Robotizace a automatizace od návrhu po výrobu stavebních dílců

Popis systému a výrobní proces

Stavební systém NEMA se skládá z více než 120 certifikovaných skladeb konstrukcí pro použití ve všech oblastech výstavby (obr. 2). Jde o ucelený systém obvodových stěn, vnitřních příček, stropních a střešních panelů. Skladby jsou optimalizovány na necelých třicet skladových položek materiálů tak, aby bylo možno jejich nákup řídit snadněji a efektivněji (obr. 3) a aby garance ceny výrobku směrem k zákazníkovi byla co nejméně ovlivněna výkyvy ceny jednotlivých stavebních položek na trhu. Certifikace všech konstrukcí trvala i s vývojem cca tři roky a stala se podkladem digitalizace celého procesu automatizované a robotické výroby stavebních dílců. Všechny informace k samotnému stavebněinformačnímu modelu BIM jsou uvedeny v certifikátech výrobků, BIM je potom otázkou výběru vhodného poskytovatele platformy architektům a projektantům. Jako nejlepší se ukázala platforma BIM Tech Tool, kterou aktuálně používá více než patnáct tisíc uživatelů v ČR a dalších deset tisíc v zahraničí. Spočívá v bezplatném plugin modulu do verzí AutoCAD, ArchiCAD, Revit a dalších softwarů.

Uživatelé si mohou přímo v domácím prostředí svých softwarů vybírat konstrukce dřevostaveb, filtrovat jejich vlastnosti, využít výpočty, které jsou k jednotlivým softwarům připraveny, volit si z připravených typů fasád obvodových stěn, přiřazovat a vybírat si z více než 600 detailů. Výsledkem je 3D model stavby obsahující všechny potřebné přednastavené informace k výrobě stavby na automatizované lince (obr. 4). Automatizovanou linku obsluhuje projektant pomocí softwaru SEMA (obr. 5). Přenos dat mezi softwarem užívaným architekty a projektanty a softwarem pro výrobu dřevostavby zajišťuje IFC exportér. Ten je u konstrukcí vložených do pluginu BIM Tech Tool přednastaven a definice a přenos konstrukce je zajištěna shodným názvem konstrukce v obou softwarech. V případě 3D modelu projektové dokumentace s přednastavenými konstrukcemi je tedy již ve studii možno konvertovat model do softwaru SEMA, ze kterého je po zapracování návrhů profesantů posouván rovnou do výrobního procesu (obr. 6). Všechny konstrukce v rámci výrobního procesu odcházejí se statickým posudkem. Vzhledem k velkému počtu konstrukcí produkovaných ve výrobních závodech se tedy automatizace stává nutností. Přenos dat přímo z 3D modelu do statických softwarů zpracuje statik v součinnosti s projektantem a definuje nastavení exportéru tak, aby pro posouzení konstrukce získal jen ta data, která nutně potřebuje pro statický návrh. Exportér IFC v tomto směru není příliš vhodný, obsahuje totiž mnoho nepodstatných informací, které je třeba filtrovat a vypínat, proto se ukázal jako výrazně vhodnější exportér SAF, který je pro nastavení a zapracování statických posouzení ve 3D modelu jednodušší.

