стандарт НИУ МГСУ) по расчету несущей способности опорных зон плитных железобетонных конструкций по критерию продавливания, на основе и по результатам апробации которого впоследствии должны быть внесены коррективы в действующие нормативные документы.

Кластер проектов «Стальные конструкции» ориентирован на разработку новых конструктивных решений, методов проектирования зданий и сооружений с использованием стальных и сталежелезобетонных конструкций, последующую интеграцию результатов исследований в образовательный процесс и подготовку кадров. В индустриально развитых странах не менее 50% многоэтажных зданий строится с несущими стальными каркасами, тогда как в России таких зданий не более 10-15%. Широкое внедрение стальных каркасов сдерживается недостаточной изученностью их действительной работы, отсутствием нормативных методик расчета и проектирования элементов и узлов конструкций, отсутствием отработанных конструктивных решений перекрытий с монолитными и сборными железобетонными плитами. В результате проведения запланированных в Университете научно-технических исследований станет возможным обоснованно и надежно проектировать стальные каркасы многоэтажных зданий с учетом их конструктивного решения и особенностей работы. Следствием решения поставленной проблемы будет увеличение использования стальных каркасов в многоэтажных зданиях не менее чем в 2 раза. Для усиления стальных конструкций перспективно использование углепластиковых композитов, причем углепластик можно использовать и для повышения устойчивости зданий к прогрессирующему разрушению в виде дублирующих, страховочных, перехватывающих элементов, которые включаются в работу при повреждениях основной конструкции и способны воспринять значительные усилия при небольших размерах поперечного сечения за счет высокой прочности углепластика. В этой связи также необходимо проведение исследований несущей способности стальных конструкций, усиленных углепластиком.

Кластер проектов «Деревянные конструкции» ориентирован на разработку новых типовых проектных и технологических решений изготовления и возведения деревянных конструкций, методов расчета и проектирования, включая обеспечение требуемой огнестойкости, для индивидуального жилищного строительства (ИЖС), многоквартирных и многоэтажных жилых и общественных зданий из деревянных конструкций, в том числе высокой заводской готовности, последующую интеграцию результатов исследований в образовательный процесс и подготовку кадров. Строительство жилья из деревянных конструкций в России в 2021 году побило рекорд, достигнув отметки в 10.8 миллионов квадратных метров, при этом доля введенных жилых домов со стенами из дерева в общем объеме жилищного строительства составила 11.67%. Вместе с тем, дерево по-прежнему не воспринимается в нашей стране как долговечный и надежный материал для строительства многоквартирных домов, несмотря на то что соответствующая тенденция набирает все большую популярность в странах Европы и США. Широко применяются CLT-панели (от англ. “Cross-Laminated Timber” – «поперечный клееный брус»), которые позиционируются как прочные, огнестойкие, долговечные, энергоэффективные и экологичные. С учетом климатических особенностей регионов России адаптация и применение зарубежного опыта разработки соответствующих материалов, техник и технологий в России остается открытым вопросом, важнейшие положения которого требуют научного обоснования. К числу основных аспектов, требующих научных исследований относятся: экспериментальные и теоретические исследования по обоснованию механических характеристик, характеристик огнестойкости конструкций из клееной древесины для многоэтажного строительства; разработка методик и экспериментальное обоснование несущей способности и эксплуатационной пригодности зданий и сооружений из деревянных конструкций высокой заводской готовности; разработка методов расчета деревянных конструкций, включая стыковые и опорные соединения, многоэтажных зданий. Планируются, что в группу основных индустриальных партеров Университета в вопросах развития деревянного домостроения войдут российский холдинг “Segezha Group” и группа «Эталон».

