Введение

Производство компонентов до сборки

Префабрикация – это практика сборки компонентов конструкции на заводе или другой производственной площадке и транспортировки готовых сборок или подсистем на строительную площадку, где должна быть возведена конструкция. Некоторые исследователи определяют её как "различные материалы, соединенные вместе для формирования компонента финальной процедуры монтажа". Наиболее часто цитируемое определение принадлежит Гудьеру и Гиббу (2007 год), в котором префабрикация описывается как процесс изготовления и предварительной сборки определенного количества строительных компонентов, модулей и элементов перед их отгрузкой и установкой на строительной площадке. Термин "префабрикация" также применяется к производству изделий, не являющихся строительными конструкциями, на стационарной площадке. Он часто используется, когда изготовление секции машины или любой передвижной конструкции переносится с основного производственного участка в другое место, и секция поставляется в собранном виде, готовая к установке. Обычно этот термин не применяется к электрическим или электронным компонентам машины, или к механическим частям, таким как насосы, редукторы и компрессоры, которые обычно поставляются как отдельные элементы, а к секциям корпуса машины, которые ранее изготавливались вместе со всей машиной. Префабрикованные части корпуса машины могут называться "подкомплектами" для их отличия от других компонентов.

Процесс и теория

Пример из строительства дома иллюстрирует процесс префабрикации. Традиционный способ строительства дома заключается в транспортировке кирпича, древесины, цемента, песка, стали, строительного щебня и т. д. на строительную площадку и возведении дома непосредственно на месте из этих материалов. При префабрикации таким образом возводится только фундамент, а секции стен, полов и крыши изготавливаются (собираются) на заводе (возможно, с уже установленными оконными и дверными рамами), транспортируются на площадку, поднимаются краном и соединяются болтами. Префабрикация применяется при производстве кораблей, самолетов и всех видов транспортных средств и машин, где секции, ранее собираемые на конечном этапе производства, собираются в другом месте, а затем доставляются для окончательной сборки. Теоретическое обоснование этого метода заключается в том, что время и затраты сокращаются, если схожие строительные операции можно объединить, а на этапе префабрикации использовать конвейерные методы в месте, где доступна квалифицированная рабочая сила, при этом снижая загруженность на строительной площадке, что приводит к потере времени. Этот метод особенно эффективен, когда конструкция состоит из повторяющихся элементов или форм, или когда необходимо построить несколько идентичных базовых конструкций. Префабрикация позволяет избежать необходимости транспортировки большого количества квалифицированных рабочих на строительную площадку, а также устраняет такие ограничения, как отсутствие электроэнергии, воды, неблагоприятные погодные условия или опасная среда. Однако, преимущества этого метода необходимо сопоставлять со стоимостью транспортировки и подъема префабрицированных секций, поскольку они, как правило, крупнее, более хрупкие и сложнее в обращении, чем материалы и компоненты, из которых они изготовлены.

