constructionСтроительство и реконструкцияBuilding and Reconstruction2073-7416Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева10.33979/2073-7416-2026-123-1-101-109construction-1042Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИCONSTRUCTION MATERIALS AND TECHNOLOGIESВлияния геометрических параметров на теплотехнические характеристики и материалоемкость строительных конструкций, возводимых методами аддитивного производстваThe influence of geometric parameters on thermal characteristics and material capacity of building structures constructed by additive manufacturing methodsАлексанинА. В.AleksaninA. V.

Алексанин Александр Вячеславович - доцент, к.т.н., доцент кафедры промышленного и гражданского строительства

Москва

Aleksanin Aleksandr V. - Associate Professor, PhD, Associate Professor of the Department of Industrial and Civil Engineering

Moscow

AleksaninAV@mgsu.ruЛюбавинаК. В.LyubavinaK. V.

Любавина Ксения Валерьевна - студентка

Москва

Lyubavina Ksenia V. - student

Moscow

Lyubavin.19682@gmail.comФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ)Moscow State University of Civil Engineering (National Research University), MGSU20260804202601101109Copyright © Алексанин А.В., Любавина К.В., 20262026Алексанин А.В., Любавина К.В.Aleksanin A.V., Lyubavina K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://construction.elpub.ru/jour/article/view/1042

Внедрение аддитивных технологий в строительную отрасль ведет к технологическому обновлению всего строительного комплекса. Строительная 3D-печать формирует принципиально новый подход не только к производственным процессам, но и к самой архитектуре, открывая новые, беспрецедентные возможности. Обладая значительным потенциалом для оптимизации процессов и снижения материалоемкости, аддитивное производство открывает перспективы для устойчивого развития высокоэффективного строительства. Несмотря на растущий интерес к аддитивным технологиям, вопросы их комплексной оценки и оптимального применения требуют дальнейшего изучения. Особую актуальность приобретает системный анализ теплотехнических характеристик строительных конструкций, создаваемых методами 3D-печати. Статья посвящена актуальной проблеме оптимизации строительных конструкций, возводимых методами аддитивного производства. Несмотря на увеличение распространения 3D-печати в строительстве, комплексное исследование взаимосвязи геометрических параметров, теплотехнических характеристик и материалоемкости остается недостаточно изученным. Целью работы является оценка влияния ключевых геометрических параметров на эксплуатационные и ресурсные показатели ограждающих конструкций. В исследовании применялась комплексная методика, сочетающая параметрическое моделирование с последующим теплотехническим анализом. Были рассмотрены три различные конфигурации стеновых элементов с синусоидальной геометрией, варьируемые по толщине стенки и количеству синусоид. Практическая значимость работы заключается в разработке принципов проектирования оптимальных строительных конструкций для аддитивного производства, позволяющих одновременно достигать снижения материалоемкости и улучшения энергоэффективности. Полученные результаты представляют ценность для дальнейшего развития устойчивого строительства и оптимизации ресурсопотребления в строительной отрасли.

The integration of additive technologies into the construction industry is driving a technological renewal of the entire building sector. Construction 3D printing is creating a fundamentally new approach, not only to manufacturing processes but also to architecture itself, unlocking unprecedented new possibilities. With significant potential for process optimization and reducing material consumption, additive manufacturing opens up prospects for the sustainable development of high-performance construction. Despite the growing interest in additive technologies, the issues surrounding their comprehensive assessment and optimal application require further study. A systematic analysis of the thermal performance characteristics of building structures created by 3D printing methods is becoming particularly relevant. This article addresses the pressing problem of optimizing building structures constructed using additive manufacturing methods. Despite the increasing prevalence of 3D printing in construction, a comprehensive investigation into the relationship between geometric parameters, thermal performance characteristics, and material consumption remains insufficiently studied. The aim of this work is to evaluate the influence of key geometric parameters on the operational performance and resource efficiency of building envelopes. The study employed a comprehensive methodology combining parametric modeling with subsequent thermal performance analysis. Three different configurations of wall elements with sinusoidal geometry were examined, varying in wall thickness and the number of sinusoids. The practical significance of this work lies in developing design principles for optimizing building structures intended for additive manufacturing, enabling a simultaneous reduction in material consumption and improvement in energy efficiency. The results obtained are valuable for the further development of sustainable construction and the optimization of resource consumption in the building industry.

