Краще, ніж було: які нові технології з’явились в Україні для відбудови

У тилових областях і порівняно безпечних регіонах тестують інновації для відбудови зруйнованих міст, сіл. Нові технології можуть пришвидшити відбудову, змінити підходи до облаштування міських просторів, показати способи повторного використання матеріалів і осучаснення будівель. Навіть невеликі населені пункти можуть скористатися доступними ідеями для відбудови і розвитку.

3D-друк із цементу: будинок – за добу, школу – за кілька місяців

Станом на кінець травня 2023 року сума прямих збитків, завданих житловому фонду України внаслідок повномасштабної війни, становила понад $54 млрд. Це понад третина від загальних прямих збитків інфраструктури та активів України за даними, що обраховані командою KSE Institute (аналітичний підрозділ Київської школи економіки) у межах проєкту «Росія заплатить». Але ці дані не враховують прямі втрати, завдані підривом Каховської ГЕС, унаслідок якого постраждало 48 населених пунктів.

Зважаючи на масштаб, одна з ключових проблем відбудови – час, необхідний для відновлення зруйнованих осель і об’єктів соціальної інфраструктури. Люди не можуть довго перебувати в тимчасовому житлі, а для повернення вимушених переселенців, зокрема із закордону, необхідні діючі школи, садочки, лікарні, центри надання адміністративних послуг тощо. І в Україні тестують новий метод будівництва, який дає змогу зводити будівлі за лічені години і дні.

У Львові випробовують нову технологію – будують першу в Європі школу за допомогою 3D-друку. Про це повідомив віцепрем'єр-міністр з інновацій, розвитку освіти, науки та технологій – міністр цифрової трансформації Михайло Федоров і оприлюднив відео з будівництва.

Львівська школа не зруйнована, а просто стала затісною, тож зводять новий корпус для 100 учнів молодших класів. Проєкт ініційований та фінансується гуманітарною групою Team4UA. Фактично – це пілотний проєкт для випробування ефективності технології і подальшого використання. У приватних проєктах в Україні 3D-друк будівель уже застосовують кілька років поспіль.

Виконавчий комітет Львівської міської ради в березні 2023 року затвердив містобудівні умови та обмеження на нове будівництво відділом освіти Шевченківського та Залізничного районів управління освіти департаменту розвитку Львівської міської ради багатофункціонального навчального комплексу на вул. Варшавській, 126.

Новий шкільний корпус майже шість метрів заввишки і площею 500 кв.м будують на території середньої загальноосвітньої школи №23. У липні завершили зводити ту частину, яка створюється за допомогою 3D-друку. Повністю будівництво планують завершити до кінця 2023 року.

Будівельники працюють із цементним 3D-принтером BOD2 від данської компанії COBOD (Construction of Buildings on Demand). Цей конструкторський 3D-принтер працює швидко, розвиваючи швидкість до 18 метрів за хвилину. BOD2 – модульний і може адаптуватися під різні розміри. Для управління роботизованим принтером потрібно всього троє будівельників: один – оператор принтера, з планшета керує процесом, другий – оператор матеріалів, готує будівельну суміш, третій – помічник оператора матеріалів.

Засновник COBOD Генрік Лунд-Нільсен в інтерв’ю BBC розповів, що технологія 3D-друку «набагато швидша та набагато дешевша» за звичайні методи будівництва, а 99 відсотків бетону, який використовують для будівництва нового корпусу львівської школи, вироблено в Україні.

Це дійсно нова технологія – першу невелику будівлю COBOD збудували в Данії у 2017 році. Перший двоповерховий будинок у Європі таким способом «надрукувала» бельгійська компанія «Kamp C» у 2020 році. Того ж року від COBOD з’явилася найбільша в Європі “надрукована” будівля і поштовий термінал в Німеччині. Зараз тільки компанією COBOD збудовано більше пів сотні 3D-будівель в Європі, США, Канаді, Африці і країнах Близького Сходу. Після завершення будівництва львівська школа буде першим навчальним закладом у Європі, створеним за допомогою 3D-друку, і найбільшим у світі.

У США також з’явилися будівельні компанії, які спеціалізуються виключно на 3D-друкові. Вони змагаються у швидкості реалізації проєктів і технічних можливостях принтерів. Наприклад, компанія MudBots заявила, що їхні 3D-принтери можуть надрукувати невеликий будинок усього за 12 годин і знизити витрати на 70% порівняно з традиційними методами будівництва. А ідея будинку з космічного пилу і протирадіаційним екраном від 3D-будівельної компанії Apis Cor із Сан-Франциско у 2018 році стала призером на конкурсі 3D-друку NASA. Принтер Apis Cor для “земних” потреб може надрукувати будинок менше ніж за добу.

