Roboty w branży budowlanej - Czy czeka nas rewolucja?

Na wstępie warto scharakteryzować te kwestie, których kombinacja wywiera bezprecedensową presję, skłaniającą tytułową branżę przywiązaną do metod tradycyjnych do sięgania po nowości. Taką jest globalny wzrost liczby ludności, która skupia się przede wszystkim w dużych miastach, atrakcyjniejszych od terenów wiejskich pod względem warunków zatrudnienia, mieszkaniowych, dostępności i jakości szeroko pojętych usług. Tendencja ta według wszelkich prognoz utrzyma się – przykładowo ONZ przewiduje, że do 2050 roku prawie 70% światowej populacji będzie mieszkać w miastach, w porównaniu do około 50% obecnie. To oznaczać będzie wzrost liczby mieszkańców miast o 2,5 miliarda osób. Postępująca urbanizacja zwiększy zapotrzebowanie na mieszkania oraz infrastrukturę towarzyszącą, w tym transportową. Zasoby te będą musiały być dostosowane do różnych dochodów oraz potrzeb społecznych, przykładowo powinny uwzględniać wymagania starzejącej się populacji.

Personalizacja, brak pracowników, ekologia

Kolejne wyzwanie to masowa personalizacja, czyli realizacja niestandardowych zleceń w cenie opłacalnej dla producenta i przystępnej dla klientów o różnych dochodach. Wymusza ją szybka urbanizacja, wymagająca różnicowania asortymentu w celu dopasowania go do możliwości i potrzeb różnych grup społecznych oraz oczekiwania klientów, którzy przyzwyczajając się do zindywidualizowanych produktów w innych branżach, takich spodziewają się także w ofercie przedsiębiorstw budowlanych. Możliwość ekonomicznej modyfikacji pozwala poza tym lepiej wykorzystać cechy lokalizacji budowanego obiektu (naturalne źródła ciepła, światła, specyfikę regionu świata).

Problem to też niedobór siły roboczej – pracodawcom z branży budowlanej coraz trudniej jest znaleźć i zatrzymać specjalistów, jak i niewykwalifikowanych pracowników. Powodem braku zainteresowania pracą w tym sektorze jest to, że na budowach często dochodzi do wypadków, a przez wysiłek i kontakt z substancjami niebezpiecznymi łatwo można doznać uszczerbku na zdrowiu. Ponadto przez młodych ludzi, wychowanych na nowoczesnych technologiach, praca na budowie jest postrzegana jako zajęcie nieefektywne, brudne, nisko płatne i bez perspektyw na awans. Nie dziwi więc, że więcej osób odchodzi z tego sektora na emeryturę, niż zaczyna w nim karierę.

Od branży budowlanej oczekuje się także ograniczenia negatywnego wpływu na środowisko. Należy rozumieć to dwojako. Po pierwsze chodzi o to, by budować obiekty energooszczędne i przyjazne środowisku, dzięki zastosowanym materiałom i rozwiązaniom konstrukcyjnym. Oprócz tego trzeba dążyć do ograniczenia zużycia energii podczas prac budowlanych oraz zmniejszenia liczby wytwarzanych tam odpadów.

Wydajność słabym punktem budownictwa

Do korzystania z najnowszych technologii w większym niż do tej pory stopniu może też skłonić chęć poprawy produktywności w tym jednym z najwolniej pod tym względem rozwijających się sektorów gospodarki. Wydajność w branży budowlanej bowiem od lat praktycznie się nie zmienia, pozostając na niskim poziomie. Przez to inwestorom kojarzy się ona z nagminnym przekraczaniem budżetów oraz niedotrzymywaniem terminów realizacji zleceń, zaś firmom budowlanym trudno jest efektywnie zarządzać swoimi zasobami, ludzkimi i sprzętowymi. Ogranicza to też liczbę projektów, które mogą wykonać, zmniejszając zyski.

Powodem małej produktywności jest głównie to, że wiele zadań wciąż jest realizowanych w sposób praktycznie taki sam, jak przed kilkudziesięciu laty. Przyczyną tego jest z kolei przede wszystkim charakter prac budowlanych przeprowadzanych na zewnątrz, w docelowej lokalizacji stawiania budynku. Dlatego dotychczas innowacje dotyczyły głównie sprzętu używanego na miejscu, w robotach ziemnych, mieszaniu cementu, podnoszeniu i transportowaniu ciężkich ładunków, elektronarzędziach. Na wydajność prac budowlanych w związku z tym, że odbywają się na zewnątrz, negatywnie wpływa też pogoda, jak również ich sekwencyjność, z powodu której opóźnienia na jednym etapie – wskutek niekorzystnych warunków atmosferycznych albo problemów ze znalezieniem podwykonawcy, wstrzymują inne działania. Niekontrolowane środowisko i brak zestandaryzowanych praktyk weryfikacji jakości są także przyczynami niedoróbek. Prowadzenie prac w miejscach ostatecznej lokalizacji obiektów utrudnia też centralizację nadzoru nad kosztami, pracownikami, łańcuchem dostaw, gospodarką odpadami.

