АНАЛИЗ ПОТЕНЦИАЛА ТРАНСФОРМИРУЕМЫХ МАЛОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ ИЗ СЭНДВИЧ-ПАНЕЛЕЙ В КОНТЕКСТЕ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ТЕРРИТОРИЙ

Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 56 http://nauko-sfera.ru/ УДК 69.033.8 DOI 10.5281/zenodo.17231356 Научная статья АНАЛИЗ ПОТЕНЦИАЛА ТРАНСФОРМИРУЕМЫХ МАЛОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ ИЗ СЭНДВИЧ-ПАНЕЛЕЙ В КОНТЕКСТЕ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ТЕРРИТОРИЙ ANALYSIS OF THE POTENTIAL OF TRANSFORMABLE LOW-RISE BUILDINGS MADE OF SANDWICH PANELS IN THE CONTEXT OF SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF TERRITORIES КАЗАНЦЕВ ЕВГЕНИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, Ульяновский государственный технический университет. KAZANTSEV EVGENY VLADIMIROVICH, Ulyanovsk State Technical University. Статья посвящена анализу технологии возведения трансформируемых малоэтажных зданий из сэндвич-панелей. Рассматривается развитие адаптивной строительной среды, способной эффективно реагировать на динамичные социально-экономические и экологические изменения. В работе раскрывается сущность понятия трансформируемости применительно к архитектуре малоэтажных зданий, выделяя уровни ее реализации. Проведен анализ конструктивных особенностей сэндвич-панелей, выявляющий их потенциал для создания трансформируемых структур. Сформулированы и обоснованы ключевые принципы организации трансформируемых структур на основе сэндвич-панелей. Особое внимание уделено экономическим и экологическим аспектам внедрения технологии, обоснована ее рентабельность при оценке на протяжении полного жизненного цикла объекта и вклад в устойчивое развитие за счет продления срока службы зданий и минимизации отходов. В статье определены перспективы развития технологии, связанные с цифровизацией проектирования и созданием новых материалов, а также систематизированы основные барьеры ее широкого внедрения. The article is devoted to the analysis of the technology of construction of transformable low-rise buildings from sandwich panels. The development of an adaptive construction environment capable of responding effectively to dynamic socio-economic and environmental changes is considered. The paper reveals the essence of the concept of transformability in relation to the architecture of low-rise buildings, highlighting the levels of its implementation. The analysis of the design features of sandwich panels is carried out, revealing their potential for creating transformable structures. The key principles of the organization of transformable structures based on sandwich panels are formulated and substantiated. Special attention is paid to the economic and environmental aspects of technology implementation, its profitability is justified when assessed throughout the entire life cycle of the facility and its contribution to sustainable development by extending the service life of buildings and minimizing waste. The article identifies the prospects for the development of technology related to the digitalization of design and the creation of new materials, as well as systematizes the main barriers to its widespread adoption. Ключевые слова: трансформируемые здания, малоэтажное строительство, сэндвич-панели, адаптивная архитектура, устойчивое развитие, модульность, информационное моделирование зданий (BIM). Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 57 http://nauko-sfera.ru/ Key words: transformable buildings, low-rise construction, sandwich panels, adaptive architecture, sustainable development, modularity, building information modeling (BIM). овременные тенденции в области архитектуры и строительства демонстрируют устойчивую ориентацию на поиск решений, адекватно отвечающих вызовам динамично изменяющейся социально-экономической среды. Одним из таких вызовов является необходимость обеспечения гибкости и адаптивности материальной инфраструктуры, особенно в сегменте малоэтажного строительства, который традиционно играет ключевую роль в формировании жилой, коммерческой и общественной среды как урбанизированных, так и периферийных территорий [1]. В условиях заданного сценария актуализируется идея зданий-трансформеров. Под этим подразумеваются объекты, архитектура и функции которых могут целенаправленно эволюционировать вслед за изменениями потребностей или внешних факторов [4]. Параллельно с этим, технология возведения зданий из сэндвичпанелей утвердилась в качестве одного из наиболее эффективных методов быстрого строительства объектов различного назначения. Синтез этих двух направлений — идеи трансформируемости и технологических преимуществ сэндвич-панелей — формирует предмет настоящего исследования. Целью данной статьи является комплексный анализ потенциала, ограничений и перспектив технологии возведения трансформируемых малоэтажных зданий на основе сэндвич-панелей, а также оценка их вклада в задачи устойчивого развития территорий [5]. Для достижения поставленной цели предполагается решить ряд задач, включающих рассмотрение теоретических основ трансформируемости в архитектуре, анализ конструктивных особенностей сэндвич-панелей как базового элемента, исследование принципов организации трансформируемых структур и оценку их экономических и экологических параметров. Теоретические аспекты трансформируемости в архитектуре малоэтажных зданий. Трансформируемость в архитектуре эволюционировала от простой адаптивности, присущей традиционным жилищам, до сложной, прогнозируемой системы. Сегодня это не просто реакция на изменения, а изначально запроектированная гибкость, предусмотренная на концептуальном уровне [4]. Ключевое различие между трансформируемостью и универсальностью заключается в статичности последней. Универсальное пространство изначально многофункционально и не требует физических изменений для адаптации, в то время как трансформируемое подразумевает активное изменение границ, размеров и связей между помещениями [7-8]. В применение к малоэтажным зданиям, к которым относят сооружения высотой до трех этажей включительно, трансформируемость может реализовываться на нескольких уровнях. Внутренняя затрагивает перепланировку внутреннего пространства за счет применения мобильных перегородок, раздвижных или складных конструкций, изменяемых уровней перекрытий. Фасадная предполагает изменение светопропускающих качеств, теплотехнических характеристик или даже геометрии наружных ограждающих конструкций. Наиболее сложным уровнем является структурная или объемно-пространственная трансформируемость, когда изменяется объем здания в целом — осуществляется пристройка дополнительных модулей, надстройка этажей или, напротив, их демонтаж. Мотивацией для внедрения принципов трансформируемости служит целый ряд факторов. Во-первых, это демографические и социальные изменения, такие как колебание численности семьи, появление новых форм труда (например, распространение удаленной занятости), требующих выделения домашнего офиса, изменение возрастных потребностей жильцов. Во-вторых, экономические факторы, поскольку трансформируемое здание может рассматриваться как долгосрочная инвестиция, способная адаптироваться к новым рыночным условиям, например, трансформироваться из жилого дома в объект малого бизнеса или наоборот. В-третьих, экологические аспекты, так как адаптация существующего здания является с точки зрения ресурсосбережения более предпочтительной, чем его снос и новое строительство [5]. Таким образом, теореС Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 58 http://nauko-sfera.ru/ тическая база трансформируемой архитектуры основывается на междисциплинарном подходе, интегрирующем знания из области проектирования, материаловедения, социологии и экономики. Конструктивные особенности сэндвич-панелей как основы для трансформируемых решений. Успех трансформируемого здания напрямую зависит от свойств его материалов и конструкций. Сэндвич-панели благодаря своим характеристикам обладают высоким потенциалом для решения таких задач [6]. Ключевым преимуществом является малый вес панелей при относительно высоких прочностных показателях. Это обусловлено самой природой трехслойной конструкции, где жесткие обшивки воспринимают основные нагрузки, а легкий сердечник обеспечивает пространственную стабильность и сопротивление изгибающим моментам. Низкая масса конструкций является фундаментальным условием для реализации многих схем трансформации, особенно связанных с перемещением крупных элементов здания, так как снижаются требования к мощности механизмов перемещения и несущей способности фундаментов и каркаса. Другим критически важным свойством являются высокие теплотехнические характеристики сэндвич-панелей. Коэффициент теплопроводности современных утеплителей, используемых в сердечниках, чрезвычайно низок, что позволяет создавать ограждающие конструкции с высокой сопротивляемостью теплопередаче при минимальной толщине [2]. Это согласуется с требованием компактности и минимизации материалоемкости трансформируемых систем. Кроме того, сэндвич-панели поставляются в виде крупноразмерных готовых элементов, что определяет высокую скорость и технологичность монтажа. В контексте трансформируемости это свойство может быть интерпретировано как потенциал для быстрого демонтажа и повторного монтажа панелей, их переконфигурации. Важным аспектом является