РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ |
(19)
RU
(11)
2 761 783
(13)
C1 | |||||||
| ||||||||
| Статус: | действует (последнее изменение статуса: 20.12.2021) |
| Пошлина: | Установленный срок для уплаты пошлины за 3 год: с 22.06.2022 по 21.06.2023. При уплате пошлины за 3 год в дополнительный 6-месячный срок с 22.06.2023 по 21.12.2023 размер пошлины увеличивается на 50%. |
|
(21)(22) Заявка: 2021117859, 21.06.2021 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: Дата регистрации: Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 21.06.2021 (45) Опубликовано: 13.12.2021 Бюл. № 35 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2606886 C1, 10.01.2017. WO 2020225487 A1, 12.11.2020. WO 2007076581 A1, 12.07.2007. RU 2712845 C1, 31.01.2020. Адрес для переписки: |
(72) Автор(ы): (73) Патентообладатель(и): |
(54) Способ автоматизированного возведения сооружений
(57) Реферат:
Изобретение относится к области строительства, в частности, к автоматизированному строительству. Технический результат заключается в снижении трудозатрат. Способ автоматизированного строительства характеризуется тем, что проводят инженерные изыскания, выполняют строительные работы, доставляют универсальные блоки, строительные материалы и вывозят отходы, перемещаясь по транспортно-коммуникационной системе. Мультифункциональные роботизированные транспортные средства содержат систему управления, рельсовые колеса, установленные на корпусе, выполненном с возможностью размещения на нем платформы с манипулятором или грузового контейнера или унифицированного блока. Модель проекта и алгоритм выполнения работ загружают в систему управления. Беспилотным летательным аппаратом сканируют площадь земельного участка и контроль за ходом работ. При выполнении строительных работ используют технологию предварительного натяжения. 5 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области строительства, в частности, к автоматизированному строительству при быстром возведении и может быть использовано для возведения малоэтажных и многоэтажных жилых домов, общественных и производственных зданий и сооружений, транспортных систем, взлетных полос для авиации, а также иных зданий любого назначения.
Строительная отрасль является одновременно одной из самых трудоемких, но менее автоматизированных отраслей промышленности. Несмотря на быстрое совершенствование сферы робототехники и роботизированных систем, самая тяжелая работа по-прежнему остается в руках людей. Когда дело доходит до возведения зданий, возникает уникальный набор проблем, из-за которых автоматизация усложняется. Автоматизированные роботизированные системы отлично справляются с повторяющимися задачами в узком диапазоне вариативности, строительные работы же, напротив, многообразны и непредсказуемы, вовлекающие на место работ разных специалистов на протяжении всего процесса. Отдельно, следует отметить и внешние факторы, такие как погода и ландшафт, которые могут меняться в любой момент.
Однако мы видим, что постепенно, благодаря усовершенствованиям в области инженерии и программного обеспечения, роботы входят в мир строительства.
Например, из уровня техники известны системы автоматизированной укладки кирпича, в частности, «AN AUTOMATED BRICK LAYING SYSTEM FOR CONSTRUCTING A BUILDING FROM A PLURALITY OF BRICKS (АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КИРПИЧНОЙ КЛАДКИ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЯ ИЗ МНОЖЕСТВА КИРПИЧЕЙ)» по международной заявке на изобретение № WO2007076581 (МПК B25J11/00; B25J9/16; E04G21/22; опубликован 12.07.2007). Система содержит робот, снабженный головкой для укладки кирпича и нанесения клея, измерительную систему и контроллер, который передает управляющие данные роботу для укладки кирпичей в заранее определенных местах. Измерительная система в реальном времени измеряет положение головки и выдает данные о положении для контроллера. Контроллер выдает управляющие данные на основе сравнения между данными положения и заданным или предварительно запрограммированным положением головки для укладки кирпича в заданном положении для строящегося здания.