Серед переваг технології цементного 3D-друку називають доступність (вартість будівництва мінімум на 20% дешевше), швидкість (у 10 разів швидше за традиційні методи будівництва), екологічність (3D-будинки можна будувати з екологічно чистих матеріалів, а деякі будівельні 3D-принтери використовують сонячну енергію та мало виділяють вуглекислий газ), ефективність (наприклад, залити фундамент таким принтером можна за кілька днів), гнучкість дизайну (за допомогою 3D-принтера можна створювати вигнуті стіни та неповторні фасади) і відсутність потреб в опоряджувальнихроботах в окремих проєктах (зазвичай, такі стіни не потрібно тинькувати).

У Європі за допомогою цементного 3D-друку планують здешевити не тільки житло, а й будівництво вітряків та інших установок відновлюваної енергії. У США розглядають застосування 3D-друку для будинків перших космічних колонізаторів. В Україні набувають популярності ідеї широкого використання 3D-друку для відбудови. Ініціатори львівського проєкту у довгострокових планах хочуть імпортувати кілька таких принтерів, а також застосовувати уламки зі зруйнованих будівель у бетонній пасті, яка використовується для друку.

Реновація покинутих будівель замість модульних містечок та виселення ВПО на околиці

Ще однією проблемою відбудови стало забезпечення вимушених переселенців тимчасовим житлом та інтеграція в громади, щоб уникнути утворення своєрідних гетто й закритих спільнот, які відокремлюються від життя громади, що приймає. Релокований бізнес теж потребує виробничих приміщень. Деякі громади вирішили знайти застосування будівлям, які давно не використовуються за призначенням і пристосовують їх до нових потреб, вирішуючи ще одну проблему – закинутих будівель і довгобудів на своїй території.

У Славутичі перетворюють закинуту поліклініку радянського планування на бізнес-резиденцію та житло для вимушених переселенців.

Урбаністи з бюро Big City Lab спільно з литовським архітектурним бюро Pupa розробили проєкт Poliklinika. У їхньому портфоліо проєкт ревіталізації ВДНГ і стратегія розвитку Unit.City.

Місто обрали через кілька показників, зокрема розвинену соціальну інфраструктуру, чистоту повітря, близькість до природи та сприяння громади у релокації бізнесів з постраждалих територій.

Концепція пропонує рішення для комфортного розміщення переселенців із подальшою ефективною інтеграцією у громаду замість ризиків перетворення тимчасового житла поганої якості на гетто, підтримки підприємств (створення нових робочих місць із соціальними бонусами) та ефективного використання старих будівель. Урбаністи хочуть протестувати формат бізнес-резиденції, яка поєднує виробничі, комерційні, соціальні та житлові простори в одному місці. Тобто в одній локації – простір для роботи, житла (для сімей підприємців, сімей їхніх співробітників та ВПО), відпочинку та дозвілля.

«Після деокупації Київської та Чернігівської областей, Славутич став одним із тих міст, що надає прихисток переселенцям. У місті є будівля поліклініки, яка не використовується за призначенням і пустує вже девʼять років. Вона збудована 1990 року, і відтоді проведення капітального ремонту чи здійснення реконструкції об'єкта не проводилось, але будівля збережена в прийнятному стані. Її загальна площа – 10 000 кв м. Ми пропонуємо перетворити її на бізнес-резиденцію та житло для внутрішньо переміщених осіб. Славутич уже активно допомагає підприємцям з окупованих територій відновлювати свою діяльність та забезпечує їх домівками. У результаті реконструкції ми отримаємо 3000 кв метрів під комерційну та виробничу діяльність, центр психологічної підтримки (в межах ініціативи Першої Леді) та 140 квартир», – пояснюють розробники.

Будівлю планують модернізувати та утеплити, встановити сонячні панелі на даху, оздобити фасад екологічними матеріалами – приставна конструкція з балконами дасть змогу позбавитися образу лікарні та перетворити простір на комфортні квартири. Перший поверх буде публічним і прозорим.

Квартир має бути 142: 53 квартири, площею 30-45 м², 56 квартир – 45-60 м², 18 квартир – 60-75 м², 15 квартир – 75-100 м².

