Mi az építőipari automatizálás ?

  • Olvasási idő:14perc

Ismerje meg, hogy az építőipari automatizálás hogyan játszik kulcsszerepet az ágazat digitális átalakulásában, és a globális lakásválság megoldásában. Bár az automatizálási technológiák fejlesztése és elfogadása lassabban fejlődött az építőiparban, mint a gyártásban, mostanra elérkezett az idő arra, hogy az automatizált építési technológiák jelentős szerepet játsszanak az építőipar digitális átalakulásában.


Kapcsolódó cikkek


Az építőipar folyamatos fejlődése az automatizálás számos formájára támaszkodik majd, az automatizált digitális tervezési és elemzési folyamatoktól az építési dokumentáció automatizált létrehozásáig, és végül az építésig. Az építési folyamatok automatizálása, akár a fejlett gyártási gyakorlatokat utánzó helyszíni előregyártás, akár a helyszíni építési robotika során alkalmazzák, meghatározza majd az építőipar sikerét a 21. századi kettős kihívások – az épületek és az infrastruktúra iránti nagy kereslet, valamint a fenntarthatóság szükségessége a teljes életciklus során – teljesítésében.

Az automatizálással hosszú távon csak nyerni lehet
Az automatizálással hosszú távon csak nyerni lehet

Az építőipari automatizálás hasonló lehetőségeket és kihívásokat képes kezelni, mint amilyeneket az automatizált gyártási folyamatok más iparágakban segítettek megoldani, beleértve a gyártási idő, az anyaghatékonyság, a munkatermelékenység, valamint a munkavállalók egészségének és biztonságának javítását, továbbá a munkaerőhiány kompenzálását, a környezeti hatások csökkentését, új tervezési lehetőségek megteremtését stb.

Egyszerűen fogalmazva, az automatizált építőiparban megvan a lehetőség arra, hogy az iparág biztonságosan kielégítse a növekvő népesség globális építési és infrastrukturális igényeit. Az új technológiai fejlesztések és az iparági trendek azt jelzik, hogy most jött el az automatizálás ideje.

Mi az építőipari automatizálás ?

Az építőipari automatizálás kifejezés azokat a folyamatokat, eszközöket és berendezéseket foglalja magában, amelyek automatizált munkafolyamatokat használnak az épületek és az infrastruktúra építéséhez. Egyes esetekben az eszközöket olyan munkák automatizálására használják, amelyeket korábban kézzel végeztek, más esetekben pedig az automatizált eszközök lehetővé teszik új folyamatok átvitelét vagy kifejlesztését kifejezetten az építőipar számára.

Az automatizálás az építőiparban a projekt különböző fázisaiban történhet, kezdve a szoftveralapú tervezési szakasszal, folytatva a helyszíni építés automatizált aspektusaival, és befejezve a kész épületek rendszereiről és energiafelhasználásáról gyűjtött adatok megosztásával – mindezt felhőalapú élő modellekben rögzítve.

Ennek az integrált visszacsatolási körnek a megvalósításához több alapvető fejlesztési stratégiára van szükség, mind a szoftverek, mind a hardverek terén. Az együttműködő robotika, az iparosított építési stratégiák, az új típusú robotok és automatizált gépek, valamint a valós idejű helyszíni érzékelés, visszajelzés és adaptáció például azon technológiák és stratégiák közé tartoznak, amelyek az építőipari automatizálás széles körű megvalósítása érdekében közelednek egymáshoz.

Gyáron belüli hegesztőrobot, aminek a produktumát az építkezésen használják fel
Gyáron belüli hegesztőrobot, aminek a produktumát az építkezésen használják fel

Az iparosított építés kifejezés az anyagok, folyamatok és rendszerek stratégiai alkalmazását határozza meg az építési folyamatokon belül olyan módon, amely a gyártásból veszi át a példákat. Az iparosított építés nem szinonimája az építőipari automatizálásnak, de a kettő alapvetően összefügg, mivel az automatizált eszközök egyre szélesebb körű alkalmazása lehetővé teszi, hogy az iparosított építési stratégiák radikális hatást gyakoroljanak az építési folyamatokra. Jelenleg az iparosított építés kifejezés leginkább a helyszíni építésre vonatkozik, ahol a gyártási technikák alkalmazása az épített környezetben szélesebb körben elterjedt.

