BIM otevírá dveře k robotizaci stavebnictví

Metoda BIM je v současné době velmi populární, a zejména v odborných kruzích poměrně často skloňovaný termín. Přitom se nejedná o žádnou horkou novinku, její základy byly položeny už někdy v 60. letech minulého století (takže se dokonce nejedná ani o nějaký moderní IT výstřelek). Pravdou ale je, že od té doby se metoda výrazně proměnila, a projevilo se to i v jejím samotném názvu. Původně totiž zkratka BIM znamenala Building Information Modelling, jak se ale postupně pojetí informací o stavbě rozšiřovalo, změnil se BIM na Building Information Management, což je česky překládáno jako správa informací o stavbě. A s tímto pojetím pracuje také chystaná legislativa, tedy takzvaný zákon o BIM, který nese oficiální název „zákon o správě informací o stavbě a informačním modelu stavby a vystavěného prostředí“. Jeho věcný záměr prošel letos mezirezortním připomínkovým řízením a v současné době vzniká jeho paragrafové změní. Záhy by měl legislativní proces pokračovat.

Dokonce i v odborných kruzích stále přetrvává určité klišé, že metoda BIM se týká vlastně jen projektové dokumentace. I proto bývá někdy, poněkud pejorativně, označována za novou hračku pro architekty. To je ale realitě skutečně vzdáleno, jak už ostatně naznačuje i český překlad této zkratky. Metoda BIM je ve skutečnosti cestou k digitalizaci celého stavebnictví jako průmyslového sektoru. V podstatě jde o proces digitální transformace, kterým už prošla celá řada dalších sektorů ekonomiky. Jakožto velmi konzervativní obor, zůstává stavebnictví jedním z nejméně digitalizovaných sektorů průmyslu, což se bohužel negativně projevuje ve stagnaci efektivity práce (pomaleji roste už jen v případě rybolovu).

Metoda BIM přináší do stavebnictví práci s digitálními informacemi. Důležité je, že její využívání neznamená nutnost nové informace vytvářet. Naprostou většinu z nich již dnes máme. BIM je však dokáže proměnit v informace strukturované, vzájemně provázané a opakovatelné, a především strojově čitelné (tedy digitální), což je z pohledu budoucí robotizace klíčové. Význam této charakteristiky se samozřejmě neomezuje jen na roboty v realizační fázi, kteří budou přímo stavět. Strojové zpracování informací můžeme využívat po celou dobu životního cyklu stavby, kdy lze automatizovat některé administrativní a další procesy. Dnes se běžně využívá například automatická kontrola digitálního modelu stavby (DiMS) umožňující odhalit případné kolize, které by se jinak projevily až na samotné stavbě. A mohly by znamenat zbytečně vynaložené náklady navíc.

Základ metody BIM je přitom poměrně prostý – shromáždit všechny relevantní informace o stavbě na jednom místě v takzvaném informačním modelu stavby (IMS) a umožnit jejich sdílení pro všechny stavařské profese po celou dobu životního cyklu stavby. To je poměrně zásadní změna oproti současnosti, dnes se totiž řada informací ztrácí a různé profese je musí zadávat opakovaně. Nejenže to stavbu prodražuje, ale navíc se mohou objevit (a objevují) chyby. IMS tedy vzniká už od počátku – když se začne rodit stavební záměr, už máme první informace vázané ke stavbě. Postupně pak informace rostou. Ale protože jsou digitální a máme je soustředěny na jednom místě, stále s nimi – bez ohledu na objem – můžeme efektivně pracovat. Vyhledávat v nich, třídit je, a nechat je i strojově číst či zpracovávat.

Poměrně malou, byť důležitou, částí IMS je geoprostorová reprezentace stavby (tedy 3D) nazývaná digitální model stavby (DiMS). Ten by měl být co nejpřesnějším odrazem skutečné stavby ve virtuálním prostoru. Nejde však jen o pouhé grafické zobrazení, jak si stále mnoho lidí myslí. DiMS v sobě kromě grafických nese také negrafické informace (vlastnosti). Nejenže tak jednotlivé stavební prvky nebo části stavby vidíme, můžeme si u nich zobrazit (a načíst) také celou řadu negrafických informací. Tyto informace se využívají po celou dobu životního cyklu stavby. Současně jsou ale právě základem pro to, abychom dokázali vytvořit stavebního robota – je to totiž způsob, jak mu stavbu přesně popsat.

Naprostá většina dnes využívaných nebo vyvíjených stavebních robotů proto pro své řízení využívá právě informací načtených z digitálního modelu stavby (DiMS). Byť jsou samozřejmě obvykle přeložené nějakým interpreterem na konkrétní instrukce. Jak upozorňuje Vjačeslav Usmanov z ČVUT v Praze, jehož tým sestavil experimentálního robota-zedníka a postavil s ním základ domu z tvárnic Porotherm 44, slabinou zůstává zejména možnost využít strojové učení a umělou inteligenci. V tomto směru nás čeká ještě hodně práce.