До речі, британський архітектор Норман Фостер, який створив план відбудови Харкова, говорив, що не всі радянські будівлі варто зносити – економічно вигідно подарувати їм друге життя. Технологія приставних конструкцій до фасадів дає змогу не лише зробити якісну енергомодернізацію, а й розширити житловий простір.

Скляний секонд-хенд: поляки закликали британців жертвувати вікна українцям і зробили посібник, як вставляти вживані склопакети

Найвразливішою частиною оселі є вікна, які одні з перших руйнуються, втрачають цілісність чи виходять із ладу внаслідок обстрілів. У процесі відбудови гостро проявився дефіцит скла, який спостерігався і до повномасштабного вторгнення. Благодійники і активісти пропонують використовувати вживані вікна і склопакети.

Неприбуткова організація Fundacja BRDA по всій Польщі зібрала понад 12 000 вікон від домогосподарств і підприємств для відновлення пошкоджених українських будинків. У співпраці з польськими архітектурними бюро організація розробила безкоштовний, україномовний DIY-посібник із дев’ятьма різними рішеннями як самостійно вставити вживані вікна у пошкоджені будівлі і розвʼязати проблему невідповідності розмірам чи формі.

На Лондонській бієнале дизайну (LDB) у червні 2023 року Fundacja BRDA отримала головну нагороду за інсталяцію "Поетика необхідності" – 30 вживаних вікон на дерев'яних палетах, підготовлених до транспортування в Україну, і фрагмент стіни з прикладом монтажу.

Такий досвід у Європі вже застосовували – через дефіцит будівельних матеріалів відбудова Варшави була одним із найбільших процесів ресайклінгу, про що йшлося у попередній публікації.

Вживані вікна у хорошому технічному стані, повністю придатні для повторного використання, в Україну також надсилає швейцарське архітектурне бюро In Situ. Європейські благодійники акцентують на тому, що повторне використання, на відміну від виробництва, не створює додаткового вуглецевого сліду.

Nota bene: Україна посідає друге місцев Східній Європі за запасами сировини для скляної промисловості – піску кварцового (на Харківщині зосереджені майже 40% запасів), доломіту (найбагатші родовища доломіту розташовані на Донбасі), польового шпату тощо.

98% сировини для вироблення скла Україна експортувала до росії та білорусі, а потім звідти імпортувала 85% готового скла. На експорті сировини Україна заробляла шість млн доларів, а на імпорт готової продукції витрачала 80-90 млн доларів, підживлюючи економіку нині ворожих країн. На початку 2022 року Україна збільшила імпорт скла з рф та рб. За даними митників, у січні-лютому з росії завезли скла на 273 млн грн, що на 50% більше, ніж за аналогічний період 2021 року, а з білорусі – на 200 млн грн (імпорт зріс на 25%). Виробництвом скла в росії займалися світові гіганти індустрії, транснаціональні корпорації – японська компанія Asahi Glass Co і американська Guardian Industries.

Склопакети виготовляються з термополірованого скла високої якості. Ідеально рівне, прозоре, але водночас міцне флоат-скло виготовляють методом лиття у ванні з розплавленим чавуном. В Україні такі виробничі потужності мав лише лисичанський завод "Пролетарій" на Луганщині. У 2014 році росіяни завдали авіаудару по заводу, а у 2015 році він зупинився. З 2017 року інвестори планували збудувати найбільший в Європі сучасний склозавод і місцем розташування спершу обрали Городню на Чернігівщині, а у 2019 році – Бородянку на Київщині. Такий завод забезпечував би дві третини потреб українського ринку, створив би нові робочі місця і здешевив би основний складник склопакетів удвічі.

Наразі держава через Національний фонд досліджень України надасть грантову підтримку проєкту науковця Львівської політехніки, доктора хімічних наук, професора кафедри органічної хімії Сергія Варваренка – “Розробка гідрогелевої композиції для вогнетривких склопакетів та технології її виготовлення”. А також підтримають дослідження науковця Інституту технічної теплофізики Національної академії наук України Бориса Басока – учений працюватиме над аеродинамікою, теплообміном та інноваціями для підвищення енергоефективності віконних конструкцій і їх використання для відбудови пошкоджених війною будівель України.

BIM-технології і цифрові двійники зруйнованих об’єктів можуть пришвидшити відбудову та моделювати розвиток на десятиріччя

Попри численні ініціативи і безумовну підтримку іноземних партнерів, прозорість витрат і реальних потреб у відбудові з кожним днем викликає все більше дискусій та запитань. Використання BIM-технологій та систем для «розумних міст» можуть зробити ці процеси не лише прозорими, а й економічно вигідними, з тривалим ефектом і прогнозованим розвитком.

