Drones als hulpinstrument op de werf


Projectpartner overheid: VLAIO (met clusters EUKA, BIM en Bouwindustrialisatie)

Projectpartners privé: Confederatie Bouw Limburg, bedrijven uit EUKA-werkgroep ‘Drones in de Bouw’ (details via dit document).

Projectpartners kennisinstellingen: WTCB

Projectduur: 1 jaar

Status: In aanvraag


 

 

Projectidee en algemeen projectdoel

Er wordt wel eens gezegd, dat als morgen drones een zak cement kunnen optillen en verplaatsen, de bouwsector op z’n kop staat. Hoe dicht staan we vandaag bij de drone als alledaagse bouwhelper? Het lijdt geen twijfel dat er wellicht een markt is voor een robot, in casu een drone, die verschillende taken op een werf op zich kan nemen. Het oppikken van (vergeten) gereedschap, het inschatten van workloads, het tillen van materialen die met een kraan naar een hogere verdieping moeten gebracht worden, het uitsparen van stellingenbouw en zo kan je nog wel even doorgaan.

Drones spelen vandaag evenwel al een grote rol in de bouwsector. Denk maar aan volumebepalingen, 3D-modellen maken van terreinen en gebouwen, inspecties op gebied van slijtage, isolatie, en noem maar op. Vandaar dat nieuwe en meer futuristische applicaties van drones daar wellicht sneller ingang zullen vinden en over een voldoende draagvlak kunnen beschikken om een verschil te maken op de werf. Een inzicht verwerven in de kennis van bepaalde sectorspecifieke noden, technische mogelijkhede/beperkingen en het draagvlak voor peilen voor een dergelijke drone zijn daarna het meest aan de orde in de bouwsector.

Omdat we wellicht heel wat concrete toepassingen voor drones kunnen bedenken in de bouw, is het belangrijk om deze te toetsen aan een zekere haalbaarheid en noodzaak. Heeft de concrete toepassing een meerwaarde voor de werfprocessen? Kan de huidige technologie tegemoet komen aan wat er verwacht wordt? Weegt de investering in een dergelijke werfdrone op tegen de (vemoedelijk) verhoogde efficiëntie? Allemaal vragen die in een doorgedreven haalbaarheidsstudie aan bod moeten komen, ten einde te weten of investeringen in een dergelijke drone de bouwsector en hun werfmanagement op een hoger niveau kunnen tillen. Deze kennisinzichten zullen de bouwsector in staat stellen hun werfgerelateerde processen te optimaliseren al dan niet door het gebruik van drones in de bestaande workflows.

 

Details haalbaarheidsstudie

De haalbaarheidsstudie moet alle aspecten van een dergelijke ‘bouw-assistentie drone’ bestuderen.

Eerst moet er bekeken worden wat de definitie is van een ‘assistentie-drone’. Deze definitie bepaalt de scope van de haalbaarheidsstudie. In deze studie proberen we zo breed mogelijk te zijn om geen innovatieve toepassingen van een dergelijke drone uit te sluiten.

De drone moet dus alle werfpersoneel (van bouwvakker, werfleider, architect tot ondersteunend personeel in het veld) van dienst kunnen zijn. Dat maakt dat al een eerste vraag is: in hoeverre kan en moet een dergelijke drone omni-inzetbaar zijn. Of is er een drone voor elke omstandigheid. Dat dient onderzocht te worden. Vevolgens moet er bekeken worden welke taken dit personeel heeft en welk daarvan kunnen overgenomen/ondersteund worden door een drone.

Drone als assistent:

  • On demand?
  • As a service?
  • Pro-actief?

Welke zijn de grove gebieden waarin deze drone actief zal zijn?

  • Bouwhulp – stapelen van bouwelementen, waterpasniveau aangeven, …
  • Werflogistiek – mapping en inventarisatie van werf; wat ligt waar, verplaatsen van items, analyse voor werfoptimalisatie, …
  • Werfbeveiliging: een zogenaamde ‘tethered’ drone kan permanente werfbeveiliging op zich nemen (drone permanent bevestigd aan een kabel)

Op welke manier zal een drone dit kunnen verwezenlijken?