Помимо строительства с использованием традиционных материалов и инструментов, модернизация строительства движется и в направлении развития 3D-печати. Например, известен строительный робот-принтер по заявке США на изобретение № US2020282593 «SYSTEMS AND METHODS FOR THE CONSTRUCTION OF STRUCTURES (СИСТЕМЫ И МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ)» (МПК B28B1/00; E04G21/04; опубликован 10.09.2020). Робот предназначен для возведения конструкции на фундаменте и содержит рельсовый узел, сконфигурированный для установки на фундамент, портал, подвижно расположенный на рельсовом узле, сконфигурированный с возможностью перемещения вдоль первой оси относительно рельсового узла, а также печатающий узел, подвижно расположенный на портале и выполненный с возможностью перемещения вдоль второй оси относительно портала, при этом вторая ось ортогональна первой оси. Печатный узел выполнен с возможностью нанесения вертикально уложенных друг на друга слоев экструдируемого строительного материала на фундамент для создания конструкции. Подобные технологии обеспечивают сравнительно высокую скорость строительства и минимизируют трудозатраты, однако имеют ряд недостатков. На устройства приходится большой расход электроэнергии, что не является экологичной альтернативой. Также, следует отметить их узкую направленность, поскольку они не могут обеспечить выполнение полного цикла работ от разработки плана проекта до очистки территории после окончания строительства и вывоза отходов. Еще одним минусом является недостаточная надежность готового здания, которое со временем подвергается усадочным деформациям в среднем на 50%.
Среди способов, использующих роботизированные системы для возведения зданий известен, например, «METHOD, CONSTRUCTION SITE ROBOT AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT FOR PERFORMING A WORK PROCEDURE (СПОСОБ, РОБОТ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДОК И КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЦЕДУРЫ РАБОТ)» по международной заявке на изобретение № WO2020225487 (МПК B05B13/00; B25J19/00; B25J5/00; B25J9/00; E04F21/02; опубликован 12.11.2020). Способ реализован с помощью программируемого робота, в память которого загружены программные кодовые средства для выполнения строительных работ на площадке. Робот содержит средства перемещения, такие как колеса, для перемещения по поверхности, роботизированный манипулятор с держателем для сменного инструмента и программируемый блок управления. Способ включает перемещение робота на строительной площадке, установление коммуникационного соединения с компьютером или облачным сервером, внешним по отношению к роботу на строительной площадке, с помощью блока управления, считывание 3D-модели помещения из памяти внешнего компьютера или облачного сервера в блок управления робота, выполнение роботом рабочих процедур.
Также из уровня техники известен «Автоматизированный способ возведения зданий из строительных блоков» по патенту РФ на изобретение № RU 2606886 (МПК E04G 21/14; опубликован 10.01.2017), выбранный в качестве ближайшего аналога. Способ предполагает формирование проекта здания, в соответствии с которым в компьютерной программе формируют последовательность действий и координаты расположения для каждого строительного блока, арматурной ленты и связующего состава. Блоки, связующий состав, арматурные ленты подвозят на строительную площадку, располагают на площадке в местах, соответствующих алгоритму компьютерной программы, заложенной в управляющий модуль. Далее подготавливают роботизированным комплексом, расположенным на рельсах, строительные блоки, связующий состав и арматурные ленты и подают их на транспортерную тележку с регулируемой по высоте площадкой, которую электроприводом передвигают на рельсах, которые располагают вдоль других рельсов, уложенных с двух сторон строящегося здания. По другим рельсам передвигают кран-балку, балку которой перемещают вверх по мере роста стен, а по балке передвигают тележку с двумя роботизированными манипуляторами, один из которых смазывает через сопло связующим составом прилегающие поверхности блоков, а второй захватывает подготовленные блоки и арматурные ленты с тележки и укладывает их в стены и перегородки здания. Однако, способ не может обеспечить значительное повышение автоматизации процесса, так как все еще оставляет необходимость человеческого присутствия, например, для наблюдения за корректностью проведения работ, разрешения проблемных ситуаций, а также доставки строительных материалов и вывоза отходов.
