Robotai statybose: privalumai ir kliūtys

ROBOTAI STATYBOSE: PRIVALUMAI IR KLIŪTYS

Tekstas – Rolandas KAŽIMĖKAS

Robotų naudojimas statybose vis dar yra gana ribotas. Ryškesnį proveržį galima pamatyti Japonijoje, kuri yra neabejotina statybų sektoriaus robotizacijos lyderė. 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?

„Spot“ – didelių galimybių autonominis kontrolės, duomenų rinkimo robotas, leidžiantis ne tik kontroliuoti statybvietę, bet ir padedantis kurti skaitmeninius dvynius.

Robotizacija – galimybė ar grėsmė?

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 gana daug darbų, kuriems negalima taikyti universalių sprendimų. 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). 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.

Be abejo, robotizacijos plėtra pareikalaus architektūrinius sprendimus derinti su automatizuotomis statybos technologijomis, kurioms labai paranki yra modulinė statyba, skatins statybvietės industrializavimą, t. y. jos pavertimą pramonės įmone.

Statybininkams gali padėti egzoskeletai – atraminę, judėjimo, kėlimo funkcijas sustiprinantys mechanizmai, kurie gali padėti kelti sunkesnius svorius.

Redakcijos archyvo nuotr.

Kokias technologijas statybos pramonė naudoja robotizacijos amžiuje?

Šiandien 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 savaeige technika arba naudojant 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 pakeičianti mūrininką. Robotas mūro skiedinį užtepa ant plytos ir padeda ją į vietą. Dirba tiksliai, jo manipuliatorius itin lankstus, roboto darbui neturi įtakos pagrindo, kuriuo juda platforma su robotu, nelygumai. Naudojant „SAM100“ mūrijimo greitis padidėja beveik tris kartus.

Antrasis mūsų apžvalgos herojus – blokelius apdirbantis ir mūrijantis robotas „Hadrian X“. Australijos inžinierių sukurtas „Hadrian X“ yra savaeigis – įspūdingas jo manipuliatorius sumontuotas ant sunkvežimio. Blokai yra pakraunami į sunkvežimio vidų, kur jie supjaustomi į tinkamo dydžio blokelius, šie transportuojami į manipuliatoriaus ranką, kuri gana elegantiškai ir itin tiksliai mūrija sieną (labai įspūdingai dirba dinaminė stabilizacijos sistema). „Hadrian X“ sienas sumūryti gali nuo pradžių iki pabaigos, taip pat ir kampus, be to, jis gali mūryti bet kokios geometrijos sieną. Roboto manipuliatorius veikia 30 m spinduliu.

Trečiasis robotas – japonų gamintojo „Shimizu“ robotas „Robo Buddy“. Tai gipso kartono plokščių montavimo sistema, kurią sudaro autonomiškai dirbantis plokščių transportavimo vežimėlis „Robo Carrier“ ir plokščių montavimo robotas „Robo Budy“. Pastarasis turi du manipuliatorius: vienas pakelia plokštę ir įstato ją į reikiamą vietą lubose, kitas 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 kt.

Automatinės įprastų mechanizmų valdymo sistemos

Didėja ir autonominių krovinių gabenimo, krovos sistemų, žemės darbų mechanizmų poreikis. Tai ekskavatoriai, judančios platformos, sunkvežimiai, krautuvai, buldozeriai, kranai ir kt. 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 kamerų (leidžiančių atpažinti vietovę, kliūtis, kitas transporto priemones, kelio ženklus), lazerinių skenerių, radarų. Visi duomenys belaidžiu ryšiu siunčiami į 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.

Blokai yra pakraunami į sunkvežimio vidų, kur jie supjaustomi į tinkamo dydžio blokelius, šie transportuojami į manipuliatoriaus ranką, kuri gana elegantiškai ir itin tiksliai mūrija sieną.

Redakcijos archyvo nuotr.

5 ROBOTŲ NAUDOJIMO STATYBOJE SRITYS

Inžinieriai nuo 1960-ųjų tyrinėja robotų panaudojimo statybose galimybes, tačiau tik pastarąjį dešimtmetį gerokai išaugo investicijos į robotizaciją statybų sektoriuje, tyrimų apimtis. Dažniausiai išskiriamos penkios pagrindinės robotų naudojimo sritys statybose.

1. Statybų aikštelėje dirbantys robotai.

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 iš blokelių sumūrijo individualaus gyvenamojo namo sienas. Tobulesnio „Hadrian X“ roboto mūrijimo greitis – 1000 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. Daug vilčių siejama su šia technologija, apie 3D proveržį statybų sektoriuje kalbėta seniai, nuo XXI a. pradžios, pasiekta nemažai, bet 3D spausdinimas statybų aikštelėse nedominuoja.