Az iparosított építési folyamatok az épületek és az infrastruktúra elemeit állítják elő, az egyes részektől kezdve az alkatrészekig, vagy teljes egységekig, a jellemzően a gyártási folyamatok számára fenntartott technológiák és stratégiák alkalmazásával. A volumetrikus iparosított építés esetében a teljes volumetrikus modulokat – például egész szállodai szobákat – gyárszerű környezetben gyártják, majd az építkezés helyszínére szállítják, ahol egy teljes épületté szerelik össze.

A gyártásból való eredete miatt az iparosított építés a hagyományos építésben nem megtalálható, kiszámítható változókból adódó biztonságot, és minőségbiztosítást használja ki, és képes kihasználni a fejlett, nagymértékben automatizált gyártási technikák előnyeit. Ezek nem új ötletek – az épített környezet kialakulásáig visszavezethető példák vannak -, de most a technológiák példátlan konvergenciája van jelen, amely növeli az egész iparágban alkalmazott modern stratégiák értékét és hatását.

Az automatizált, iparosított építési folyamatokban a hagyományos papírrajzok megszüntethetők, mivel a 3D modellekből és más digitális műtárgyakból származó adatok közvetlenül egy automatizált gyártósorra kerülnek gyártásra. A gyártósorok tartalmazhatnak ipari robotokat, függőfolyosókat, szállítószalagokat vagy más automatizált berendezéseket, amelyek befejezik az anyagok építőelemekké és szerelvényekké történő átalakítását. Kritikus fontosságú az automatizálási lehetőségek értékelése a környezetre, a munkavállalókra gyakorolt hatásuk, és természetesen a befektetés megtérülése szempontjából.

Az építőipari automatizálás rövid története

Könnyű úgy gondolni az építkezéseken tevékenykedő robotokra és automatizált eszközökre, mint egy távoli jövőre, de a valóság az, hogy az ilyen eszközök bevetéséhez szükséges stratégiák már évezredek óta léteznek, és a gépesített automatizált építésre vonatkozó elképzeléseket már évszázadok óta demonstrálják. A helyszínen kívüli építés korai példái több mint 2000 évnyi távolságra vannak egymástól, az i. e. harmadik századi Kínában a Terrakotta-hadsereg építéséhez használt előregyártási technikáktól az 1920-as évekbeli berlini lakásokhoz a helyszínen összeszerelt előregyártott panelekig.

A modern, robotikát alkalmazó építőipari automatizálás azonban csak az első ipari robotok 1950-es években történt feltalálása után indult be, és az autóipar az 1960-as években állította őket munkába. A gyári automatizálás az egész ipari világban elterjedt, és az építőipari robotika az 1960-as és 1970-es években kezdett felbukkanni. 

Japán az 1970-es és 1980-as években újította meg az építőipari automatizálást és robotikát. Az olyan japán építészeti és mérnöki vállalatok, mint a Shimizu Corporation, az Obayashi Corporation és a Takenaka Corporation robotokat és távirányítású gépeket hoztak létre földmunkákhoz, anyagmozgatáshoz, betonozáshoz, tűzvédelemhez, földmunkákhoz, betonacélok elhelyezéséhez és más építési feladatokhoz.

Néhány példán túl, amelyeket nagyrészt a szélsőségesnek vélt munkaerőhiány-nyomás, a magas összegű kezdeti beruházás, a végrehajtás bonyolultsága, a szakmák elkülönítése és az építőiparra jellemző eszközök hiánya miatt – az építőipar lassan fejlesztett ki és vezetett be automatizált folyamatokat. Napjainkban azonban az építőipari automatizálás újjáéledése zajlik, amelyet a vállalkozások, a kormányok és a tudományos élet együttműködése segít.

A BIM (Building Information Modeling, épületinformációs modellezés) és a mesterséges intelligencia által inspirált generatív tervezési megközelítésekből származó robusztus adatok és kifinomult építészeti tervezési és adatkezelési lehetőségek a gyorsan fejlődő robotikával és a tárgyak internetével (Internet of Things, IoT) kombinálódnak, hogy az építőipar digitalizációját és a gyártási technikákkal való konvergenciáját elősegítsék. Az alacsonyabb költségű hardverek, valamint a tervezési és a robotizált gyártási munkafolyamatokat összekötő új munkafolyamatok új lehetőségeket kínálnak az ipari robotika építőiparra való átvitelére.

