CC BY
16
Айрапетова А.Г., Иванов В. А., Желтова Е.В.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИННОВАЦИИ В ДОСТИЖЕНИИ УСТОЙЧИВОСТИ СТРОИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Аннотация. Достижения в области технологий открывают возможности для внедрения инноваций в области устойчивого развития строительной деятельности. Авторы представляют обзор современных технологий в области минимизации отходов, энергосбережения и повышения эффективности для устойчивого строительства зданий. Исследование позволяет проанализировать жизненный цикл строительных объектов: этапы планирования, строительства, использования и эксплуатации, а также ликвидации. Практическая польза инноваций в устойчивом строительстве заключается в улучшении как самого процесса строительства, так и результатов строительной деятельности. В статье также приводится обоснование выбора технологий в строительном процессе, пути их реализации.
Ключевые слова. Строительство, технологические инновации, устойчивое развитие, сквозные технологии.
Airapetova F.G., Ivanov V. A., Zheltova E.V.
TECHNOLOGICAL INNOVATION IN ACHIEVING SUSTAINABLE CONSTRUCTION ACTIVITIES
Abstract. Advances in technology provide opportunities for innovation in the sustainable development of the construction industry. The authors present an analytical overview of modern technologies in the field of waste minimization, energy saving and efficiency improvement for sustainable building construction and develops a conceptual framework based on the analysis of literature and practice. This study makes it possible to analyze the life cycle of building processes: the stages ofplanning, construction, use and operation, as well as liquidation. The practical benefit of technological innovations in sustainable building lies in the improvement of both the construction process itself and the results of construction activities. The article also provides a rationale for the choice of technologies in the construction process, ways of their implementation.
Keywords. Construction, technological innovations, sustainable development, end-to-end technologies. Введение
В настоящее время инновации рассматриваются как средство повышения производительности в строительстве. Несмотря на свои преимущества, управление инновациями - сложная задача. Применение
ГРНТИ 06.71.05 EDN YPOIBO
© Айрапетова А.Г., Иванов В.А., Желтова Е.В., 2023
Ануш Генриховна Айрапетова - доктор экономических наук, профессор кафедры экономики и управления предприятиями и производственными комплексами Санкт-Петербургского государственного экономического университета.
Владимир Александрович Иванов - соискатель кафедры экономики и управления предприятиями и производственными комплексами Санкт-Петербургского государственного экономического университета. Елена Витальевна Желтова - кандидат экономических наук, доцент Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.
Контактные данные для связи с авторами (Айрапетова А.Г.): 191023, г. Санкт-Петербург, наб. канала Грибоедова, 30-32 (Russia, St. Petersburg, Griboedov canal emb., 30-32). E-mail: anush_mailbox@mail.ru. Статья поступила в редакцию 15.03.2023.
инновационного решения в строительной деятельности определяется теми факторами, которые являются движущими силами строительства, финансирование инновационной деятельности приводит к улучшенным результатам не только на уровне отдельных строительных проектов, но и на уровне строительного предприятия, если при этом учитывать и негативное последствие реализации инноваций без учета специфики технологических инноваций и соотношения затрат и результатов. Инновации имеют важные преимущества, такие как повышение производительности и удовлетворенность клиентов объектами строительства, улучшение репутации строительной компании, улучшение технических и управленческих возможностей и получение опыта на уровне фирмы (см.: https://www.kommersant.ru/doc/5761293). Специфика России в исследуемой предметной области
Сейчас в России превалирует экстенсивный путь управления инновационным технологиями в строительстве или можно сказать - «ресурсный подход», когда строительные материалы расцениваются как транспортируемый ресурс, а предприятия проходят все большие расстояния в поисках качественного строительного сырья и материалов. Однако, опыт реализации технологических инноваций и внедрения модели интенсивного использования и перехода к широкому применению автоматизации и сквозных технологий показал, что переход к выборочному и адаптированному применению технологических инноваций в строительном процессе позволит более эффективно использовать строительные ресурсы.
Строительство является одной из самых затратных и энергоемких отраслей в экономике и производстве (см.: https://ecosphere.press/2021/01/26/chtoby-krysha-ne-poehala-stroitelny)-sektor-i-izmenenie-кНта1а). Директор по устойчивому развитию Банка ДОМ.РФ Марина Слуцкая отметила, что порядка 40% выбросов парниковых газов в России приходится на строительство и ЖКХ. Из 43,5 млн кв. метров многоквартирных домов, введенных в эксплуатацию в России в 2021 году, критериям энергоэффективности соответствуют порядка 15 млн кв. м, то есть 34% (см.: https://tass.ru/nedvizhimost/14713365).
