Jedna cihelná tvárnice váží zhruba 20 kilogramů. Zkuste si představit, kolikrát ji musí člověk vzít do ruky, než doputuje z palety na své místo ve zdi. Nebo otvory pro kotvy rozvodů vody, topení, elektřiny a tak dále, v běžné kancelářské budově jich mohou být tisíce. Vrtají se do stropu, v nepříliš pohodlné pozici, takže po pár hodinách i lehká vrtačka pořádně ztěžkne. Asi nikoho nepřekvapí, že práce na stavbě je pořádně fyzicky náročná a pro zdraví pracovníků rozhodně není nijak zvlášť prospěšná. A co kdyby se tohle podařilo změnit?
Přestože je stavebnictví velmi konzervativní obor, ani ono se nevyhne digitalizaci. A ruku v ruce s ní přichází robotizace. Zatím ještě nejsme tak daleko jako například v průmyslu, stavba je přece jen náročnější než pásová výroba. Ale už dnes se robotické stroje na stavbách objevují a představa robota-zedníka není zase až takové sci-fi, jak by se mohlo zdát. Ostatně vyzkoušel to již tým Vjačeslava Usmanova ze stavební fakulty ČVUT v Praze. Ten s pomocí upraveného průmyslového robota dokázal vyzdít část domu z tvárnic Porotherm 44. A zatímco pro člověka je manipulace s dvacetikilovou tvárnicí přece jen náročná, robot to zvládal s naprostou lehkostí. Díky metodě BIM věděl, kam která cihla patří.
Zdroj: Česká agentura pro standardizaci
Sdílení digitálních informací. I s roboty
Metoda BIM je v současnosti asi nejslibnější cestou ke Stavebnictví 4.0, tedy k digitální transformaci tohoto oboru. Ačkoli se o ní v poslední době hodně mluví, dokonce ani odborníci úplně přesně neví, co si pod touto zkratkou mají představit. Někteří proto nesprávně zjednodušují BIM na pouhý 3D model stavby, jiní jej považují za způsob elektronizace stavebních dokumentů. Ve skutečnosti jde ale metoda BIM dál a může nám – mimo jiné – otevřít cestu k masivní robotizaci celého oboru. Metoda BIM přináší do stavebnictví práci s digitálními informacemi. Co je klíčové, její využívání neznamená nutnost nové informace vytvářet. Naprostou většinou z nich již dnes máme. BIM je ovšem dokáže proměnit v informace strukturované, vzájemně provázané a opakovatelné.
Ve svých úplných začátcích, tedy v šedesátých a sedmdesátých letech, se zkratka BIM vysvětlovala jako Building Information Modeling a hlavní pozornost byla skutečně upřena na práci projektantů a architektů. To se ale s nástupem informačních technologií začalo měnit. Dnes chápeme BIM jako Building Information Management, česky správa informací o stavbě. Pokud bychom chtěli velmi zjednodušeně říci, co je základem metody BIM, pak jde o soustředění a sdílení všech relevantních informací o stavbě v digitální podobě, napříč celým životním cyklem stavby a všemi stavařskými profesemi. Tyto informace jsou uloženy v Informačním modelu stavby (IMS), ten zahrnuje všechny důležité elektronické a digitální dokumenty související se stavbou, záznamy a výsledky digitalizovaných interních a externí procesů, a také komunikaci nad projektem.
Zdroj: Česká agentura pro standardizaci
Z pohledu možné robotizace stavebnictví je ale zásadní, že součástí IMS je také Digitální model stavby (DiMS) ten je geoprostorovým – a pokud možno co nejpřesnějším – odrazem fyzické stavby ve virtuální prostoru. Není to pouhý 3D model stavby, DiMS jde totiž ještě dál, a kromě grafických informací obsahuje i ty negrafické (tedy vlastnosti). Současně je tento model pevně ukotven v prostoru. Takže vlastně obsahuje všechny informace, které robot pro svou práci potřebuje – říká, co, kam a jak ve stavbě patří. Důležité přitom je, že všechny stavařské profese pracují se sdíleným IMS, mohou se tedy spolehnout, že informace v něm obsažená je ve své aktuálně platné nejnovější verzi.
Od liniových staveb po budovy
I již zmíněný Vjačeslav Usmanov neskrývá, že k tomu, abychom zcela běžně potkávali na stavbách roboty-zedníky je ještě dlouhá cesta. Nicméně experiment jeho týmu ukázal, že to není problém nepřekonatelný. Na stavbách nebude možné využívat běžné sériové průmyslové roboty a vývoj specializovaného stavebního robota bude – zejména finančně – poměrně náročný. Ale protože robot pracuje bezchybně, rychle a nepotřebuje ani přestávky, ani dovolené, je to v podstatě jen otázka času. Protože technologie pro to již k dispozici máme.
