Robotizace zasáhne výrobu stavebních dílů či logistiku. S měřením už pomáhají drony

S na dálku řízenými stroji při výstavbě silnice nebo roboty, které automaticky provedou výkopové práce, nanesou omítku či obloží zdi, je možné se setkat na některých stavbách již dnes. Větší využití podobných technologií v českém stavebnictví je však zatím v nedohlednu. Stejně jako přesunutí velké části výstavby ze stavenišť do výrobních hal.

Zatímco strojírenství, elektrotechnický průmysl či jiná průmyslová odvětví zažívají již mnoho let velký boom automatizace, digitalizace a robotizace, v tradičně konzervativním stavebnictví jsou tyto prvky průmyslu 4.0 zatím na startu. Robotické technologie se dosud využívají málo a plná automatizace je ve stavebnictví spíše výjimečná. Setkat se s ní je možné například při výrobě některých stavebních materiálů. „Samotná výstavba ale v podstatě jakoukoliv automatizaci postrádá. Je to zřejmě způsobeno i tím, že každý stavební projekt a objekt je svým způsobem unikát, který se obvykle neopakuje ve velkých sériích, a doposud zde tedy automatizace postrádala smysl. To se ovšem s novými technologiemi mění,“ říká Petr Konvalinka z Experimentálního centra Fakulty stavební ČVUT v Praze.

Postupně se začíná řešit automatizace a digitalizace celého životního cyklu stavby i její následné likvidace. Zejména se ji již daří prosazovat ve fázi projektování a přípravy, kdy je dokumentace zpracována digitálně pomocí BIM (Building Information Modeling), informačního modelu stavby. Tato metoda vytváří digitální obraz stavby, tedy shromažďuje o ní veškeré informace, a je jedním z předpokladů pro větší rozvoj robotizace ve stavebnictví. Podle Petra Konvalinky se robotizace zatím nejméně dotkla dokončovacích prací, jako jsou pokládka dlažeb, fóliových izolací, provádění nátěrů, rozvodů elektřiny, vody, plynu, kanalizace či úklidu.

Změny čeká prefabrikace

Již nyní je zřejmé, že se digitalizace a automatizace ve stavebnictví dotkne všech jeho oblastí, a to včetně prefabrikace. „Ta bude z důvodu unifikace zřejmě první oblastí, která bude robotizací a digitalizací zasažena. V tuto chvíli je totiž drtivá většina procesů ve výrobnách prefabrikátů, jako vázání výztuže, formování či betonáž, ruční. Cílem digitalizace je ruční procesy odstranit. Výztuž tedy budou svařovat do armokošů robotické systémy nebo se bude více používat cíleně orientovaná rozptýlená výztuž. Používat budeme také hydraulické formy a samozhutnitelné směsi, aby nebylo nutné povrchy ručně upravovat,“ ukazuje Petr Konvalinka rozsáhlý prostor pro automatizaci hromadné výroby stavebních dílů, která se bude týkat nejen samotné digitalizace a robotizace, ale třeba i použití nových materiálů. „Robotické technologie a digitalizace v řadě případů již výrobu prefabrikátů ovlivňují. Vyrábějí se prefabrikované části staveb přímo na míru stavby, nikoli do skladu,“ doplňuje Petr Konvalinka.

Od digitalizace a robotizace se očekává změna způsobu výstavby. Kromě jejího zrychlení, zpřesnění, ulehčení namáhavé práce dělníkům, zvýšení bezpečnosti pracovníků, vyřešení problémů s jejich nedostatkem jsou zde i výhody, které nejsou na první pohled zřejmé. „Je to minimalizace selhání lidského faktoru, který se v současné době zohledňuje předimenzováním konstrukcí. To povede k úpravě standardů a následně k úspoře stavebních materiálů – oceli, betonu a dalších,“ říká Petr Konvalinka a doplňuje ekonomické a ekologické dopady: „Je třeba si uvědomit, že například už pětiprocentní úspora je z globálního hlediska obrovské množství materiálu, který se bude moct použít pro jiné účely nebo se nebude muset vytěžit.“

Robotické technologie a digitalizace staveb přinesou změny v nastavení stavebních procesů, které mají v současné době podobu na sebe navazujících, ale oddělených činností, jako jsou architektonický návrh, výstavba či správa a údržba. „V drtivé většině případů je komunikace mezi těmito činnostmi značně oddělená a to v procesech automatizace výstavby nemůže fungovat. Bude se muset kompletně změnit uvažování všech, kteří se na výstavbě podílejí, od investora přes projektanta, zhotovitele až po konečného uživatele. Jde například o to, že již projekt stavební konstrukce bude muset být proveden způsobem, aby ho linka pro výrobu byla schopná automaticky přečíst, rozpoznat a následně vyrobit,“ vysvětluje Petr Konvalinka.

Výrobny stavebních materiálů a stavebních prvků čeká tedy podobná cesta, jakou si prošla pásová strojírenská výroba. „Změny v procesech budou ale veliké, pokud jde o práci robotů na stavbách. Budou to změny v logistice stavebních materiálů a stavebních prvků, ukládání těchto prvků přímo z dopravních prostředků na odpovídající místo v konstrukci, změny v procesech výstavby, prefabrikace, dodávky součástí staveb ‚na klíč‘ a podobně,“ doplňuje Petr Konvalinka.