Заявляемое техническое решение позволяет преодолеть недостатки существующего уровня техники, минимизируя время строительства и степень присутствия человека в процессе, так как к строительной площадке прокладывают транспортно-коммуникационную систему, содержащую рельсы для перемещения мультифункциональных роботизированных транспортных средств и для подведения к ним электропитания, а выполняют строительные работы, доставляют универсальные строительные блоки, строительные материалы и вывозят отходы, перемещаясь по транспортно-коммуникационной системе, мультифункциональные роботизированные транспортные средства, содержащие систему управления и связи, рельсовые колеса, установленные на корпусе, выполненном с возможностью размещения на нем платформы с как минимум одним манипулятором или грузового контейнера или унифицированного блока, а также колеса с шинами и/или гусеничными движителями, при этом модель проекта и алгоритм выполнения работ загружают в систему управления и связи мультифункциональных роботизированных транспортных средств, а визуальный контроль за ходом работ осуществляет координирующий беспилотный летательный аппарат. Более того, в качестве координирующего беспилотного летательного аппарата, содержащего систему видеонаблюдения и точку доступа беспроводного интернет соединения используют аэростат с установленной ветряной турбиной для выработки электроэнергии от воздушных потоков, а универсальные строительные блоки содержат расположенные на их поверхности солнечные модули. Таким образом, за счет применения альтернативных источников энергии повышается экологичность как строительного процесса, так и получаемых сооружений.
Технический результат заключается в повышении степени автоматизации и скорости процесса возведения сооружений. При этом повышение степени автоматизации обеспечивает не только ускорение работ, но и повышение безопасности человека, защищая людей от получения травм и позволяя роботизированным средствам выполнять тяжелую работу.
Для определения особенностей грунтовой поверхности, анализа рельефа местности и установления возможности строительства, подведения подземных коммуникаций беспилотным летательным аппаратом сканируют площадь земельного участка, отведенного под застройку.
Для определения точного рельефа земельного участка, перепада высот, состава и способности несущего грунта, оценки состояния окружающей среды, наличия грунтовых вод выполняют инженерные изыскания.
Затем прокладывают транспортно-коммуникационную систему, в частности, под землей в виде тоннелей и\или над землей на эстакадах, содержащую рельсы для перемещения мультифункциональных роботизированных транспортных средств и для подведения к ним электропитания. Таким образом, достигается возможность непрерывных поставок строительных материалов к месту возведения здания, что увеличивает скорость работ и исключает задержки в доставке необходимых материалов, а следовательно и вызванные ими потенциальные простои оборудования, например, мультифункциональных роботизированных транспортных средств.
Строительные работы выполняют, используя универсальные строительные блоки, которые в частности, могут содержать сквозные внутренние отверстия для канатов и/или арматуры, а на поверхности блоков могут быть выполнены пазы для армирования, соединения блоков между собой, монтажа и прокладки внутренних инженерных сетей. При этом при выполнении строительных работ для возведения несущих конструкций из универсальных строительных блоков используют технологию предварительного натяжения путем натяжения арматуры и/или канатов и сеток, изготовленных из полимерных материалов. Таким образом, за счет использования унифицированных строительных материалов исключается необходимость привлечения дополнительных транспортных средств, соответствующих разнообразным габаритам традиционных строительных материалов для их доставки на место стройки. За счет чего повышается скорость процесса строительства, более того, благодаря конструкции блоков при выполнении работ ими легко оперировать, в том числе роботизированными средствами, а использование технологии предварительного натяжения помимо увеличения скорости, обеспечивает высокую надежность постройки.
Выполняют строительные работы, доставляют универсальные строительные блоки, строительные материалы и вывозят отходы, перемещаясь по транспортно-коммуникационной системе, мультифункциональные роботизированные транспортные средства, содержащие систему управления и связи, корпус, выполненный с возможностью размещения на нем платформы с как минимум одним манипулятором или грузового контейнера или унифицированного блока, рельсовые колеса и колеса с шинами и/или гусеничными движителями. Манипуляторы многофункциональных роботизированных транспортных средств могут быть выполнены в виде телескопических захватов или сопла для подачи бетона или бурового инструмента или ковша или отвала или механизмов погрузки, подъёма и опускания грузов. При этом модель проекта и алгоритм выполнения работ загружают в систему управления и связи мультифункциональных роботизированных транспортных средств. За счет такого выполнения работ минимизируется участие в них человека, их ход не зависит от погодных условий или режима труда и отдыха, следовательно, значительно повышается скорость строительства. При этом благодаря своей конструкции многофункциональные роботизированные транспортные средства способны выполнять полный спектр работ от доставки материалов на земельный участок до вывоза отходов после окончания строительства, а процесс возведения здания сводится к укладке стандартных универсальных строительных блоков по стандартному алгоритму.
