Digital teknik för att klara byggbranschens utmaningar

Robotar som svetsar armeringsjärn, bjälklag designat av algoritmer för optimal hållfasthet, och 3d-utskrivna gjutformar. På tekniska universitetet ETH i Schweiz visades nyligen det senaste inom digital innovation i byggbranschen. Cementa var på plats för att hämta inspiration för svenska förhållanden.

Enligt FN så kommer nästan 70 procent av världens befolkning att bo i städer år 2050. Boenden för 2,5 miljarder människor ska alltså uppföras, vilket ställer stora krav på byggbranschen.

– Fram till 2050 måste vi bygga lika mycket som vi gjort hittills i mänsklighetens historia, och då står redan byggindustrin globalt för 35 procent av koldioxidutsläppen, säger Petra Jenning som är arkitekt och delägare på Fojab Arkitekter. Där är hon ansvarig för Fojab Code, en utvecklings- och innovationsplattform med syfte att undersöka hur digitaliseringen påverkar husbyggande i framtiden.

– De industrier som ökar sin produktivitet är de som kan utnyttja digitaliseringen och byggindustrin är en av de minst digitaliserade industrierna. Forskning visar att vi har lägre produktivitet idag än på 90-talet, det är problematiskt. Det finns många fördelar att utnyttja med digitaliseringen, säger Petra Jenning.

Vill göra byggbranschen mer innovativ

Tillsammans med Robert Larsson som är projektledare på utvecklingsavdelningen på Cementa besökte hon nyligen två konferenser på det tekniska universitetet ETH i Zürich, båda med inriktning på innovation inom byggbranschen.

– Cementa har dragit igång en branschsatsning för att utveckla betongbyggandet vad gäller produktionsteknik. Vi vill både titta på transformativa tekniker som innebär små förbättringar och mer disruptiva tekniker med stora effekter på byggprocessen. På konferenserna i Zürich fanns båda delarna, säger han.

Rob Arch 2018 hade undertiteln ”Robotic Fabrication in Architecture, Art, and Design” och Digital Concrete 2018 fokuserade på digitala tillämpningar inom byggbranschen. Konferenserna är en del av Schweiz stora satsning på forskning och utveckling, där byggindustrin är ett av fyra prioriterade områden.

– I stort sett hela Digital Concrete handlade om 3d-printing. Mycket händer inom området och det är inte långt borta nu innan vi ser tekniken komma in i byggtekniken i stor skala, spår Petra Jenning.

En tillämpning som ligger nära i tiden är att använda 3d-skrivaren för att göra gjutformar av olika slag.

– Då kan man få ner kostnaden för formarbetet och tiden för att sätta formar, samtidigt som man har möjlighet att göra unika och oregelbundna former, säger Petra Jenning.

Skriva ut hus inte helt enkelt

Den mest spektakulära tillämpningen av 3d-printingtekniken är att ”skriva ut” själva huset i betong. Men även om det finns ett antal exempel att beskåda dras tekniken fortfarande med ett antal problem.

– När man skriver ut lager på lager blir gränssnittet mellan varje lager en svag zon. Printar man en vägg kommer den att ha lägre hållfasthet än en konventionell vägg. Dessutom kräver tekniken en kontrollerad miljö så att sätta 3d-printern på en byggarbetsplats blir svårt, säger Robert Larsson.

Det är dock precis vad de gör i robotlabbet på ETH. Det är världens största byggrobotlabb utrustat med både fasta och mobila ABB-robotar, 3d-skrivare och ett fullt utrustat betonglabb. Här möts forskare inom bland annat arkitektur, materialkunskap, konstruktionsteknik, robotik, automation och sensorteknik och samarbetar inom olika byggprojekt. Att jobba tvärvetenskapligt är en av framgångsfaktorerna, menar Petra Jenning.

– När man samarbetar på innovativa sätt får man till oväntade lösningar. Det borde vi ta med oss till Sverige och hitta strukturer där det kan hända, säger hon.

Robot som kollega på bygget

Det finns tre huvudsakliga forskningsområden i labbet; robotar för byggarbetsplatser, skräddarsydd digital tillverkning och livscykelanalyser av digitala tillverkningsmetoder.

– Att ta en robot från en skyddad miljö i exempelvis en bilfabrik till en dynamisk omgivning på en byggarbetsplats med damm, regn, snö och andra människor att förhålla sig till är inte det lättaste, säger Robert Larsson.

Mesh mold innebär att en robot, baserat på en digital modell, klipper, monterar och svetsar en armeringsenhet som på samma gång är konstruktiv och formar själva strukturen som kan vara helt och hållet kundanpassad.

– Den här tekniken har man demonstrerat i EMPA-testbädden (se sidoartikel) där man byggt en vägg som klarar en belastning på 100 ton. Problemet är att det inte finns något regelverk för den här typen av konstruktion så den går inte att försäkra, säger Robert Larsson.

En teknik som inte kräver någon ändring i byggnormen är smart dynamic casting. Det är en vidareutveckling av glidformsgjutning där gjutformen är flexibel och kan ändra form under gjutprocessen. Jämfört med 3d-printing är armeringen integrerad och traditionell självkompakterande betong kan användas.

Disruptiv teknik ger stora vinster

Många av teknikerna som demonstrerades under de båda konferenserna i Zürich har några år kvar innan de är mogna att tillämpas i produktion. Det betyder inte att man redan idag kan börja plocka de lägst hängande frukterna på digitaliseringsträdet.

– Det räcker med att man optimerar en del av processen till att börja med. Jag tror att exempelvis 3d-printade gjutformar är ganska lågt hängande frukt. Men inte förrän vi tillåter tekniken att bli disruptiv och påverka hela kedjan kommer vi att kunna se de stora vinsterna som påverkar helheten, säger Petra Jenning.

Läs fler artiklar under avsnittet Inspiration.