аддитивные технологиистроительная 3D-печатьтепловая эффективностьэнергоэффективностьматериалоемкостьadditive technologies3D construction printingthermal efficiencyenergy efficiencyReferencesГалишникова В.В., Коренева А.И. Технико-экономическое сравнение строительства зданий с применением аддитивной и традиционной технологий производства. Строительное производство. 2025. № 2. С. 118-127.Galishnikova V.V., Koreneva A.I. Technical and economic comparison of building construction using additive and traditional production technologies. Construction Production. 2025;2:118-127. (rus.)Петросян Р.С., Абрегов М.А. Перспективы внедрения аддитивных технологий при проведении капитального ремонта многоквартирных жилых домов (МКД). Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. С. 255-259.Petrosyan R.S., Abregov M.A. Prospects for the implementation of additive technologies in the overhaul of apartment buildings (AB). Bulletin of Tula State University. Technical Sciences. 2024;:255-259. (rus.)Титов Г.А. Материалы для аддитивных технологий в строительстве. Инженерные исследования. 2022. № 3 (8). С. 38-49.Titov G.A. Materials for additive technologies in construction. Engineering Research. 2022;3(8):38-49. (rus.)Сулейманова Л.А., Огнев Н.В. Оценка возведения стен здания с помощью 3d-принтера в сравнении с традиционным строительством из бетонных блоков. Университетская наука. 2017. № 2 (4). С. 13-15.Suleymanova L.A., Ognev N.V. Evaluation of building walls using a 3d printer in comparison with traditional construction of concrete blocks. University Science. 2017;2(4):13-15. (rus.)Красных С.С., Шапошников А.В. Использование технологии 3d-печати при строительстве малоэтажных зданий. Техника и технологии строительства. 2025. № 1 (41). С. 45-51.Krasnykh S.S., Shaposhnikov A.V. Use of 3d printing technology in the construction of low-rise buildings. Technique and Construction Technologies. 2025;1(41):45-51. (rus.)Kazemian A., Yuan X., Meier R., Khoshnevis B. Performance-Based Testing of Portland Cement Concrete for Construction-Scale 3D Printing. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 2: 13–35. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00002-6Kazemian A., Yuan X., Meier R., Khoshnevis B. Performance-Based Testing of Portland Cement Concrete for Construction-Scale 3D Printing. In: Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., eds. 3D Concrete Printing Technology. 1st ed. Amsterdam: Elsevier; 2019:2:13-35. doi:10.1016/B978-0-12-815481-6.00002-6Hambach M., Rutzen M., Volkmer D. Properties of 3D-Printed Fiber-Reinforced Portland Cement Paste. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J. G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 5: 73–113. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00005-1Hambach M., Rutzen M., Volkmer D. Properties of 3D-Printed Fiber-Reinforced Portland Cement Paste. In: Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., eds. 3D Concrete Printing Technology. 1st ed. Amsterdam: Elsevier; 2019:5:73-113. doi:10.1016/B978-0-12-815481-6.00005-1Nam Y.J., Hwang Y.K., Park J.W., Lim Y.M. Fiber-Reinforced Cementitious Composite Design with Controlled Distribution and Orientation of Fibers Using Three-Dimensional Printing Technology. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 4: 59–72. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00004-XNam Y.J., Hwang Y.K., Park J.W., Lim Y.M. Fiber-Reinforced Cementitious Composite Design with Controlled Distribution and Orientation of Fibers Using Three-Dimensional Printing Technology. In: Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., eds. 3D Concrete Printing Technology. 1st ed. Amsterdam: Elsevier; 2019:4:59-72. doi:10.1016/B978-0-12-815481-6.00004-XSanjayan J.G., Nematollahi B. 3D Concrete Printing for Construction Applications. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 1: 1–11. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00001-4Sanjayan J.G., Nematollahi B. 3D Concrete Printing for Construction Applications. In: Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., eds. 3D Concrete Printing Technology. 