За счет осуществления визуального контроля за ходом работ координирующим беспилотным летательным аппаратом с системой видеонаблюдения и точкой доступа беспроводного интернет соединения исключается необходимость присутствия человека на строительной площадке даже для контроля и наблюдения за процессом, а также достигается возможность оперативно дистанционно решать нестандартные задачи, в случае их возникновения, или корректировать поведение мультифункциональных транспортных средств.
В качестве координирующего беспилотного летательного аппарата может быть использован аэростат с установленной ветряной турбиной для выработки электроэнергии от воздушных потоков, а универсальные строительные блоки могут содержать расположенные на их поверхности солнечные модули. Это позволяет использовать возобновляемые экологичные источники энергии и для обеспечения хода работ, и снабжения электроэнергией возведенных зданий.
Способ автоматизированного возведения сооружений осуществляют следующим образом.
На начальном этапе беспилотным летательным аппаратом, например, квадрокоптером или дроном сканируют площадь земельного участка, отведенного под застройку. Затем выполняют комплекс инженерных изысканий, в частности геодезические, экологические, геологические, гидрологические и т.д.
Перед началом строительства определяют объём работ и количество необходимых роботизированных мультифункциональных транспортных средств и их видов, которые направляют на объект для выполнения строительно-монтажных работ: земляные работы, планировка земельного участка, обратная отсыпка, разработка и вывоз грунта из-под фундамента, бурения приямков для свай, укладка раствора, например, бетонного или полимерного, установка блоков, натяжение полимерной композитной арматуры, например, из стеклопластика и канатов из полимерных композитных материалов, например, из углеродных волокон, также мультифункциональные транспортные средства выполняют устройство крыши, кровли, фасада, ростверков, отмосток и цоколей, выполняют отделочные работы, установку светопрозрачных конструкций (для окон, витражей, зенитных фонарей), установку дверей, изготовление и устройство из бетона и полимерных материалов архитектурных форм различного назначения методом 3D печати.
Модель проекта, все необходимые данные для строительства и алгоритм выполнения работ загружают в систему управления и связи мультифункциональных роботизированных транспортных средств. Разработку проектной документации могут выполнять, например, в программных комплексах или в системах автоматизированного проектирования (САПР), а также использовать технологии BIM моделирования.
К отведенному участку земли, где планируется строительство, подводят транспортно-коммуникационную систему (Cyber Walk Way, City Capillary System), содержащую рельсы для перемещения мультифункциональных роботизированных транспортных средств (Cyber Gopher, Cyber Dog, Cyber Mule) и для подведения к ним электропитания. Транспортно-коммуникационная система может быть выполнена как под землей, так и располагаться на земле или на эстакадах над землей, а также содержать тоннели. Она может соединять место строительства с заводами по изготовлению строительных материалов и универсальных строительных блоков, складами или предприятиями по утилизации и переработки мусора.
Мультифункциональные роботизированные транспортные средства (Cyber Gopher, Cyber Dog, Cyber Mule) доставляют все необходимые стройматериалы, в том числе сыпучие материалы, комплектующие, вывозят отработанный строительный мусор, освободившийся грунт после выполнения планировки и устройства фундаментов. В частности, все необходимые стройматериалы изготавливают роботизированные комплексы которые построены на одной платформе с мультифункциональными транспортными средствами, а затем по транспортно-коммуникационной системе доставляют на строительную площадку.
