Technologie

Když chybí na stavbách lidé, je potřeba dát šanci automatizaci

První vytištěný český dům PRVOK

Tuzemský stavební trh čelí dlouhodobému nedostatku pracovních sil a klesajícímu počtu absolventů řemeslných oborů. Pandemie, která přiměla řadu zahraničních pracovníků k návratu do svých domovin, navíc ukázala, že na zahraničí se nelze bezmezně spolehnout. Podle odborníků bude nutné tento stav v budoucnu řešit částečnou automatizací stavebních prací, která by jednak mohla otevřít nová a zajímavější pracovní místa v oboru a učinit tak práci ve stavebnictví atraktivnější, a jednak by mohla odstranit mnohdy nevypočitatelný lidský faktor ovlivňující přesnost práce. Roboti, kteří by se mohli na stavbě objevit v horizontu několika let, už nejsou hudbou daleké budoucnosti.

Celkový počet vyučených absolventů v posledním roce je zhruba 21 000, z toho bylo 11 000 z řemeslných oborů (oproti roku 2005, kdy jich bylo z řemeslných oborů 19 000). „Stavební a dřevařské profese letí dolů, úbytek truhlářů je 70 %, podobné je to u malířů a lakýrníků. Zatímco v roce 2005 se vyučilo 705 zedníků, v tomto roce jen 253. Pokrývačů nyní absolvovalo jen 20 v celé ČR,“ říká Eva Svobodová z Asociace malých a středních podniků a živnostníků ČR a dodává, že poptávka po řemeslnících na trhu je obrovská, jejich nedostatek je enormní, a díky tomu také můžeme sledovat rychlý nárůst jejich cen.

Úbytek kvalifikovaných řemeslníků není znatelný pouze dle klesajících čísel z absolventských ročenek, ale samozřejmě i na samotných pracovištích. Stavební společnost Metrostav se s nedostatkem řemeslníků potýká minimálně posledních dvacet let. „Ubývá jich paralelně se zvyšujícím se věkem pracovníků v těchto řemeslných profesích a současným klesajícím zájmem žáků o přípravu v těchto odborných profesích,“ říká Vojtěch Kostiha, tiskový mluvčí Skupiny Metrostav.

České stavebnictví, ale i jiné segmenty jsou v poslední době navíc zasaženy úbytkem pracovníků ze zahraničí, kteří vlivem pandemie koronaviru odcestovali za svými rodinami. Podle Kostihy je dnes prakticky nemožné sehnat na trhu práce řemeslníka a občana ČR v jedné osobě.

Chytré stavebnictví

Ze stran odborníků se stále častěji ozývají prognózy, že nevalnou situaci, ve které se obor stavebnictví nachází, bude moci vyřešit až nástup nových technologií, které zajistí větší zastupitelnost zaměstnanců. Stavaři jsou ale zatím v tomto ohledu spíše skeptičtí. „Přestože zevrubně monitorujeme možnosti tzv. Stavebnictví 4.0 neboli chytrého stavebnictví, jeho využití může jen těžko nahradit kvalifikovaný dělnický personál,“ říká Kostiha z Metrostavu.

Podle Antonína Žáka, vedoucího výzkumu a vývoje z experimentálního centra DERIC, kde společnost DEK testuje a vyvíjí nové materiály, nářadí či technologie, je naopak čtvrtá průmyslová revoluce možností, jak částečně uhasit žízeň po pracovních silách v oboru a zároveň i jak udělat obor atraktivnějším pro mladé lidi.

„Vyvíjíme například vlastní robotické zedníky a vyvíjíme i další robotickou techniku určenou pro stavební aplikace. Za dva tři roky uvidíme výsledky. Technologie mají ve stavebnictví veliký potenciál. Krásný důkaz byl koronavirus, kdy nám odjeli řemeslníci z Ukrajiny a Polska a v budoucnu ta situace nebude o moc lepší. Proto je potřeba stavebnictví zautomatizovat,“ říká Žák, podle kterého by navíc robotizace vyloučila z oboru lidský faktor. „Ruce dělají dost chyb a pracovat například na střeše není vůbec žádná radost. V zimě je zima a v létě je hrozné horko a prší. To jsou v realizaci staveb asi nejhorší podmínky, jaké si dokážete představit. To je jeden z důvodů mladých absolventů se těmto oborům vyhnout,“ dodává.

