Роботизация строительной отрасли — на один шаг ближе к BIM. Часть 2

В продолжении нашего материала о роботизации строительной отрасли , в этой статье мы расскажем вам о практике использования различных технологических операций с использованием роботов на опытных строительных площадках, а также успешных кейсах строительства. 

Примеры использования Роботов в BIM-проектах 


В последнее время известные компании нередко используют роботов в своих исследованиях и BIM-проектах на этапе строительства. Результатами их опыта становятся реальные, качественно выполненные и многообещающие проекты.

Tekla Structures / LM80 Интеграция ПО для КПК 


Tekla Structures в сотрудничестве с Trimble разработала программное обеспечение, которое облегчает интероперабельность двух технологий — информационного моделирования и  роботизированного тахеометра. Программное обеспечение LM80 от Trimble способно передавать точные данные от Диспетчера разбивок Tekla Structures на роботизированные станции Trimble. Оно позволяет легко задать координаты структурных элементов.  Swinerton Builders стала первой строительной компанией, применившей данное программное обеспечение на объекте, — в рамках проекта  Waikiki Plaza Expansion в Гонолулу. «Благодаря такому объединению мы получили возможность передавать точную, согласованную информацию на строительную площадку. До интеграции Tekla  Structures и программного обеспечения Trimble LM80, мы были вынуждены тратить много времени в офисе на разработку адекватных измерительных систем и их перепроверку», —  так Дуг Пааш,  руководитель проектов в Swinerton, отозвался об опыте использования данного ПО.

Компания воспользовалась данной технологией и в рамках проекта реконструкции кампуса колледжа, расположенного в 60 милях от Сакраменто. Старший инспектор и чертежник-конструктор Джереми Мелтон так описал процесс: «Еще более практичным для нас оказалось то,  что как только был заложен фундамент или выполнен другой этап работ, мы могли оперативно повторно обследовать строительную площадку, чтобы определить фактическое местоположение каждого элемента и, на основе данных, собранных на местах, скорректировать исходную 3D-модель с целью получения фактической картины, составления плана расположения стен и других элементов и создания чертежей»

Мобильные Роботы-Сканеры для BIM


Понятие Мобильных Роботов впервые появилось в 40-х годах, а сегодня они широко используются в коммерческих и промышленных сферах. Речь идет о переносных машинах, некоторые из которых способны говорить, перемещаться, заниматься уборкой, делать снимки и так далее. Несмотря на целый ряд достоинств и преимуществ, они никогда ранее не применялись на этапах проектирования или строительства. Сегодня мобильные роботы призваны удовлетворять потребности отрасли строительства, в особенности там, где применяется BIM-технология. Они оборудованы Wi-Fi-соединением, локальной системой позиционирования (LPS) и цифровыми камерами. Технология LPS позволяет роботам сканировать здание по горизонтали до 1000 м2 в минуту, а по вертикали — до 4 футов в высоту. Полученные данные могут применяться на этапе проектирования.  При помощи радио сигнала робот способен передавать проектным командам координаты, показатели температуры, радиации и даже качества воздуха. Технология окажется полезной и с точки зрения дальнейшей эксплуатации объекта, поскольку позволит получать фото и видео материалы, отражающее текущее состояние здания.

Skanska интегрирует Роботов с BIM


Шведская строительная компания Skanska уже давно и успешно применяет технологию информационного моделирования на всех своих проектах. Кроме того, она интегрировала роботов в строительных процесс, и сегодня они взаимодействуют с программным обеспечением для BIM. При строительстве своего офиса в Норвегии компания использовала роботов, выполняющих буровые работы в четком соответствии с BIM моделью. «Во время недавнего испытания при строительстве головного офиса Skanska в Норвегии буровой робот, установленный на мобильную подъемную платформу, справился в два с половиной раза быстрее, чем бригада из двух рабочих, выполняющая тот же объем работ традиционным способом», — объяснил Руперт Ханна, BIM-менеджер. В Швеции компания применяла роботов для гибки и сварки арматуры, используемой для производства свай.  Региональный менеджер Skanska рассказал: «Мы приобрели своего первого робота для этой цели в 1990-х, а в этом году они позволят заводу произвести 175,000 метров бетонных свай». Американский офис компании принял участие в исследовании, посвященном изучению возможности использования роботизированного тахеометра для измерения и получения глобальных координат. Исследование было подготовлено студентами Техасского университета A&M в Колледж-Стейшен, его замысел во многом напоминает функционал программного обеспечения от Trimble и Tekla Structures, с той лишь разницей, что студенты использовали станции с поддержкой изображений  (IATS), оборудованные камерами. 


Роботы могут успешно применяться в BIM-проектах

Квадрокоптеры
Швейцарский исследовательский центр Gramazio Kohler Research неоднократно изучал использование квадрокоптеров в процессе строительства. В рамках одного из экспериментов эти летающие механизмы успешно монтировали 6-метровую модель спиральной башни из 1500 пеноблоков. Квадрокоптер захватывает блок и получает точные координаты от системы захвата движения, установленной под потолком. Скорость монтажа составляет около 100 блоков в час. Все это позволяет использовать роботов для легкой установки элементов пространственной рамы,  в том числе,  на большой высоте. Более того, квадрокоптеры могут использоваться для растяжимых структур, например, переноски и затяжки кабелей. Внедрение квадрокоптеров способно произвести настоящую революцию в строительстве благодаря своим невероятным результатам.