Кластер проектов «Модульные конструкции» ориентирован на разработку фундаментальных основ технологии строительства многоэтажных зданий (более 5 этажей) из большеразмерных модульных конструкций высокой заводской готовности, последующую интеграцию результатов исследований в образовательный процесс и подготовку кадров. О модульном домостроении в России до недавнего времени также говорили мало, нередко замечая лишь, что «дома-конструкторы» не соответствуют реальным условиям регионов России. Традиционно все ограничивалось инвентарными зданиями, «бытовками», хозблоками и летними садовыми домиками. В настоящее время в этой сфере происходят существенные изменения, и многие застройщики изучают возможность применения в регионах с разным климатом модульных зданий, важнейшим преимуществом которых является скорость возведения (так, например, продолжительность строительства модульных многоэтажных зданий может быть сокращена в 20 раз). «Модульный дом» – тип здания, собранного из изготовленных в заводских условиях (без влияния климатических и прочих ограничений, характерных для традиционного строительства под открытым небом) модулей, каждый из которых представляет собой, по сути, уже готовую часть дома (сегодня строители работают и над созданием крупногабаритных модулей, каждый из которых может включать от одной до трех квартир). После сборки здания стыки между модулями герметизируются и достраиваются те части дома, которые нельзя изготовить на конвейере в заводских условиях. Производство объемных блоков высокой заводской готовности, включающих все инженерные коммуникации, обеспечивает как существенное повышение качества (контроль в заводских условиях), так и многократное сокращение сроков возведения объекта на площадке строительства. В настоящее время принцип модульного строительства в России находится на стадии концептуальных предложений и отдельных экспериментальных работ, требующих проведения научных исследований и расчетного обоснования. Планируется, что основным индустриальным партером Университета в вопросах развития модульного домостроения станет группа компаний «МонАрх».

Кластер проектов «Строительные конструкции нового поколения» ориентирован, в частности, на разработку теоретических основ и практических методов использования стеклокомпозитной арматуры для армирования бетонных конструкций, воспринимающих циклические знакопеременные нагрузки, последующую интеграцию результатов исследований в образовательный процесс и подготовку кадров. В практике современного строительства применение стеклокомпозитной (полимерной) арматуры (СКПА) является в известной степени полноценной альтернативой стальной арматуре. Наибольший интерес представляет применение СКПА для армирования конструкций в агрессивных средах, а также для радиопрозрачных конструкций. Важным обстоятельством является рост стоимости стальной арматуры, что приводит к выравниванию стоимостных показателей применения СКПА и стальной арматуры. Вместе с тем, широкое применение СКПА сдерживается ограничениями, установленными действующими нормами (здесь, в частности, имеется в виду указание о неучете работы СКПА в режиме сжатия). Соответствующие ограничения приводят к невозможности применения СКПА в конструкциях, подверженных знакопеременным воздействиям, что формирует многократное изменение знака напряжений в сечениях бетонных конструкций, армированных СКПА. Необходимо отметить, что в ряде зарубежных норм имеются положения, позволяющие учесть работу сжатой СКПА. Таким образом, исключительно актуальной задачей является проведение исследований, позволяющих применять и, соответственно, учитывать в расчетах СКПА при различных видах напряженного состояния.

Кластер проектов «Ограждающие конструкции» ориентирован на разработку критериев оценки эксплуатационных свойств ограждающих конструкций, включая окна и светопрозрачные конструкции, методов расчетного прогноза эксплуатационных характеристик с учетом региональных особенностей климатических воздействий, нормативных требований по проектированию ограждающих конструкций, включая окна, фасады и светопрозрачные элементы фасадов, с обеспечением требуемого уровня эксплуатационных характеристик, последующую интеграцию результатов исследований в образовательный процесс и подготовку кадров. Уровень комфорта жилья во многом обеспечивается эксплуатационными качествами ограждающих конструкций, включая окна, фасады и светопрозрачные элементы фасадов. В настоящее время прогноз и нормирование эксплуатационных характеристик ограждающих конструкций жилых и общественных зданий не соответствует требованиям отрасли и социальным требованиям жильцов. Отсутствуют методы оценки влияния температурных и инсоляционных воздействий на ключевые эксплуатационные характеристики оконных и фасадных конструкций. Отсутствуют требования по нормированию температурных полей на внутренних поверхностях оконных элементов. Не разработаны методы расчета оконных и фасадных конструкций при действии динамической составляющей ветровых воздействий и методы оценки динамического отклика оконных конструкций. В НИУ МГСУ планируется цикл экспериментально-теоретических исследований, по результатам которых будут разработаны критерии оценки эксплуатационных свойств ограждающих конструкций, включая окна и светопрозрачные конструкции, методы расчетного прогноза эксплуатационных характеристик с учетом региональных особенностей климатических воздействий, а также нормативные требования по проектированию ограждающих конструкций, включая окна, фасады и светопрозрачные элементы фасадов, с обеспечением требуемого уровня эксплуатационных характеристик.

