Robotizace a modulární stavby jsou budoucností stavebnictví

Národní centrum Stavebnictví 4.0 je mostem mezi akademickým světem a průmyslem. Jeho smyslem je hledat nové přístupy, inovativní technologie a na reálných projektech řešit různé výzvy odvětví. V čele stojí Radoslav Sovják, který dlouhé roky působil na ČVUT primárně jako výzkumný pracovník. Snil ale o velkém projektu, který by měl široký dopad na průmysl. Proto před třemi roky spoluzaložil tuto platformu. Jaké inovace by tedy mohly rozhýbat české stavebnictví a co je trendy ve světě? Přinášíme vám rozhovor s Radoslavem Sovjákem.

VYUŽITÍ UMĚLÉ INTELIGENCE

České stavebnictví se potýká s nedostatkem pracovníků, vysokými cenami na vstupech a nedostatkem materiálů. Mohla by umělá inteligence napomoci k vyřešení těchto problémů?

Určitě může a jsem přesvědčený, že se tomu nevyhneme. Stejným způsobem jako internet proniká do současného světa, vnikne do něj umělá inteligence. Nicméně stavebnictví, a to se vůbec nebavím o umělé inteligenci, je novými technologiemi nepoznamenané. Umělou inteligenci vnímám jako top high-tech řešení a její nástup bude ještě chvíli trvat. Na pořadu dne jsou triviálnější systémy a i ty mají za průmyslem dost zpoždění. Teprve pak nastoupí umělá inteligence.

Kde by se podle vás dala využít?

Dokážu si představit mnoho možností. Vždy jde ale o myšlení lidí. To je skutečnost, na kterou narážíme nejčastěji a s níž bojujeme. Ve stavebnictví je to těžké – je komplexní, lidsky i finančně poddimenzované a je problematické cokoli změnit.

Všechny začátky jsou komplikované. Měníte zaběhnuté struktury, které fungují, a děláte v nich paradoxně chaos s výhledem, že se situace bude výrazně zlepšovat. Myslím si, že naše stavebnictví na takovouto transformaci není připravené. Jednou bude muset být, ale myslím, že to ještě chvíli potrvá. Musí chtít lidi, kteří v oboru pracují, a ti budou chtít, až stoprocentně uvěří nebo je k tomu donutí vnější faktory.

Co by mohlo být tím hlavním faktorem?

Možná nedostatek levné pracovní síly. Pokud lidé odejdou, firmy budou muset přistoupit k nějakému řešení a tím může být jejich nahrazení umělou inteligencí.

RADOSLAV SOVJÁK Vystudoval ČVUT v Praze, kde stále působí na stavební fakultě v Experimentálním centru. Je profesorem a vede doktorandy v oboru konstrukce a dopravní stavby, fyzikální a materiálové inženýrství a integrální bezpečnost. Má více jak 15 patentů v ČR a USA. V roce 2021 spoluzakládal Národní centrum Stavebnictví 4.0, které působí v rámci Českého institutu informatiky, robotiky a kybernetiky ČVUT, od roku 2022 je jeho ředitelem. Též je členem poradního orgánu Rady vlády pro výzkum, vývoj a inovace pro oblast Civil Engineering.

Tam zdaleka nejsme. Jaké méně sofistikované nástroje by tedy bylo možné už implementovat?

Hodně se diskutuje o užití technologie 3D tisku. Když se na to podíváme z hlediska know-how, jde o šestiosého robota, který je zde už léta, možná dekády. Má jednoduché robotické rameno pohybující se přesně, jak mu přikážete. Přiděláte na něj trubku a na konec hlavici, kterou tisknete beton. Robotem řídíte pohyb a tisknete dům. Přestože jde o velmi jednoduchou technologii, ve stavebnictví teď představuje jakýsi vrchol.

Stavebnictví se s myšlenkou nahrazení člověka robotem dostává do střetu, ale já jsem přesvědčený, že je to směr, kterým se musíme vydat. Nejedná se jen o 3D tisk, byť je to super zajímavá technologie.

Proč se stavebnictví s myšlenkou robotizace těžce smiřuje?