Az építőipari automatizálás típusai

Építőipari automatizálás a helyszínen kívül

A helyszíni építőipari automatizálás olyan gyakorlatokat ír le, amelyek az építési folyamatot a modern automatizált gyártáshoz teszik hasonlóvá. Több hasonló, de nem szinonim fogalom tartozik a helyszíni építőipari automatizálás fogalomkörébe, beleértve az előregyártást, a volumetrikus és panelizált moduláris építést, valamint az előregyártást. Ezek a gyakorlatok az építési folyamatokat a helyszínről a gyárakba helyezik át, egy olyan ismerős és ellenőrzött környezetbe, amelyet optimalizálni lehet az automatizálás, az ipari robotika, a digitális gyártási munkafolyamatok és a gyártást és összeszerelést célzó tervezési és összeszerelési stratégiák kihasználása érdekében.

A helyszíni automatizálás az építőiparban gyakoribb, mint az automatizált helyszíni műveletek, és a gyártáshoz való közelség a gyártásból való közvetlen technológiatranszfert is könnyebben elérhetővé tette, egy fontos kikötéssel. A gyártásban az automatizált gyártósorokat jellemzően a nagy volumenű gyártásban használják, ahol az alkatrész mérete, alakja és összeszerelési sorrendje több ezer darabon keresztül konzisztens.

Míg az épületek, utak és hidak építése gyártott alkatrészekből álló összeállításokat tartalmaz, az anyagok és folyamatok sokfélesége, valamint az alkatrészenként és a projektek között rejlő eltérések egyedi kihívást jelentenek a szerszámozás (az automatizált berendezések konfigurációja a gyártósoron) számára, és a gyártósornak automatizáltnak kell lennie, ugyanakkor eléggé konfigurálhatónak ahhoz, hogy gyorsan reagálni tudjon az változtatásokra (könnyű legyen egy másik munkadarabra átállás).

A gyári automatizálás nagy beruházás, de hosszú távon időt, pénzt és erőforrásokat takaríthat meg, miközben javítja a minőségellenőrzést és a minőségbiztosítást, valamint biztonságosabb és kényelmesebb körülményeket biztosít a dolgozók számára, mivel a tipikus építési folyamatokhoz kapcsolódó ismétlődő feladatok közül sokat kiküszöböl. A gyár alapú építés környezetvédelmi előnyökkel járhat, mivel kevesebb hulladék keletkezik, kevesebb vizet használ fel, csökkenti az üzemeltetési energiát és a porszennyezést, valamint optimalizálja az anyagfelhasználást, az újrafelhasználást és az újrahasznosítást.

Automatizált folyamatokkal kombinálva pedig jelentős szerepet fog játszani az épületek és az infrastruktúra iránti globális igények kielégítésében. A legambiciózusabb automatizált építőipari gyárak némelyike arra hivatott, hogy éjjel-nappal, kevés emberi beavatkozással működjön.

Helyszíni építőipari automatizálás

Az építőipari gyári automatizálás a gyártásból származó technológiatranszfernek tekinthető (néhány kivételtől eltekintve), ahol az automatizált szerszámokat nem termékek, hanem építőelemek gyártására konfigurálják. A helyszíni építőipari automatizálás azonban más, egyedi kihívásokat és lehetőségeket rejt magában.

A helyszíni használatra készült építőipari automatizálási gépeknek eléggé hordozhatónak kell lenniük ahhoz, hogy a munkaterületre lehessen utaztatni, majd felállítani, használni és leszerelni, hogy a következő munkaterületre lehessen menni utána. Egyes esetekben a meglévő berendezéseket, például a nehéz földmunkagépeket utólagosan átalakították, és az új berendezések gyártása egyre inkább az automatizált vagy félautomatizált jövőre irányul.

Az építkezéseken még nem olyan egyszerű az automatizáció, de öles léptekkel halad ahogy a technológiák konvergálnak
Az építkezéseken még nem olyan egyszerű az automatizáció, de öles léptekkel halad ahogy a technológiák konvergálnak

A helyszíni automatizálás néhány korai példája olyan épületrendszereket eredményezett, amelyeket az ilyen automatizált építési rendszerekkel való együttműködésre specializáltak, és sok esetben csökkentették az épület egyediségét.

