• tikkurila
  • ruukki
  • tikkurila
  • ruukki

Robotai statybose: privalumai ir kliūtys

Rolandas Kažimėkas 2021 lapkričio 10 d.
statybų skaitmenizacija robotizacija
Robotas „Hadrian X“ (FBR nuotr.)

1900 m. Paryžiuje vykusios Pasaulinės parodos lankytojams dailininkas Jeano – Marco Côté pristatė pašto atvirukų seriją, kurioje atsispindėjo menininko vizija – pasaulis po 100 metų. Viename atviruke pavaizduoti ir statybose dirbantys robotai. Côté nupieštoje statybų aikštelėje robotai savarankiškai skaldo akmenis, kloja blokus, padengia juos mūro skiediniu.

Šios, prieš 100 metų atskleistos, dailininko idėjos nelabai nutolusios nuo šiandienos realybės – robotų naudojimas statybose vis dar yra ganėtinai ribotas. Ryškesnį proveržį galima pamatyti Japonijoje, kuri yra neabejotinas statybų sektoriaus robotizacijos lyderis.

Jeano – Marco Côté

Pramonės robotizacija vyko sparčiai, pandemija ją dar paspartino. Statybų sektorius paskui pramonę nespėja, bet tikrai nėra beviltiškai atsilikęs. Ne taip seniai buvo manoma, kad revoliuciniai pokyčiai statybose įvyks tik po 20-30 metų, dabar jau teigiama, kad tai – kelerių metų, ilgiausiai dešimtmečio, klausimas. Ar tikrai po dešimtmečio statybų aikštelėse vietoj žmonių dirbs robotai?

Penkios robotų naudojimo statyboje sritys

Kaip galima būtų robotus  panaudoti statybose? Mokslininkai tai tyrinėja nuo 1960-ųjų. Tačiau tik paskutinį dešimtmetį gerokai išaugo investicijos į robotizaciją, mokslinių tyrimų apimtys, ir robotų diegimo mastas statybų sektoriuje. Dažniausiai išskiriamos penkios pagrindinės robotų naudojimo sritys statybose:

1. Statybų aikštelėje dirbantys robotai

Tikriausiai būtent tokį robotų pritaikymą statybose įsivaizduoja daugelis. Pastaraisiais metais sukurti ir išbandyti įvairių statybos robotų prototipai, pavyzdžiui, Australijos bendrovės FBR robotas „Hadrian X“, kurio prototipas „Hadrian 105“ 2016 m. rugsėjį pats, be žmogaus įsikišimo, iš blokelių sumūrijo individualaus gyvenamojo namo sienas. Tobulesnio „Hadrian X“ roboto mūrijimo greitis – 1 000 blokelių per valandą.

Arba Japonijos bendrovės „Shimizu Corp.“ robotas „Robo-Welder“, galintis atlikti įvairius suvirinimo darbus. Be to, statybų aikštelėse pradėjo darbuotis ir 3D spausdintuvai. Vienas iš tokių pavyzdžių – „BatiPrint“ 3D spausdintuvas, pastatęs socialinį pastatą Nantes mieste, Prancūzijoje. Vis dar daug vilčių siejama su 3D spausdintuvais, nors reikia pasakyti, kad apie 3D proveržį statybų sektoriuje jau kalbėta seniai, nuo šio amžiaus pradžios, bet nuo 2014 m., kai Amsterdame buvo „atspausdintas“ pirmasis namas, pasistūmėta ne tiek ir daug – revoliucija dar neįvyko.

2. Surenkamų konstrukcijų gamybai skirti robotai

Jau ne vieną dešimtmetį robotai naudojami surenkamų konstrukcijų gamybos linijose. Surenkamų namų statybos sektorius sparčiai auga, todėl nenuostabu, kad surenkamas konstrukcijas gaminančios gamyklos nori įvarius darbus automatizuoti. Vienas iš robotizacijos šioje srityje lyderių yra Kalifornijoje medines surenkamas konstrukcijas gaminanti bendrovė „Katerra“. Robotai  jau padeda ne tik gaminant, bet ir montuojant surenkamas konstrukcijas. 