также вопрос соединений. В отличие от статичных соединений для обычных зданий, трансформируемые конструкции требуют принципиально иных решений. Необходимы узлы, сочетающие прочность и герметичность с возможностью многократной пересборки [6–7]. Это могут быть различные виды механических замковых соединений, болтовых систем с точной юстировкой и другие инженерные решения. Также необходимо учитывать поведение панелей при циклических нагрузках, возникающих в процессе трансформаций, и их долговечность в условиях возможного повышенного износа сопрягаемых элементов. Таким образом, хотя базовая технология сэндвич-панелей предоставляет благоприятную основу, ее адаптация к задачам трансформируемого строительства требует углубленной проработки узловых решений и, возможно, модификации самих панелей для придания им новых свойств, таких как гибкость или способность к складыванию в определенных направлениях. Принципы организации трансформируемых структур на основе сэндвич-панелей. Проектирование трансформируемых зданий из сэндвич-панелей требует создания комплексной структурной схемы, объединяющей несущий каркас, ограждающие конструкции и механизмы трансформации в единую систему. В основе таких схем лежит несколько ключевых принципов [4; 8]. Первый принцип — модульность. Проектирование здания ведется на основе системы взаимозаменяемых модулей, в роли которых могут выступать как отдельные сэндвич-панели определенного размера, так и целые объемные блоки, собранные из панелей. Модульность позволяет тиражировать элементы, упрощает их производство, логистику и процесс сборки, а главное — создает предпосылки для легкой замены, добавления или удаления частей здания. Второй принцип — разделение функций несущих и ограждающих конструкций. Классическая каркасная система, где сэндвич-панели выполняют роль самонесущих или навесных ограждений, является наиболее предпочтительной для трансформируемых зданий. Жесткий и стабильный несущий каркас (металлический или деревянный) берет на себя все силовые нагрузки, что позволяет оперировать панелями как более легкими и по- Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 59 http://nauko-sfera.ru/ движными элементами. В этом случае панели могут быть спроектированы таким образом, чтобы их крепление к каркасу было обратимым и позволяло осуществлять их снятие для изменения площади помещений или проемов. Третий принцип — кинематика трансформации. Он подразумевает выбор траектории и способа перемещения элементов здания. Это может быть линейное перемещение (раздвижка, сдвиг), поворотное (откидывание, вращение), складывание (по принципу гармошки) или их комбинации. Выбор кинематической схема напрямую влияет на проектирование стыков панелей, которые должны обеспечивать герметичность и прочность как в конечных, так и в промежуточных положениях. Для реализации сложных кинематических схем сэндвич-панели могут потребовать конструктивных доработок, например, введения гибких связей в определенных зонах или использования специализированной фурнитуры. Четвертый принцип — системность управления. Трансформация здания, особенно если она затрагивает несколько элементов одновременно, должна быть управляемым процессом. В зависимости от сложности, управление реализуется либо вручную (для элементарных систем), либо автоматически — с помощью электроприводов и контролирующего оборудования (для сложных комплексов) [3]. Система управления должна обеспечивать безопасность процесса, синхронизацию движений и фиксацию элементов в заданных положениях. Совместное применение этих принципов позволяет реализовать различные сценарии трансформации: увеличение жилой площади выдвижением дополнительного объема в теплый сезон, изменение планировки перестановкой мобильных панелей или регулировку светопропускания фасадов [10]. Реализация каждого из принципов требует тщательного инженерного анализа и учета специфики сэндвич-панелей как основного строительного материала. Экономические и экологические аспекты внедрения технологии. Оценка технологии строительства не может считаться полной без анализа ее экономической целесообразности и экологической составляющей. В случае трансформируемых малоэтажных зданий из сэндвич-панелей экономический анализ носит двойственный характер [1; 5]. С одной стороны, первоначальные капиталовложения в такое здание, как правило, выше, чем в аналогичное статичное сооружение. Удорожание связано с необходимостью применения более сложных инженерных решений, специальных соединительных узлов, механизмов трансформации, систем управления, а также с затратами на дополнительные проектные и исследовательские работы. Это повышает стоимость квадратного метра на стадии строительства. С