Vytištěný dům

Nedávno byl představen první český dům vytištěný z betonu. Kompaktní kapsle pojmenovaná Prvok však není tím posledním, co 3D tisk v oblasti budov může představit. Technologie neustále posouvá své hranice. První kancelářská budova vyrobená pomocí 3D tiskárny vyrostla nedávno v centru Dubaje. 3D tisk budov se prosazuje rovněž v Číně. Tam bylo v poslední době zrealizováno několik převratných staveb. Vznikl tam například pětipodlažní bytový dům, nejvyšší stavba svého druhu na světě, nebo deset domků, které byly vyrobeny během rekordních 24 hodin. Pod těmito projekty je podepsána šanghajská společnost Win Sun, která se rovněž podílela na dubajské kanceláři.

Tyto stavby ale prozatím ukazují především na potenciál, který takzvaná aditivní výroba skrývá, slouží jako předváděcí modely. Pokud se ale 3D tisk ve stavebnictví osvědčí, bude to pro celý tento segment znamenat menší revoluci.

Poloviční náklady

„Synonymem pro 3D tisk jsou vyšší efektivita, přesnost a úspora nákladů. Na stavbě kanceláře se díky metodě 3D tisku podařilo ušetřit přibližně 50 % nákladů ve srovnání s obdobným typem stavby,“ popisuje Mariana Kellerová, mluvčí společnosti Siemens. „Na tisk dohlížel jeden technik, dalších sedm pracovníků instalovalo stavební díly a tým deseti elektrikářů a specialistů se postaral o elektrotechnické práce. Podle dubajských představitelů může technika 3D tisku ve stavebnictví přinést o 50 až 80 procent nižší náklady na práci a mohla by zkrátit dobu výstavby až o 70 procent,“ doplňuje Kellerová. Právě technologie Siemensu byla použita při řízení všech komponentů nové kancelářské budovy a integruje optimalizaci technické infrastruktury stavby, bezpečnostní monitorovací systémy, klimatizaci a další prvky.

Kancelářská budova v Dubaji byla vytištěna během 17 dnů s pomocí tiskárny dlouhé 36,6 metru, vysoké 6,1 metru a široké 12,2 metru. Samotný proces tisku mělo na starost velké robotické rameno. Jako stavební materiál posloužila speciální směs cementu, která byla testována ve Velké Británii a Číně. Stavba se rozkládá na ploše přibližně 250 metrů čtverečních. Dubaj má přitom s 3D tiskem budov velké plány. Nedávno zveřejnila strategii, podle které by do roku 2030 mělo být 25 procent všech dubajských budov založeno na technologii 3D tisku.

Česko chce udávat směr

Oproti světovým průkopníkům však nechce Česko zůstat pozadu. Tým vědců z Technické univerzity v Liberci vyvíjí unikátní robotické rameno pro 3D tisk ve stavebnictví. Robotické zařízení bude schopné tisknout i rozsáhlé nebo vícepodlažní budovy. Testy přelomového zařízení již začaly a univerzita v současnosti usiluje o patentovou ochranu své technologie. Robot je navržen tak, aby tiskl přímo na staveništi, kam ho bude možné převézt bez použití robustní dopravní techniky.

„Navrhujeme mobilní robotické zařízení, které se přemisťuje po staveništi a postupně zvládne tisknout jak svislé, tak vodorovné konstrukce,“ říká Jiří Suchomel z Fakulty umění a architektury Technické univerzity v Liberci a upozorňuje tím na to, že ve světě užívané průmyslové roboty tisk stropů a střešních konstrukcí zatím nezvládají.

Zařízení pojmenované TestBed se testuje v Kloknerově ústavu ČVUT v Praze, protože v Liberci neměli k dispozici dostatečně velké prostory. „Kolegové se tam budou zabývat mimo jiné vývojem cementové směsi a vhodných konstrukcí pro tisk. Materiál je alfou a omegou tohoto tisku. Musí totiž tuhnout dostatečně rychle, aby se vrstvy nebortily, ale zároveň se spojovaly,“ říká za vědecký tým z liberecké fakulty mechatroniky Leoš Beran. V Kloknerově ústavu podrobují zkouškám celý TestBed včetně trysky, průběh tisku testují i mechanické vlastnosti částí vytištěných z různých typů směsí.

Na liberecké strojní fakultě nyní řeší mimo jiné i konstrukci tiskové hlavy, která bude sloužit pro vytlačování cementové směsi. „K úpravám na konstrukci tiskové hlavy dochází tím, jak se postupně seznamujeme s problematikou tiskových směsí – jejich tekutostí nebo rychlostí tuhnutí,“ říká Petr Zelený, vedoucí katedry výrobních systémů a automatizace Fakulty strojní Technické univerzity v Liberci.