3. Autonominės transporto priemonės

Yra daugybė statybinių mechanizmų (ekskavatoriai, buldozeriai, keltuvai, kranai, sunkvežimiai), kurie, galima sakyti, tik ir laukia, kol taps autonominiais. Tokia robotizuota technika statybos aikštelėse gali dirbti 24 valandas per parą, 7 dienas per savaitę. Kaip vienas iš pavyzdžių gali būti 2016 m. Kalifornijoje įsikūrusi „Built Robotics“ bendrovė, gaminanti įrangą, kurios dėka „CAT“, „Komatsu“, „Liebher“, „John Deere“ ir kitų gamintojų ekskavatoriai bei buldozeriai tampa autonominiais. 

4. Kontrolės, informacijos kaupimo procesai

Statybvietės apžiūra reikalauja daug laiko ir energijos, todėl šiuo metu kuriami robotai, galintys padėti supaprastinti šios užduoties atlikimą. Kol kas dar per anksti kalbėti apie platų tokių technologijų taikymą, tačiau darbai jau vyksta. Čia turbūt reiktų paminėti „Boston Dynamics“ robotą „Spot“, kuris sėkmingai darbuojasi statybų aikštelėse, kasyklose, energetikos įmonės. Kas domisi robotika, žino, kad „Boston Dynamics“ labai ilgai kūrė bėgiojantį keturkojį robotą, pristatinėjo įvairiausias jos versijas, bet daug kas tai vertino kaip žaidimą. Bet „Spot“ – didelių galimybių autonominis kontrolės, duomenų rinkimo robotas leidžiantis ne tik kontroliuoti statybvietę, bet ir padedantis kurti skaitmeninius dvynius, palyginti realią situaciją su BIM.  

robotas statyba
„Boston Dynamics“ nuotr.

5. Egzoskeletai

Statybininko darbas reikalauja daug fizinių pastangų, dažnai tenka kilnoti sunkius daiktus, traumų pavojus – nemažas. Tad statybininkams gali padėti egzoskeletai – atraminę, judėjimo, kėlimo funkcijas sustiprinantys mechanizmai. Statybininkams jie gali padėti  kelti sunkesnius svorius, bet kartu sumažinti tokiam darbui reikalingas pastangas. Vienas iš pavyzdžių  – sunkius svorius padedančios pakelti bendrovės „Willmott Dixon“ mechaninės rankos.

egzoskeletas
„Willmott Dixon“ nuotr.

Robotizacija – galimybė ar grėsmė?

Statybos pramonei neabejotinai reikia darbus automatizuojančių technologijų, tačiau jai taip pat reikia ir žmonių. Japonai, kurie laikomi įvairių pramonės sričių bei statybų automatizacijos lyderiais, šią tiesą jau įsisavino. Japonijoje robotai statybose pradėti naudoti dar 1980-aisiais, tačiau greitai paaiškėjo, kad statybos – ne automobilių pramonė, kur beveik visus darbus gali atlikti robotai – statybvietėse yra pakankamai daug  darbų, kuriems negalima taikyti universalių sprendimų. Reikia susitaikyti, kad statybos – ne bankas ar telekomunikacijų bendrovė, kai visas paslaugas galima užsisakyti internetu, o reikiamą įrangą atgabens kurjeris.

Ketvirtoji pramonės revoliucija vis labiau įsibėgėja, tačiau statybų sektoriaus robotizacija nevyksta taip sparčiai kaip kitose srityse. Kompleksinis statybos darbų robotizavimas nėra lengva užduotis, net įvertinus tai, kad daugelį specializuotų darbų jau gali atlikti robotai (šiuo metu dažniausiai naudojami suvirinimo ir dažymo darbus atliekantys robotai, betono tankinimo, betono glaistymo robotai, automatiniai ekskavatoriai ir buldozeriai).

Tai ką matome šiandien – vis dar statybų sektoriaus robotizacijos pradžia. Robotų diegimą čia stabdo verslo tradiciškumas, amatui artimas darbų pobūdis (daug procesų yra tokie patys kokie buvo naudojami ir prieš 2000 metų), statybų aikštelėje nuolat kintančios darbo sąlygos, didelės automatinių mechanizmų bei robotų projektavimo, gamybos ir eksploatavimo išlaidos.

Bet jau galima numatyti ir artimiausias tendencijas: robotizacijos plėtra pareikalaus architektūrinius sprendimus derinti su automatizuotomis statybos technologijomis, kurioms labai paranki yra modulinė statyba; statybų proceso automatizavimas ir robotizavimas, skatins statybvietės industrializavimą, t. y. jos pavertimą pramonės įmone.