Projektant výrobní dokumentace následně statický návrh zapracuje a generuje programy pro výrobní část, dále zapracovává celou řadu souvisejících profesí a výrobních podmínek – od manipulace na staveništi, zapracování profesí, prostupů a kolizí, nakládkového listu po např. koncové prvky elektro nebo TZB. Tento projektant je zodpovědný za celou výrobní dokumentaci. Automatizace přípravy projektové dokumentace tedy spočívá v komunikaci mezi projektovými týmy a přístupem k jednotnému 3D modelu projektové dokumentace včetně stanovení ceny. Ta je tvořena definicí ceny konstrukcí stavebního systému přímo v rozpočtových soustavách URS a RTS a definicí ceny montážních a manipulačních položek. V tomto 3D modelu projektové dokumentace rozpočtář snadno stanoví cenu pomocí komerčních variant soustav RTS a URS. Stanovení ceny je potom opět otázkou nastavení parametrů exportéru IFC, kde je již cena předdefinována názvem konstrukce a softwarem euroCALC nebo Kros 4. Samotná výroba stavebních dílců probíhá ve vyhřívaných halách na CNC obráběcích centrech Hundegger (obr. 8). Robotická linka Weinnman (obr. 7) dále zajišťuje opláštění funkčními vrstvami, formátování, vyplnění dutin izolantem, posun dílců v rámci haly a uskladnění dílců ve skladovacích drahách. Montáž oken, dveří i fasád probíhá stále v prostředí haly pod dohledem vedoucího výroby, ostatně jako výroba všech ostatních stavebních konstrukcí (obr. 9) a fyzické provedení všech detailů je tak pod stálou kontrolou. Projektant výrobní dokumentace nyní zpracuje nakládkový list a montážní plán tak, aby během montáže domu na staveništi bylo možné dodržet časový harmonogram, a stavební dílce jsou připraveny k expedici. Koordinátor poté přidělí stavbě montážní tým a připraví jeřáb na určitý termín, který se odvíjí od převzetí staveniště.

Příklad z praxe

Rekonstrukce obvodového pláště SOŠ Českobrodská v Praze 9

Obnova objektu SOŠ Českobrodská v zadávací dokumentaci obsahovala rovněž výměnu obvodového pláště budovy. Vzhledem k prefabrikaci a typům použitých materiálů se ve spolupráci s UCEEB při ČVUT jevilo užití stavebních prefabrikovaných dřevěných dílců nejvhodnější možností. Obvodový plášť se skládá ze šedesáti sendvičových panelů systému Envilop. Dodávka obvodového pláště včetně přípravy projektové dokumentace a montáže trvala celkem tři měsíce. Urychlení výstavby tedy představovalo proti použití tradičních postupů úsporu minimálně jednoho roku.Ještě před samotnou montáží obvodových panelů byl na stavbě vyzkoušen na části plochy vzorek panelu Envilop a s projektanty, technickým dozorem zhotovitele a generálním dodavatelem stavby byly doladěny všechny konstrukční a technologické detaily. Na základě toho bylo následně vyrobeno všech šedesát panelů. Velký důraz byl kladen na kompletní podrobnou výrobní dokumentaci celé fasády. Zhotovilo se „digitální dvojče“ obvodového pláště stavby s rozkreslenými kotvicími prvky i spárořezem jednotlivých materiálů fasády.

Je také třeba ocenit promyšlený způsob transportu hotových panelů z výroby na stavbu, kdy navržený systém umožnoval přepravu kompletních stavebních dílců včetně oken. Nový obvodový plášť se v části budovy s ocelovou konstrukcí kotvil přímo na stávající skelet, v části zděné pak na nově přikotvené ocelové konzoly. Komplikovaným detailem se ukázalo být kotvení na zděnou část objektu, kde došlo k mnoha perforacím fasádní fólie, což lze vnímat jako ponaučení pro příští realizaci. Spojení jednotlivých dílců bylo provedeno pomocí předem zafrézované drážky a vloženého ocelového spoje. Pro dotěsnění se použila komprimační páska, která se aktivovala a doplňovala montážní mezeru. O SOŠ Českobrodská v Praze 9 vyšel rovněž článek v časopise Stavebnictví 08/2021.

Závěr

Automatizace a robotizace ve stavebnictví je podmínkou rozvoje oboru. Vzhledem k chybějícím kapacitám v odvětví je toto jedna z možností, jak zkrátit dobu výstavby z let na měsíce a v případě modulové výstavby i na dny. Vznikem výrobních areálů s velkou mírou automatizace je zároveň možné zvýšit produktivitu a produkci ve stavebnictví a doplnit tím chybějící infrastrukturu.

GRAFICKÉ PODKLADY: archiv NEMA spol. s r.o.