Мультифункциональные роботизированные транспортные средства содержат систему управления и связи, корпус, выполненный с возможностью размещения на нем платформы с как минимум одним манипулятором или грузового контейнера или унифицированного блока, рельсовые колеса и колеса с шинами и/или гусеничными движителями. Они являются средством механизации, автоматизации и роботизации процессов строительства и могут быть выполнены нескольких видов:
- каменщик для укладки универсальных строительных блоков с телескопическим манипулятором - гидравлической роборукой или захватом для подачи и укладки блоков на нужную высоту и охватом определённого радиуса действия;
- бетонщик для заливки бетонном различных конструкций с телескопическим манипулятором и насадкой-соплом для подачи бетона, также на нём может быть установлен бетононасос и система рукавов для подачи и заливки бетона на нужную высоту и охватом определённого радиуса действия;
- ямобур с манипулятором в виде системы вертикального и горизонтального направленного бурения для устройства приямков под сваи и создания тоннелей, направленных под землей под нужным углом;
- экскаватор с манипулятором в виде ковша для разработки грунта, выемки грунта из котлованов и приямков, а также погрузки грунта и других сыпучих материалов;
- бульдозер с манипулятором в виде отвала (ножа) для разработки грунта и планирования земельного участка;
- погрузчик с манипулятором в виде фронтального ковша для погрузки грунта и других сыпучих материалов;
- группы грузоподъёмных машин с манипуляторами в виде механизмов, например, лебёдки, домкратов, кранов для погрузки, подъёма и опускания грузов и выполнения монтажных работ, в том числе для натяжения арматуры и канатов.
Визуальный контроль за ходом работ осуществляет координирующий беспилотный летательный аппарат (Eagle Eye), содержащий систему видеонаблюдения и точку доступа беспроводного интернет соединения для раздачи интернета на мультифункциональные роботизированные транспортные средства. В частности, координирующий беспилотный летательный аппарат может быть выполнен в виде аэростата с установленной ветряной турбиной для выработки электроэнергии от воздушных потоков.
Строительные работы выполняют, используя универсальные строительные блоки (Universal Voxel, UV). Основой для строительства конструкционных элементов зданий и сооружений являются блоки размером 200х200х400, 400х400х800, 800х800х1600(плюс минус 2 мм отдаётся на допуск), а также нестандартные блоки с аналогичными параметрами ширины и высоты, но с различными параметрами длины, в зависимости от назначения. На поверхности блоков могут быть размещены идентификационные метки, например штрих-коды, QR-коды и т.д.
Габариты универсальные строительные блоки (Universal Voxel, UV) позволяют разместить их на платформе мультифункционального роботизированного транспортного средства.
Универсальные строительные блоки (Universal Voxel, UV) разделяются по назначению, имеют различные прочностные и теплопроводные характеристики. Они могут быть изготовлены из различных материалов для выполнения различных функций: особо прочные используются для возведения ответственных нагруженных конструкций, утеплённые используются для возведения стеновых ограждений и создания теплового контура внутри помещений, звукоизолирующие используются для внутренних перегородок особо требовательных помещений для разделения помещений от избыточного шума, пожаростойкие для возведения несущих и ограждающих конструкций категорийных зданий и помещений, которым требуется повышенный уровень пожарной безопасности, светопрозрачные для устройства и заполнение проёмов витражей, окон и зенитных фонарей и так далее.
Универсальные строительные блоки могут быть выполнены как пустотелыми, так и иметь сплошное строение, также они могут иметь сквозные отверстия диаметра, определённого проектом, как круглого, так и профильного сечения. Отверстия могут располагаться внутри блоков во всех направлениях для прохода распорных канатов и/или различного назначения арматуры, в том числе арматуры из полимерных (композитных) материалов (например, из стеклопластика). На поверхности блоков могут быть выполнены пазы для армирования, соединения блоков между собой, монтажа и прокладки внутренних инженерных сетей, а также могут быть выполнены сечения, углубления и выпуклости для установки блоков друг на друга и их между собой.
Стены сооружений выкладывают из универсальных строительных блоков, изготовленных из различных стройматериалов, в частности, экологичного клееного бруса. При изготовлении клееного бруса используются не длинные лесные заготовки из первого или высшего сорта древесины, а древесина низкой категории или обрезки от древесины, используемые при первичном производстве. В процессе изготовления клееного бруса опилки от переработки древесины направляют для смешивания в пропорции с бетонной смесью по технологии для изготовления арболитовых блоков.