История

Предварительно изготовленные конструкции используются с древних времен. Например, утверждается, что самая старая известная в мире инженерная дорога, Sweet Track, построенная в Англии около 3800 года до н.э., использовала деревянные секции, привезенные на место, а не собранные на месте. Сингальские короли древней Шри-Ланки использовали технологию сборных зданий для возведения гигантских сооружений, датируемых 2000 годами, где некоторые секции изготавливались отдельно, а затем соединялись, особенно в королевствах Анурадхапура и Полоннарува. После разрушительного лиссабонского землетрясения 1755 года португальская столица, особенно район Байша, была перестроена с использованием сборных конструкций в беспрецедентных масштабах. Под руководством Себастьяна Жозе де Карвалью и Мелу, известного как маркиз де Помбал, самого влиятельного королевского министра короля Жозе I, возник новый помбальский стиль архитектуры и градостроительства, который внедрил ранние антисейсмические конструктивные особенности и инновационные сборные методы строительства. Согласно этим методам, большие многоэтажные здания полностью изготавливались за пределами города, транспортировались по частям и затем собирались на месте. Этот процесс, продолжавшийся до XIX века, позволил жителям города заселиться в безопасные новые здания, невиданные ранее. Также в Португалии город Вила-Реал-де-Санту-Антониу в Алгарве, основанный 30 декабря 1773 года, был быстро возведен с использованием сборных материалов. Первый сборный камень был заложен в марте 1774 года. К 13 мая 1776 года центр города был завершен и официально открыт. В XIX веке в Австралию было импортировано большое количество сборных домов из Соединенного Королевства. Этот метод широко использовался при строительстве сборного жилья в XX веке, например, в Великобритании в качестве временного жилья для тысяч городских семей, оставшихся без крова после Второй мировой войны. Сборка секций на заводах экономила время на строительной площадке, а легкость панелей снижала стоимость фундамента и монтажа. Бетонные дома серого цвета с плоскими крышами были неизолированными и холодными, и жизнь в сборном доме приобрела определенную стигму, но некоторые лондонские сборные дома были заняты гораздо дольше, чем предполагаемые 10 лет. Качество сборного жилья возросло до такой степени, что его трудно отличить от традиционного жилья. Эта техника также используется в офисных зданиях, складах и промышленных зданиях. Сборные стальные и стеклянные секции широко используются для внешней отделки крупных зданий. Отдельные дома, коттеджи, бревенчатые дома, сауны и т.д. также продаются с использованием сборных элементов. Предварительное изготовление модульных элементов стен позволяет создавать сложные теплоизоляционные конструкции, компоненты оконных рам и т.д. на конвейере, что повышает качество по сравнению со строительством каждой отдельной стены или рамы на месте. Особенно выигрывает от повышения качества деревянное строительство. Однако во многих странах традиционно предпочитают ручное строительство, а представление о сборном строительстве как о "дешевом" методе замедляет его внедрение. Современные технологии позволяют модифицировать планировку в соответствии с требованиями заказчика и выбирать отделочные материалы, например, можно облицевать фасад кирпичом даже при использовании деревянных несущих элементов. Сегодня сборное строительство используется в различных отраслях промышленности и строительных секторах, таких как здравоохранение, розничная торговля, гостиничный бизнес, образование и государственное управление, благодаря многочисленным преимуществам перед традиционным строительством на месте, таким как сокращение сроков монтажа и экономия затрат. Оно применяется как в одноэтажных, так и в многоэтажных проектах, позволяя использовать его для определенной части проекта или для всего проекта целиком. Эффективность и скорость выполнения работ позволяют, например, в сфере образования, реализовывать проекты без приостановки деятельности учебных заведений. Сборное строительство экономит время инженеров на строительной площадке в проектах гражданского строительства. Это может быть критически важно для успеха таких проектов, как мосты и лавинозащитные галереи, где погодные условия позволяют проводить строительство лишь в короткие периоды времени. Сборные элементы и системы мостов предоставляют проектировщикам и подрядчикам значительные преимущества с точки зрения сроков строительства, безопасности, воздействия на окружающую среду, технологичности и стоимости. Сборное строительство также помогает минимизировать влияние на транспортное движение при строительстве мостов. Кроме того, небольшие, часто используемые конструкции, такие как бетонные опоры, в большинстве случаев изготавливаются на заводе. Радиовышки для мобильной связи и других служб часто состоят из нескольких сборных секций. Современные решетчатые башни и мачты с оттяжками также обычно собираются из сборных элементов. Сборное строительство широко используется при сборке самолетов и космических аппаратов, где такие компоненты, как крылья и секции фюзеляжа, часто изготавливаются в разных странах или штатах от места окончательной сборки. Однако это иногда обусловлено политическими, а не коммерческими причинами, например, в случае с Airbus.

Недостатки

Транспортные расходы могут быть выше для объемных сборных секций (особенно секций, настолько больших, что они относятся к крупногабаритным грузам, требующим специальной маркировки, сопровождения и временного перекрытия дорог), чем для составляющих их материалов, которые зачастую можно упаковать более плотно и с большей вероятностью перевезти на стандартном транспорте. Установка крупных сборных секций может потребовать использования мощных кранов, а также точных измерений и аккуратной обработки.

Производство вне помещения

Производство вне строительной площадки – это процесс, объединяющий предварительное изготовление и предсборку. Он включает в себя проектирование и изготовление блоков или модулей, как правило, вдали от строительной площадки, и их последующую установку для формирования постоянных конструкций на объекте. В наиболее полном смысле, производство вне строительной площадки требует проектной стратегии, которая переориентирует процесс реализации проекта – от строительства к производству и монтажу. Примеры производства вне строительной площадки включают стеновые панели для домов, деревянные пролеты мостов, диспетчерские пункты аэропортов. Существует четыре основные категории производства вне строительной площадки, которое также часто называют внеплощадочным строительством. Эти категории включают в себя компонентные (или подсистемные) системы, панельные системы, объемные системы и модульные системы. В рамках этих категорий разрабатываются различные направления и технологии. На рынке представлено множество различных систем, относящихся к этим категориям, и благодаря недавним достижениям в цифровом проектировании, таким как информационное моделирование зданий (BIM), задача интеграции этих систем в строительный проект все чаще становится задачей "цифрового" управления. Рынок сборных конструкций переживает бум. Он растет ускоренными темпами как на развитых рынках, таких как Северная Америка и Европа, так и в развивающихся экономиках, таких как Азиатско-Тихоокеанский регион (преимущественно Китай и Индия). В ближайшие годы ожидается значительный рост, при этом прогнозируется, что рынок сборных модульных конструкций будет расти с ежегодным темпом роста (CAGR) в 8% в период с 2022 по 2030 год. К 2030 году его объем, как ожидается, достигнет 271 миллиарда долларов США.