Kokias technologijas statybos pramonė naudoja robotizacijos amžiuje?

Šiandieninis statybų sektorius naudoja nemažai technologijų, priskiriamų automatizavimo (kai mašina pati atlieka tam tikrą veiksmą, tačiau žmogus ją kontroliuoja) ir robotizavimo (kai mašina pati atlieka tam tikrą darbą ir prisitaiko prie kintančių darbo sąlygų) kategorijoms.

Automatinės ir robotizuotos sistemos daugiausia naudojamos sunkiems darbams atlikti pavojingomis ar sudėtingomis sąlygomis (žemės kasimo, požeminiai, povandeniniai, griovimo darbai), taip pat veiklai, susijusiai su sunkių ar didelių gabaritų elementų judėjimu. Automatizavimas ypač efektyvus kasant tunelius, tiesiant kelius, kur daugelį darbų galima atlikti savaeigę techniką arba automatizuotas sistemas. Trumpai panagrinėkime ką šiais laikais siūlo robotų gamintojai.   

Statybos darbams skirti robotai

Pirmas mūsų apžvalgoje – pusiau automatinis robotas SAM100 („Semi-Automatic Mason“). Robotą suprojektavo JAV bendrovės „Wasco“ ir „Construction Robotics“. Tai mechaninė mūrininko ranka, visiškai pakečianti mūrininką. Robotas mūro skiedinį užtepa ant plytos ir padeda ją į vietą. Dirba gana tiksliai, jo manipuliatorius itin lankstus, roboto darbui neturi įtakos pagrindo, kuriuo juda platforma su robotu, nelygumai. Naudojant SAM100 mūrijimo greitis padidėja beveik tris kartus.

Construction Robotics nuotrauka

Antrasis mūsų apžvalgos herojus – straipsnio pradžioje minėtas, blokelius apdirbantis ir mūrijantis robotas „HadrianX“. Kitaip nei SAM100, Australijos inžinierių sukurtas „HadrianX“  yra savaeigis – įspūdingas jo manipuliatorius sumontuotas ant sunkvežimio. Blokai yra pakraunami į sunkvežimio vidų, kur jie yra supjaustomi į tinkamo dydžio blokelius. Reikiamo dydžio blokeliai transportuojami į manipuliatoriaus ranką, kuri gana elegantiškai iri itin tiksliai mūrija sieną (labai įspūdingai dirba dinaminė stabilizacijos sistema).

„HadrianX“ sienas sumūryti gali nuo pradžių iki pabaigos, kampai jam nebaisūs, be to jis gali mūryti bet kokios geometrijos sieną. Šio roboto manipuliatorius veikia 30 metrų spinduliu, tad statant individualų namą, sunkvežimiui nereikia keisti pozicijos.

Trečiasis robotas – 2018 m. pristatytas, japonų gamintojo „Shimizu“ robotas „Robo Buddy“. Tai gipso kartono plokščių montavimo sistema, kurią sudaro autonomiškai dirbantis plokščių transportavimo vėžimėlis „Robo Carrier“ ir plokščių montavimo robotas „Robo Budy“.

Pastarasis turi du manipuliatorius: vienas pakelia plokštę ir įstato ją į reikiamą vietą lubose, kitas manipuliatorius prisuka plokštę prie metalinės pertvaros. „Shimizu“ statybininkams siūlo gana daug skirtingų robotų: betoninių paviršių glaistymo robotus, sienoms ir luboms tinkuoti skirtus automatinius įrenginius, suvirinimo robotus, dažymo ar metalinių paviršių padengimo robotus ir t.t.

Tokių kompanijų inžinierių sukurti robotai aiškiai rodo, kad ateityje statybų aikštelėse dominuos autonominiai mechanizmai, savo jutiklių dėka gaunantys informaciją iš aplinkos, ją apdorojantys ir savarankiškai priimantys sprendimus.

Automatinės įprastų mechanizmų valdymo sistemos

Didėja ir autonominių krovinių gabenimo, krovos sistemų, žemės darbų mechanizmų poreikis. Paprastai tokias sistemas sudaro ekskavatoriai, judančios platformos, sunkvežimiai, krautuvai, buldozeriai, kranai ir pan.