Потребление электроэнергии и опора на традиционные ископаемые виды топлива при строительстве являются основными факторами, способствующими выбросам углекислого газа, что требует применять упреждающие подходы к декарбонизации, энергосбережению и охране окружающей среды в применении к строительству полного жизненного цикла зданий для достижения устойчивости [1]. В России разрабатывается и апробируется Национальный стандарт строительства «зеленых» многоквартирных домов. Хотя некоторые современные технологии для цифровизации или программы Промышленность 4.0 рассматриваются как имеющие большой потенциал в рамках реализации процессов устойчивого строительства зданий, тем не менее не все современные технологии в строительстве приводят к положительному эффекту.
Выбор технологических инноваций достаточно важен, применение неудачных, неэффективных или вредных для дальнейшей эксплуатации строительных объектов может привести к потере репутации компании, снижению качества эксплуатируемых объектов, увеличению затрат. Для реорганизации отрасли в направлении инновационности и применения сквозных технологий (в первую очередь - связанных с цифровизацией, обработкой больших данных, интеллектуальной автоматизацией, энергосбережением и т.д.), формируются методики обоснования и диагностики применения технологических инноваций в строительной отрасли, учитывающие такие специфические характеристики строительства как затратность и длительность производственного цикла, нехватка инвестиций в НИОКР и организационная фрагментация проектирования, строительства, эксплуатации, привлечения подрядных организаций.
Технологические инновации и устойчивость строительства
Уточнение того, как типичные технологические инновации применяются в строительстве, в форме методических рекомендаций формирует стандартизированный подход к реализации инноваций в строительстве и выбор критериев обоснования их применения. Основными критериями выбора инструментов являются безопасность и затраты, то есть достижение и обеспечение в длительном периоде безопасности эксплуатации строительных объектов и оптимизация затрат на строительные работы и строительные материалы. Дополнительно авторы предлагают выбор критерия минимизации отходов и уменьшения негативного воздействия на окружающую среду, поддержание низкого потребления энергии и ресурсов при обеспечении максимального повышения безопасности и эффективности в течение
126
Айрапетова А.Г., Иванов В. А., Желтова Е.В.
всего периода эксплуатации жилых домов, промышленных объектов, крупных магистралей и других объектов строительства.
Привязка критериев оценки внедрения технологических инноваций в строительный процесс к определенным этапам строительства имеет смысл для проведения диагностики и выявления устойчивой динамики критериев. Рассматривая полный жизненный цикл - планирование и проектирование, строительство, эксплуатация и техническое обслуживание и прекращение использования или снос зданий -можно применять именно те критерии оценки и диагностики инновационности строительства, которые соответствуют особенностям отдельных этапов жизненного цикла строительства [2]. Общий объем затрат на весь жизненный цикл строительной отрасли зависит от многих факторов, в том числе от внешней среды. Например, по итогам декабря 2022 года рост себестоимости строительства составил 37,1% по сравнению с тем же периодом 2020 года (см.: https://www.kommersant.ru/doc/5761293).
Привязка оценки обоснованности внедрения технологических инноваций к отдельным этапам жизненного цикла строительства может вызвать затруднения из-за излишней укрупненности этих этапов. Отсутствие подробностей по отдельным работам, входящим в эти этапы, усложняет процесс технологического моделирования строительных работ. Например, на одном из этапов жизненного цикла при разработке энергетической модели здания, чтобы представить окончательный проект для сравнения расчетной производительности с целями проекта можно применить цифровые решения для моделирования виртуальной копии с регулируемыми критериями и спецификацией, что позволит определить наиболее слабые места модели, соотношение стоимостных и временных затрат и определить мероприятия, устраняющие выявленные проблемы [3]. Предлагается сформировать три группы технологических инноваций, которые применимы на разных этапах жизненного цикла:
• технологии широкого применения - те, которые могут применяться на большинстве работ жизненного цикла строительства;
• технологии точечного применения - те, которые применяются для решения конкретной проблемы;
• технологии специфического применения - те, которые рассчитаны именно для строительного процесса.
Можно также отметить, что сегодня наблюдается предпочтение перехода от физического к предварительному виртуальному моделированию, применению программного обеспечения для киберфизиче-ских решений, дополнительных к платформенным строительным решениям, разбивка строительных этапов на более дробные работы, позволяющие точечно оценивать необходимость внедрений инноваций в строительный процесс в связи с полным жизненным циклом зданий и снижения экологических последствий эксплуатации зданий и сооружения по трем конкретными целям инновационности строительства: минимизация отходов, энергосбережение и повышение эффективности.