Кожну стадію будівництва можна змоделювати. BIM-технології комплексно поєднують в одному проєкті зведення, оснащення, забезпечення подальшої експлуатації та ремонту будівлі. Вони дають змогу точно розраховувати матеріали і витрати, зменшувати кількість помилок під час розроблення проєкту і навіть залучати до процесу проєктування одразу кілька команд фахівців (навіть з різних країн світу), які паралельно працюють над своєю частиною (наприклад, хтось проєктує інженерні мережі, а хтось – енергосистеми).

В Україні ці технології давно використовуються, а університети готують фахівців, навчаючи роботі з системами автоматизованого проєктування (Autodesk, Nemetschek, Graphisoft та інші). Проте лише в липні 2022 року парламент вніс зміни до деяких законодавчих актів України щодо запровадження будівельного інформаційного моделювання (ВІМ-технології) на всіх етапах життєвого циклу об'єктів та науково-технічного супроводу об'єктів, удосконалення процедури обстеження об'єктів, прийнятих в експлуатацію в установленому законодавством порядку. Попри те, що законопроєкт був розкритикований Головним науково-експертним управлінням Верховної Ради України, представники будівельної сфери отримали можливість покращувати якість планування етапів будівництва й у коротші терміни розробляти проєктну документацію за допомогою сучасних технологій будівельного інформаційного моделювання.

Наприклад, завдяки технології Digital Twin можна створити «двійника» будівлі, підприємства чи навіть населеного пункту. Перші симулятори розробили в NASA ще в 1960-х. Зараз технологія переживає підйом розвитку в умовах технологічної революції «Індустрія 4.0».

Фахівці компанії GlobalLogic мають досвід створення цифрових двійників в Україні – спроєктували виробничий склад з урахуванням його майбутньої автоматизації до початку будівництва реального складу. Топменеджмент компанії впевнений, що віртуальних двійників можна широко застосовувати в Україні для моделювання зруйнованих міст перед їх відбудовою, щоб знайти оптимальні рішення для оновлення інфраструктури, прогнозування розвитку міста або об'єкту через 10-20 років.

Корейські платформи для «розумних міст» можуть навести лад в системі громадського транспорту і благоустрою

Британський інститут стандартів (BSI) визначає «Розумне місто» (Smart City ) – як «ефективну інтеграцію фізичних, цифрових і людських систем у штучному середовищі заради сталого, благополучного і всебічного майбутнього для громадян». У робочих документах Світового банку про «розумні міста» зазначається, що «розумне місто планує та управляє своїми основними функціями, ефективно використовуючи дані та цифрові технології, щоб стати ефективним, інноваційним, інклюзивним та стійким».

Камери відеоспостереження, системи сповіщення про надзвичайні ситуації, громадський бюджет, електронні петиції, е-закупівлі, датчики руху, температури, забруднення повітря, рівня шуму і багато чого іншого – це все складові «розумного міста».

Київ почав технологізацію у 2015 році, а у 2017 році затвердили концепцію «Kyiv Smart City 2020» – столиця оголосила про перетворення на «соціально відповідальний та комфортний для життя мегаполіс Східної Європи». Першу smart-вулицю у Києві відкрили у 2019 році. Частину вулиці Салютної обладнали безкоштовним міським Wi-Fi, USB-зарядками для гаджетів, що живляться від сонячних панелей, камерами відеонагляду, тривожною кнопкою в межах житлового кварталу, баками для сортування сміття, велосипедними доріжками, першою в Україні стаціонарною системою моніторингу якості повітря.

У рамках допомоги у відбудові Південна Корея планує передати Україні платформи для розвитку «розумного міста», які включають системи міського транспорту та комунікацій на основі ІТ і передових промислових рішень. Країна не просто серед світових лідерів «розумного» міського розвитку разом з Європою, Північною Америкою та Японією. За визначенням Світового банку, Південна Корея є одним з перших адептів концепції «розумного міста» не лише на рівні міст, а й на національному рівні.

Хоча половина «розумних міст» уже створені в Китаї, але там технології часто використовуються не на користь громадян, а слугують інструментом обмежень, незаконного стеження і утисків прав.

