Роботизация строительства: где машины заменяют людей

Строительная площадка традиционно ассоциируется с большим количеством рабочих, тяжелой техникой и ручным трудом. Но эта модель постепенно меняется.

Роботы уже умеют выполнять кладку, сварку, 3D-печать конструкций, бурение, демонтаж, инспекцию и другие операции. В некоторых случаях машина работает рядом с человеком, а в других — полностью берет на себя отдельный этап производственного процесса.

При этом речь пока не идет о полном исчезновении людей со строительной площадки. Главная тенденция заключается в другом: роботы забирают наиболее повторяющиеся, тяжелые, опасные и монотонные операции, а человек остается ответственным за управление, контроль и инженерные решения.

Для промышленного строительства эта тенденция особенно важна. Чем крупнее объект и выше требования к скорости и точности, тем больше потенциальная ценность автоматизации.

Почему строительство начинает роботизироваться

В строительной отрасли одновременно существует несколько проблем:

• нехватка квалифицированных кадров;
• рост стоимости рабочей силы;
• необходимость сокращать сроки;
• высокие требования к безопасности;
• большое количество повторяющихся операций;
• сложность контроля качества;
• необходимость работать с большими объемами данных.

При этом многие строительные процессы практически не меняются десятилетиями.

Рабочий должен выполнить одну и ту же операцию сотни или тысячи раз.

Именно такие задачи становятся первыми кандидатами на автоматизацию.

Роботу не нужно делать перерыв после нескольких часов однообразной работы. Он может выполнять одну операцию с одинаковой последовательностью и заданной точностью.

Где строительные роботы уже работают

Роботизация строительства развивается сразу по нескольким направлениям.

Одни системы работают непосредственно на площадке.

Другие выполняют часть строительных операций на производстве.

Третьи используются для контроля и сбора информации.

В результате постепенно формируется новая цепочка:

цифровой проект → автоматизированное производство → роботизированный монтаж → цифровой контроль.

1. Роботы-каменщики

Кладка кирпича — один из наиболее очевидных процессов для роботизации.

Почему?

Потому что операция повторяется огромное количество раз.

Робот может:

• взять строительный элемент;
• нанести раствор;
• определить координаты;
• установить кирпич;
• повторить операцию.

Человек при этом контролирует процесс, выполняет сложные участки и отвечает за организацию работ.

Главное преимущество заключается в скорости и стабильности выполнения повторяющихся операций.

Для крупных объектов с большим объемом однотипной кладки это может быть особенно эффективно.

2. Роботы для сварки металлоконструкций

Промышленное строительство невозможно представить без металлоконструкций.

Производственные корпуса, эстакады, склады, технологические площадки и различные инженерные сооружения требуют огромного количества сварных соединений.

Автоматизация сварки позволяет:

• повысить повторяемость;
• обеспечить стабильное качество;
• сократить количество ручных операций;
• работать с большими объемами;
• уменьшить влияние человеческого фактора.

При этом наиболее эффективно роботизация работает там, где конструктивные элементы имеют повторяющуюся геометрию.

И здесь особенно важна связь между проектированием и производством.

Если конструкция заранее подготовлена в цифровой среде, данные могут использоваться для автоматизированного изготовления.

3. Роботы для 3D-печати зданий

Одно из самых заметных направлений инноваций строительства — 3D-печать.

Принцип напоминает обычный 3D-принтер, только вместо пластика используется строительная смесь.

Машина послойно формирует стены или отдельные элементы конструкции.

Потенциальные преимущества:

• сокращение ручного труда;
• высокая повторяемость;
• снижение количества отходов;
• возможность создавать сложную геометрию;
• автоматизация части строительного процесса.

Однако технология пока имеет ограничения.

Не все элементы здания можно напечатать, а вопросы армирования, инженерных систем, нормативного регулирования и отделки требуют отдельных решений.

Поэтому 3D-печать пока скорее дополняет традиционное строительство, чем полностью заменяет его.

4. Роботы для демонтажа

Демонтаж — одна из наиболее опасных строительных операций.

Рабочим приходится находиться рядом с:

• тяжелыми конструкциями;
• пылью;
• вибрацией;
• шумом;
• нестабильными элементами;
• строительным мусором.

Здесь роботизация имеет очевидное преимущество.

Дистанционно управляемые машины могут выполнять разрушение конструкций, находясь на безопасном расстоянии от человека.

Особенно актуально это при реконструкции промышленных объектов, где необходимо демонтировать отдельные участки действующего предприятия.

