CDT El líder de viviendas modulares Rick Murdock tuvo una visión: ¿Por qué no utilizar sistemas robóticos para automatizar la producción de viviendas modulares asequibles? Ahora esa visión es una realidad.
Fuente: Building Desingn+Construction
Autovol, una empresa de construcción modular con sede en Nampa, Idaho, EE.UU., ha adoptado un enfoque integral de sistemas para construir viviendas multifamiliares asequibles. El proceso de Autovol, llamado “construcción modular volumétrica automatizada”, utiliza sistemas robóticos para ensamblar módulos de seis lados y equiparlos con todos los dispositivos, accesorios y sistemas MEP para enviarlos al lugar de trabajo, donde se elevan y fijan en su posición. Desde allí se conectan los servicios públicos y se aplica el revestimiento exterior.
El proceso Autovol difiere de la construcción modular panelizada, en la que los paneles de pared, piso y techo se construyen en una planta y se ensamblan en el sitio. El sistema Autovol divide la estructura en módulos cúbicos, desde dos apartamentos tipo estudio uno frente al otro en el pasillo, hasta varios bloques de construcción que forman una unidad de dos o tres habitaciones, para construir un edificio de varios pisos. Las paredes pueden tener hasta 74 pies de largo (22 m) y 8 a 10 pies de altura (2 a 3 metros).
Autovol inauguró su planta de 400.000 pies cuadrados (121.920 m2) en julio de 2020. Está equipada con 53 robots industriales de seis ejes ABB, que automatizan completamente la producción de las paredes, techos y pisos que componen los módulos volumétricos.
La compañía tiene cuatro proyectos multifamiliares en proceso, todos en California. Todos fueron desarrollados por The Pacific Companies , con sede en Eagle, Idaho:
- Virginia Street Studios , una comunidad de viviendas tipo estudio asequibles para adultos mayores de $10 millones y 301 unidades en San José, se ensambló a partir de 160 módulos. Se está realizando el trabajo final del sitio y está programado para abrir esta primavera.
- Santa María , un complejo de unidades mixtas comercial/residencial de 105 módulos y 160 unidades en la ciudad del mismo nombre.
- Lemos Pointe en Watson Ranch , una comunidad asequible de uso mixto de 186 residencias (231 módulos) en American Canyon, cerca de Napa.
- MacArthur , 193 apartamentos asequibles para personas mayores (136 módulos), en Oakland.
Los módulos para los últimos tres proyectos están terminados y en espera de ser enviados a sus sitios.
Viviendo un proceso de construcción robótica para viviendas
El cofundador y director ejecutivo de Autovol, Rick Murdock, que ha estado en la industria de la vivienda prefabricada durante 44 años (cofundó Guerdon Modular Buildings), dijo que se “enganchó a la automatización” después de asistir a una feria comercial hace unos años. “Formé esta visión de comenzar una planta de viviendas modulares automatizadas robóticamente que podría construir un producto de alta calidad mientras aliviaba a los trabajadores de la construcción y comerciantes del estrés físico común en el trabajo”.
Murdock unió fuerzas con Lars Wikholm, propietario de Wiksfors Technology , una firma de ingeniería robótica en Suecia, como consultor. Por accidente, en 2018, Murdock se enteró de otra empresa de ingeniería robótica, House of Design, cinco millas más adelante en Nampa. House of Design, un integrador de sistemas de ABB Robotics, había desarrollado recientemente sistemas automatizados de vigas de techo y piso para otra empresa de viviendas prefabricadas.
Para diseñar la fábrica de los sueños de Murdock, los ingenieros de House of Design utilizaron RobotStudio, el software de programación y simulación fuera de línea de ABB, para experimentar con simulaciones altamente realistas de sistemas de automatización, con numerosos modelos de robots y combinaciones de diseño, para alcanzar el diseño óptimo para cada línea de robótica.
El software puede seleccionar y posicionar los componentes de la línea, como transportadores y pistas de robot, que realizan los diversos procesos de fabricación. RobotStudio puede identificar cuellos de botella potenciales y calcular los requisitos de espacio precisos y las métricas de rendimiento que el concepto del sistema proporcionaría si se instalara realmente en la planta. En esencia, los usuarios finales pueden experimentar con variaciones en el diseño del sistema a través de prueba y error sin riesgo hasta que se diseñe el sistema ideal.
“Dependimos en gran medida de House of Design para comprender las limitaciones de la automatización y la robótica”, dijo Curtis Fletcher, cofundador y CTO de Autovol.
Las líneas de construcción robótica resultantes ocupan 100.000 pies cuadrados (30.480 m2) en el núcleo de la planta de Autovol de $104 millones. Los 300,000 pies cuadrados (91.440 m2) circundantes son donde las paredes, los pisos y los techos se ensamblan en los módulos, y donde se instalan los sistemas MEP, se pintan las paredes y los módulos se equipan con electrodomésticos y accesorios de baño.