Když vyrábíte tisíce modelů aut, všechny jsou stejné. Jenže tady narážíme na skutečnost, že každý dům je jiný. Robotizace dává smysl u opakovatelnosti, a ta ve stavebnictví není.

Jak byste to tedy vyřešil?

Stavebnictví by slušela větší modularita, hledání replikace a tam by tyto technologie dávalo smysl nasadit. Navíc pokud dojde k odlivu pracovní síly, firmám nezbude nic jiného než procesy robotizovat, a budou se tomu bránit, protože technologie jsou finančně mnohem nákladnější než lidi.

Existují už pilotní projekty, kde se používá umělá inteligence?

Jsme teď součástí projektu, který je zaměřený na aplikaci umělé inteligence v různých odvětvích. Hledali jsme hotové projekty s umělou inteligencí, jež jsou připraveny k realizaci. Já jsem v rámci pracovní skupiny zodpovědný za stavebnictví a tam jsme objevili jeden jediný projekt, který se zaměřuje na automatizovanou detekci zeleně ve městech. Funguje to na principu zpracovávání dat ze satelitu, z něhož se realizují následné výpočty zeleně. Dokážu si představit, že by se to dalo využít i k vyhodnocování jiných údajů z map. Jenže to se nebavíme o stavebním procesu, ale o mapách, byť do stavebnictví taky spadají.

Ale jádro stavebnictví je výstavba domů a tam se s umělou inteligencí nikde nesetkáte, i když potenciál je tam velký. Třeba když stavíte dům, tak by jím večer mohl proběhnout spot. Víte, co to je?

Jde o robotického pejska, kterého vyvinula firma Boston Dynamics a využívá ho v průmyslovém odvětví. Má na sobě širokou škálu senzorů včetně kamer.

No právě, takže by každý večer, když všichni odejdou domů, proběhl celou stavbou, naskenoval ji a vyhodnotil, co přibylo. Pro stavbyvedoucího by šlo o přínos, neboť by viděl, kolik se vymalovalo metrů čtverečních stěny, že se postavila dvě schodiště, přibyly zdi, trubky… každý den by získal přesný výkaz práce a věděl, co se udělalo, kde jsou pozadu nebo mají rezervy. Myslím, že umělá inteligence by dokázala tyto údaje zpracovávat, rozeznávat a strukturovat.

To, co vám popisuji, už v projektech existuje – například mosty dokážete monitorovat a upozorňovat na jejich trhliny. Ale využití umělé inteligence tak, jak ji vnímám já, by mohlo být mnohem sofistikovanější. Když se podíváte na návrh domu, tak umělá inteligence je něco…

Co by umělo projektovat místo vás?

Nejen to. Mělo by to umět projektovat domy, jejichž existenci si teď nedokážu představit. To je přidaná hodnota – načtení dat za posledních 100 let a vyprojektování domu, který i za 30 let bude moderní. Když se podíváte, jak se navrhoval dům před třemi desítkami let a dnes, posun je viditelný. To znamená, že v případě umělé inteligence nejde o strojové čtení, ale o predikci, jak dům bude za víc jak čtvrt století vypadat.

Na to si moc ráda počkám, ale zatím to zní vzdáleně jako výstavba na Marsu. Cožpak se ale nevyužívá umělá inteligence třeba už teď při optimalizaci nákladů nebo ve facility managementu?

Třeba BIM má jednu velkou přidanou hodnotu a tou je facility management. Nicméně to není umělá inteligence, jen algoritmizované procesy.

PILOTNÍ PROJEKT INTERNET OF CONSTRUCTION

Takže je relevantnější se nyní bavit o IoT (internet věcí)?

Přesně tak, ale my už se ve stavebnictví nebavíme o Internet of Things ale o Internet of Construction. Jeden takový projekt probíhá v Německu na univerzitě, kde si na volném prostranství postavili umělou stavbu, kde Internet of Construction zkoušejí. Je to ale jediná iniciativa, o níž vím.

Čím se konkrétně zabývají?

Můžu se ptát já vás? Když se podíváte na stavbu, co je pro západní civilizaci největší problém na stavbě?

Komunikace a procesy.