Кроме того, блоки могут быть изготовлены из газобетона, пенобетона, шлака, силиката, керамики, они могут быть гиперпрессованные и керамзитобетонные, а также с добавлением в бетон полимерной крошки или стружки от переработанного пластика, полученного в том числе за счёт переработки мусора, и блоки, изготовленные их композитных материалов и прессованного предварительно обработанного очищенного пластика (мусора от твердых коммунальных и промышленных нетоксичных и нерадиоактивных отходов).
На поверхности универсальных строительных блоков могут быть установлены солнечные модули, содержащие приёмники и накопители солнечной энергии для её преобразования и передачи в виде электрической энергии.
Возможно наличие на поверхности блоков различных отделочных декоративных поверхностей (рисунков, фактур и т.д.) в том числе полимерных, деревянных, каменных покрытий для фасада или обоев, покраски, штукатурки для внутренней поверхности стен.
Строительство объектов зданий и сооружений можно разделить на три независимых направления:
- первое – это малоэтажное строительство, в основном частное жилье (коттеджи, таунхаусы и 2-3 этажные многоквартирные дома и т.д.);
- второе – это многоэтажное или высотное строительство объектов, как жилого, так общего, административного или производственного назначения,
- третье – строительство транспортно-коммуникационных систем (Cyber Walk Way, Cyber Speed Way, High Way и City Capillary System.) и транспортных дорог, в том числе для перемещения мультифункциональных роботизированных транспортных средств.
Для возведения малоэтажных зданий, в частности, частного жилья (коттеджей, таунхаусов и 2-3 этажных многоквартирных домов и т.д.) и многоэтажных или высотных объектов как жилого, так и общего, административного или производственного назначения строительство происходит по принципу создания конструкций сверху вниз, т.е. сначала выполняют устройство фундамента, затем на монтажной плоскости монтируют крышу и под ней надстраивают остальные конструктивные элементы. Это значит, что сначала после заливки и устройства фундамента как свайного типа, например, набивные многослойные висячие сваи разработки Веселова А.В, так и монолитного типа, на уровне отметки земельного участка изготавливают крышу (перекрытие, межэтажное перекрытие, кровля), затем с помощью гидравлических домкратов и электролебедок, установленных на мультифункциональных транспортных средствах, крышу поднимают на определенный уровень (монтажный шаг задаётся на высоту чуть больше размера универсального строительного блока). Постепенно под крышей выкладывают с помощью манипуляторов многофункциональных транспортных средств стены из универсальных строительных блоков до необходимой высоты. При достижении крыши (перекрытия, кровли) нужной высотной отметки происходит переопирание крыши (перекрытия, кровли) на несущие конструкции стен, выложенные по периметру из универсальных строительных блоков.
Для строительства транспортно-коммуникационных систем, транспортных дорог и усиленных взлетных полос для авиации работы ведут в горизонтальном направлении.
В частности строительство усиленной взлетной полосы (Cyber Eco Aero) для посадки мобильной, малой и средней авиации может быть осуществлено следующим образом. Взлётная полоса представляет из себя эстакаду, приподнятую на достаточном уровне над грунтовой поверхностью. Эстакаду взлётной полосы устанавливают на сборные сваи Веселова А.В. для удержания высоких динамических и статических нагрузок от приземления и взлёта самолётов. Конструкционные элементы эстакады изготавливают и монтируют на месте, с использованием такой же логистики доставки материалов и также поточно с применением мультифункциональных роботизированных транспортных средств, как и для остальных зданий и сооружений. Для создания особой прочности конструкций используют технологию полимерного и углеродного армирования и для создания преднапряжённых несущих конструкций как по горизонтали, так и по вертикали используют канаты из углеродного волокна.