  • Hardware drone: welk toestel, nieuw/bestaand?
  • Payload drone: sensoren, camera’s, grijp- en draagmechanisme, …
  • Software drone en naverwerking: datacollectie, collision detection, dataverwerking (analyse), …

 

Er zijn een achttal grote vragen die we in de haalbaarheidsstudie kunnen uitwerken.

  1. Nood aan drone-assistentie: in welke omstandigheden, welk type werf wel, welke niet?

Vandaag moet men op een werf veelal alles door een persoon laten gebeuren. Het bouwen op zich, uiteraard, maar ook het in- en uitladen van vrachten, het ter plaatse brengen van gereedschap, grondstoffen en bouwmateriaal. Ook bij het misplaatsen of vergeten van bepaalde zaken is er een menselijke factor die enerzijds de oorzaak is en de oplossing tegelijkertijd. Wat als een drone die menselijke ‘fouten’ kan voorkomen of in het minste geval eenvoudig en tijdsefficiënt kan verhelpen. Ook zou een drone bij routinetaken (verplaatsingen van punt a naar punt b) een stuk efficiënter kunnen zijn, waarbij personen zich op dat moment met andere taken kunnen bezig houden die minder routineus zijn. De studie zal dus nagaan bij de doelgroep wat de mogelijke meerwaarde zou kunnen zijn en op welke gebieden. Dit onafhankelijk van technologische beperkingen die verder in de studie wél zullen getoetst worden om uiteindelijk de vragen te funnelen naar wat realistisch haalbaar is.

Sommige oplossingen en dronetechnologie die zal beschreven worden in de resultaten, zullen nog moeten ontwikkeld worden. Andere technologie zal al beschikbaar zijn. Daarom maken we ook tijdens de studie een duidelijke afbakening van de scope, zodat we overblijven met de meest haalbare en realistische ontwikkelingen. De schaal van de studie wordt derhalve beperkt tot een afweging van wat haalbaar is ten opzichte van de technologische mogelijkheden en de economische meerwaarde van de voorgestelde oplossing.

  1. Soort drone: Welke payload? Draagvermogen?

Voor deze haalbaarheidsstudie beperken we ons tot drones die maximaal een payload van 15 kilogram kunnen tillen.  Niet elke drone kan ingeschakeld worden voor elke taak. Qua veiligheid moet een drone al voldoen aan een aantal criteria (quadcopter versus hexa- of octocopter), en veel is ook afhankelijk van het gewicht en de beweging van een payload die vereist is voor bepaalde taken (thermische camera, spectrale camera, andere detectiesystemen, grijparmen, extra gewicht dat eventueel opgetild wordt, etc…). Er dient onderzocht te worden of drones enerzijds een bepaald standaardgewicht en de daarbijhorende destabiliserende bewegingen aankan en anderzijds of de drone een extra gewicht kan meetillen en eventuele destabiliserende variabelen zelf kan opvangen. Ook spelen externe factoren (menselijke fouten/interventies, wind, regen, …) en andere te voorziene of minder te voorziene omstandigheden een rol bij het kieze van een drone voor deze werfrol. De studie moet ook op zoek gaan of er al dergelijke multipurpose drones bestaan die voldoende opgewassen zijn tegen de ‘harde’ eisen van een typische bouwwerf. Moet er een nieuw soort drone gebouwd worden of kan er verder geborduurd worden op een bestaand model? In deze studie kunnen we daarbij ook aandacht hebben voor verwante technologieën zoals batterijen en dergelijke omdat deze uiteraard een invloed hebben op de draag en vliegcapaciteit van het toestel.

