Koronavirus a my – na obzoru je Výstavba 4.0

Postpandemická krize by snad pro stavebnictví mohla být příležitost k transformaci – a to platí i pro navrhování a projektování staveb. Ve všech třech případech se jedná o obory, jejichž procesy a technologie jsou dnes neúnosně zastaralé. Za posledních padesát let se produktivita průmyslových odvětví zvýšila v průměru o 300 %, v zemědělské výrobě o 700 % – a produktivita stavebnictví se nezměnila!

Tato disproporce má své kořeny v industrializaci, která v 18. a 19. století postupně překonala středověkou regulaci výroby, a v distribuci hospodářskou soutěží. Stavebnictví je z podstaty zakázkovou výrobou – o přízeň trhu soutěží rozpočty, nikoliv finální produkty. Ani v architektonických a projektových soutěžích spolu nesoutěží finální produkty, ale jen jejich zobrazení a přísliby – více či méně, ale nikdy dokonale výstižné. V architektonických soutěžích se navíc v poslední době čím dál víc uplatňuje regulace – především prostřednictvím omezování možnosti účasti i stran získávání znalostí o skutečných potřebách a očekáváních zákazníka.

Kdo zafinancuje nové technologie?

Uplatnění počítačů a jejich programového vybavení v sektoru stavebnictví veřejnost zná především díky fotorealistickým zobrazením ještě nepostavených budov. Ano, v tomto ohledu mají dnešní projektanti a architekti k dispozici efektivní nástroj – ovšem nástroj pouze pro prezentaci výsledků jejich práce, nikoliv nástroj, který by se v přímo v jejich práci uplatnil a pomáhal jim.

Do širšího povědomí se postupně dostává zkratka BIM (Building Information Management). Podstatou BIM technologií je trojrozměrné virtuální zobrazování navrhovaných struktur a připojování databázových informací k jejich jednotlivým entitám, tak například jsou k virtuální zdi připojeny informace o její nosnosti a tepelně-technických vlastnostech, k virtuálnímu potrubí zase informace o konkrétních výrobcích, ze kterých je sestaveno. Přínosem BIM je lepší prostorová koordinace jednotlivých konstrukčních prvků, lepší představa o prostorovém uspořádání stavby a eliminace chyb při sestavování množstevních a kvalitativních popisů stavby. Těmto vymoženostem navzdory se ale podstata práce architekta nebo konstruktéra nezměnila: návrh, který existuje jen v jejich hlavě, převádějí do homologizovaných, standardizovaných popisů – půdorysů, řezů, pohledů, perspektivních zobrazení, výpisů prvků, kontrolních výpočtů únosnosti nebo tepelných ztrát budovy, rozpočtů – tak, aby ho stavebník mohl schválit a stavitel podle nich postavit. Dřív architekt výkresy předkresloval rukou nebo v náčrtech, podle kterých se vypracovaly finální výkresy (i perspektivy se konstruovaly ručně ještě za doby mých studií na ČVUT), zatímco dnes je vypracuje počítač – to je ale rozdíl z hlediska návrhového procesu nepodstatný. Možnosti práce přímo ve virtuální realitě dnes už nicméně existují – jsou však neohrabané a schází zpětný převod do dokumentace, bez které není možné stavbu zadat a postavit.

Pokud by útlum navrhování a projektování staveb v důsledku krize měl nějaký pozitivní efekt, mohl by spočívat v dotažení vývoje navrhování architektury v prostředí virtuální a rozšířené reality, automatické kontroly správnosti a proveditelnosti navržených konstrukčních prvků a částí stavby a v převodu navržené struktury do homologizované dokumentace. Není však jasné, kdo by takový vývoj financoval. Architekti ani projektanti na to nemají dostatek finančních prostředků a veřejný sektor není schopen dohlédnout jeho přínos, a tedy ani pro něj alokovat zdroje.

Stavaři na prahu nové doby

Stavebnictví jako takové stojí na prahu skutečného zprůmyslnění, kybernetizace a robotizace – tyto možnosti ovšem zatím ukazuje jen segment liniových staveb. Role strojníka při obsluze zemního stroje spočívá v nastartování motoru, zabudované řídící jednotky a přijímače GPS a v řazení pro jízdu dopředu a zpět. Ostatní úkony – odebírání terénu a rovnání pláně – obstarává právě řídící jednotka a signál GPS z vysílače, která interpretuje digitální model úprav. Efekt je výrazný – projevuje se v rychlosti a produktivitě práce, v úspoře provozních hmot i opotřebování stroje. Stavebnictví tak s desetiletým odstupem následuje zemědělství – už před dvaceti lety jezdily po polích traktory bez řidiče a dávkovaly hnojivo podle složení půdy v daném místě, zachyceného v digitálním geografickém modelu.

Všechno další zatím představuje problém, pozitivním zprávám navzdory. Třeba 3D tisk nejoblíbenější stavební hmoty, tedy betonu, je buďto promo nějakého snílka, nebo novinářská kachna – a nejčastěji od každého trochu. Konstrukční beton prostě zatím tisknout neumíme, o vázané výztuži nemluvě. A ocelové nosné konstrukce a 3D tisk jsou na tom stejně.