Кластер проектов «Новая идеология проектирования» ориентирован на разработку методов расчета несущих конструкций зданий и сооружений на основе заданного времени эксплуатации строительного объекта, последующую интеграцию результатов исследований в образовательный процесс и подготовку кадров. Объем затрат на возведение объектов определяется проектными решениями, корректное исполнение которых обеспечивается деятельностью соответствующих надзорных органов. Проектные решения определяются Заданием на проектирование и требованиями Федеральных законов и подзаконных актов (Строительные нормы и правила, Своды правил, ГОСТы). Задание на проектирование устанавливает не только цель проектирования объекта строительства, но и перечень требований к проектным решениям. Таким образом, затраты на строительства объекта определяются качеством проектных решений. В рамках действующего законодательства (Градостроительный кодекс) качество проектных решений оценивается по их соответствию требованиям действующих норм, что контролируется органами Государственной экспертизы проектов. Следует подчеркнуть, что структура действующих норм определяется задачами обеспечения минимально необходимого уровня несущей способности и надежности (первая группа предельных состояний и особые предельные состояний), а также минимально необходимым уровнем эксплуатационной пригодности (вторая группа предельных состояний). При этом «верхние» уровни несущей способности и эксплуатационной пригодности действующими нормами не установлены. Такое положение приводит к тому, что в ряде случаев для объектов строительства разрабатываются проектные решения с завышенными уровнями как несущей способности, так и эксплуатационной пригодности. Такие решения «в запас» формально не противоречат положениям действующих норм и, следовательно, не вызывают возражений у экспертных органов. Однако именно проектные решения с чрезмерно завышенными (относительно нормируемых минимальных значений) уровнями несущей способности и эксплуатационной пригодности определяют соответствующие им завышенные уровни затрат на возведение объектов строительства.

Кластер проектов «Геотехническое и подземное строительство» ориентирован на разработку принципов и практических методов преобразования механических характеристик грунтов площадки строительства в целях получения материалов с заданными свойствами для использования в геотехнической части объектов промышленного, гражданского и транспортного строительства, в том числе, в районах арктической зоны, последующую интеграцию результатов исследований в образовательный процесс и подготовку кадров. В мировой практике строительства накоплен значительный опыт преобразования механических свойств грунтов оснований строительных объектов, однако системный подход к формированию принципов и разработке практических методов в настоящее время отсутствует. Исключение составляет достаточно большой объем исследований по созданию грунтобетонных свай по JET-технологиям различного вида. Практика строительства инфраструктурных объектов, которое выполняется, как правило, в необжитых районах, формирует запрос на методы и практические технологии преобразования механических характеристик грунтов площадки строительства в целях получения материалов с заданными свойствами для использования в геотехнической части объектов. Отсутствие таких методов с соответствующими технологическими регламентами приводит к массовому использованию традиционных приемов строительной практики с широким применением больших объемов завозимых материалов и конструкций. Такой подход представляет собой значимый замедляющий фактор при освоении территорий, удаленных от индустриальных центров. Наличие научно обоснованных принципов и методик преобразования механических характеристик грунтов позволит существенным образом не только снизить объемы завозимых материалов и конструкций, но и сократить время строительных работ по выполнению конструкций геотехнической части объектов. Наибольший эффект может быть достигнут в строительстве транспортных и иных инфраструктурных объектов в удаленных районах Российской Федерации, включая районы арктической зоны. Научное обоснование технологий преобразования механических свойств грунтов позволит разработать математические модели поведения таких новых материалов под нагрузкой, что обеспечит необходимое обоснование надежности возводимых объектов.