Šios srities lyderiai pasaulyje yra „Hitachi“ ir „Komatsu“. Autonominės mechanizmų sistemos valdo variklį, pavarų dėžę, stabdžius, vairo mechanizmą ir kt. Jos turi GPS modulį, įvairiausios paskirties kameras (leidžiančias atpažinti vietovę, kliūtis, kitas transporto priemones, kelio ženklus) lazerinius skenerius, radarus. Visi duomenys belaidžiu ryšiu siunčiami valdymo kompiuterį, kuris juos apdorojęs siunčia komandas mechanizmo valdymo sistemai.

Maršrutams sudaryti dažnai naudojamos itin detalios reljefo kartografavimo technologijos, pavyzdžiui  žemėlapiai kuriami remiantis dronų perduotais vaizdais, nes viešai prieinami skaitmeniniai žemėlapiai neužtikrina reikiamo tikslumo. Automatinio valdymo moduliai  taip pat naudojami kranuose ir keltuvuose, kad būtų galima nuotoliniu būdu valdyti krovimo darbus.

Vieninga ekosistema

Atskirų statybos procesų automatizavimo poveikis viso statybos projekto efektyvumui nėra didelis. Todėl sekant Japonijos, Pietų Korėjos pavyzdžiu stengiamasi į kompiuterizuotą sistemą  integruoti visą statybos projektą: projektavimą, planavimą, konstrukcinių  elementų gamybą, statybvietėje vykstančius procesus. Tada robotizavimas ir automatizavimas įgauna gilesnę prasmę, yra kur kas efektyvesnis.

Kompiuterizuota statyba CIC (Computer Integrated Construction), tai siekis statybos sektoriuje pritaikyti pramonėje pasiteisinusios kompiuterizuotos gamybos CIM (Computer Integrated Manufacturing) koncepcijas. Šiam tikslui pasitelkiamas ir informacinis statinio modeliavimas (BIM).  Tačiau, kad viskas veiktų kaip vienas organizmas, reikia, kad architektai, inžinierinės kompanijos, statybinių konstrukcijų gamintojai, statybos rangovai būtų tos pačios ekosistemos dalis. Aukštos kokybės surenkamų elementų, pasižyminčius aukštu apdailos lygiu, panaudojimas, įvardijamas kaip vienas iš svarbesnių veiksnių atveriančių duris platesniam statybų sektoriaus robotizavimui.

Japonijos statybos bendrovės pavyzdžiu dažnai pasirenkamos todėl, kad jos automobilių pramonėje įgytą patirtį, labai sėkmingai perkėlė į modulinių namų statybą. Moduliai gaminami visiškai automatizuotose gamyklose, vieninga kompiuterinė sistema padeda valdyti visą gamybos procesą: planavimą, tiekimą, gamybą, gatavų modulių transportavimą. Toje pačioje sistemoje integruotas ir modulių surinkimas.

The Obayashi ABCS constructing the 28 storey NEC building in Tamagawa Renaissance City

Automatizuotas pastatų montavimo sistemas pradėjusio diegti Japonijos bendrovės, šioje srityje jau turi didelę patirtį. Galima paminėti automatizuotą pastatų statybos sistemą ABCS, kurią sukūrė Japonijos kompanija „Obayashi“. Pastatas statomas iš modulių, statybos vietą nuo oro sąlygų poveikio apsaugant masyvia, pastatą juosiančia konstrukcija, kurią hidrauliniai mechanizmai automatiškai kelia aukštyn. Tiek viduje, tiek išorėje veikia vertikalaus ir horizontalaus transportavimo sistemos – autonominiai keltuvai, kranai, transporteriai. Jie sumontuoti ant pastatą juosiančios apsauginės konstrukcijos stogo. ABCS sistema – net tik modulių montavimas – į ją integruota ir modulių gamyba, transportavimas.   

Panašiose modulinės montavimo sistemose jau dabar  automatizavimo laipsnis gali siekti net 95 proc., o surenkamų modulių baigtumo lygis – 85 proc., darbo sąnaudas, lyginant su tradicine statyba, galima sumažinti iki 70 proc. Kadangi viskas sujungta į vieningą skaitmeninę sistemą,

nereikia kaupti nei statybinių medžiagų, nei surenkamųjų komponentų atsargų. Statybvietės plotas gerokai mažesnis, kad ypač svarbu statant daugiaaukščius pastatus miestų centruose.  

Komentarai

statyba ir architektura
archicad