  1. Keuring drone: Welke risico-analyses zijn er nodig? Welke procedure-analyses zijn er nodig?

Drones inzetten als arbeidsmiddel heeft uiteraard gevolgen. Elke machine die als dusdanig wordt ingezet moet onderworpen worden aan uitgebreide keuringen. Vragen die moeten beantwoord worden: Is de huidige keuring van een drone voldoende of moet deze uitgebreid worden? Is een pilotenopleiding zoals die vandaag bestaat nodig/voldoende of kan/mag dit via een aparte industriële opleiding (die meer toegespitst is op de specifieke handelingen die de drone op de afgsloten werf verricht). Een doorgedreven proces- en risico-analyse dient dan ook gemaakt te worden, maar dit kan eventueel ook in een vervolgtraject op de haalbaarheidsstudie. Toch dient er in deze studie al gewag gemaakt te worden van deze analyses, aangezien zij wellicht ook een invloed zullen hebben op de haalbaarheid van bepaalde voorgestelde oplossingen.

  1. Hoe vindt de drone zijn weg op de werf? Collision detection en UTM?

Het spreekt voor zich dat veiligheid vandaag in de bouw van het grootste belang is. Het toevoegen van een alom aanwezige drone maakt dat er niet minder belangrijk op. De studie moet nagaan in hoeverre een drone voldoende autonoom kan functioneren op een chaotische werf. Het detecteren van mogelijk obstakels en daarop kunnen inspelen moet absoluut mogelijk zijn. In hoeverre kan dit op een flexibele manier? Komt er dan nog steeds een piloot aan te pas of kan dit voor een stuk zonder menselijke inmenging? En moeten er veiligheidscorridors voorzien worden (cfr. fabriekshallen) of past de drone zich dynamisch aan? Op welke manier kan je het drone-verkeer regelen op de werf. Mag er meer dan één drone tegelijk actief zijn?

  1. Artificiële of virtuele intelligentie: Over welke ‘intelligentie’ mag/moet een dergelijke drone beschikken?

Hangt voor een stuk ook samen met de besturing. Wat mogen we redelijkerwijs verwachten van ‘zelfstandigheid’ van een dergelijke drone. Roept een operator een bepaald programma op dat de drone dan uitvoert (vb.: screenen van werf en op te ruimen items registreren en vervolgens ook opruimen), doet een drone dat automatisch op gezette tijden, of moet dit nog deels bestuurd worden door een piloot? Wat is er vandaag technologisch gezien mogelijk op dit gebied, wat is praktisch haalbaar en wat is er wettelijk mogelijk op de werf?

  1. Scan-mogelijkheden/sensoren – grijparmen (basis-payload drone): wat moet de drone kunnen registreren? Wat moet de drone fysiek kunnen verplaatsen?

Er zijn bij een dergelijke werfdrone veel raakvlakken met een warehousedrone. De drone moet in staat zijn om items te scannen en te herkennen. Dit zou enerzijds kunnen doordat elk item gemerkt is met een RFID/barcode/qr-code die de drone kan herkennen. Daarnaast dient ook onderzocht te worden of het efficënter is om te werken met een actief signaal t.o.v. scanning, of een combinatie van de twee. De drone zou ook moeten kunnen bepaalde items kunnen oppikken en verplaatsen. Dit door middel van grijparmen, magnetisch vlak, soort van adhesie, … . Er moet onderzocht worden voor welke items dit zinvol en haalbaar is, en welke veiligheidsrisico’s dit met zich mee brengt.

  1. Besturing (piloot versus autonoom/automatisch): intelligent vliegen, voorgeprogrammeerd vliegen of automatisch met een piloot als safe-guard?

Bij een dergelijke bouwdrone zou zoveel mogelijk routinematig werk moeten kunnen gebeuren zonder inmenging van een piloot. Maar op een werf gebeuren handelingen met een kraan ook via een operator, dus een drone zou een meer flexibel alternatief voor de logge kraan kunnen zijn. Evenwel spelen gewichtsbeperkingen daar een rol in het nadeel van de drone. Idealiter zou de drone een tool ter beschikking van de bouwprofessional moeten zijn: de architect die iets wil nameten, de bouwvakker die een elektrische boor vergeten is, de metser die een zak cement op een bepaalde plaats wil krijgen.

