Project management basics for 3D concrete printing: time calculation standards for design and technological preparation and quality assurance

Abstract

This research establishes the first comprehensive project management framework for 3DCP through quantitative standards for design preparation, technological setup, and quality management. Based on systematic analysis of construction projects completed during 2023-2025 by "Geopolimer" LTD (Kharkiv, Ukraine), we developed mathematical models for time estimation incorporating perimeter length, geometric complexity, and feature count parameters. Regression analysis of project data enabled formulation of predictive equations: design preparation time accounts for base setup, perimeter-dependent modeling, and complexity coefficients (complex curved surfaces with architectural details). Technological preparation time integrates G-code generation, trajectory verification per meter, and build step validation. A systematic complexity classification system evaluates four geometric factors: curved surfaces percentage, architectural detail count, protruding elements, and internal cavity complexity, enabling quantitative risk assessment and resource allocation decisions. The framework incorporates a three-level quality management system with standardized defect classification (aesthetic, attention-required, critical) defining acceptance criteria for crack dimensions, surface porosity, and structural integrity. Trajectory verification methodology enables proactive defect identification, detecting 85-90% of potential issues before production begins. Economic analysis demonstrates 8-12% rework cost avoidance, 15‒20% preparation time savings, and 5‒10% schedule compression, with return on investment achieved within 0.5‒1.5 months.

Дане дослідження встановлює першу комплексну систему управління проєктами для 3D друку бетоном через кількісні стандарти конструкторської підготовки, технологічного налаштування та управління якістю. На основі систематичного аналізу будівельних проєктів, завершених протягом 2023-2025 років ТОВ "Геополімер" (Харків, Україна), розроблено математичні моделі оцінки часу з урахуванням периметра, геометричної складності та кількості елементів. Регресійний аналіз проєктних даних дозволив сформулювати прогнозні рівняння: час конструкторської підготовки враховує базове налаштування, моделювання залежно від периметра та коефіцієнти складності. Час технологічної підготовки інтегрує генерацію G-коду, верифікацію траєкторії на метр та перевірку кроків побудови. Систематична класифікація складності оцінює чотири геометричні фактори: відсоток криволінійних поверхонь, кількість архітектурних деталей, виступаючі елементи та складність внутрішніх порожнин, забезпечуючи кількісну оцінку ризиків та прийняття рішень щодо розподілу ресурсів. Система включає трирівневу систему управління якістю зі стандартизованою класифікацією дефектів (естетичні, що потребують уваги, критичні), що визначає критерії прийнятності для розмірів тріщин, пористості поверхні та структурної цілісності. Методологія верифікації траєкторії забезпечує проактивне виявлення дефектів, виявляючи 85-90% потенційних проблем до початку виробництва. Економічний аналіз демонструє зменшення відходів матеріалів на 12-18%, уникнення витрат на переробку на 8-12%, економію часу підготовки на 15-20% та скорочення графіку на 5-10%, з окупністю інвестицій за 0,5-1,5 місяця.