„Každá stavba je úplně jiná, i když budete stavět dvě budovy podle totožného projektu, budou se od sebe trochu lišit. Průmyslové roboty pracují například s tolerancí materiálů v desetinách milimetru, u stavebního materiálu to může být klidně centimetr. A to už je pro robota poměrně velký problém,“ popisuje Usmanov. Jak ale naopak upozorňuje ředitel pro podporu globální digitální transformace v síti britských inovačních center Catapult Network a dřívější předseda EU BIM Task Group Adam Matthews, například nedávný úspěšný pokus se sondou DART ukázal, že máme výpočetní výkon pro to, abychom dokázali v milisekundách zpracovat obrovské množství vstupů a podle toho řídit stroj. Tak jako si sonda upravovala dráhu a rychlost letu, může si velmi záhy poradit také stavební robot.

Už dnes jsou poměrně běžně využívány samočinné robotické stroje na liniových stavbách. Je to logické, překážek, se kterými se musí vypořádat, je zde mnohem méně. Například Kraj Vysočina počítá s využitím automatického stroje řízeného daty z digitálního modelu stavby (DiMS) pro frézování asfaltové vrstvy v ulici 9. května v Třebíči.

Automatizovaný proces frézování umožní eliminovat příčné a podélné nerovnosti a zajistit dodržení správných sklonových a odtokových poměrů. Celkově to znamená vyšší přesnost práce, a tím i zvýšení kvality později položené asfaltové vrstvy. Za kratší čas tak bude dosaženo lepších výsledků než u stroje s lidskou obsluhou. Na projektech Státního fondu dopravní infrastruktury jsou robotické stroje využívány i pro řadu dalších činností, včetně pokládky asfaltu či finalizace povrchu silnice a tak dále.

V případě pozemních staveb, tedy budov, je situace o něco složitější. Ale i tady vidíme první vlaštovky, jednoznačně ukazující trend. Nejvyšší kontrolní úřad (NKÚ) využil například na stavbě svého nového sídla robotické vozítko, které bylo schopné vyvrtat otvory pro kotvicí systém TZB (tedy rozvody vody, elektřiny, topení, IT infrastruktury atd.). Stroj schopný pohybovat se po stavbě samočinně dokáže vyvrtat za den asi 600 otvorů pro kotevní systémy. A protože takových otvorů mohou být v budově tisíce, trvalo by to několika lidem i řadu dní. Robot to zvládl za pouhé tři, navíc s absolutní přesností. S mírnou modifikací je schopen i kotvy osadit. Navíc díky využití DiMS bylo možné tyto rozvody optimalizovat tak, že se podařilo výrazně snížit potřebné množství kotev k nim připojených konstrukcí.

Nejdále pak zašel – byť prozatím v experimentálním režimu – tým stavební fakulty ČVUT v Praze pod vedením Vjačeslava Usmanova. V obci Dřísy nedaleko Prahy se tým rozhodl postavit s pomocí robota část budovy. Aby bylo možné porovnat různé přístupy, skládala se stavba ze dvou zrcadlových polovin, jednu měl robot vystavět z tvárnic, druhou s pomocí 3D tisku. Podkladem byl asfaltový povrch, který pomohl zajistit co nejrovnější podklad. Kvůli zjednodušení měla každá část rozměry pouze 10 × 10 m a výšku jednoho patra. „Výhodou robota je, že nedělá chyby. Udělá vše přesně tak, jak má v programu nebo rozhodovacím algoritmu. Takže pokud se nezmýlí člověk při programování, robot nechybuje. A samozřejmě, může klidně pracovat 24 hodin denně, 365 dní v roce. Musím uznat, že bylo fascinující sledovat, s jakou lehkostí robot bere tvárnici vážící přes 20 kilogramů a pokládá ji přesně na její místo. Nepotřebuje lešení ani nic dalšího, prostě pracuje,“ popisuje Vjačeslav Usmanov. Požadovaný rozsah dokázal robot postavit za necelých sedm hodin. „Když jsme rychlost robota porovnali s četou zedníků podle pracovních norem, zjistili jsme, že by jim stejná stavba trvala déle. A to i když nezapočítáme různé přestávky. Náklady na samotnou stavbu byly více méně srovnatelné s těmi na lidské zedníky,“ dodává Usmanov.

Podle jeho názoru je nyní potřebné vyvinout specializovaného stavebního robota, jeho tým totiž využil jen běžného průmyslového robota, který má na stavbě řadu omezení. Nicméně, jejich experiment ukázal, že robot je schopen skutečně stavět, a to zcela sám. I proto se Usmanov s Adamem Matthewsem jednoznačně shodnou na tom, že robotizace je bezpochyby budoucností stavebnictví. I když zatím nemůžeme říci, jak přesně vzdálenou. Jedno je ale jisté, metoda BIM k tomu jednoznačně otevírá dveře, protože dokáže poskytnout informace pro řízení robotů.