В настоящее время проектирование и строительство АЭС и других станций в таких странах как Венгрия, Бангладеш, Иран, Египет ведется с широким использованием принципов преобразования механических свойств местных грунтов, залегающих на площадке строительства, с последующим применением преобразованных грунтов в строительно-монтажных работах. Разработанные проектные решения, включая их расчетные обоснования, выполнены с частичным соблюдением и применением отечественной и иностранной нормативно-технической документации. Наибольшая часть расчетных обоснований в рамках проектирования выполняется с помощью специализированных вычислительных комплексов (“PLAXIS”, “MIDAS”, “ZSoil” и др.). Проектирование и строительство вышеуказанных станций ведется на различных площадках в сложных и неоднородных инженерно-геологических условиях, для каждой из которых требуется применение конкретной технологии по преобразованию и проектированию оснований с целью обеспечения прочности, устойчивости и безопасности на протяжении всего цикла строительства и эксплуатации. В зависимости от грунтовых условий на каждой конкретной площадке строительства возможно применение различных технологий, по преобразованию строительных свойств, исходя из исходных природных физических и механических характеристик, а также предполагаемых типов фундаментов зданий и сооружений и передаваемых нагрузок. Однако в настоящее время на территории РФ отсутствуют комплексные рекомендации и нормативные документы по применению различных технологий преобразования механических свойств грунтов с учетом особенностей инженерно-геологических условий площадки строительства. С учетом указанного необходимо выполнить разработку единого универсального систематизированного подхода по выбору технологии преобразования, методике расчета и дальнейшему проектированию преобразованного грунтового основания. Результаты работы позволят с наибольшей достоверностью определить наиболее подходящую и применимую технологию преобразования грунтов основания и минимально необходимые физико-механические свойства грунтов. Также предусмотрено решение задачи прогноза деформации зданий и сооружений объектов использования атомной энергии (ОИАЭ) с учетом принятых проектных решений на период всего жизненного цикла сооружения. В рамках разработки методики планируется проработка следующих технологий преобразования строительных свойств: струйная цементация (Jet-Grouting); инъецирование вяжущего (гидроразрыв, пропитка); глубинное перемешивание (DSM); обустройство грунтовых свай (Stone Column) и др. В процессе работ планируется проведение полевых и лабораторных исследований, а также разработка расчетных методики для внедрения в практику проектирования.

Кластер проектов «Гидротехническое строительство» ориентирован на разработку техник и технологий гидротехнического строительства, последующую интеграцию результатов исследований в образовательный процесс и подготовку кадров. Водная безопасность – важнейший вызов современности. Для национальной безопасности России водный фактор, в первую очередь, связан с такими источниками рисков как аварии на объектах гидротехнического строительства (гидротехнических сооружениях) и наводнения, вызванные опасными природными и антропогенными явлениями и процессами. Многообразие гидротехнических сооружений разного функционального назначения и отраслевой принадлежности создает определенные трудности в решении задач безопасности современных гидротехнических объектов. Учитывая важность гидротехнических сооружений для различных отраслей экономики (энергетики, водного транспорта, водоснабжения и сельского хозяйства), особое внимание следует уделять собственной безопасности таких объектов, большинство из которых было построено 50 и более лет назад. Аварии на гидротехнических сооружениях связаны, прежде всего, с их неудовлетворительным техническим состоянием и неправильной эксплуатацией, недостаточной пропускной способностью водосбросов, конструктивными недостатками, в том числе несовершенством в работе противофильтрационных устройств, непроектными деформациями конструкций и отказом в работе гидромеханического оборудования. В Университете планируется вести исследования по следующим направлениям: научно-техническое обоснование мероприятий и технологий по противодействию угрозам водной безопасности; разработка технологий, технических средств, нормативной документации и организационных мероприятий, направленных на повышение экологической и экономической безопасности освоения месторождений нефти, газа и газового конденсата в суровых климатических условиях, с учетом рационального и бережного природопользования; создание современных методик расчетно-аналитического прогнозирования поведения грунтовых и бетонных гидротехнических сооружений повышенной ответственности совместно с основанием в строительный и эксплуатационный периоды для сложных инженерно-геологических, климатических и сейсмических условий, совершенствование и разработка новых высокотехнологичных конструкций и материалов для гидротехнических сооружений повышенной ответственности с обоснованием их работоспособности и безопасности на основе композитного моделирования; развитие теории и методов гидравлических расчетов напорных и безнапорных потоков, а также их взаимодействие с гидротехническими сооружениями и размываемыми руслами.