Ma már van lehetőség az automatizált építésre, amely támogatja az egységek közötti variációkat, miközben szabványosított elemeket is használ. Például a betonacélokat elhelyező automatizált berendezések kiküszöbölik az ismétlődő feladatokat a munkaterületen mert lehetővé teszik a betonacélok elhelyezésének teljesítményfüggő variálhatóságát anélkül, hogy ez többletköltséget jelentene, és azáltal hogy az anyagot pontosan oda helyezik, ahol szükség van rá, csökkentik a hulladékot.

A bostoni székhelyű NeXtera Robotics start-up cég helyszíni építőipari automatizálási rendszereket gyárt – például az Oliver építési helyszínt szkennelő és elrendező robotot. Bizonyos helyszíni építőipari automatizálási gépek a helyszíni előregyártáson kívül is alkalmazhatók, mint például a NeXtera által kifejlesztett gipszkartonszerelő robotok, amik helyszíni alkalmazása szállítási költségeket takaríthat meg az építtetőnek.

Más cégek szintén az elrendezés kihívására összpontosítanak – ami egy fárasztó feladat, ahol pontosságra van szükség. A Dusty Robotics például olyan mobil robotplatformokat vet be, amelyek egy digitális modellből számolják az építési adatokat, és ezeket az adatokat az építkezés helyszínére továbbítják, úgy hogy lényegében közvetlenül magára az épület padlójára nyomtatják az építési utasításokat, időt és munkát takarítva meg, és javítva a pontosságot.

Robotika az építőiparban

A robotok, különösen az ipari robotkarok és a mobil robotplatformok fontos szerepet játszanak az építőiparban az automatizálásról folytatott beszélgetésekben. Elképzelhető egy olyan jövő, amelyben építőipari robotok vannak, de ma a gyártáson alapuló robotok kerülnek át az építőiparba. Az olyan vállalatok, mint az ULC Technologies, egyedi megoldásokat fejlesztenek, és az ipari robotikát építkezéshez illeszkedő munkacellákba integrálják.

Az általa kifejlesztett útépítési és földmunkarendszer például automatizált, sebészi pontosságú javításokat végez az út alatti infrastruktúrán, minimális telephelyi zavarás mellett. A kollaboratív robotok vagy cobotok olyan különböző szintű autonómiával rendelkező robotok, amelyek az emberek mellett dolgoznak. A ilyen robotok jellemzően kettős redundanciájú biztonsági előírásokkal rendelkeznek, hogy ne okozzanak sérülést. Az építőipar számára készült robotokat kifejezetten úgy tervezhetik, hogy az aktív munkaterületek bizonytalan és állandóan változó környezetében tudjanak navigálni.

A helyszíni ember-robot együttműködésre példa a Construction Robotics (CR) SAM100 (Semi-Autonomous Mason) kőműves robotja. Ez a robotrendszer az építőmunkások mellett működik, hogy gyorsabbá, kevésbé megerőltetővé és kevésbé ismétlődővé tegye a munkájukat. A SAM100 segítségével az emberi kőművesé a helyszíni beállítás és a végső falminőségi értékelés, míg a SAM szétosztja és elhelyezi az egyes falazóegységeket.

Autonóm építőipari berendezések

Ahogyan az autonóm autók az utcákon, úgy a félautonóm és autonóm építőipari berendezések az építkezéseken dolgoznak. A korai modelleket már kipróbálták, és a szakértők azt jósolják, hogy az autonóm építőipari járművek idővel mindennapossá válnak. Az olyan iparágak, mint a mezőgazdaság és a bányászat már régóta élvezik a berendezések automatizálásának és távvezérlésének előnyeit, és egyre inkább az építőiparban is alkalmaznak ilyen típusú gépeket. Az automatizálás más formáihoz hasonlóan ezek a berendezések is a nagyobb biztonság, a nagyobb termelékenység és a nagyobb hatékonyság potenciális előnyeit kínálják.