Modułowość kluczem do sukcesu

W odpowiedzi na powyższe wyzwania opracowywane oraz stopniowo upowszechniane są nowe techniki budowlane, nakierowane przede wszystkim na przyspieszenie prac oraz wykorzystanie przyjaźniejszych środowisku materiałów konstrukcyjnych. Taką jest budownictwo modułowe z prefabrykatów elementów budowlanych produkowanych poza docelową lokalizacją obiektu, w fabryce, w wielu wersjach (z różnych materiałów, z innymi dodatkami funkcjonalnymi, jak oświetlenie lub ogrzewanie, okna, drzwi), a potem łączonych w różnych konfiguracjach w miejscu końcowego montażu budynku. Jako podejście zestandaryzowane, a jednocześnie spersonalizowane, technika ta ma liczne zalety oraz perspektywy do wdrażania nowych technologii. Pierwsze to: skrócenie czasu budowy, lepsza i powtarzalna jakość, mniejsze koszty, dzięki efektywniejszemu wykorzystaniu pracowników i sprzętu oraz efektowi skali, co dla klientów oznacza niższe ceny, eliminacja zagrożenia wypadkami kojarzonymi z placami budowy, co ułatwia rekrutację pracowników, mniejsza ilość odpadów dzięki lepszemu planowaniu i precyzji produkcji.

Wytwarzanie prefabrykatów stwarza wiele możliwości automatyzacji i robotyzacji. Jeżeli chodzi o tę ostatnią, roboty przemysłowe sprawdzą się w szeregu zadań, na większości etapów procesu produkcyjnego. Przykładami są: podnoszenie i przenoszenie materiałów konstrukcyjnych, montowanie prefabrykatów, operacje łączeniowe, jak: wiercenie, wkręcanie, wbijanie, nitowanie, klejenie, spawanie metalowych elementów, obróbka wykończeniowa, w tym szlifowanie, malowanie, kontrola jakości. Wszystkie te zadania wiążą się dla ludzi z dużym wysiłkiem fizycznym i ryzykiem urazów, wymagają precyzji i są uciążliwe w związku ze swoją powtarzalnością.

Druk 3D w budownictwie

Kolejną perspektywiczną nowoczesną technologią w budownictwie jest wytwarzanie addytywne. Druk 3D, który ze względu na liczne zalety popularyzuje się w różnych sektorach przemysłu i nie tylko, w tym przypadku przynosi następujące korzyści: skrócenie czasu budowy oraz obniżenie jej kosztu, większa swoboda kształtu i formy elementów konstrukcyjnych, mniejsze zużycie materiału, na przykład cementu, co w związku z tym, że jego produkcja jest bardzo energochłonna, oznacza mniejszą emisję dwutlenku węgla, możliwość wykorzystania szeregu alternatywnych materiałów, w tym produktów ubocznych (odpadów przemysłowych) z innych branż, na przykład z produkcji tworzyw sztucznych i szkła (popioły, żużel) oraz zamienników, na przykład szkła z recyklingu w zastępstwie piasku, możliwość wykonywania lżejszych i wytrzymalszych konstrukcji, mniejsze ilości odpadów. Podobnie, jak w innych branżach, w których wytwarzanie addytywne jest podstawową techniką wykonywania prototypów, również w sektorze budowlanym drukuje się przeskalowane modele budynków. Drukarki 3D sprawdzają się także, chociaż jeszcze nie powszechnie, zarówno w produkcji mniejszych elementów budowlanych, jak i większych konstrukcji (jak mosty), jeżeli głowica drukarki jest zamontowana na ramieniu robota.