К основным направлениям научно-исследовательских и научно-технических работ Университета, которые будет выполняться, прежде всего, в интересах ПАО «РусГидро», относятся следующие: научно обоснованная оценка состояния гидротехнических сооружений (ГТС) и гидромеханического оборудования, цифровые технологии мониторинга технического состояния гидротехнических сооружений; разработка и оснащение энергетических и промышленных объектов информационно-диагностическими системами; автоматизация средств диагностики и мониторинга ГТС, разработка научно обоснованных проектов размещения современной контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) на ГТС; проведение натурных наблюдений, комплексных исследований и обследований ГТС, анализ их результатов.; крупномасштабное моделирование железобетонных и бетонных конструкций; разработка составов бетонов, технологий ремонта бетонных и железобетонных конструкций ГТС, в том числе в зоне переменного уровня воды; внедрение технологий строительства и ремонта ГТС с использованием композитных материалов, разработка новых конструктивных решений железобетонных сооружений из высокопрочных бетонов; проектирование и строительство малых ГЭС, развитие энергетики на возобновляемых источниках энергии.

Гидроэнергетика использует возобновляемый ресурс и не дает вредных выбросов, однако, тем не менее, оказывает иное негативное воздействие на окружающей среду. В заявлениях международных организаций говорилось, что ядерная энергетика поможет увеличить долю использования возобновляемых источников энергии и перейти к климатической нейтральности, то есть минимизировать влияние электростанций на климат. В любом случае вопросы экологической безопасности являются весьма актуальными.

Кластер проектов «Расширение применения алюминиевых сплавов в строительстве» ориентирован на разработку, исследование и развитие научных основ, техники и технологий изготовления строительных конструкций, возведения сооружений с использованием алюминиевых сплавов, в том числе многофункциональных быстровозводимых строительных сооружений из алюминиевых сплавов для эксплуатации в низкотемпературных условиях арктических зон, последующую интеграцию результатов исследований в образовательный процесс и подготовку кадров. В целом, современные тенденции экономического развития Российской Федерации заключаются в освоении арктических сухопутных зон и прилегающего водного пространства Ледовитого океана, которые содержат основные неиспользованные углеводородные и минералогические ресурсы страны. Главными факторами, осложняющими освоение и строительство в данных зонах, являются низкотемпературные условия эксплуатации и удаленность осваиваемых регионов от основных транспортных магистралей. В этих условиях для успешной реализации строительных проектов необходимо расширенное использование таких прогрессивных материалов, как алюминиевые сплавы, обладающие уникальными свойствами (небольшой удельный вес, технологичность изготовления конструкций, высокая коррозионная стойкость, отсутствие охрупчивания при низких температурах), позволяющими осуществлять изготовление крупногабаритных конструкционных модулей в заводских условиях. Эти модули затем могут быть менее затратно транспортированы автомобильным транспортом и быстро смонтированы на строительных площадках. В настоящее время в мире и в Российской Федерации наблюдается интенсивное расширение применения алюминиевых сплавов для производства строительных конструкций зданий, сооружений, в том числе мостов различного назначения. В Российской Федерации вопросы проектирования и технологий изготовления специализированных конструкций и сооружений из алюминиевых сплавов, предназначенных для строительства и эксплуатации в низкотемпературных условиях, проработаны в недостаточной степени. Существующая система технического нормирования в строительстве крайне недостаточно освещает специфику проектирования и строительства сооружений из алюминиевых сплавов для эксплуатации при низких температурах, выбор наиболее эффективных сплавов для данных условий, конструкций соединительных узлов, способов монтажа, теплового сопротивления и огнестойкости конструкций, обеспечения заданных сроков эксплуатации. Отсутствует нормативная документация по проектированию и строительству автодорожных мостов с использованием алюминиевых сплавов, крайне востребованных для ускоренного освоения территорий арктических зон. Решение перечисленных проблем можно будет реализовать на базе углубленного анализа состояния мировых достижений строительной науки в данной области, проведения научно-исследовательских и опытно конструкторских работ по выбору наиболее эффективных алюминиевых сплавов для эксплуатации при низких температурах, исследованию их физико-механических свойств, выбору оптимальных конструктивных решений сооружений, технологий изготовления соединительных узлов, обеспечения нормативного теплового сопротивления и огнестойкости строительных конструкций. В совместных исследованиях НИУ МГСУ и Объединенной компанией «РУСАЛ» с 2016 года осуществляется разработка Свода Правил (СП) «Мосты с конструкциями из алюминиевых сплавов. Правила проектирования» на базе комплекса приводящегося в Университете комплекса НИОКР. В 2019 году был утвержден в установленном порядке СП 443.1325800.2019 для проектирования пешеходных мостов, в текущем году проведен комплекс дополнительных НИОКР для расширения действия СП на автодорожные мосты, однако в данном нормативном документе, в соответствии с технических заданием, специфика строительства и проектирования мостов, эксплуатирующихся при предельно низких температурах арктических зон, отражена недостаточно. При наличии полученного НИУ МГСУ опыта и достигнутых результатов вышеуказанные проблемы могут быть решены в рамках предлагаемой тематики, планируемой для более широкого класса строительных сооружений, что подтверждается публикациями и разработанной сотрудниками НИУ МГСУ нормативной документации в области мостостроения из алюминиевых сплавов.