5. Роботы для бурения и резки

Бурение отверстий и резка материалов также относятся к операциям, которые можно частично автоматизировать.

Роботизированные системы способны выполнять работы с высокой точностью по заранее заданным координатам.

Если эти координаты получены из BIM-модели, вероятность ошибки дополнительно снижается.

Например, система получает информацию о расположении инженерных коммуникаций и определяет точку, в которой необходимо выполнить отверстие.

Это гораздо безопаснее, чем работать исключительно по бумажному чертежу.

6. Роботы-инспекторы

Не все строительные роботы что-то строят.

Некоторые из них только проверяют объект.

Мобильные роботы, дроны и автоматизированные системы могут использоваться для контроля:

• конструкций;
• фасадов;
• трубопроводов;
• сварных соединений;
• высотных элементов;
• труднодоступных зон.

Они способны выполнять регулярные обследования и фиксировать изменения.

В будущем такие системы могут стать важной частью цифрового контроля строительства.

BIM + роботизация: почему эти технологии связаны

Робот без точных данных ограничен.

Он должен знать:

что делать, где делать и с какой точностью.

Именно поэтому BIM становится одним из ключевых элементов роботизированного строительства.

В цифровой модели содержатся координаты, размеры, параметры и взаимосвязи элементов.

Эти данные могут использоваться для автоматизации различных операций.

Например:

BIM-модель → цифровое задание → робот → выполнение операции → контроль результата.

Так возникает связь между проектированием и физическим строительством.

Именно этот переход является одним из главных изменений современной строительной отрасли.

Подробнее: Как BIM снижает стоимость ошибок

Когда робот действительно выгоднее человека

Роботизация имеет смысл далеко не во всех случаях.

Наиболее эффективны машины там, где работа:

• повторяется;
• выполняется в больших объемах;
• требует высокой точности;
• связана с опасностью;
• физически тяжела;
• выполняется по четкому алгоритму.

Например, установить 2 000 одинаковых элементов — хорошая задача для автоматизации.

А вот уникальную конструкцию сложной формы, которую необходимо постоянно адаптировать к реальным условиям площадки, пока проще поручить человеку.

Поэтому вопрос должен звучать не:

«Может ли робот заменить рабочего?»

А:

«Какая часть процесса может быть безопаснее, быстрее и эффективнее выполнена машиной?»

Роботизация особенно перспективна для промышленных объектов

На промышленном строительстве потенциальный эффект автоматизации выше.

Причина — масштаб.

Завод может включать:

• тысячи тонн металлоконструкций;
• километры трубопроводов;
• огромные площади;
• сотни единиц оборудования;
• повторяющиеся монтажные операции.

Если автоматизировать даже небольшую часть таких процессов, эффект может быть значительным.

Кроме того, промышленное строительство обычно требует высокой точности.

Ошибка при монтаже одной конструкции может повлиять на последующие работы.

Поэтому сочетание цифрового проектирования и автоматизированного монтажа становится особенно привлекательным.

Роботы не заменяют инженеров

Это один из самых важных моментов.

Даже полностью автоматизированная строительная операция требует подготовки.

Кто определяет:

• параметры работы;
• допустимые отклонения;
• последовательность операций;
• требования безопасности;
• исходные данные?

Инженер.

Поэтому роботизация не отменяет инженерные профессии.

Наоборот, она повышает требования к специалистам.

Будущий инженер должен понимать не только строительную технологию, но и:

• BIM;
• цифровые модели;
• автоматизацию;
• роботизированное оборудование;
• обработку данных;
• контроль качества.

Дефицит кадров ускоряет роботизацию

Для Казахстана эта тема особенно актуальна.

Строительная и промышленная отрасли сталкиваются с нехваткой квалифицированных специалистов.

В такой ситуации роботизация может стать не просто способом сократить расходы, а инструментом сохранения производственных возможностей.

Если компания не может найти достаточное количество рабочих для выполнения повторяющихся операций, часть задач можно передать автоматизированным системам.

Подробнее: Дефицит инженеров в Казахстане: вызов для строительства

Но при этом потребуется подготовка специалистов нового поколения — инженеров и операторов, способных работать одновременно со строительными технологиями и цифровыми системами.

Главная проблема — не купить робота, а изменить процесс

Самая распространенная ошибка при внедрении инноваций — считать, что достаточно приобрести оборудование.

На самом деле роботизация требует изменения всей технологической цепочки.