Roboty przemysłowe na placu budowy

Produkcja prefabrykatów, w tym tych drukowanych, na potrzeby budownictwa modułowego to nie jedyne przyszłościowe zastosowania robotów przemysłowych. Okazuje się bowiem, że jest dla nich miejsce również na placu budowy. Chociaż w porównaniu z przewidywalnymi warunkami pracy w fabrykach, na budowie liczyć się trzeba z wieloma wyzwaniami spowodowanymi nierównościami podłoża, przeszkodami, nieruchomymi i ruchomymi (terenowymi, ludźmi, sprzętem budowlanym), którym robot zagraża, ale które też mogą go uszkodzić, i zmiennymi warunkami atmosferycznymi, nie powstrzymuje to konstruktorów przed pracą nad tego typu maszynami wyspecjalizowanymi w typowych pracach budowlanych. Ułatwia im to postęp, jaki nastąpił w zakresie technologii czujników, systemów wizyjnych, chwytaków, oprogramowania, a ostatnio również sztucznej inteligencji. Dzięki temu dostępne są, chociaż jeszcze nieużywane na masową skalę, różnego typu roboty budowlane.

Te dotychczas zrealizowane to m.in.: roboty murarskie, które układają cegły, w przykładowym wykonaniu w postaci ramienia przemieszczającego się na platformie z cegłami i z podajnikiem zaprawy murarskiej, której resztki z gotowego muru usuwa pracownik podążający za maszyną, roboty wyburzeniowe, które mogą się okazać bezpieczniejszą alternatywą niż zatrudnienie do rozbiórki specjalnej ekipy, roboty wiążące pręty zbrojeniowe, drążące tunele, tnące na miejscu materiały w postaci płyt, roboty tynkarskie, kompaktowe zrobotyzowane komórki produkcyjne do drukowania 3D z betonu i precyzyjnych zadań, jak szlifowanie, roboty natryskujące izolację pod posadzki budynków, te monitorujące, które śledzą postęp prac budowlanych, zrobotyzowane systemy instalacji wind, roboty do malowania ścian, roboty przeprowadzające dezynfekcję na placach budowy.

Roboty odpowiedzią na wyzwania w budownictwie

Roboty przemysłowe na kilka sposobów mogą wesprzeć firmy budowlane w wyzwaniach, przed którymi stoją. Przede wszystkim dzięki nim poprawie ulegnie bezpieczeństwo na budowach, zaś pracownicy nie będą musieli wykonywać zadań, których nie chcą. To może sprawić, że kariera w budownictwie znów stanie się atrakcyjna dla młodych ludzi. Poza tym pracownika łatwiej i szybciej można przeszkolić pod kątem nadzorowania robota, niż nauczyć, zwłaszcza tych wymagających wprawy oraz fachowości, prac budowlanych. Roboty mogą dzięki temu stanowić odpowiedź na spodziewany kryzys braku wykwalifikowanych pracowników budów. Gwarantują również jakość oraz powtarzalność produkcji, co z kolei pozwala zmniejszyć ilość odpadów, a zatem ma korzystny wpływ na środowisko. Postęp w zakresie osprzętu (czujników, chwytaków, systemów wizyjnych) i programowania robotów przemysłowych ułatwia natomiast spełnienie wymogów masowej personalizacji. W budownictwie, podobnie jak w innych branżach, inwestycja w robota przemysłowego jest również gwarancją zwiększenia wydajności.

Podsumowanie: nowe technologie w budownictwie

Roboty przemysłowe z pewnością szybko nie będą powszechnie użytkowane w budownictwie – w związku z zapóźnieniami w tym zakresie w tej branży wciąż silne są argumenty, które w innych sektorach przemysłu też jakiś czas temu hamowały robotyzację. Przykładami są: przekonanie, że roboty są za drogie, dlatego inwestycja w ich zakup nie jest uzasadniona, i są trudne w obsłudze, obawy o sceptyczne nastawienie pracowników, brak wiedzy na temat korzyści z robotyzacji. W obliczu przemian, jakie zachodzą w tytułowej branży, można jednak prognozować, że sukcesy i doświadczenia innych gałęzi przemysłu będą pomocne w obalaniu tych mitów oraz staną się motywacją do wdrożenia robotów przemysłowych w produkcji i pracach budowlanych.

Sprzyjać temu będzie też postępujące już upowszechnianie się innych innowacji, dzięki którym place budów stają się coraz nowocześniejszym środowiskiem pracy. Przykładami są: kamery zamontowane na kaskach kierowników budowy, które automatycznie rejestrują lokalizację i przetwarzają obrazy w celu identyfikacji rozbieżności pomiędzy planami a wykonywanymi pracami, windy dostarczając części, które znacznie usprawniają proces montażu rusztowań, autonomiczne maszyny budowlane, egzoszkielety pomagające pracownikom w podnoszeniu ciężkich ładunków oraz drony, które monitorują budowy pod kątem kradzieży materiałów budowlanych.

Monika Jaworowska