Роботы для Бетонной, Стальной и Полимерной 3D печати


Китайской компании WinSun удалось построить целые дома из бетона и другого вторичного сырья благодаря использованию огромного 3D принтера. В компании рассказали, что в рамках проекта было сэкономлено 60% строительных материалов, 70% временных и 80% трудовых ресурсов. 
Йорис Лаарман совместно с MX3D разработал стальной принтер, который позволил полностью воссоздать мост через канал Олдезейдс Ахтербургваль в Амстердаме. Процесс печати начался в 2015 году и ожидается, что мост будет закончен в 2017. 


Полимерные принтеры появились в 2007 году, их создателями выступили профессоры строительства и цифрового производства Швейцарской Высшей Технической Школы Цюриха. 

Изначально в качестве печатного материала использовалась готовые полиуретановые пеноблоки. Принтер печатал слой за слоем, затем слои нагревались и затвердевали. Скорость печати составляла около 30 см в минуту. Принтер достаточно удобен и может использоваться для производства дважды изогнутых сеток или консолей в виде пористого материала.

Компания “Спецавиа” 
Компания «Спецавиа» из Ярославля стала первой в России фабрикой по производству 3D-принтеров.  На их принтерах был напечатан фонтан в Кишеневе, купол часовни в Солонино, одноэтажный жилой дом с круглыми углами-колоннами; в Чехии продукция фабрики позволила местной администрации перерабатывать строительный мусор в тротуарную плитку. Генеральный директор компании, Александр Маслов, так описывает процесс печати: «Маленькая коробка на стене — это «мозг» машины. Инженер рисует в программе, например в графическом редакторе, 3D-модель будущего сооружения. Загружает эти данные в «мозг». Дальше действует исполнитель — портальный кран. На конце крана — насадка, напоминающая кондитерский шприц, из которого выдавливают массу на торт. Кран рисует «восьмерку» — напечатать можно элементы любой формы: круг, квадрат, ромб. Серая смесь из песка и бетона ровными слоями ложится на подставку».

Принтер позволяет напечатать необходимые детали в цехе, после чего они будут доставлены на строительную площадку и склеены с помоью обычных строительных смесей. При необходимости на строительную площадку  можно доставить и сам принтер, чтобы напечатать объект на месте.  Строительный 3D-принтер позволяет автоматизировать создание несущих стен, перегородок и ограждающих конструкций, снижая временные и финансовые затраты по сравнению с традиционными способами строительства, например, печать элементов стен оказывается дешевле на 30%.

Apis Cor
В 2014 году Иркутская компания Apis Cor начала работать над альтернативой портальной конструкции 3D-принтеров, которые, в силу крупных габаритов, как правило, использовались для печати элементов зданий на производстве, так как были сопряжены со сложной транспортировкой. Apis Cor стремилась к более мобильному решению. Созданный ими прототип работал по циркульной конструкции (печатал слои материала вокруг себя) и в 2017 году был опробован на печати одноэтажного здания площадью 38м2 в подмосковном городе Ступино. Апробация прошла успешно и показала, что технология готова для массового использования, пуск и наладка принтера на месте занимают не более часа. Печать стен дома была адаптирована для различных способов термоизоляции и заняла 24 часа машинного времени. Качество поверхности напечатанных стен позволяло сразу проводить  работы по финишной отделке, снижая стоимость отделочных работ и позволив сэкономить до 70% средств на возведении коробки здания. Максимально автоматизированного процесса печати удалось добиться благодаря мобильному строительному принтеру в сочетании с автоматической системой замешивания и подачи смеси, которые практически исключали человеческий фактор. 
Действующий прототип был рассчитан на максимальную высоту возводимого здания 3 метра, а температурный режим для принтера составлял от -50 до +50 градусов. Однако используемая бетонная смесь позволяла работать лишь при +5 и выше, что потребовало дополнительного времени на наладку оборудования в зимнее время. В будущем компания планировала решить данную проблему благодаря использованию геобетона.  

Усовершенствованный принтер от Apis Cor был использован для строительства самого большого на сегодняшний день 3D-печатного здания в мире. Речь идет о строительстве двухэтажного административного здания в Дубае с высотой этажа 4,7м и общей площадью 640м2. Местные власти планируют увеличить долю 3D-печати в строительстве до 25% к 2030 году. С учетом сложных погодных условий для проекта был разработан новый состав смеси на основе гипса из местных строительных материалов. Весь проект занял 500 часов машинного времени, по 8 часов в день, и был завершен в августе 2019 года.

Сегодняшние составы смеси и возможности машин, используемых для 3D-печати, позволяют перейти к многоэтажному строительству, главным препятствием здесь остается отсутствие законодательной базы.