Az automatizált építőipari berendezések az automatizálást az épület egyes részein és alkatrészein túlra kiterjesztik, és lehetővé teszik az iparág számára, hogy a munkaterületet a terepen lévő gyárnak tekintsék.

A nehézgép-iparág vezetői, például a Caterpillar, olyan építőipari járműveken dolgoznak, amelyek valószínűleg teljesen autonómok lesznek, de jelenleg félautonómok. A Caterpillar távvezérelt D11T buldózere például kamerákkal van felszerelve, amelyek segítségével egy munkás egy több száz méterre lévő pótkocsiról irányítja a járművet.

Példák az építőipari automatizálásra

Az új-zélandi székhelyű Howick több mint 40 éve gyárt csúcstechnológiás gépeket, és jelenleg az építőipari vázszerkezetek gyártására szolgáló precíziós acél hengerformázó gépekre specializálódott. Egy közelmúltbeli projekt során a Windover Construction virtuális tervező és kivitelező csapata egy Howick X-Tenda 3600 teleszkópos acélváz-gyártó gépet használt, hogy 15 óra alatt 935 előfúrt, előre felcímkézett tetőgerendát készítsen a Cape Ann YMCA számára Gloucesterben.

Ezután a Fologram vegyes valóság (MR) technológiájának segítségével, amely a csatlakoztatott 3D-modelladatok felhasználásával “holografikus sablonokat” alkalmaz az MR-fejhallgató felhasználójának látómezejére, a Windover három nap alatt, egyszerre csak egy emberrel szerelte össze a tartógerendákat, mintegy 70%-kal csökkentve a projekt idejét és a költségeket körülbelül felére.

A Howick gépei egyszerűsítik az összeszerelést azáltal, hogy automatizálják az összetett tekercselt acélból készült alkatrészek gyártását, és részletes összeszerelési utasításokat adnak. A Howick és a Virginia Tech Design Research Center for Design Research Zambia távoli területein alkalmazza ezt a berendezést, hogy a közösségi orvosi klinikák gyártási idejét hat hónapról hat hétre csökkentse.

Milyen előnyei vannak az építőipari automatizálásnak ?

Az építőipari automatizálás számos előnye egymással összefügg és egymásra épül, így az egyik előny növelésére való összpontosítás további előnyök megtapasztalásához vezet. Az automatizálás segít a projektek gyorsabb és hatékonyabb befejezésében, ami általában környezeti előnyöket és fenntarthatóbb építést is eredményez. A kanadai Vancouverben található Intelligent City például robotizált automatizálást alkalmaz előregyártott moduláris házainál, aminek eredményeként 15%-kal nagyobb termelési hatékonyságot, 38%-kal gyorsabb befejezést és 30%-os hulladékcsökkentést ért el.

A Skanska globális építőipari vállalat helyszíni robothegesztést alkalmaz az acélbetétkosarak gyártásához, ami javította a minőséget, az alkalmazottak termelékenységét és a biztonságot. Csökkentette továbbá a terjedelmes, kész betonacél kosarak építkezésekre történő szállításának költségeit és környezeti terhelését.

Sok mindent kell tenni az építőipar átalakítása érdekében a fenntarthatóság és a környezetbarát jelleg irányába. Szerencsére az építőipari automatizálás számos módon hozzájárul az iparág fenntarthatósági kezdeményezéseihez:

Az automatizálási technológiák, például a drónok, segítik a megújuló energiát hasznosító létesítmények, például szélturbinák és napelemes tetők építését.
A helyszíni moduláris építkezés maximálisan kihasználja az anyagokat azáltal, hogy növeli az újrahasznosítást és csökkenti a hulladékanyagok mennyiségét. A helyszíni modulok hatékony szállítása a munkaterületekre 75%-kal csökkentheti a munkások által megtett átlagos kilométerek számát. Az elektromos építőipari nehézgépek, mint például a Caterpillar teljesen elektromos 26 tonnás kotrógépe, akár 52 tonnával is csökkenthetik egyetlen gép szén-dioxid-kibocsátását.

Mivel az építőipari robotok általában gyorsabban és pontosabban végzik el a feladatokat, mint az emberek, csökkenthetik a termelési késedelmeket, ami csökkenti a gépek üzemeltetéséből és a munkaterület aktívan tartásából eredő környezetszennyezést. A pontosságuk csökkenti a hibákból és az utómunkákból eredő anyagpazarlást is.

