МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К НОРМИРОВАНИЮ ЗАТРАТ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНОГО 3D-ПРИНТЕРА Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Экономика и управление

------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

Научно-технический и производственный журнал

УДК 624:621

DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-11-26-30

И.И. АКУЛОВА, д-р экон. наук (akulovaii@yandex.ru) Г.С. СЛАВЧЕВА, д-р техн. наук (gslavcheva@yandex.ru)

Воронежский государственный технический университет (394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84)

Методические подходы к нормированию затрат на эксплуатацию машин и механизмов для строительного 3D-принтера

Рассматривается проблема нормирования затрат на эксплуатацию машин и механизмов (ЭММ) для строительного 3D-принтера. В целом величина этих затрат зависит от годового фонда времени работы принтера, его производительности и стоимости 1 маш.-ч эксплуатации. В составе стоимости 1 маш.-ч содержатся затраты на амортизацию, оплату труда рабочих-машинистов, замену быстроизнашивающихся частей и узлов машин, на энергоносители, техническое обслуживание, перебазирование и установку машин на стройплощадке. Для каждого из обозначенных элементов затрат на ЭММ предложены методические подходы к определению их нормативных значений и обозначены соответствующие схемы расчета. Приведены результаты оценки затрат на эксплуатацию машин и механизмов, выполненной на примере отечественных строительных 3D-принтеров с использованием разработанных методических подходов. Выявлено, что в наибольшей степени величина затрат на ЭММ на 1 м3 укладываемой бетонной смеси зависит от производительности принтера, а в структуре стоимости 1 маш.-ч максимальную долю составляют затраты на амортизацию, определяемые в процентном отношении от стоимости агрегата.

Ключевые слова: нормирование затрат, строительство, 3D-принтер, эксплуатация машин и механизмов.

Работа выполнена при финансовой поддержке проекта 7.10781.2018/11.12 по государственному заданию «Выполнение проектов для получения первичных научных результатов, обеспечивающих расширение участия подведомственных образовательных организаций в реализации Национальной технологической инициативы».

Для цитирования: Акулова И.И., Славчева Г.С. Методические подходы к нормированию затрат на эксплуатацию машин и механизмов для строительного 3D-принтера // Жилищное строительство. 2019. № 11. С. 26-30. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-11-26-30

I.I. AKULOVA, Doctor of Sciences (Economy) , (akulovaii@yandex.ru) G.S. SLAVCHEVA, Doctor of Sciences (Engineering) (gslavcheva@yandex.ru) Voronezh State Technical University (84, 20-letiya Oktyabrya Street, 394006, Voronezh, Russian Federation)

Methodological approaches to rationing the cost of operation of machines and mechanisms

for 3D-construction printer

The problem of rationing the cost of operation of machines and mechanisms (EMM) for construction 3D-printer is considered. In general, the value of these costs depends on the annual fund of the printer operating time, its performance and the cost of one machine-hour of operation. The cost of one machine-hour contains the costs of depreciation, remuneration of workers-machinists, replacement of quickly wear parts and assemblies of machines, energy carriers, maintenance, relocation and installation of machines on the construction site. For each of the indicated elements of EMM costs, methodological approaches to the definition of their normative values are proposed and the corresponding calculation schemes are indicated. The results of the cost estimation for the operation of machines and mechanisms, performed on the example of domestic construction 3D-printers using the developed methodological approaches, are presented. It is revealed that to the greatest extent the cost of EMM per 1 m3 of concrete mix placed depends on the productivity of the printer, and in the structure of the cost of one machine-hour the maximum share is the cost of depreciation, determined as a percentage of the cost of the unit.

Keywords: cost rationing, construction, 3D-printer, operation of machines and mechanisms.

The work was carried out with the financial support of the project 7.10781.2018/11.12 on the State task "Implementation of projects for obtaining primary scientific results, ensuring the expansion of the participation of subordinate educational organizations in the implementation of the National technological initiative».

