Sự xuất hiện của robot trong lĩnh vực xây dựng lắp ghép đang mở ra một bước ngoặt quan trọng cho ngành xây dựng hiện đại. Thông qua tự động hóa, các khâu từ sản xuất cấu kiện, vận chuyển đến lắp ráp tại công trường được tối ưu đồng bộ, giúp nâng cao năng suất, cải thiện độ an toàn lao động, tiết kiệm chi phí và giảm tác động tiêu cực đến môi trường.
Xây dựng lắp ghép và vai trò của robot
Xây dựng lắp ghép là phương pháp trong đó các bộ phận kết cấu được sản xuất sẵn trong nhà máy, sau đó vận chuyển đến công trường để lắp ráp hoàn chỉnh. Cách làm này ngày càng phổ biến nhờ khả năng kiểm soát chất lượng tốt hơn, rút ngắn thời gian thi công và giảm phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.
Robot đóng vai trò trung tâm trong mô hình này, đặc biệt khi được tích hợp với các nền tảng thiết kế số như CAD và BIM. Dữ liệu từ mô hình số sẽ được chuyển trực tiếp thành lệnh vận hành, cho phép robot thực hiện các thao tác chế tạo với mức can thiệp của con người ở mức tối thiểu, đồng thời đảm bảo độ chính xác theo thiết kế ban đầu.
Robot tham gia vào chuỗi sản xuất vật tư
Trong nhà máy tiền chế, robot hiện diện ở hầu hết các công đoạn then chốt:
In 3D cấu kiện: Các cánh tay robot gắn đầu phun vật liệu có thể tạo hình từng lớp bê tông hoặc composite polymer, cho phép sản xuất các chi tiết có hình dạng phức tạp, độ chính xác cao và ít hao hụt vật liệu.
Cắt và tạo hình chính xác: Hệ thống robot CNC và robot cắt laser đảm nhiệm các thao tác cắt, khoan, tạo hình với sai số cực thấp, giúp các cấu kiện khi đưa ra công trường có thể lắp ráp khớp nối liền mạch.
Xử lý và di chuyển vật liệu: Robot gantry hoạt động theo các trục X, Y, Z đảm nhiệm việc nâng, xếp và định vị các cấu kiện nặng, trong khi robot khớp đa trục thực hiện các thao tác phức tạp như hàn, vặn ốc, liên kết chi tiết với độ chính xác dưới một milimet.
Tự động hóa vận chuyển và lắp ráp tại công trường
Do đặc thù các cấu kiện lắp ghép thường có kích thước lớn và trọng lượng cao, nhiều dự án đã ứng dụng phương tiện tự hành, xe tải tự lái hoặc drone để vận chuyển. Các hệ thống này sử dụng GPS kết hợp cảm biến để đảm bảo quá trình logistics chính xác và an toàn.
Khi đến công trường, robot tiếp tục được sử dụng để hỗ trợ lắp ráp. Các cánh tay robot cố định hoặc bán di động đảm nhiệm việc hàn, bắt vít và liên kết các khối kết cấu lớn, giúp tăng tính đồng nhất của mối nối và giảm sai sót so với thao tác thủ công.
Lợi thế kỹ thuật và kinh tế từ robot xây dựng
Việc ứng dụng robot trong xây dựng lắp ghép mang lại nhiều lợi ích rõ rệt:
Gia tăng hiệu suất sản xuất: Robot có thể vận hành liên tục, thực hiện các thao tác lặp lại với tốc độ cao, giúp tăng sản lượng và rút ngắn tiến độ dự án.
Độ chính xác vượt trội: Nhờ cảm biến và hệ thống điều khiển tiên tiến, robot đảm bảo độ chính xác trong cắt, hàn và lắp ráp – yếu tố then chốt để giảm lỗi và tránh phải làm lại.
An toàn lao động: Robot thay thế con người trong các công việc nguy hiểm như nâng vật nặng, xử lý vật liệu độc hại hay làm việc ở môi trường rủi ro cao.
Giảm chất thải và nâng cao tính bền vững: Độ chính xác cao giúp tối ưu hóa việc sử dụng vật liệu, giảm phế thải xây dựng và phù hợp hơn với các mục tiêu phát triển bền vững.
Tối ưu chi phí dài hạn: Dù chi phí đầu tư ban đầu lớn, việc giảm lao động thủ công, hạn chế sai sót và tăng năng suất giúp doanh nghiệp đạt hiệu quả kinh tế tốt hơn trong dài hạn.
Những thách thức chưa thể bỏ qua
Bên cạnh lợi ích, việc triển khai robot trong xây dựng lắp ghép vẫn đối mặt với nhiều rào cản:
Chi phí đầu tư và bảo trì cao: Việc mua sắm, lắp đặt, lập trình và bảo dưỡng robot đòi hỏi nguồn vốn lớn. Các giải pháp giám sát thông minh bằng IoT đang được phát triển để giảm rủi ro ngừng hoạt động.
Thiếu hụt nhân lực chuyên môn: Ngành xây dựng hiện vẫn thiếu kỹ sư và kỹ thuật viên có khả năng vận hành, lập trình và bảo trì robot, khiến việc ứng dụng trên diện rộng gặp khó khăn.
Khả năng tích hợp với hệ thống truyền thống: Nhiều doanh nghiệp vẫn sử dụng quy trình cũ, dẫn đến khó khăn trong việc kết nối dữ liệu giữa nền tảng số và hệ thống robot.
Hạn chế về tính linh hoạt: Robot hoạt động hiệu quả nhất với các thiết kế tiêu chuẩn. Đối với các dự án có tính tùy biến cao, việc lập trình lại có thể làm giảm hiệu quả và kéo dài thời gian triển khai.
Rào cản pháp lý và tiêu chuẩn an toàn: Việc đưa robot vào công trường đòi hỏi tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn xây dựng, trong khi khung pháp lý cho công nghệ mới vẫn đang được hoàn thiện.
Tác động dài hạn và triển vọng tương lai
Tự động hóa bằng robot đang tạo ra tác động tích cực đến hiệu suất và chi phí của các dự án xây dựng lắp ghép. Nhờ rút ngắn thời gian thi công, kiểm soát chất lượng tốt hơn và giảm chi phí phát sinh, nhiều doanh nghiệp có thể đạt lợi tức đầu tư khả quan, đặc biệt với các dự án quy mô lớn.
Trong tương lai, robot xây dựng được kỳ vọng sẽ kết hợp sâu hơn với trí tuệ nhân tạo (AI) và machine learning, cho phép tự tối ưu thiết kế, phân bổ nguồn lực và dự đoán bảo trì. Khi đó, robot không chỉ là công cụ thi công mà còn trở thành một phần trong hệ sinh thái xây dựng thông minh.
Dù còn nhiều thách thức về kỹ thuật, tài chính và nhân lực, xu hướng robot hóa trong xây dựng được xem là khó đảo ngược. Với sự tiến bộ của công nghệ, robot sẽ ngày càng giữ vai trò then chốt trong quá trình công nghiệp hóa ngành xây dựng.
Biên tập: Hoàng Anh
Nguồn tham khảo: Parametric Architecture