Stavební firmy jsou dnes zpravidla ve výborné ekonomické kondici, takže postihne-li je útlum produkce, mohly by ji využít právě k výzkumu a vývoji nových technologií. Časem by se to mohlo ukázat jako prozíravé. Nepůjde přitom ani tak o řešení nedostatku pracovních sil, nicméně v situaci, kdy budou muset razantně snižovat svoje náklady, by robotizace a kybernetizace mohly být řešením.

Moduly a prefabrikáty

Program „Výstavba 4.0“ se rozběhne teprve s novými technologiemi stavebními hmotami, ovšem nikoli každý materiál a každá konstrukce jsou „kybernetizovatelné“. Totéž platí pro procesy. V Česku máme například zdicího robota, který si bere ze zásobníku cihly, rovná je, podlévá a prolévá maltou … Takový experiment asi musí proběhnout, ale podobnost se vzducholodí opatřenou vesly z filmů Karla Zemana je neodbytná. Zdi se sice mohou „3D tisknout“ na místě – ale proč by to mělo být zrovna z keramických kousků nebo maltou na bázi silikátu? Některé výrobní procesy na stavbách pravděpodobně zůstanou navěky nerobotizované – robot může pomáhat při práci člověku, bude mu ji ulehčovat, ale vlastní operaci provede člověk.

Samostatnou větví kybernetizace bude inteligentní modulární výstavba. Nikoli tvrdá prefabrikace, jak ji pamatujeme ze socialistické éry, ale prefabrikace „virtuální“, která bude průmyslovými postupy a v průmyslových podmínkách převáděna do stavební substance. V drsných podmínkách staveniště pak proběhne jen sofistikovaná montáž.

Do výrobního procesu bude také začleněna nová fáze – „kybernetizace konstrukcí“, spočívající v přípravě dat pro stavební roboty z prováděcí, či spíše konstrukční dokumentace. Tato data budou v zásadě (nejméně) dvojího druhu, specifická a obecná. V prvním případě tedy ad hoc pro unikátní konstrukci (např. na místě prováděná stěna specifických rozměrů), v druhém pro opakovaně aplikované konstrukční prvky – například na místo „fitinek“ se spoje potrubí budou na místě 3D tisknout. BIM v tomto ohledu není řešením, ale pouze pomůckou, předstupněm.

Nutnost lepší přípravy

Třetím krokem revoluce ve stavebnictví, na kterou netrpělivě čekáme, bude rozšíření uplatnění a významu konstrukční přípravy. Dnes se projektování děje na principu přibližování, zpřesňování. Naproti tomu v průmyslovém designu je konstrukční řešení před výrobou velmi promyšlené – už ve fázi konceptu se myslí na to, kudy karosérií povedou kabely apod. Lze sice říci, že v projektové přípravě staveb probíhá totéž, ale je tu rozdíl, spočívající v přesnosti a optimalizaci řešení už „na papíře“, respektive v počítačovém souboru, a v závazné prioritizaci opakovaných, ve výrobě osvědčených řešení.

Vrcholem takto optimalizovaných řešení jsou v automobilovém průmyslu koncernové platformy. I pro laika je na první pohled zřejmé, že ve škodovkách, seatech i volkswagenech jsou tlačítka a další ovládací prvky totožné, pro kabelové svazky jsou normalizované profily sloupků střechy a podobně. Ve stavebnictví je to dodnes trochu jinak. Tak například jsou nejčastějším produktem pozemních staveb byty. Pokud mají stejnou „třídu“, pak by místnosti měly či mohly mít v zásadě stejné rozměry a totožné by mohly být i půdorysy bytů a celých podlaží. Často tomu tak dokonce je, přesto ale takto standardizovaný produkt nese pokaždé jiná konstrukce, která se navíc od jiných liší často jen v řádu centimetrů. Přesto ji statik propočítává pokaždé od nuly. Od nuly se tvoří i armovací výkresy, výztuž je pokaždé ad hoc vázána v nepříznivých podmínkách staveniště pod širým nebem – namísto toho, aby existovaly standardizované a optimalizované armokoše, které by se na stavbě jen doplňovaly a navzájem propojovaly.

Koncepční „architekt 4.0“ nebude ve své kreativitě omezován prefabrikací, na jakou máme my Češi obzvláštní pifku. Naopak – v konzultaci s konstruktérem bude vybírat z osvědčených platforem takovou, která nejlépe bude odpovídat potřebám produktu, který navrhuje.

Potřeba nových materiálů

Výstavba 4.0 také přijde na svět až tehdy, kdy budou k dispozici nové, pro kybernetizaci vhodnější stavební hmoty a konstrukce – a na ně navážou výše popsané změny projektování a navrhování staveb. Mezitím se ale architekti a projektanti mohou snažit uplatnit nové principy konstrukční práce a optimalizovaných platformových řešení.

Je zřejmé, že takto zprůmyslněné stavebnictví bude mít konečně vyšší produktivitu práce – a dále ji bude zvyšovat. Celý sektor bude pracovat s nižšími náklady a jeho práce bude vykazovat vyšší přidanou hodnotu. To vše jsou skutečnosti, které by měly motivovat velké stavební firmy k tomu, aby období případného útlumu produkce využily k výzkumu a vývoji nových stavebních hmot a nových technologií přípravy i vlastní výroby. Současně by obor měl motivovat veřejný sektor, aby je v tomto úsilí finančně podporoval – jako velkému zadavateli stavebních prací se mu taková investice v budoucnu určitě vrátí.

Michal Šourek