For citation: Akulova I.I., Slavcheva G.S. Methodological approaches to rationing the cost of operation of machines and mechanisms for 3D-construction printer. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2019. No. 11, pp. 26-30. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-11-26-30

26

112019

Научно-технический и производственный журнал

Economy and management

Технология 3D-печати в ближайшей перспективе может изменить архитектурную парадигму и устоявшиеся представления о строительном производстве. Она открывает широкие перспективы для сокращения сроков, трудоемкости и стоимости строительства и, кроме того, для придания индивидуальности в объемно-планировочных и архитектурных решениях объектов различного назначения [1, 2].

В настоящее время рассматриваются три основных области применения 3D-аддитивных строительных технологий:

- жилищное строительство;

- специальное строительство (ангары, павильоны, тоннели, резервуары, бассейны и др.);

- создание объектов функционально-декоративного назначения.

Вместе с тем широкое внедрение 3D-печати в практику строительства сдерживается рядом обстоятельств, в совокупности которых следует выделить дефицит квалифицированных кадров, имеющих опыт работы с роботизированными комплексами; развитой логистики, обеспечивающей непрерывность строительного процесса; высокую стоимость принтеров и «печатных» смесей; недостаточную информированность потенциальных потребителей рынка недвижимости о возможностях 3D-строительных технологий в создании индивидуальных жилых объектов, а также и прежде всего отсутствие нормативной базы, регламентирующей строительную 3D-печать [3-12].

В этой связи возрастает актуальность проблемы выработки соответствующих методических подходов и приемов к нормированию затрат для строительных 3D-принтеров, в том числе на эксплуатацию машин и механизмов.

Решению обозначенной проблемы, по мнению авторов, будут способствовать следующие методические подходы к расчету норм затрат на ЭММ для 3D-принтера.

Как известно, величина затрат на ЭММ зависит от следующих факторов первого порядка:

- годовой фонд времени работы ^);

- стоимость 1 маш.-ч эксплуатации (Сл);

- производительность (П).

Относительно первого фактора необходимо отметить, что в расчетах более корректным является использование эффективного (максимально возможного) годового фонда рабочего времени машин (/ф), который представляет собой разность между количеством календарных и количеством нерабочих дней в году, выраженную в часах. В свою очередь, в качестве нерабочего периода принимаются праздничные и выходные дни, время на перебазировку машин с одного строительного объекта на другой, продол-

жительность простоев в связи с метеорологическим условиями и непредвиденными причинами (форс-мажор), а также время на техническое обслуживание и ремонт машин. Для строительства с использованием 3D-печати в качестве нерабочего следует принять также продолжительность зимнего периода, поскольку особенности применения данной технологии при отрицательной температуре на современном этапе остаются малоизученными и непроработанными.

Продолжительность зимнего периода должна определяться с учетом зоны строительства и рекомендаций действующей методики оценки дополнительных затрат при производстве строительно-монтажных и ремонтно-строительных работ в зимнее время, утвержденной Министерством строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ. Количество праздничных и выходных дней может быть выявлено по производственному календарю соответствующего года расчета. Все остальные периоды простоев по обозначенным причинам предлагается учесть с помощью единого коэффициента использования номинального времени работы машин (киие), значение которого в общем случае обусловливается режимом работы и типом оборудования.

Принимая во внимание то, что одним из требований к организации производства с использованием 3D-аддитивных строительных технологий является обеспечение неразрывности процесса «печати» здания, а при отсутствии возможности ведения работ без перерывов - сокращение их продолжительности до минимума, для проведения расчетов по затратам на эксплуатацию машин и механизмов кинв может быть принят в интервале 0,85-0,92, что соответствует агрегатам, функционирующим по прерывному графику работы (в две смены), но с высокой степенью загрузки в течение смены [10]. Таким образом, эффективный годовой фонд рабочего времени 3D-принтера рассчитывается по формуле:

Рэф = {N~n,n-nen)-s-TCM- кинв,

(1)

где N - количество календарный дней в году; пзп - продолжительность зимнего периода, дн.; пеп - количество выходных и праздничных дней в году в течение летнего периода, дн.; я - число смен в сутки; Тм - продолжительность одной смены, ч; киие - коэффициент использования номинального времени работы 3D-принтера.