другой стороны, необходимо рассматривать жизненный цикл объекта в целом. Трансформируемое здание обладает повышенной функциональной гибкостью, что позволяет его владельцу адаптировать объект под изменяющиеся потребности без осуществления дорогостоящих реконструкций или, что еще более затратно, без необходимости продажи старого и покупки нового жилья. Экономия на будущих адаптационных мероприятиях может многократно перекрыть первоначальные инвестиции в трансформируемость. Кроме того, такие здания могут обладать более высокой ликвидностью на рынке недвижимости, поскольку их адаптационный потенциал является дополнительным конкурентным преимуществом. С точки зрения эксплуатационных расходов, ключевым фактором остается энергоэффективность. Качественно изготовленные и правильно смонтированные сэндвич-панели сами по себе обеспечивают высокий уровень теплоизоляции [2]. Однако в трансформируемых конструкциях критически важным становится обеспечение равномерно высоких теплотехнических характеристик в зонах стыков подвижных элементов. Разработка надежных и энергоэффективных узлов примыкания является одной из важнейших задач, от решения которой зависят будущие затраты на отопление и кондиционирование. Экологический аспект технологии напрямую связан с концепцией устойчивого развития [5]. Трансформируемые здания в своей философии противостоят практике одноразового использования ресурсов. Возможность адаптации существующего здания к новым функциям продлевает его жизненный цикл, Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 60 http://nauko-sfera.ru/ отодвигая на неопределенный срок необходимость сноса и утилизации строительных отходов, а также затраты на новое строительство. Это соответствует принципам циркулярной экономики, направленной на минимизацию отходов и максимально эффективное использование материалов. Сами сэндвич-панели, при условии организации системы их рециклинга, могут быть утилизированы с меньшим экологическим ущербом. Металлические обшивки подлежат переплавке, а некоторые виды утеплителей (например, минеральная вата) также могут быть переработаны. Потенциал для демонтажа и повторного использования панелей в других объектах в трансформируемых зданиях изначально выше благодаря применяемым обратимым соединениям. Таким образом, несмотря на повышенную первоначальную стоимость, трансформируемые здания из сэндвич-панелей могут демонстрировать высокие показатели экономической и экологической эффективности на протяжении всего жизненного цикла, что делает их перспективным направлением для внедрения в практику строительства. Перспективы развития и барьеры внедрения. Анализ показывает, что у технологии сборки изменяемых малоэтажных зданий из сэндвич-панелей есть хорошие перспективы, однако ряд барьеров пока мешает ее широкому использованию на практике [3–4]. К перспективам, безусловно, относится общая тенденция к цифровизации строительной отрасли. Внедрение методологии информационного моделирования зданий (BIM) создает идеальную платформу для проектирования сложных трансформируемых систем. BIM-моделирование дает возможность комплексно подойти к проектированию: от создания геометрии и конструкций элементов до имитации процесса трансформации. Это позволяет обнаружить конфликты, усовершенствовать механизмы и заранее оценить эксплуатационные качества объекта на каждом этапе его существования [3]. Развитие новых материалов, в частности сэндвич-панелей с программируемыми свойствами (как изменяемая жесткость или гибкие участки), представляет собой еще одно перспективное направление, способное расширить потенциал трансформируемой архитектуры [10]. Использование материалов с памятью формы, интеллектуальных покрытий, реагирующих на изменение внешних условий, также обогатит функциональность таких зданий. Перспективным видится сегмент временного и мобильного жилья, объектов для районов с сложными климатическими условиями или быстрого развертывания инфраструктуры в зонах чрезвычайных ситуаций, где способность к адаптации и скорость возведения являются критическими параметрами [1]. Однако на пути массового внедрения технологии стоят существенные барьеры. Наиболее значимым является нормативно-правовой барьер. Действующие строительные нормы и правила в большинстве стран разрабатывались для статичных, неизменяемых сооружений [9]. Требуется разработка новых сводов правил и стандартов, регламентирующих проектирование, строительство и эксплуатацию подобных объектов. Вторым барьером является психологический фактор и инерция рынка. И заказчики, и проектировщики, и строители привыкли к традиционным, проверенным решениям. Доверие к долговечности и надежности сложных механических систем