  1. Real-time en naverwerking van data: wat in zinvol en voor welke analyses kan deze data aangewend worden?

De data die een drone capteert op de werf kan zowel in real-time als uitgesteld gebruikt worden. De verwerking van data kan bepaalde logistieke patronen per werf in kaart brengen. Zo kan de plaatsing van bepaalde stucturen, bouwmaterialen, enz… geoptimaliseerd worden. Ook kan de bouwprofessional geholpen worden door hem (via smartphone, bvb.) een seintje te geven van wat hij eventueel nodig heeft/vergeten is/en waar het precies ligt (in het geval dat de drone het item niet kan brengen).

 

Doelstellingen van de haalbaarheidsstudie

  1. Bepalen wat welke noodzaak een drone als bouwassistent kan vervullen
  2. Zorgen voor concrete procesoplossingen die als basis kunnen dienen voor vervolgtrajecten.
  3. Ervoor zorgen dat de kosten versus baten van het gebruik van een dergelijke drone als hulpmiddel positief zijn voor de bouwsector. Een dergelijke haalbaarheidsstudie kan een licht werpen op welke investeringen er nodig zijn en eventueel verschillende actoren in de bouwsector overtuigen om een innovatietraject inzake deze tool op te starten en hierin ook te willen investeren.
  4. Bepalen in welke omstandigheden een dergelijke drone aangewezen is en waar zeker niet
  5. Een antwoord bieden op de volgende technolgische en praktische vragen:

Wat is de gewenste graad van zelfstandigheid die veiligheidshalve kan op een dergelijke drone?

Wat is de gewenste draagkracht?

Wat zijn de nodige veiligheidsvereisten op de drone zelf en op de werf? (vb. bal-drone, veiligheidscorridors, …)

Welke camera’s zijn er nodig voor de drone: hd-beelden, infrarood, multi-spectraal, thermisch, … ?

Is er nood aan een laser-payload voor opmetingen?

Welke grijpmodule is het efficiëntst (grijparmen, magneet, andere…)? En is er überhaupt een grijpmodule nodig?

Is er nood aan onboard verwerking en output van data?

Op welke manier vergaart de drone data en welke data precies en hoe wordt deze verwerkt en ingezet?

Kan de drone automatisch/autonoom ingezet worden?

Is er een integratie nodig met bestaande toestellen (smart-phone, smart-glasses)?

Is er de mogelijkheid om te werken via AR? (projecteren van bepaalde situaties vanuit de drone)

 

Meerwaarde voor de betrokken partijen

Betrokken partijen zijn in eerste instantie EUKA en het WTCB (in de hoedanigheid van de cluster BIM en bouwindustrialisatie). Een dergelijk onderzoek heeft een grote toegevoegde meerwaarde voor de doelgroep van beide clusters. Als drones morgen als werfhulp kunnen ingezet worden, zorgt dit ervoor dat er veel efficiënter kan omgegaan worden met de veel duurdere inzet van mankracht. Ook zou een dergelijke studie kunnen bijdragen tot het quantificeren van een duidelijke return on investment voor de bouwsector voor een dergelijke drone.

Er is ook binnen de werking van EUKA heel wat aandacht besteed aan een zeer actieve werkgroep rond het gebruik van drones in de bouw. De actieve leden hiervan werden opgesomd in vraag 1.4. De reguliere werking van de dronecluster is ook sterk ingesteld op de verschillende sectoren, waaronder de bouw. Alle drone-aanbieders en –eindgebruikers die lid zijn van de cluster worden op de webiste ingedeeld volgens interesse en/of werkingsgebied, in dit geval de bouw. Een overzicht van alle leden in die categorie vind je hier: http://euka.org/find/cmty/bouw/.

Ik heb interesse in 'Drones als hulpinstrument op de werf' en wil graag meer informatie over (deelname aan) dit project!

Pin It on Pinterest