Корейський технологічний гігант DASAN Group пропонує передові рішення в телекомунікаційних мережах і «розумних» технологіях. Саме вони розробили низку інновацій для перетворення Сеулу на «розумне місто» і транспортної революції у корейській столиці. З 1970 до 2000 року частка людей, які користуються автобусами для пересування містом, зменшилася з понад 70% до менш ніж 30% – громадяни масово пересіли на автомобілі. У 2003 році місто запровадило «розумну» реформу мобільності – частка пасажирів автобусів і метро повернулася до майже 70%. Сеул розірвав замкнене коло транспортних проблем та екологічності міста за допомогою технологій інтелектуальної транспортної системи (ІТС), системи управління автобусами (BMS) і системи глобального позиціонування (GPS).

Наука для відбудови: Україна інвестує понад 7 млн доларів у наукові дослідження

Якщо у вас склалося хибне враження, що інноваційні технологічні ідеї не з’являються в Україні – це не так. Ентузіасти створюють стартапи, професійні науковці – створюють, досліджують і вдосконалюють нові матеріали, речовини, явища. Хоча бачення розвитку української науки і техніки створене ще в епоху Леоніда Кучми. І воно досі актуальне.

Тривалий брак фінансування науки негативно відобразився на процесі адаптації наукової діяльності українських вчених до потреб країни, що воює. Але у 2022 році держава запропонувала рішення – грантову підтримку найкращим науковим проєктам для відбудови України. Окрім заохочення інноваційних розробок, держава стимулює науковців продовжувати свою діяльність в Україні, щоб зберегти свій науковий потенціал.

Законом України “Про пріоритетні напрями розвитку науки і техніки”, ухваленим на початку 2000-х і оновленим вже за каденції Володимира Зеленського (просто продовжено терміни), на період до 2023 року визначено шість пріоритетів: фундаментальні наукові дослідження з найбільш важливих проблем розвитку науково-технічного, соціально-економічного, суспільно-політичного, людського потенціалу для забезпечення конкурентоспроможності України у світі та сталого розвитку суспільства і держави; інформаційні та комунікаційні технології; енергетика та енергоефективність; раціональне природокористування; науки про життя, нові технології профілактики та лікування найпоширеніших захворювань; нові речовини і матеріали.

Керуючись потребами у відбудові й вище згаданим законом, Національний фонд досліджень України нещодавно провів конкурс проєктів із виконання наукових досліджень і розробок «Наука для відбудови України у воєнний та повоєнний періоди». На конкурс було подано 221 заявку, з них 142 відповідали формальним ознакам за умовами конкурсу та пройшли наукову та науково-технічну експертизу.

6 липня стало відомо, на що держава витратить понад 266 мільйонів гривень упродовж двох років – Наукова рада Національного фонду досліджень України затвердила список переможців конкурсу.

Найбільше балів набрав проєкт, присвячений розробці та впровадженню плазмових технологій низькотемпературної стерилізації та дезінфекції для військової та цивільної медицини. Найдорожчими проєктами також стали дослідження у сфері медицини – науковці отримають по 4,5 млн гривень.

Серед 67 проєктів-переможців – уже вищезгадані ідеї віконної інфраструктури, а також оцінювання та прогнозування загроз відбудові та сталому функціонуванню об’єктів критичної інфраструктури; енергоефективні системи освітлення та електроживлення з використанням відновлюваних джерел енергії в умовах нестабільного енергопостачання; модернізація вугільних котлоагрегатів ТЕС і ТЕЦ з урахуванням диверсифікації їхньої паливної бази для забезпечення стабільного тепло- та енергопостачання і регулювання навантаження в енергосистемі; розробка методологічного та інструментального забезпечення Agile-трансформації процесів відбудови медичних закладів України для подолання розладів здоров'я населення у воєнний та повоєнний періоди, розробка наукових засад комплексного підвищення безпеки, ефективності експлуатації та управління критичними об'єктами залізничного транспорту в умовах післявоєнного розвитку України, наукове обґрунтування впровадження європейської колії на території України у повоєнний період.

Є ідеї для «розумного міста» – впровадження концепції «Громадська участь 2.0» для відбудови міста Харкова у воєнний та повоєнний періоди; цифрова архівація пам’ятників як об’єктів публічної меморіалізації задля збереження культурної спадщини України.

Українські науковці також працюватимуть над дизайном інклюзивного освітнього середовища закладу вищої освіти та ІТ-рішеннями в енергоаудиті будівель як складової енергетичної безпеки країни.

Завершити роботу над розробками мають у 2024 році.

Окрім цього, наукові школи у сфері будівництва та архітектури працюють над дослідженнями характеру руйнувань і технологіями відновлення будівельних конструкцій після обстрілів.