2. Surenkamųjų konstrukcijų gamybai skirti robotai.

Jau ne vieną dešimtmetį robotai dirba surenkamųjų konstrukcijų gamybos linijose. Surenkamųjų namų statybos sektorius sparčiai auga, todėl surenkamųjų konstrukcijų gamyklos siekia įvairius darbus automatizuoti. Vienas iš robotizacijos šioje srityje lyderių yra Kalifornijoje medines surenkamąsias konstrukcijas gaminanti bendrovė „Katerra“. Robotai jau padeda jas ne tik gaminant, bet ir montuojant.

3. Autonominės transporto priemonės.

Yra daugybė statybinių mechanizmų (ekskavatorių, buldozerių, keltuvų, kranų, sunkvežimių), kurie tik ir laukia, kol taps autonominiai. 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“, gaminanti įrangą, kurią naudojantys „CAT“, „Komatsu“, „Liebher“, „John Deere“ ir kitų gamintojų ekskavatoriai bei buldozeriai tampa autonominiai.

4. Kontrolės, informacijos kaupimo procesai.

Statybvietės apžiūra reikalauja daug laiko ir energijos, todėl šiuo metu kuriami robotai, galintys padėti supaprastinti šią užduotį. Reikėtų paminėti „Boston Dynamics“ robotą „Spot“, kuris sėkmingai darbuojasi statybų aikštelėse, kasyklose, energetikos įmonėse. „Boston Dynamics“ labai ilgai kūrė savo keturkojį bėgiojantį robotą, bet daug kas tai vertino kaip žaidimą. „Spot“ – didelių galimybių autonominis kontrolės, duomenų rinkimo robotas, leidžiantis ne tik kontroliuoti statybvietę, bet ir padedantis kurti skaitmeninius dvynius, palyginti realią situaciją su BIM.

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, kurie gali padėti kelti sunkesnius svorius, sumažinti tokiam darbui reikalingas pastangas. Vienas pavyzdžių – sunkius svorius padedančios pakelti bendrovės „Willmott Dixon“ mechaninės rankos.

Bendra ekosistema

Atskirų statybos procesų automatizavimo poveikis statybos projekto efektyvumui nėra didelis. Japonijos ir Pietų Korėjos patirtis rodo, kad į kompiuterizuotą sistemą reikia integruoti visą statybos projektą: projektavimą, planavimą, elementų gamybą, statybvietėje vykstančius procesus. Tada 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 panaudojamas ir informacinis statinio modeliavimas (BIM). Tačiau kad viskas veiktų kaip vienas organizmas, reikia, jog architektai, inžinerinės kompanijos, statybinių konstrukcijų gamintojai, statybos rangovai būtų tos pačios ekosistemos dalimi. Aukštos kokybės surenkamųjų elementų, pasižyminčių aukštu apdailos lygiu, panaudojimas, įvardijamas kaip vienas svarbesnių veiksnių, atveriančių duris platesniam statybų sektoriaus robotizavimui.

„Hadrian X“ sienas sumūryti gali nuo pradžių iki pabaigos, taip pat ir kampus, be to, jis gali mūryti bet kokios geometrijos sieną. Roboto manipuliatorius veikia 30 m spinduliu.

Japonijos statybos bendrovės savo šalies automobilių pramonės patirtį sėkmingai pritaikė modulinių namų statybai. Moduliai gaminami automatizuotose gamyklose, kompiuterinė sistema valdo visą gamybos procesą: planavimą, tiekimą, gamybą, transportavimą, joje integruotas ir modulių surinkimas.

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. Konstrukcijos viduje ir išorėje veikia vertikalaus ir horizontalaus transportavimo sistemos – autonominiai keltuvai, kranai, transporteriai, kurie sumontuoti ant konstrukcijos stogo. ABCS yra ne tik modulių montavimas – į ją integruota ir modulių gamyba, transportavimas.

Tokiose modulinėse montavimo sistemose automatizavimo laipsnis gali siekti net 95 proc., o surenkamųjų modulių baigtumo lygis – 85 procentai. Darbo sąnaudas, palyginti su tradicine statyba, galima sumažinti iki 70 procentų. Viskas sujungta į bendrą skaitmeninę sistemą, nereikia kaupti nei statybinių medžiagų, nei surenkamųjų komponentų atsargų. Statybvietės plotas gerokai mažesnis, o tai ypač svarbu statant daugiaaukščius pastatus miestų centruose.