в строительстве необходимо завоевать через демонстрационные проекты и долгосрочные исследования. Высокие первоначальные затраты также отпугивают потенциальных инвесторов, не готовых к расчету эффективности на длительную перспективу. Наконец, существует дефицит квалифицированных кадров, способных работать на стыке архитектуры, конструкторского дела, машиностроения и программирования для создания интегрированных трансформируемых систем. Заключение. Проведенный анализ позволяет сделать вывод о том, что технология возведения трансформируемых малоэтажных зданий из сэндвич-панелей представляет собой многообещающее направление развития строительной отрасли, находящееся на стыке архитектурной теории, конструкторских инноваций и принципов устойчивого развития [5]. Сочетание преимуществ сэндвич-панелей — малого веса, высокой тепловой эффективности и быстроты Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 61 http://nauko-sfera.ru/ монтажа — с принципами адаптивной архитектуры позволяет создавать здания, гибко реагирующие на изменения социальных, экономических и экологических условий. Теоретическая база, включающая принципы модульности, разделения несущих и ограждающих функций и кинематики перемещений, служит основой для проектирования таких объектов [8]. Однако на пути практического внедрения технологии стоят сложные инженерные задачи. Ключевые из них — создание надежных, герметичных и энергоэффективных соединений для подвижных элементов, а также разработка интегрированных систем управления трансформацией [4]. Экономическая модель технологии демонстрирует ее рентабельность при оценке на протяжении полного жизненного цикла объекта, несмотря на повышенные первоначальные инвестиции, за счет экономии на будущих адаптациях и повышения ликвидности [1]. Экологический потенциал заключается в продлении жизненного цикла зданий и снижении объемов строительных отходов, что соответствует глобальным трендам циркулярной экономики [5]. Развитие технологии зависит от двух ключевых факторов: прогресса в BIM-проектировании и появления новых умных материалов. [3; 10]. Однако для ее широкого внедрения необходимо преодоление значительных барьеров, в первую очередь, нормативно-правовых и психологических. Таким образом, дальнейшие исследования должны быть сконцентрированы не только на технических аспектах совершенствования конструктивных решений, но и на разработке методик оценки их эффективности, адаптации нормативной базы и создании пилотных проектов, демонстрирующих практическую целесообразность и преимущества трансформируемых малоэтажных зданий из сэндвич-панелей для различных сфер применения. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Афанасьев А. А., Афанасьев Г. А. Современные технологии малоэтажного строительства // Academia. Архитектура и строительство. 2018. №2. С. 148–155. DOI 10.22337/2077-9038-2018-2-148155. 2. Данель В. В. Трехслойные наружные стеновые панели с повышенной несущей способностью // Жилищное строительство. 2014. №7. С. 48–51. 3. Ерофеев П. С., Манухов В. Ф., Карпушин С. Н. Применение технологии BIM в архитектурном учебном проектировании зданий и сооружений // Вестник МГУ. 2015. №1. С. 105–109. DOI 10.15507/VMU.025.201501.105. 4. Иконописцева О. Г. Эко-дизайн энергоэффективной архитектуры. Анализ основных направлений и тенденций высотного строительства // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Социальные, гуманитарные, медико-биологические науки. 2018. №1 (58). С. 41– 51. 5. Каширипур М. М. Применение концепции устойчивого развития в городской структуре // Вестник ТГАСУ. 2023. №1. С. 35–49. DOI 10.31675/1607-1859-2023-25-1-35-49. 6. Петров С. М. Несущая способность и деформативность трёхслойных панелей с обшивками из металлических и композиционных материалов и легкими заполнителями: дис. канд. техн. наук. М., 2013. 261 с. 7. Прохоров Н. С. Интерактивный дизайн как художественная форма организации архитектурной среды: дис. канд. искусст.-я. Барнаул, 2022. 209 с. 8. Сапрыкина Н. А. Формирование объектов адаптивной архитектуры в контексте кинематической модификации пространства обитания // AMIT. 2020. №4 (53). С. 34–56. DOI 10.24411/19984839-2020-15302. 9. Федеральный закон «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» от 30.12.2009 N 384-ФЗ (ред. от 25.12.2023). URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_95720/ (дата обращения: 23.09.2025). 10. Хатина Е. В. Динамическая теплоизоляция ограждающих конструкций зданий // Ползуновский вестник. 2011. №1. С. 223–228. Наукосфера. №9 (2), 2025 Технические науки ISSN 2542-0402 62 http://nauko-sfera.ru/ Поступила в редакцию: 26.09.2025 © Казанцев Е. В., 2025. Принята в печать: 28.10.2025