Сибирь создаёт строительные технологии будущего

Физика, математика и ИИ в одном решении

Учёные Томского государственного архитектурно-строительного университета (ТГАСУ) совершили значимый технологический прорыв, разработав инновационную систему на основе собственной физико-математической модели и нейронной сети, способную в течение одного часа рассчитывать оптимальный состав бетонных смесей. Эта система учитывает характеристики конкретных дисперсных компонентов – цемента, песка, кварцевой муки и химических добавок – и подбирает их пропорции с учётом требуемых параметров конечного материала.

Полученные составы отличаются высокой текучестью, морозостойкостью, прочностью, однородной структурой и отсутствием расслоения. Это позволило создать самоуплотняющийся мелкозернистый бетон, который требует меньшего расхода цемента, обладает стабильными свойствами и легко адаптируется под изменяющиеся требования – будь то плотность, класс прочности или подвижность смеси. Такой материал особенно востребован при возведении сложных конструкций: тонкостенных оболочек, высокоармированных элементов, высотных зданий, а также объектов атомной промышленности, где к качеству бетона предъявляются экстремальные требования.

Снижение расхода цемента не только удешевляет строительство, но и уменьшает экологическую нагрузку, поскольку цементное производство – один из крупнейших источников выбросов CO₂.

Наталья Копаница - заведующая кафедрой строительных материалов и технологий ТГАСУ, доктор технических наук, профессорНаши составы обеспечивают эффективное, рациональное и экономически выгодное производство бетонных смесей

Промышленная 3D-печать домов

Стоит отметить, что ранее учёные ТГАСУ представили усовершенствованную технологию 3D-печати зданий, разработав высокопрочную смесь на основе местного сырья – песка, цемента и промышленных отходов сибирских предприятий. Новый материал экологичен, обеспечивает необходимую жёсткость и прочность, устойчив к дождю и ветру, адаптирован к суровым климатическим условиям и уже прошёл контроль качества. Технология позволяет за 100 часов напечатать до 100 м² жилья, включая сложные архитектурные элементы, не требующие последующей отделки. Строительство требует всего двух операторов, повышая безопасность в зонах с высокими рисками – от сейсмоактивных регионов до труднодоступных территорий. Решение уже внедряется с промышленными партнёрами и запущено в производство.

Универсальная формула бетона

Новая инновационная разработка учёных ТГАСУ имеет колоссальное значение для всей строительной отрасли. Для компаний она открывает путь к снижению затрат за счёт экономии цемента, ускорению проектирования и производства, а также к импортозамещению в условиях санкционных ограничений. Для граждан – это более качественное, безопасное и экономичное жильё. Для государства – рост технологической независимости и конкурентоспособности строительного сектора.

Для успешного выхода на зарубежные рынки потребуется сертификация, стандартизация и учёт локальных особенностей сырья, от точности характеристик которого напрямую зависит эффективность модели. Тем не менее, технология может стать экспортным продуктом. Универсальный подход – интеграция материаловедения, физико-математического моделирования и машинного обучения – допускает адаптацию под мировые стандарты.

Ожидается, что дальнейшее развитие будет развиваться в нескольких направлениях: внедрение новых видов добавок и вторичных материалов (зола, шлаки, переработанный бетон); адаптация под разные климатические зоны и агрессивные среды; интеграция с BIM-системами и цифровыми платформами проектирования, что обеспечит сквозную цифровизацию от проектирования до производства.

ИИ-бетон – драйвер строительной отрасли

Мировая научная среда уже активно движется в этом направлении. Так, в 2023–2025 годах вышли ключевые работы, посвящённые машинному обучению в бетоноведении: оптимизация составов с учётом множества параметров, предсказание прочности и долговечности, снижение углеродного следа. Исследования, опубликованные в ScienceDirect, MDPI, Frontiers и SpringerLink, подтверждают: ИИ-подходы к разработке бетона – это устойчивый глобальный тренд.

Технология ТГАСУ не просто соответствует мировому уровню – она предлагает практически применимое, быстрое и экономически выгодное решение, способное изменить правила игры в строительной отрасли. В среднесрочной перспективе следует ожидать широкого внедрения технологии в России, в долгосрочной – экспорт знаний и технологий. Главное условие успеха – обеспечение воспроизводимости, стандартизации и проверки долговечности в реальных условиях эксплуатации.