Větší nároky na roboty

Jedním z důvodů, proč nejsou robotické systémy využívány ve stavebnictví více, jsou větší nároky na ně související s prostředím. To je oproti strojírenské výrobě dynamické, navíc se robot musí umět po stavbě pohybovat, což opět vytváří větší nároky na jeho vývoj. Stavební roboti se budou v mnohém lišit od těch, které jsou ve strojírenských výrobních halách.

„Vždy je to ale nutné posuzovat v kontextu, pro jakou činnost je robot využíván, například robot svařující výztuž do betonu se příliš neliší od robota svařujícího kovové rámy. Celkově lze ale nalézt jeden základní odlišovací prvek. Stavebnictví je oproti strojírenství prašná, špinavá a mokrá výroba, což klade na robotické systémy vyšší nároky. Je tedy třeba vytvářet roboty se značně zvýšenou tolerancí k tomuto pro ně nepřátelskému prostředí,“ zamýšlí se Petr Konvalinka.

„Ve stavebnictví se používají průmyslové roboty, pro 3D tisk menších dílů stavby se používají polární roboty, které se otáčejí podle svislé osy kolem dokola a jejich rameno je schopno se zkracovat a prodlužovat, pro 3D tisk velkoformátových dílů pak roboty souřadnicové,“ připojuje Konvalinka další specifika stavebních robotů.

Pro 3D tisk menších dílů z betonu se používají polární roboty, které se otáčejí podle svislé osy kolem dokola a jejich rameno je schopno se zkracovat a prodlužovat.

Foto: ICE

Již nyní je trendem kooperace robotů na jednom pracovišti. „Je to relativně komplikovaný problém v případě, že nejde o výrobní linku, ale o kooperativní práci robotů ve skupině. V případě stavebnictví je robotizace teprve v začátcích, v současné době existují prototypy robotů, které mají za úkol nahradit lidskou činnost na staveništi, ať už jsou to 3D tiskárny nebo automatické zdicí systémy. Ovšem komplexní systém robotizace procesů ve stavebnictví v současné době neexistuje,“ říká Petr Konvalinka.

S měřením pomáhají drony

Z robotických technologií se na stavbách začínají nejvíce používat drony. Stavebním firmám pomáhají s plánováním výstavby, s kontrolou stavu stavby či s její dokumentací. Například Metrostav je podle slov svého tiskového mluvčího Vojtěcha Kostihy využívá už několik let. Obstarává je pracovník, který je vyškolený pro jejich řízení a disponuje příslušným pilotním průkazem.

„Dron využíváme zejména pro potřeby fotogrammetrie a sběr dat, pro modelování terénu a kontrolu skutečného stavu stavby, dále pro výpočty odtěžených nebo nasypaných kubatur větších rozsahů nebo pro kubatury zásob lomů,“ říká Vojtěch Kostiha. Dron také firma používá pro fotografickou dokumentaci staveb a jednotlivých stavebních objektů. „Velkým přínosem je použití dronu zejména na skládkách nebezpečného odpadu a také pro zaměření stavu materiálu, na který je obtížné nebo i přímo nebezpečné vstoupit. Jeho zaměření je velice přesné, dá se to srovnat se skenováním,“ popisuje Vojtěch Kostiha technologii, která byla firmou naposledy použita na stavbě dálnice D1 v úseku 23 u Ostrovačic.

Stavebnictvi

Stáhněte si přílohu v PDF

Největší předností stavebních dronů je jejich rychlost a přesnost. „Představte si, že geodet má určit profil a kubaturu nějakého terénu nebo navážky. Pobíhá s tyčí a udělá třeba 50 bodů. Když nad terénem přeletíte dronem, získáte těch bodů tisíce a klidně i miliony,“ říká Jaroslav Řešátko, jednatel společnosti Telink, která se zaváděním dronů do stavebnictví zabývá. Dron nasnímá 3D model terénu, který zjednoduší firmám plánování. „Máte naprosto dokonalý 3D model, takže víte, kam zeminu, kterou někde chcete odtěžit, přesunout. Podle dat již dnes jezdí i stavební stroje na stavbách. Stroj jede na základě zpracovaných dat, zaměstnanec v něm sedí, ale radlici, která dělá úpravu povrchu, již neřídí, protože je řízena automaticky na základě pořízených dat,“ doplňuje Řešátko.

Geodetické drony používají speciální kamery a 3D skenery. Oproti klasickým dronům jsou přesnější, využívají technologii kinematického určování polohy RTK (Real‑time Kinematic Positioning), která upřesňuje klasickou technologii GPS, známou například z běžných navigací a telefonů.

„S robotickými technologiemi se na stavbách setkávají zejména naši kolegové z oblasti geodezie, a to čím dál častěji. Stavbyvedoucí se na ně obracejí s požadavkem na vytvoření počítačového modelu stavby, který je následně použit v počítačem řízených strojích. Znamená to tedy, že projektová data se zpracují do podoby počítačového modelu a následně jsou transformována do patřičného formátu konkrétního stroje. Výsledný stav kontrolují naši kolegové a porovnávají ho s teoretickým a zaměřeným modelem,“ dodává Vojtěch Kostiha.

Článek byl publikován ve speciální příloze HN Stavebnictví.