“Los 53 robots se especificaron en RobotStudio antes de la compra”, dijo Shane Dittrich, copropietario de House of Design. “Es increíblemente poderoso tener una representación visual completa de las líneas robóticas, donde puede acercarse, examinar y modificar todas las áreas clave de producción”.
El software permite la automatización robótica dinámica de la construcción de viviendas
El cerebro detrás de todo el proceso es el software personalizado y el sistema de modelado Dynamic Robotic Automation de House of Design, que permite a Autovol construir secuencialmente un número ilimitado de variaciones de paredes, techos y pisos en un programa de producción continuo e ininterrumpido.
El diseño del proyecto comienza con Prefab Logic , propiedad de dos cofundadores de Autovol. Prefab Logic recopila todos los códigos de construcción y otros requisitos jurisdiccionales, crea los planos que descomponen la estructura en secciones modulares y desarrolla el modelo BIM, que House of Design integra en los sistemas robóticos de Autovol.
“Todo comienza con el software”, dijo Dittrich. “Básicamente estamos haciendo copos de nieve, lo que significa que puede tener cualquier diseño que desee, siempre que se encuentre dentro de las restricciones dimensionales establecidas. En un momento hicimos muros de ocho millas, con 1.500 diseños de muros diferentes, pero ni una sola persona tuvo que programar esos muros”.
Las instrucciones “simplemente pasaron por el software y llegaron al equipo, y el equipo sabía exactamente lo que tenía que hacer para construir cada muro”, dijo Dittrich. “Todo está automatizado. Por eso lo llamamos automatización dinámica, en lugar de automatización flexible”.
Producción robótica de paredes, pisos y techos para viviendas
Hay dos líneas robóticas principales en la planta: una para paredes, otra para pisos y techos. Dado que cada módulo tiene paredes finales, paredes de unión y paredes interiores, pero solo un piso y un techo, cada línea puede operar continuamente, con el rendimiento de cada uno sincronizado para que los módulos se puedan ensamblar a medida que se fabrican los paneles.
El sistema de enmarcado de la línea de muros construye cabeceras de puertas y ventanas, así como marcos de puertas y ventanas. Una vez que se completan estos componentes, se ensamblan robóticamente y se colocan en la pared a medida que se extruye.
Los postes de encuadre van desde 2X4 hasta 2X12. Cualquier combinación de ventanas y puertas se puede programar a través de la automatización robótica dinámica de House of Design. “Se puede hacer un diseño de pared personalizado inmediatamente después de otro, sin ningún cambio en el equipo”, dijo Brandon Schmidt, vicepresidente de automatización y robótica de House of Design.
A medida que se hace una pared, los robots seleccionan, colocan y clavan los elementos de estructura a las placas superior e inferior, que se colocan en la extrusora de elementos principales que mueve las placas hacia adelante. Otros robots ensamblan los encabezados de puertas y ventanas en los marcos de puertas y ventanas correspondientes, luego en la pared a medida que se extruye a lo largo de la línea.
Una vez que una pared está completamente extruida y enmarcada, pasa a la línea de revestimiento. Se coloca pegamento y los robots recogen, colocan y sujetan capas de OSB o paneles de yeso (o ambos) a un lado de la pared. Los robots enrutan cajas eléctricas y aberturas para ventanas, puertas y ventilación, un procedimiento que requiere mucha precisión para alinear las aberturas con los subcomponentes.
Luego, la pared se traslada a una estación MEP, donde se instalan manualmente los cables, las cajas eléctricas y de plomería y el aislamiento. Los paneles se desplazan al anillo exterior de la planta para el montaje, acabado y equipamiento de los módulos. La línea de suelo y techo funciona de la misma manera.
En ese momento, los componentes interiores de los módulos terminados se aseguran y el exterior se envuelve herméticamente en una cubierta resistente a la intemperie para su envío hasta 800 millas desde la planta de Autovol.
Cálculo del ahorro en dólares y tiempo de la construcción modular robótica
Autovol ha estado en funcionamiento durante casi dos años, operando cuatro turnos de 10 horas a la semana y bombeando alrededor de 14 módulos a la semana, o unos 700 módulos al año. El objetivo final es de 2.000 módulos al año.
Los Virginia Street Studios de cinco pisos, en San José, se construyeron a un costo de $120/pie cuadrado; tomó cerca de tres semanas erigir los 160 módulos. Autovol estima ahorros de $100/pie cuadrado, o 20%, de los costos de construcción estándar en mercados de alto costo como el Área de la Bahía, y un ahorro de tiempo del 40% en comparación con la construcción en el sitio.
Murdock admite que el envío de paneles puede ser menos costoso que el envío de módulos completos, pero “la mayor rentabilidad es recibir algo en el sitio que esté lo más cerca posible del acabado”. Con los paneles, “los materiales deben descargarse y organizarse, y casi necesita el mismo equipo en el sitio que si estuviera construyendo con palos”. Eso compensa el costo adicional de envío de módulos terminados.
Murdock dijo que su objetivo final es expandirse geográficamente. “La visión nunca fue para una sola planta”, dijo. “Lo fue para muchos”.
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