По поводу фактора стоимости 1 маш.-ч эксплуатации принтера следует указать, что в общем виде и в соответствии с действующей Методикой определения сметных цен на эксплуатацию машин и механизмов (приложение к приказу Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ от 20 декабря 2016 г. № 999/пр) она рассчитывается

11'2019

27

Экономика и управление

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

Рис. 1. Строительные 3D-принтеры: а — стрела-манипулятор; б — по типу мостового крана

исходя из величины амортизационных отчислений (Са), а также затрат на оплату труда рабочих, управляющих машинами (Сзпл), замену быстроизнашивающихся частей и узлов машин (Сзч), на энергоносители (С), техническое обслуживание (мойку машины и контроль за техническим состоянием ее механизмов и приборов, проверку и крепление узлов, регулировку механизмов, смазывание рабочих элементов и заправку) (Сто), перебазирование и установку машин на стройплощадке (Спб):

Сэм =Са+ Сзпд + Сзч + СЭ + Сто + Спб. (2)

Определение значений слагаемых, вошедших в формулу (2), требует соответствующих пояснений. Особо отметим, что расчеты ведутся с учетом величины эффективного годового фонда рабочего времени.

Так, оценка амортизационных отчислений осуществляется на основе данных о стоимости 3D-прин-тера (Ц31) и норме амортизации (На):

Ц3р-на рэф-юо

(3)

Цены принтеров различного типа имеются на сайтах организаций-производителей, а норма аморти-

зации с учетом главного потребительского свойства 3D-принтера - укладка бетонной смеси, может быть принята на основе метода сравнительных аналогий такой же, как для «машин для приготовления и подачи жестких растворов» в размере 16,7%. Это, по мнению авторов, является вполне обоснованным, поскольку и функциональное назначение 3D-принтеров, и в определенной мере, их внешний вид, являются достаточно схожими, например, с бетонораздатчика-ми различной конструкции, используемыми в производстве железобетонных изделий (рис. 1, 2).

Затраты на заработную плату рабочих, управляющих 3D-принтером (машинистов), следует принять с учетом среднечасовой заработной платы работников в строительстве,

-ч-3„

(4)

где ч - численность рабочих, управляющих 3D-прин-тером, чел.; Зпл - среднечасовая заработная плата рабочих в строительстве, р./ч.

Расходы по замене износившихся деталей и узлов принтера в соответствии с действующей методикой расчета величины оборотных средств могут быть определены в размере 4% от стоимости этого оборудования.

Рис. 2. Бетонораздатчики, применяемые в производстве сборньа железобетонных изделий: а — консольные; б — по типу мостового крана 2в| И1'2019

Научно-технический и производственный журнал

-------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

Economy and management

Таблица 1

Величина затрат на эксплуатацию машин и механизмов для различных строительных 30-принтеров отечественного производства

Тип принтера Назначение Технические характеристики Стоимость 1 маш.-ч, р. Затраты на ЭММ, р./м3

Портальный строительный 3D-принтер среднего формата АМТ S-6044 LONG 2 Печать одноэтажных зданий на фундаменте площадью до 55 м2 Производительность 0,6 м3/ч; рабочая зона 7,5x7,4x2,7 м; потребляемая мощность 1,6 кВт; масса 1520 кг 737,47 1229,12

Портальный строительный 3D-принтер среднего формата АМТ S-1160 Печать элементов зданий, одноэтажных зданий на фундаменте до 140 м2 Производительность 0,6 м3/ч; рабочая зона 11,5x11,6x2,7м; потребляемая мощность 7,5 кВт; масса 1880 кг 885,84 1476,4

Портальный строительный 3D-принтер большого формата серии АМТ S-300 Печать элементов зданий, 1-2-этажных зданий высотой до 6 м на фундаменте до 120 м2 Производительность 2,5 м3/ч; рабочая зона 11,5 х11,0х6,0 м; потребляемая мощность 12 кВт; масса 3800 кг 1513,47 605,4

Портальный строительный 3D-принтер большого формата серии АМТ S-500 Печать зданий и сооружений высотой до 80 м на фундаменте до 340 м2 Производительность 2,5 м3/ч; мах рабочая зона 31,0x11,0x80,0 м; потребляемая мощность 27 кВт; масса 5600 кг 2147,14 858,98

Затраты на энергоносители для 3D-принтера зависят в основном от количества потребляемой им электроэнергии и действующего тарифа. Тогда, величина расходов на электроэнергию за 1 ч составит:

С,=\\-M ■ Т • £

Таблица 2

Структура затрат в стоимости 1 маш.-ч строительных 30-принтеров отечественного производства

(5)

где 1,1 - коэффициент, учитывающий пусковой момент электродвигателя принтера; М - потребляемая мощность 3D-принтера, кВт; Тэл- тариф на электроэнергию, р./(кВт-ч); Ким- коэффициент использования мощности электродвигателя (0,8-0,85).