A lakossági igények miatt nem túlzás ezt lakásválságnak nevezni. Ha az emberek továbbra is úgy építkeznek, ahogy eddig, a bolygó tönkremegy. Szó szerint nincs elég homok ahhoz, hogy a számokhoz szükséges mennyiségű portlandcementet előállítsák. Tehát az embereknek meg kell változtatniuk az építkezési módjukat.

Az automatizálás szerepet fog játszani az új újrahasznosítási képességekben, amelyek elkezdhetik kezelni az erőforráshiányt. A brit WRAP nonprofit szervezet például az Autodeskkel együttműködve dolgozik az épületekből származó üveglemezek újrahasznosításán úgy, hogy egy tartályban összetörik és beolvasztják, hogy tiszta új üveg készüljön belőle.

Csökkentett munkaerőhiány-hiány

Az ABB Robotics és az Associated General Contractors of America (AGC) által az Autodeskkel közösen végzett két közelmúltbeli felmérés megerősítette az építőiparban tapasztalható munkaerőhiány nagyságrendjét, ami Magyarországot is sújtja.

  • Az építőipari cégek 80%-a nehezen tudja betölteni az órabéres, kézzel való munka pozíciókat.
  • Az építőipari vállalkozások 91%-a számít arra, hogy a következő 10 évben szakképzettségi válsággal kell szembenéznie.
  • Az építőipari munkaerőhiány kezelésére számos kezdeményezésre lesz szükség, például a szakképzés újbóli bevezetésére a szak, és középiskolákban.

Az építőipari automatizálás alkalmazásának növelése azonban azzal a kombinált hatással járhat, hogy csökkenti a hagyományos szakképzettségekre való támaszkodást, amelyek szakértői nyugdíjba vonulnak, és vonzza a fiatalabb munkavállalókat, akik hozzászoktak a fejlett technológiával való munkához, és akik izgalmasnak találják a fejlett technológiával való munkavégzést. Az ABB Robotics felmérésében részt vevők 81%-a tervezi az építőipari automatizálás bevezetését vagy növelését a következő 10 évben. Ez a stratégia segít a vállalatoknak abban is, hogy a lehető legtöbbet hozzák ki a meglévő alkalmazottaikból azáltal, hogy megadják nekik a 100%-os hatékonysághoz szükséges technológiát.

A gépek azonban nem a munkahelyeket automatizálják, hanem a feladatokat. Például a lyukfúrás helyett az ember feladata lehet a gyorsabb és pontosabb lyukfúró robotokkal való munka és azok karbantartása. Az ilyen technológia bevezetése valószínűleg a szükséges készségekkel rendelkező munkavállalók alapbérét is megnöveli. És ahelyett, hogy az automatizálás csökkentené a munkahelyek számát, a McKinsey & Company tanácsadó cég 2030-ra további 200 millió építőipari munkahelyet vár világszerte, ha az országok elkötelezik magukat az infrastruktúra és a megfizethető lakhatás javítása mellett.

Ezen okok miatt az építőipari automatizálásnak új stratégiákkal kell együtt járnia az egész életen át tartó, személyre szabott oktatásra, amely a munkavállalók egész pályafutásuk során tovább, és átképzi őket, és amelyet az építőipari cégek és/vagy a kormányok támogatnak.

Mi az építőipari automatizálás jövője ?

Amint a gyártási ágazat megmutatta, amint az automatizálás elér egy bizonyos küszöböt az elfogadásban, van egy pont, ahonnan nincs visszaút, és egy bizonyos méretű vállalkozásnak be kell vezetnie az automatizálást, hogy versenyképes maradjon. Az ABB Robotics globális felmérése szerint 2022-től az építőipari vállalatoknak csak 55%-a használ robotikát (Magyarországon ez az arány jóval alacsonyabb), de az építőipari automatizálás bevezetése iránti kinyilvánított érdeklődés, a készséghiány és az építőipari fenntarthatóság javítására irányuló törekvés miatt az automatizálás és a robotika erőteljes bevezetése valószínűleg hamarosan normává válik az építőiparban.

Keressen valamilyen témában

Cikkek amelyek érdekelhetik.....