To, co zmiňujete, s tím souvisí… jedná se o bezpečnost. Víte, že tam bych si dokázal umělou inteligenci představit? Stavba je složité, dynamicky se měnící místo, kdy každý den je jiný a svou nepřehledností skýtá pro lidi nebezpečí. Umělá inteligence by mohla předvídat kolizní situace a to, co by se mohlo teoreticky stát. Člověka by na to dopředu upozorňovala.

Podívejte se ale, jak funguje umělá inteligence text-to-text ChatGPT. Jde o strojový jazykový model, který se učil na 175 miliardách znaků, slov. Odpoví vám ale mnohdy návodně to, co chcete slyšet.

Občas si vymýšlí.

No právě. Není ta sugesce a možná chybovost riziko pro stavebnictví?

To ale přece není špatně. Ovlivnění nemusí být na škodu. Umělá inteligence by si načetla vaše návyky a způsoby chování, protože ty jsou na stavbě zásadní. Když bude umět pracovat s tím, jak se běžně chováte, lépe předpoví, co by se mohlo stát.

VÝZKUMNÉ SMĚRY V ČESKÉM STAVEBNICTVÍ

Jak je to s robotizací českého stavebnictví?

To je velmi těžká otázka. Když se podíváte na stavebnictví, výzkum se dělí na dva směry: 3D tisk a robotického dělníka. Oba projekty mají společné, že používají robota, kterého si můžete koupit. Na světě je pět firem zabývajících se jejich výrobou. Využívají se hlavně v automobilovém průmyslu. Využít je ve stavebnictví by znamenalo transformovat ho podobným směrem.

Kdo se věnuje 3D tisku?

Pět firem v komerční sféře a univerzita v Praze, Brně a Liberci.

Přitom v Čechách neexistuje jediný dům vyrobený 3D technologií, ve kterém by se dalo bydlet. V čem je problém?

Je jich několik, prvním je legislativa. Pak také cena. Když beton tisknete, náklady jsou vyšší, než když ho lijete do bednění, protože při 3D tisku musíte přidat stavební chemii, aby směs držela. Proto jsou náklady za materiál v mnoha případech mnohem dražší. Také musíte robota na stavbu dovézt. Připočtěte si cenu za dopravu, jeho ustavení na stavbu, naprogramování. Z pohledu nákladů se v současnosti robotizace nevyplatí, je drahá.

Jaká je tedy budoucnost 3D tisku?

Myslím, že to je celosvětová otázka. Koupí si člověk dům vytištěný 3D technologií? Existuje třeba vytištěná 3D zastávka městské hromadné dopravy v pražské Stromovce nebo socha na Bořislavce. Jde o krásné příklady, jak zajímavé technologie pronikají do stavebnictví.

Kdyby cena za konvenční stavbu byla stejná jako za 3D tisk, nemohlo by třeba rozhodnout, že 3D tisk by byl rychlejší?

Záleží, co všechno do toho času počítáte. Samotný tisk je rychlejší. Nicméně když si představíte, že robota musíte na stavbu dovézt, postavit, přemísťovat, naprogramovat…

Kde ale 3D tisk uplatnění mít bude, tak to je v architektuře. S pomocí 3D tisku vytvoříte zborcené plochy a pro svou krásnou strukturu zajímavé fasádní prvky.

Realisticky viděno, v tom by mohla být budoucnost. Vybraní si za krásu a estetiku připlatí, nebude pro všechny.

Bude to takové Ferrari, které občas na silnici potkáte. Rozhodně všechna čest lidem, kteří se technologii věnují. Mně se velmi líbí, ale také jsem pragmatický.

Stejné je to s robotizací, což je druhý projekt, kterému se na ČVUT věnujeme. Jde o stejného robota, co 3D tiskne, akorát nemá trubku na beton, ale chapadlo, s nímž bere cihly a staví dům místo zedníků. Pokud opět přihlédneme k finanční efektivitě, robot je mnohem dražší než reální pracovníci.

Všechny technologie se v čase zlevňují. Třeba jde jen o začátky, kdy by byly drahé, a čím by byla technologie masovější, tím by cena šla dolů.

Ale co by muselo jít do masové výroby, aby se cena snížila? Beton se už masově používá. Roboti se také široce využívají v automobilovém průmyslu. Levnější to nebude. Reálně může nastat pouze skutečnost, že nebudou lidé, kteří by fyzicky stavěli budovy.