Нормы годовых затрат на выполнение всех видов ремонта, технического обслуживания и на диагностирование 3D-принтера могут быть приняты, как и для стационарных машин с электроприводом (бетоно- и растворосмесители, станции штукатурные и т. д.) для северных территорий - 11%, для всех остальных районов - 8,3% от стоимости принтера.

Затраты на перебазирование 3D-принтера с одной строительной площадки на другую также могут рассчитываться в процентном отношении от стоимости принтера. При этом следует учитывать, что 3D-принтер перевозится на прицепе с демонтажем и последующим монтажом на стройплощадке и проведением необходимых пусконаладочных работ. Кроме того, погрузка на прицеп осуществляется с использованием крана соответствующей типораз-мерной группы. В результате проведенного анализа и, опираясь на действующие рекомендации и правила разработки и применения цен на эксплуатацию строительных машин, предназначенные для практического руководства при установлении контрактных цен, а также составления смет при проведении подрядных торгов («Рекомендации по определению стоимости часовой эксплуатации строительных машин и механизмов»), затраты на перебазирование 3D-принтера могут быть приняты в зависимости от

Тип принтера Доля затрат в стоимости 1 маш.-ч, %

амортизация (С) заработная плата рабочих -машинистов (C.J энергоносители (С) техническое обслуживание (CJ перебазирование принтера (CJ

АМТ S-6044 LONG 2 27 50,84 0,69 13,4 8,07

АМТ S-1160 32,3 42,3 2,7 16,1 6,6

АМТ S-300 43,6 24,8 2,5 21,7 7,4

АМТ S-500 47,86 17,47 4,02 23,78 6,87

его цены в следующем процентном отношении: для принтеров стоимостью 2 млн р. - 6%, 5 млн р. - 3,1%, 10 млн р. - 2,7%, 15 млн р. - 2,4%, 20 млн р. - 2%, 30 млн р. и более - 1,6%.

После оценки стоимости 1 маш.-ч эксплуатации 3D-принтера в соответствии с ФЕР 81-02-06-2001 Часть 6 «Бетонные и железобетонные конструкции монолитные» (Государственные сметные нормативы. Федеральные единичные расценки на строительные и специальные строительные работы) следует осуществить пересчет полученного значения на 1 м3 бетонной смеси, для чего потребуется задействовать третий из ранее обозначенных фактор - производительность принтера (П):

С

О _ 3M J3MM j-j '

(6)

где Зэмм - затраты на эксплуатацию 3D-принтера, р./м3; П - производительность 3D-принтера, м3/ч.

Изложенные методические подходы были использованы при определении затрат на ЭММ для различных отечественных строительных 3D-принтеров про-

112019

29

Экономика и управление

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

изводства «АМТ-СПЕЦАВИА». Результаты расчетов представлены в табл. 1.

Из полученных данных следует, что в наибольшей степени величина затрат, связанных с эксплуатацией машин и механизмов на 1 м3 укладываемой бетонной смеси зависит от производительности принтера, а в структуре стоимости 1 маш.-ч максимальную долю составляют затраты на амортизацию агрегата. В совокупности с расходами на техническое обслуживание доля этого элемента затрат на ЭММ, рассчитываемых от цены рассмотренных типов принтеров, находится в интервале от 40 до 70% (табл. 2).

Предложенные подходы к нормированию затрат на эксплуатацию машин и механизмов для 3D-принтеров способствуют обеспечению строительного производства с применением 3D-аqqитивных технологий необходимой нормативной базой.