1st ed. Amsterdam: Elsevier; 2019:1:1-11. doi:10.1016/B978-0-12-815481-6.00001-4Feng P., Meng X., Chen J.F., Ye L. Mechanical Properties of Structures 3D-Printed With Cementitious Powders. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 9: 181–209. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00009-9Feng P., Meng X., Chen J.F., Ye L. Mechanical Properties of Structures 3D-Printed With Cementitious Powders. In: Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., eds. 3D Concrete Printing Technology. 1st ed. Amsterdam: Elsevier; 2019:9:181-209. doi:10.1016/B978-0-12-815481-6.00009-9Xia M., Nematollahi B., Sanjayan J.G. Properties of Powder-Based 3D Printed Geopolymers. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 13: 265–280. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00013-0Xia M., Nematollahi B., Sanjayan J.G. Properties of Powder-Based 3D Printed Geopolymers. In: Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., eds. 3D Concrete Printing Technology. 1st ed. Amsterdam: Elsevier; 2019:13:265-280. doi:10.1016/B978-0-12-815481-6.00013-0Abdalla, H., Parvez Fattah, K., Abdallah, M., Tamimi, A.K., Tajani, F., Locurcio, M., Di Liddo, F., 2021. Environmental footprint and economics of a full-scale 3D-printed house, 2021 Sustainability 13, 11978. https://doi.org/10.3390/SU132111978-11978-13.Abdalla H., Parvez Fattah K., Abdallah M., Tamimi A.K., Tajani F., Locurcio M., Di Liddo F. Environmental footprint and economics of a full-scale 3D-printed house. Sustainability. 2021;13:11978. doi:10.3390/SU132111978.Берсенева М.Л., Клиндух Н.Ю., Данченко Т.В., Якшина А.А. Экономическая эффективность аддитивных технологий в строительной отрасли. Вестник евразийской науки. 2020. Т 12. №1. С. 3.Berseneva M.L., Klindukh N.Yu., Danchenko T.V., Yakshina A.A. Economic efficiency of additive technologies in the construction industry. Bulletin of Eurasian Science. 2020;12(1):3. (rus.)Тиньков С.А., Нарежная Т.К. Использование строительного 3d принтирования для решения жилищных проблем населения. Экономика и предпринимательство. 2021. № 6 (131). С. 1261-1265.Tinkov S.A., Narezhnaya T.K. The use of construction 3d printing to solve housing problems of the population. Economics and Entrepreneurship. 2021;6(131):1261-1265. (rus.)В.П. Грахов, С.А. Мохначев, О.В. Бороздов. Влияние развития 3D-технологий на экономику строительства // Фундаментальные исследования. – 2014. – 11–12: 2673–2676. DOI:10.18720/CUBS.63.4Grakhov V.P., Mokhnachev S.A., Borozdov O.V. The Impact of 3D Technology Development on the Construction Industry. Fundamental Research. 2014;11-12:2673-2676. doi:10.18720/CUBS.63.4 (rus.)Gaudillière N., Duballet R., Bouyssou C., Mallet A., Roux Ph., Zakeri M., Dirrenberger J. Building Applications Using Lost Formworks Obtained Through Large-Scale Additive Manufacturing of Ultra-High-Performance Concrete. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 3: 37–58. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00003Gaudillière N., Duballet R., Bouyssou C., Mallet A., Roux Ph., Zakeri M., Dirrenberger J. Building Applications Using Lost Formworks Obtained Through Large-Scale Additive Manufacturing of Ultra-High-Performance Concrete. In: Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., eds. 3D Concrete Printing Technology. 1st ed. Amsterdam: Elsevier; 2019:3:37-58. doi:10.1016/B978-0-12-815481-6.00003-8Cao X., Li Z. Factors Influencing the Mechanical Properties of Three-Dimensional Printed Products From Magnesium Potassium Phosphate Cement Material. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 10: 211–222. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00010-5Cao X., Li Z. Factors Influencing the Mechanical Properties of Three-Dimensional Printed Products From Magnesium Potassium Phosphate Cement Material. In: Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., eds. 3D Concrete Printing Technology. 1st ed. Amsterdam: Elsevier; [date unknown]. 17. , The Netherlands. 2019: 10: 211–222. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00010-5

The authors declare that there are no conflicts of interest present.