Также следует обратить внимание на синергию и накопление эффекта от применения новых технологий в строительстве. Так, 3D-печать является одной из наиболее перспективных технологий для получения минимизированных или нулевых отходов производственных материалов, что позволяет повысить и экологический потенциал, и обеспечить низкую стоимость результата строительства. Если же эти эффекты дополнить синергией с вычислительными инструментами и оптимизационными моделями BIM и AI, то результат будет гораздо выше по достижению этих критериев [4, 5].
Модульное строительство, используемое в качестве системы внеплощадочного производства, является еще одной технологической инновацией, которая приводит к уменьшению потерь ресурсов, позволяет уменьшить потери от отходов, поскольку система рециркуляции в модульной среде надежнее, чем в физическом воплощении. Предварительная сборка позволяет свести к минимуму воздействие шума, вредного воздействия транспорта и нарушения окружающей среды [6, 7].
Стоит отметить, что технологии точечного характера самые неоднозначные как в применении, так и в результатах строительного процесса. Затраты на их внедрение и адаптацию под строительные особенности зачастую не закрываются или незначительно перекрываются результатами от их внедрения. Значительные результаты достигаются комплексным применением технологий, например, трехмерная печать дополняется датчиками, беспроводными технологиями, робототехникой, технологиями обслуживания зданий и стационарных сооружений.
Выводы
Рассмотрев теоретические и практические положения, касающиеся применения инновационных технологий в строительной отрасли, можно сделать вывод, что потенциал преимуществ технологий для повышения устойчивости строительных процессов может повыситься в результате адаптации технологий под особенности жизненного цикла строительных процессов, который должен быть переработан и детально углублен по каждому этапу цикла.
Критерии оценки применения, внедрения технологических инноваций в деятельность строительных предприятий должны быть расширены за счет добавления не только стоимостных показателей, но и экологических и энергетических, таких как минимизация отходов и негативное воздействия на окружающую среду, поддержание низкого потребления энергии и ресурсов и максимизация безопасности и эффективности в течение жизненного цикла здания. Применение инновационных технологий для повышения эффективности строительных процессов является не только положительным действием, но может привести к повышению затрат, падению безопасности и повышенным выбросам в окружающую среду, если выбор технологий будет недостаточно обоснован и сложно реализуем.
Разбивка технологий по группам реализации в строительном процессе должна помочь уменьшить количество ошибок в реализации инноваций. Также важно оценивать синергетический эффект от применения дополненных технологий. Анализ показал существенное повышение эффекта при правильном подборе дополняющих технологий в строительстве. По сравнению с другими отраслями, строительная отрасль меньше внедряет технологические инновации, особенно сквозные технологии, это связано и с особенностями строительного процесса, и с высоким барьером для инвестиций в разработку инноваций в строительстве, поэтому разработку методических рекомендаций по реализации технологических инноваций в строительной отрасли следует проводить комплексно, на базе знаний и компетенций не только инноваций и строительства, но и экономических знаний на макро- и микроуровне.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Report on Global Building and Construction Industrial Development: Toward a Zero-Carbon, High Efficiency and Resilient Building and Construction Industry / UNEP. Nairobi, Kenya, 2020.
2. Асаул А.Н., Иванов С.Н., СтаровойтовМ.К. Экономика недвижимости. СПб.: АНО «ИПЭВ», 2009. 304 с.
3. Талапов В.В. Технология BIM: суть и основы внедрения информационного моделирования зданий. М.: ДМК-пресс, 2015. 410 с.
4. Cellura M., Guarino F., Longo S., Mistretta M. Modeling the energy and environmental life cycle of buildings: A co-simulation approach // Renew. Sustain. Energy Rev. 2017. № 80. Р. 733-742.
5. Karimpour M., Belusko M., Xing K., Bruno F. Minimizing the life cycle energy of buildings: Review and analysis // Build. Environ. 2014. № 73. Р. 106-114.
6. Opoku D.-G.J., Perera S., Osei-Kyei R., Rashidi M. Digital twin application in the construction industry: A literature review // J. Build. Eng. 2021. № 40. Р. 102726.
7. Verma D., Dong Y., Sharma M., Chaudhary A.K. Advanced processing of 3D printed biocomposite materials using artificial intelligence // Mater. Manuf. Processes. 2022. № 37. Р. 518-538.