В процессе проведенного исследования дополнительно удалось установить, что затраты на ЭММ для принтеров в большей мере зависят от их стоимости и производительности. Таким образом, в качестве важнейшего стратегического направления расширения применения 3D-печати в строительстве следует обозначить удешевление современных принтеров при одновременном повышении их производительности.

Список литературы / References

1. Wu P., Wang J., Wang, X. A critical review of the use of 3D printing in the construction industry. Automation in Construction. 2016. No. 68, pp. 21-31. DOI: 10.1016/j.autcon.2016.04.005.

2. Labonnote N., Rоnnquist A., Manum B., Rüther, P. Additive construction: State of the art, challenges and opportunities. Automрation in Construction. 2016. No.72, pp.347-366. D0I:10.1016/j.autcon.2016.08.026

3. Tay Y. W. D. et al. 3D printing trends in building and construction industry: a review. Virtual and Physical Prototyping. 2017. No. 12 (3), pp. 1-16. DOI: 10.1080/17452759.2017.1326724

4. Khoshnevis B., Hwang D., Yao K.-T., Yah Z. Mega-scale fabrication by contour crafting. International Journal of Industrial and Systems Engineering. 2006. No. 1, pp. 301-320. DOI: 10.1080/17452759.2017.1326724

5. Bos F., Wolfs R., Ahmed Z., Salet, T. Additive manufacturing of concrete in construction: potentials and challenges of 3D concrete printing. Virtual and Physical Prototyping. 2016. No. 11, pp. 209-225. DOI: 10.1080/17452759.2016.1209867

6. Lim S. et al. Developments in construction-scale additive manufacturing processes. Automation in Construction. 2012. No. 21(1), pp. 262-268. DOI: 10.1016/j.autcon.2011.06.010

30| —

7. Kwon H.K., Jang M.K. 3D free form fabrication using the pivoting side trowel with ceramic material. Materials Science Forum. 2010. No. 658, pp. 268-271. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.658.268

8. Rebolj D., Fischer M.A., Endy D., Moore T. Nano to Meter Scale Automated Building. 27th International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC 2010). 2010, pp. 175-181. DOI: 10.22260/ISARC2010/0019

9. Wu P., Wang J., Wang X. A critical review of the use of 3-D printing in the construction industry. Automation in Construction. 2016. No. 60, pp.21-31. DOI: 10.1016/j.autcon.2016.04.005

10. Акулова И.И., Гетманова Н.Г. Строительные 3D-аддитивные технологии: проблемы и возможности. Устойчивое развитие региона: архитектура, строительство, транспорт: Материалы V Международной научно-практической конференции Института архитектуры, строительства и транспорта ТГТУ. Тамбов. 2018. С. 209-213.

10. Akulova I.I., Getmanova N.G. 3D building additive technologies: problems and opportunities. Sustainable development of the region: architecture, construction, transport: Materials of the 5th International Scientific and Practical Conference of the Institute of Architecture, Construction and Transport TSTU. Tambov. 2018, pp. 209-213. (In Russian).

11. Славчева Г.С., Артамонова О.В. Реологическое поведение дисперсных систем для строительной 3D-печати: проблема управления и возможности арсенала «нано» // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2018. Т. 10. № 3. С. 107-122. DOI: 10.15828/2075-8545-2018-10-3107-122.

11. Slavcheva G.S., Artamonova O.V. The rheological behavior of disperse systems for 3d printing in construction: the problem of control and possibility of «nano» tools application. Internet-journal «Nano-technologies in construction». 2018. Vol. 10. No. 3, pp. 107-122. DOI: 10.15828/2075-8545-2018-10-3107-122. (In Russian).

12. Акулова И.И., Чернышов Е.М., Праслов В.А. Прогнозирование развития регионального строительного комплекса: теория, методология и прикладные задачи. Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2016. 162 с.

12. Akulova I.I., Chernyshov E.M., Praslov V.A. Prognozirovanie razvitiya regional'nogo stroitel'nogo kompleksa: teoriya, metodologiya i prikladnye zadachi [Prediction of the development of the regional building complex: theory, methodology and applied problems]. Voronezh: Voronezh State Technical University. 2016. 162 p. (In Russian).

^^^^^^^^^^^^^ |l1'2019