Необходимо определить:

• что именно автоматизируется;
• какие данные получает машина;
• как подготавливается цифровое задание;
• кто контролирует результат;
• как исправляются отклонения;
• как робот взаимодействует с другими участниками строительства.

Если эти процессы не продуманы, дорогостоящее оборудование может оказаться малоэффективным.

Автоматизация начинается еще на стадии проектирования

Чтобы робот мог эффективно работать на строительной площадке, объект желательно изначально проектировать с учетом будущей автоматизации.

Это означает необходимость учитывать:

• стандартизацию элементов;
• повторяемость конструкций;
• монтажные последовательности;
• доступность оборудования;
• транспортировку элементов;
• цифровые координаты;
• требования роботизированного монтажа.

Так появляется принцип:

Design for Automation — проектирование с учетом автоматизации.

То есть проектировщик заранее думает не только о том, как построить объект, но и о том, как его будет строить машина.

Роботизация и модульное строительство

Еще более интересным становится сочетание роботов с модульным строительством.

Большая часть работ переносится с площадки на производство.

В заводских условиях роботы могут выполнять:

• сварку;
• сборку;
• резку;
• нанесение покрытий;
• монтаж отдельных инженерных компонентов.

После этого готовый модуль доставляется на объект.

На площадке остается только собрать систему.

Такой подход способен значительно сократить продолжительность строительства.

Подробнее: Как спроектировать завод с учетом будущего расширения производства

Что будет происходить в ближайшие годы

Вероятнее всего, строительная площадка будущего будет представлять собой не полностью автономный объект, а совместную среду человека и машин.

Рабочие будут выполнять сложные и нестандартные операции.

Роботы — повторяющиеся и опасные.

Дроны — контролировать площадку.

BIM — предоставлять цифровые данные.

AI — анализировать информацию.

Инженеры — принимать решения.

Такая система будет работать значительно эффективнее, чем попытка заменить всех людей роботами.

Как роботизация изменит стоимость строительства

Экономический эффект может формироваться сразу из нескольких источников.

Снижение трудозатрат

Часть повторяющихся операций выполняется автоматически.

Сокращение сроков

Роботы способны работать с высокой производительностью на определенных типах задач.

Меньше переделок

Автоматизация повышает повторяемость операций.

Повышение безопасности

Опасные процессы можно выполнять дистанционно.

Более предсказуемое качество

При одинаковых условиях машина выполняет операцию по заданному алгоритму.

Однако роботизация требует первоначальных инвестиций.

Поэтому экономический эффект необходимо рассчитывать для конкретного проекта, а не предполагать автоматически.

Строн Инжиниринг и переход к цифровому строительству

Для Строн Инжиниринг роботизация рассматривается как логичное продолжение цифрового проектирования.

Компания работает с промышленными объектами, где особенно важны точность, координация большого количества разделов и возможность контролировать проект на протяжении всего жизненного цикла.

BIM позволяет создать цифровую основу проекта.

Следующий этап — использовать эту информацию не только для выпуска документации, но и для строительства, контроля и последующей эксплуатации.

В перспективе именно такая интеграция может сформировать новую модель:

проектирование → BIM → автоматизированное производство → роботизированное строительство → цифровая эксплуатация.

Подробнее: Промышленное проектирование 

Что останется человеку

Несмотря на стремительное развитие роботизации, полностью исключить человека из строительства невозможно.

Потому что строительство — это не только выполнение повторяющихся операций.

Необходимо:

• анализировать ситуацию;
• принимать нестандартные решения;
• управлять проектом;
• взаимодействовать с заказчиком;
• учитывать нормативные требования;
• контролировать безопасность;
• отвечать за результат.

Робот может идеально выполнить заданную команду.

Но именно инженер должен определить, какую команду необходимо дать.

Заключение

Роботизация строительства перестает быть технологией далекого будущего.

Роботы уже используются для кладки, сварки, демонтажа, бурения, 3D-печати, инспекции и других операций.

Но настоящая революция произойдет тогда, когда роботизированное оборудование будет полностью связано с цифровой моделью объекта.

Тогда строительная площадка превратится в продолжение цифрового проекта:

BIM определяет, что необходимо построить → автоматизация определяет, как выполнить операцию → робот выполняет ее → цифровая система проверяет результат.

Для Казахстана такая модель особенно перспективна на фоне роста промышленного строительства и дефицита квалифицированных кадров.

При этом будущее отрасли — не в противостоянии человека и машины.

Будущее — за строительными командами, в которых инженерный опыт человека объединяется с точностью, скоростью и возможностями автоматизированных систем.