Zdroj: Česká agentura pro standardizaci
Ostatně, není rozhodně pravda, že by se roboti ve stavebnictví již nyní neuplatňovali. Zajímavé přitom je, že naprostá většina z nich při své práci vychází právě z informací obsažených v digitálním modelu stavby (DiMS), byť obvykle upravených interpretrem pro konkrétní stroj. Poměrně běžně se již dnes můžeme setkávat s automatickými stroji na liniových stavbách, zejména pokud jde o silnice a železnice. Je to logické, tady na robota čeká mnohem méně překvapení. Trasa budoucí silnice či železnice je obvykle již připravena, DiMS obsahuje potřebné informace, a tak může stroj bez zásahu člověka například pokládat asfalt, dokončovat povrch silnice a tak dále. Výhodou je, že postupuje naprosto přesně.
Budoucnost architektury. Virtuální hala umožňuje procházet projekt ve skutečné velikosti
přečíst článekTakovéto stroje dnes již poměrně často využívá ve svých projektech Ředitelství silnic a dálnic. Ale nejen to. Například Kraj Vysočina počítá s využitím automatického stroje řízeného daty z digitálního modelu stavby (DiMS) pro frézování asfaltové vrstvy v ulici 9. května v Třebíči. Automatizovaný proces frézování umožní eliminovat příčné a podélné nerovnosti, zajistit dodržení správných sklonových a odtokových poměrů. Celkově to znamená vyšší přesnost práce a tím i zvýšení kvality později položené asfaltové vrstvy. Za kratší čas tak bude dosaženo lepších výsledků než u stroje s lidskou obsluhou. Na projektech Státního fondu dopravní infrastruktury jsou robotické stroje využívány i pro řadu dalších činností, včetně pokládky asfaltu či finalizace povrchu silnice a tak dále.
V případě pozemních staveb, tedy budov, je situace o kousek složitější. Ale i tady vidíme první vlaštovky, jednoznačně ukazující trend. Nejvyšší kontrolní úřad (NKÚ) využil například na stavbě svého nového sídla robotické vozítko, které bylo schopné vyvrtat otvory pro kotvící systém TZB (tedy rozvody vody, elektřiny, topení, IT infrastruktury atd.). Stroj schopný pohybovat se po stavbě samočinně dokáže vyvrtat za den asi 600 otvorů pro kotevní systémy. A protože takových otvorů mohou být v budově tisíce, trvalo by to několika lidem i řadu dní. Robot to zvládl za pouhé tři, navíc s absolutní přesností. S mírnou modifikací je schopen i kotvy osadit. Navíc díky využití DiMS bylo možné tyto rozvody optimalizovat tak, že se podařilo výrazně snížit potřebné množství kotev k nim připojených konstrukcí. Tento robot může s mírnou modifikací také v dalším kroku klidně ony kotvy osadit a připojit k nim příslušné nosné konstrukce. Výhodou je, že při použití DiMS je možné tyto konstrukce předpřipravit ještě předtím, než jsou dovezeny na stavbu, což jejich montáž dále zrychluje a zjednodušuje.
Usmanov a jeho tým z ČVUT šli – v rámci experimentu – ještě o krok dále. V obci Dřísy nedaleko Prahy se tým rozhodl postavit s pomocí robota část budovy. Aby bylo možné porovnat různé přístupy, skládala se stavba ze dvou zrcadlových polovin, jednu měl robot vystavět z tvárnic, druhou s pomocí 3D tisku. Podkladem byl asfaltový povrch, který pomohl zajistit co nejrovnější podklad. Kvůli zjednodušení měla každá část rozměry pouze deset krát deset metrů a výšku jednoho patra. Robot to zvládl rychleji než parta zedníků, přičemž náklady byly zhruba srovnatelné. Robot si přitom bral sám tvárnice z palety a umístil je na své místo. Kvůli jeho pracovnímu rozsahu jej museli pouze výzkumníci během práce asi čtyřikrát přemístit. Žádnou tvárnici přitom nerozbil a vše se obešlo – až na jedinou výjimku – bez lidského zásahu. A to byl pouze prvotní experiment.
Strojové učení i pohyb po stavbě
Než budou naprosto běžně zdít místo zedníků roboti, musíme ještě překonat řadu překážek. Část z nich naznačil i experiment vědců z ČVUT. Zásadní bude zejména pokrok v oblasti strojového učení a umělé inteligence tak, aby se robot dokázal vyrovnat se specifiky každé stavby, protože zatímco průmysloví roboti pracují s tolerancí v desetinách milimetru, stavební robot si musí poradit třeba s deseti milimetry. Na druhou stranu, že dokážeme vyrobit technologie schopné zpracovat obrovské množství dat v milisekundách předvedla docela nedávno sonda DART, která při svém letu k asteroidu upravovala svoji dráhu na základě dat ze senzorů.
Stejně bude potřeba vyřešit pohyb robota po staveništi. Robůtek vrtající otvory pro kotvy byl vybaven pásy a mohl se pohybovat autonomně. Stejně tak nejspíše nebude problém s robotem zajišťujícím omítky nebo třeba malbu. U robota-zedníka už to bude složitější, ten pracuje s poměrně těžkými břemeny, což znamená že – podobně jako to známe z jeřábů – bude muset být schopen se pevně ukotvit. A je toho samozřejmě víc, ale nic, co by současné technologie nedokázaly zvládnout. Co je nejdůležitější, díky využívání metody BIM budeme mít pro řízení stavařských robotů potřebné informace.
Sdílet / hodnotit tento článek