Для строительства транспортно-коммуникационных систем универсальные строительные блоки набирают в вертикальном направлении для создания несущих вертикальных опор или колонн, поддерживающих над дорогами общего пользования или тротуаров (пешеходных дорожек) эстакады второго (верхнего) уровня, установленные над землёй и в горизонтальном направлении для создания балок, которые будут составными элементами эстакады второго уровня. Для балок и колонн (опор) задают напряжение за счёт натяжения с определённым усилием как в вертикальном направлении, так и в горизонтальном направлении, канатов, изготовленных, например, из углеродных волокон или стальных проволок. На канаты предварительно нанизывают универсальные строительные блоки, которые являются основным несущими элементами. Опоры и колонны транспортных строений и транспортных эстакад опирают на сваи с повышенным показателем несущей способности, к которым анкерят канаты и за счёт крепления канатов к сваям задают напряжение. Для балок, расположенных в горизонтальном направлении, напряжение задают в горизонтальном направлении за счёт крепления канатов к вертикальным колонам или опорам. Горизонтальные балки служат для опирания на них рельсов и/или тоннелей транспортно-коммуникационных систем. Установленные опорные балки как основа эстакады позволяют устанавливать транспортные тоннели, а также поверх тоннелей устанавливать рельсы для перемещения по ним мультифункциональных роботизированных транспортных средств. Эстакады транспортно-коммуникационных систем в своем конструкционном исполнении являются унифицированными конструкциям, с заданным проектом шагом колонн, то есть определёнными размерами - шириной и длиной пролётов между колонн (опор). Основные несущие канаты, которые монтируют и натягивают с напряжением для устройства несущих путевых балок в горизонтальном направлении, располагают с определённым шагом, с определённым расположением и в шахматном порядке для обеспечения равномерного распределения усилий от нагрузки на опоры и соответственно на сваи. Порядок расположения канатов или армирующих элементов, а также величину натяжения определяют при проектировании.
Унифицированные конструктивные элементы эстакад в тоже время являются составными элементами для строительства зданий, как одноэтажных, так и многоэтажных. Для строительства любых зданий и сооружений, в том числе транспортных эстакад соблюдают принцип унификации. Транспортные эстакады могут устанавливать над автомобильными дорогами общего пользования и автомобильными магистралями.
В строительстве зданий и сооружений для устройства надежных несущих и ответственных конструкций применяют технологию создания преднапряжённых конструкций методом натяжения арматуры изготовленной из полимерных композитных материалов, например, из стеклопластика, и/или канатов изготовленных из полимерных композитных материалов, например, из углеродного волокна, что позволяет создавать возводимые здания особой прочности. Стоит отметить использование вместо стальной арматуры канатов из углеродного волокна, которые при натяжении позволяют создавать надёжные конструкции на порядок большей высоты и большей длины пролёта строений, в отличие от традиционных решений при использовании стальной арматуры. Канаты из полимерных композитных материалов, в частности, из углеродного волокна при натяжении в вертикальном направлении позволяют создавать монолитные бетонные колонны, а при натяжении в горизонтальном направлении монолитные бетонные перекрытия и несущие балки. Для армирования монолитных бетонных и полимербетонных конструктивных элементов (универсальных строительных блоков, плит перекрытий, фундаментных блоков, колон, балок и так далее) также используют сетку, изготовленную из полимерных композитных материалов, например, из углеродного волокна.
Вид и конструкция фундамента под здание (сооружение) определяют на стадии проектирования, исходя из данных инженерных изысканий. Для устройства фундаментов могут применять как основные типовые проектные решения, определённые строительными нормами, так и запатентованные решения, например, для армирования используют полимерную композитную арматуру, например, из стеклопластика и канаты из полимерных композитных материалов, например, из углеродных волокон. В частности, могут быть использованы набивные многослойные висячие сваи Веселова А.В., например по патентам № 2528331 «Свая и способ её возведения», № 2538012 «Свая и способ её возведения», №2558071 «Свая Веселова А.В. и способ её возведения», №2599159 «Фундамент и способ его возведения», а также патенты № 2535556, № 145330.