Pak to ale neuvěřitelně prodraží stavby.

Nebo se posuneme do fáze, kdy se bude minimalizovat počet lidí na stavbě a vše se bude odehrávat pod střechou. Práce umožní ekonomičtější a šetrnější nakládání s materiálem, kvalitnější výrobu a větší míru automatizačních a robotizačních prvků než na stavbě.

Nastoupí prefabrikace.

Modulární stavby představují budoucnost stavebnictví. Na stavbu se budou vozit ucelené prefabrikované celky, které se tam smontují. Výstavba bude rychlá, méně prašná a vyprodukuje nižší procento odpadu.

VIZE NÁRODNÍHO CENTRA STAVEBNICTVÍ 4.0

Národní centrum Stavebnictví 4.0 spolupracuje s komerčními subjekty. Jaká je odezva firem na vaše teze a směřování stavebnictví, o kterém se tady bavíme?

Komerční sektor budoucnost vidí podobně, jsou ale pod tlakem investorů. Nemají čas přestavět celou svou výrobu. Naprosto tomu rozumím. Je těžké vyjet z kolejí a začít dělat věci jinak, když máte přesně nastaveny termíny, jste vázáni smlouvami a cítíte odpovědnost za lidi a jejich výplaty.

Jak tedy dosáhnout transformace stavebnictví?

Pokud chceme změnit myšlení lidí, musíme si je vychovat. Musí myslet ve správných intencích už v momentu, kdy do práce nastoupí. Edukovat je a motivovat, že stavebnictví může vypadat úplně jinak a že je to jen na nich.

Což jako profesor na vysoké škole můžete ovlivnit.

Ano, ale velmi málo. Je třeba aktivovat celou komunitu, aby se tímto směrem vydala. Proto edukujeme o vizi stavebnictví už žáky základních škol. Dokud se nezmění myšlení lidí, k transformaci nedojde a můžeme si na univerzitě testovat robotů, kolik chceme.

Jak moc se využívají ve stavebnictví drony a virtuální realita?

Drony se hodně využívají pro pasportizace, zaměřování budov. Virtuální a rozšířená realita je také masově oblíbená. Jen opětovně narážíme na lidský faktor. Myslíte si, že všichni pracovníci na stavbě budou umět číst a pracovat s 3D vizualizacemi?

Připomněl jste mi – četla jsem, že chcete vybudovat komunitu profesionálů, kteří budou určovat budoucnost konstrukcí za užití inovací, robotizace a digitalizace. Jak jste daleko?

Daří se mi to možná pomaleji, než jsem si představoval, ale jde to. Hlavní záměr bylo vybudovat komunitu, která bude utvářet celkový pozitivní obraz českého stavebnictví jak na sociálních sítích, které jsou pro mladé lidi zásadní, tak chodit po školách.

Jaká je vize Národního centra Stavebnictví 4.0 a vaše současné výzkumné projekty?

Věnujeme se hodně vizionářským projektům v rámci testbedů, jako je třeba robotická prefabrikace, kde nepotkáte živého člověka. Od výkresu až po výrobek se výroby nedotkne lidská ruka.

Věnujeme se dostupnému bydlení a také digitalizaci stavebního řízení, abychom urychlili proces schvalování před výstavbou, což je pro lidi hodně demotivující. Není myslitelné, že navrhnete dům a projekt se postaví až za 15 let. Úzce spolupracujeme s Ministerstvem pro místní rozvoj, Ministerstvem průmyslu a obchodu a agenturou ČAS, abychom proces stavebního řízení digitalizovali a ušetřili čas jak úředníkům, tak žadatelům. Technicky to není problém, všechny nástroje existují, jen zúčastněné strany musí najít společnou řeč.

Jakou cítíte podporu od komerčního sektoru? Co by vám pomohlo?

Rád bych v České republice spustil Internet of Construction, ale aby ho firmy začaly implementovat, potřebují vidět pilotní projekt. To znamená přenést sem, co vybudovali v německém univerzitním Aachenu nebo švýcarském Zürichu. Jde o mezikrok, bez kterého se neobejdeme. To je moje největší výzva a cesta.