Robot na staveništi

Tisk na staveništi až do vzdálenosti 5,6 metru a výšky 3,2 metru bude zajišťovat otočné a posuvné robotické rameno. Zatím naši vědci vyvinuli model tohoto ramene v měřítku 1:4 a na něm si už ověřili, že rameno dokáže opsat jakoukoli křivku.

„Architekti požadují, aby bylo možné tisknout stěny s prakticky libovolnou půdorysnou křivostí, která se může velmi rychle měnit. Včetně přerušování tisku a vzniku ostrých zlomů,“ upřesňuje Václav Záda z fakulty mechatroniky, jeden z hlavních autorů tiskového robota.

„Výhodou této konstrukce je, že když je potřeba na krátkou chvíli zastavit koncový efektor, například v bodě zlomu, mohou se ostatní články robota po tu krátkou dobu stále pohybovat. Tím se neztrácí kinetická energie ramene, která bude u velkého zařízení nezanedbatelná. Ostatní stroje toto neumějí,“ vysvětluje Václav Záda.

Ve stavebnictví by měl 3D tisk pomoci nejenom k úspoře nákladů, ale i snížení dopadů na životní prostředí. „Výroba cementu představuje velkou zátěž pro životní prostředí a navíc nám docházejí potřebné suroviny, jako jsou kamenivo a štěrky. My chceme stavět lehké tenkostěnné betonové a nekonvenčně vyztužené konstrukce, které spotřebu materiálu značně sníží,“ přibližuje Jiří Suchomel. Očekává, že podobný tisk přinese do architektury i větší rozmanitost. „Tato technologie totiž umožňuje tisk komplikovaných tvarů a dokáže vyhovět i náročným a neobvyklým požadavkům,“ podotýká Jiří Suchomel. Tým chce navíc dosáhnout tiskové přesnosti dvou až tří milimetrů, která není ve stavebnictví běžná.

Díky 3D tisku se podle odborníků budou objekty sestavovat z jednotlivých částí jako velké lego. „Některé části konstrukce, zejména svislé stěny, zvládneme vytisknout v konečném umístění. Vodorovné části vytiskneme na zemi a přeneseme na místo. Vše přímo na staveništi,“ plánuje Jiří Suchomel. Podle něj bude ale zapotřebí vyřešit také otázku legislativy. Dodnes totiž neexistují stavební předpisy pro tištěné konstrukce.

Chytré struktury

Nástup technologie 3D tisku ve stavebnictví přitom může obor posunout ještě výrazně dál. Vědci z Vysokého učení technického (VUT) v Brně totiž testují použití tisku z organických materiálů, navíc s takovou strukturou, která napodobuje stavbu některých prvků z rostlinné či živočišné říše.

Chytré stavební struktury, jejichž statické, dynamické a izolační vlastnosti lze přizpůsobovat na míru, mohou mít lepší vlastnosti než klasické stavební výplně. Na první pohled přitom nepřipomínají cihly nebo konstrukce z betonu, vypadají spíše jako pórovité membrány z hodiny přírodopisu.

„Všichni známe klasické stavební postupy, kdy vznikají převážně jednoduché pravoúhlé tvary tak, že se ukládá beton do připraveného bednění. S postupným nástupem 3D tisku ve stavebnictví nyní máme úžasnou možnost ovlivnit vnější tvar i vnitřní strukturu stavebního prvku tak, abychom získali mimořádně bezpečné a ekonomické stavby. Chytré stavební výplně připomínají organický pórovitý materiál a mimo jiné využívají principu dvojí křivosti, která ideálně přenáší zatížení,“ vysvětlil Jan Podroužek.

Jeho práce spočívá v matematickém návrhu a 3D tisku prostorových materiálů včetně experimentálního a numerického ověřování jejich vlastností. Dosud využíval pro 3D tisk biologicky rozložitelné termoplasty, které se získávají například z kukuřičného či bramborového škrobu. I tak byl ale schopen vytisknout pórovitý válec, který při rozměrech 20 centimetrů na výšku i na šířku a hmotnosti 1,2 kilogramu unesl zátěž pěti tun a až poté se začal postupným skládáním se do sebe deformovat. Výsledky výzkumu lze ale obecně uplatnit i při tisku z cementových kompozitů nebo k životnímu prostředí šetrnější směsi bláta a rostlinných vláken.

Jiří Kučera

Přidejte komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

*