Принцип строительства колонн основан на поэтапной выкладке универсальных строительных блоков, в которых уже имеются отверстия для пропускания через них канатов изготовленных из полимерных композитных материалов, например, из углеродного волокна. Колонны выкладывают из данных блоков в определённом при проектировании порядке для задания колонне нужной площади сечения исходя из нагрузок и высоты строения. Габариты (ширина, глубина) колонн определяют на стадии проектирования исходя из нагрузок, назначения и высотности здания. В блоках через сквозные отверстия протягивают арматуру или канаты. Основание каната или арматуры анкерят к сваям (фундаментам) с повышенной несущей способностью. Верх каната крепят за перекрытие, кровлю или крышу и с помощью мильтифункциональных транспортных средств натягивают с усилием до заданной величины, которую определяют на стадии проектирования.
Все конструкции и наборные элементы для создания несущих конструкций и каркаса зданий и сооружений, транспортно-коммуникационных систем, эстакад унифицированы, так как в своей основе содержат универсальные строительные блоки, канаты из композитных материалов, полимерной арматуры и свай (фундаментов). Все элементы являются составными частями балок, колонн, опор, которые используются в зависимости от геометрических параметров зданий и сооружений и являются унифицированными элементами.
Использование предлагаемого изобретения с совокупностью всех существенных признаков позволяет максимально автоматизировать процесс возведения сооружений, а также повысить скорость, точность и безопасность работ, получив на выходе экологичные постройки.
Приведенный пример реализации способа не ограничивает объем заявленного решения. Возможны иные варианты осуществления способа в объеме заявляемой формулы.
Формула изобретения
1. Способ автоматизированного возведения сооружений, характеризующийся тем, что проводят инженерные изыскания, выполняют строительные работы, используя универсальные строительные блоки, при этом выполняют строительные работы, доставляют универсальные строительные блоки, строительные материалы и вывозят отходы, перемещаясь по транспортно-коммуникационной системе, мультифункциональные роботизированные транспортные средства, содержащие систему управления и связи, рельсовые колеса, установленные на корпусе, выполненном с возможностью размещения на нем платформы с как минимум одним манипулятором или грузового контейнера или унифицированного блока, а модель проекта и алгоритм выполнения работ загружают в систему управления и связи мультифункциональных роботизированных транспортных средств, отличающийся тем, что на начальном этапе беспилотным летательным аппаратом сканируют площадь земельного участка, перед выполнением строительных работ к земельному участку прокладывают транспортно-коммуникационную систему, содержащую рельсы для перемещения мультифункциональных роботизированных транспортных средств и для подведения к ним электропитания, при выполнении строительных работ для возведения несущих конструкций из универсальных строительных блоков используют технологию предварительного натяжения путем натяжения арматуры и/или канатов и сеток, изготовленных из полимерных материалов, визуальный контроль за ходом работ осуществляет координирующий беспилотный летательный аппарат, содержащий систему видеонаблюдения и точку доступа беспроводного интернет соединения, а мультифункциональные роботизированные транспортные средства дополнительно снабжают колесами с шинами и/или гусеничными движителями.
2. Способ автоматизированного возведения сооружений по п.1, отличающийся тем, что в качестве координирующего беспилотного летательного аппарата используют аэростат с установленной ветряной турбиной для выработки электроэнергии от воздушных потоков.
3. Способ автоматизированного возведения сооружений по п.1, отличающийся тем, что универсальные строительные блоки содержат сквозные внутренние отверстия для канатов и/или арматуры, а на поверхности блоков выполнены пазы для армирования, соединения блоков между собой, монтажа и прокладки внутренних инженерных сетей.
4. Способ автоматизированного возведения сооружений по п.1, отличающийся тем, что универсальные строительные блоки содержат расположенные на их поверхности солнечные модули.
5. Способ автоматизированного возведения сооружений по п.1, отличающийся тем, что манипуляторы многофункциональных роботизированных транспортных средств выполнены в виде телескопических захватов или сопла для подачи бетона или бурового инструмента или ковша или отвала или механизмов погрузки, подъёма и опускания грузов.
6. Способ автоматизированного возведения сооружений по п.1, отличающийся тем, что транспортно-коммуникационную систему прокладывают под землей в виде тоннелей и/или над землей на эстакадах.