Кластер проектов «Новые материалы для дорожного строительства» ориентирован на разработку, исследование и развитие научных основ, техники и технологических решений по повышению срока эксплуатации дорожных одежд существующей дорожной сети с учетом климатического зонирования, по сокращению сроков подготовки полотна временных и постоянных дорог для труднодоступных и удаленных районов, в том числе в Арктической зоне. Главными факторами, обеспечивающими успешное решение задач, определенных национальным проектом «Безопасные качественные дороги», является решение проблем управления структурообразованием дорожных строительных материалов на минеральных вяжущих системах и на основе битумных материалов. Весьма востребованным направлением является решение научных задач вторичного применения материалов, полученных в результате демонтажа строительных конструкций. Одним из наиболее перспективных направлений представляется научное обоснование использования в дорожных строительных материалах золо-шлаковых отходов промышленности. В настоящее время в Российской Федерации ведутся работы, направленные на решение указанных задач. В совместных исследованиях НИУ МГСУ и членов Консорциума выполнены пионерные исследования вопросов дорожного материаловедения, по результатам которым определены наиболее перспективные направления. При наличии имеющегося в НИУ МГСУ научного потенциала и сформированных компетенций в рамках реализации программы «Приоритет 2030» могут быть получены научно обоснованные результаты по ключевым направлениям автодорожного строительства: управление структурообразованием дорожных строительных материалов, выполненных на различных видах вяжущих; получены атмосферо- и коррозионностойкие виды бетонов для дорожного строительства, обладающие не только высокими эксплуатационными свойствами, но и приемлемыми экономическими показателями; разработаны рецептура и технология получения и производства устойчивых и эффективных резинобитумных вяжущих для долговечных асфальтобетонов; разработаны методы получения восстанавливающих добавок для асфальтобетонов; разработаны рецептуры и технологии получения защитно-восстанавливающего материала для обработки поверхности дорожного покрытия с применением адаптивного полифункционального материала на основе наномодифицированной полимерной матрицы. Решение перечисленных проблем можно будет реализовать на базе углубленного анализа состояния мировых достижений строительной науки в данной области, проведения научно-исследовательских и опытно конструкторских работ по выбору наиболее эффективных подходов.

В целом, исследования и разработки, выполняемые в Университете, в том числе совместно с организациями – членами Консорциума, будут способствовать повышению уровня комфортности и безопасности жилых зданий, расширению возможностей участия населения в решении жилищных проблем, росту конкурентоспособности отечественной строительной продукции. К 2030 году Университет должен стать главным контрагентом по разработке и поставке в отрасль новых технологий и материалов для жилищного строительства – как собственных, так и сторонних, прошедших экспертизу в научно-техническом комплексе НИУ МГСУ.

Удовлетворение потребностей государства в высококвалифицированных специалистах в области жилищного строительства будет осуществляться в том числе на основе: разработки и реализации совместно с отраслевым профессиональным сообществом новых элементов (дисциплин, практик, образовательных треков) образовательных программ всех уровней, формирующих актуальные профессиональные компетенции, направленные на решение задач стратегического проекта; привлечения представителей высокотехнологичных компаний строительной отрасли (в том числе посредством создания корпоративных кафедр, инновационных предприятий и проектных бюро под руководством профессионалов-практиков) для участия в разработке и реализации образовательных программ; разработки цифрового образовательного контента для реализации образовательных программ с использованием ДОТ) и (или) ЭО, в том числе в сетевой форме.

Планируется тиражирование лучших практик Университета в области жилищного строительства в других организациях – членах Консорциума, не являющихся участниками программы «Приоритет-2030», а также организация сетевого взаимодействия между членами Консорциума в формате программ академической мобильности.

Реализация стратегического проекта обеспечивает решение задач импортозамещения и развития строительной отрасли.