טכנולוגיות בנייה: התחומים בהם תתרחש המהפכה

ביג דאטה ובינה מלאכותית: קפיצה בפריון וברווחיות של הענף

המושג ביג דאטה מתייחס לכמויות גדולות מאוד של מידע שמצטברות במהלך הפעולה השוטפת של בני אדם, מכונות, מערכות מחשבים, חיישנים וכל מכשיר אחר אשר מייצר נתונים. כל תוכנית, כל תיעוד הנדסי או חשבונאי בענף הבנייה יוצרים ביחד מידע רב לגבי העבר.

הצטברות הנתונים הללו היא נכס, הודות לאפשרות לנתח את הנתונים באמצעות טכנולוגיות כדי להבחין בדפוסים מסוימים. דפוסים אלה מהווים בסיס לתהליכי קבלת החלטות טובים יותר, ומסייעים להגביר את היעילות ואת הבטיחות בתהליכי העיצוב, הבנייה וההפעלה של המבנים. ניתוח של ביג דאטה משמש אם כן ככלי לנתח את המצב הקיים, לחזות תהליכים עתידיים ולמנוע מצבים לא רצויים בעתיד.

אפשר למשל להשתמש בניתוח של ביג דאטה כדי לברר מהי צריכת החשמל, ואיפה כל צוות נמצא. אם קיימות בעיות או סטיות, ניתן לבחון בזמן קצר למדי מה גרם להן והיכן יכול להימצא הפתרון. עוד בשלב העיצוב והתכנון ניתן לקבל מידע מתנועת כלי רכב ובני אדם במקום, תנאי סביבה, פעילות עסקית ועד לשיחות של בני אדם במדיה חברתית.

ביג דאטה יכול גם לשפר מאוד את תהליכי קבלת החלטות. יתר על כן, כאשר מקבלים נתוני תחזית על סמך הדפוסים שהתגלו, מתי כל צוות ישלים את משימתו, ומה תהיה ההתקדמות של המיזם כולו, ניתן להגיע לתזמון אופטימלי של הקצאת הצוותים והחומרים, וגם לקבוע היכן ולכמה זמן להקצות את עבודת הציוד, מה יחסוך כסף בשכירת הציוד באמצעות פלטפורמות ייעודיות.

למעשה, השימוש בביג דאטה ככלי לביצוע יהיה משולב בחדירה של בינה מלאכותית ומכונות "לומדות" לענפי הבנייה. שני מרכיבים אלה יאפשרו לשפר בכל שלב של התהליך את השימוש בביג דאטה, וקבלת המלצות לפעולה מהמערכת. אם מתרגמים את התרומה של ההתייעלות לתהליכי העבודה הרי שמדובר בקפיצה גדולה מאוד בפריון וברווחיות של הענף. לפי דו"ח שפרסמה חברת הייעוץ הבינלאומית Accenture, התוצאה המשולבת של טכנולוגיות חדשות ובינה מלאכותית תהיה להגדיל את הרווחיות של החברות שיהיו פעילות ב-71% במצטבר עד לשנת 2035.

עם זאת, קיימים עדיין לא מעט מכשולים עד שהטכנולוגיות האלה יוכלו להיכנס לשימוש נרחב. ראשית, אין אחידות בקצב של פיתוח הטכנולוגיות הקשורות לבינה מלאכותית וניתוח ביג דאטה, חלקן נמצאות בשלבים מוקדמים מאוד, אחרות עוד לא נוסו בשטח. יתר על כן, לא לכל החברות יהיו המשאבים הדרושים להטמעת אותן טכנולוגיות, ולא לכולן יש את המנהיגות הדרושה כדי לבצע הטמעה זו.

 פרויקט מיוחד: אי-הודאות בענף הנדל"ן / איור: ליאב צברי

אימוץ טכנולוגיות מענפים אחרים: אפליקציות וענן

תעשיית הבנייה בעולם עומדת לאמץ, בקצב מוגבר, טכנולוגיות שנמצאות כבר היום בשימוש בענפים רבים. מדובר בין היתר בשימוש נרחב ביישומונים בטלפונים ניידים וטאבלטים, ושימוש במידע ויישומים מבוססי ענן. הטכנולוגיה תאפשר לעובדים באתר הבנייה להתחבר ישירות לפלטפורמות ולמערכות התוכנה של החברה, להשוות ולעדכן מודל דיגיטלי תלת ממד של המקטע בבנייה, למסור נתונים ומידע בנוגע לחומרים ולציוד. מידע זה בתורו מוזן למערכות ERP של החברה, אשר יהיו במסוגלות לנהל את המלאים על סמך עקרונות של "בדיוק בזמן", תוך חיסכון בשימוש במומרים. המשמעות הישירה של הטמעת טכנולוגיות אלה היא שהתיאום האופקי בין הגורמים השונים המועסקים בבניית נכס, ילך ויתרחב. התוצאה תהיה תזמון של פעולות של צוותים אשר יבטיח יעילות מרבית וצמצום, ואף חיסול, של צווארי בקבוק ומניעת עיכובים שנובעים מחוסר תיאום.

בנוסף לתיאום האופקי על החברה הקבלנית יהיה להבטיח גם תיאום אנכי, כלומר תיאום בשרשרת האספקה של חומרים. במציאות של מידע שזורם בזמן אמת, הצורך והאפשרות של תיאום אנכי גדלים מאוד, כך שחומרים וציוד יסופקו בדיוק בזמן, תוך צמצום ניכר באפשרות של יצירת צווארי בקבוק, אספקת כמויות לא נכונות, או אחסון של חומרים לתקופות ארוכות.

המהפכה הדיגיטלית אמורה להשפיע לא רק על אספקת החומרים אלא גם על הציוד ההנדסי והמכונות אשר משתתפות בבנייה. השימוש בציוד זה הופך להיות לאחד המרכיבים של עלויות הקשורות בבנייה, בשל הסכומים הנדרשים כדי לרכוש אותו. אולם, או כאשר החברה נאלצת לשכור ציוד לימים שלמים, כאשר ניתן לרכז את המידע על זמני השימוש של הציוד, ואורך הזמן שהם יהיו בשימוש, נפתחת האפשרות לשכור את המכונות הנדרשות, לזמן שהחברה זקוקה להן. אפשרות זו אמורה להתממש על ידי פלטפורמות דיגיטליות להשכרת ציוד, באמצעותה אפשר יהיה לתאם את שעות השימוש של כל חברה.

מדפסות תלת ממד: המלט בתור דיו

פן נוסף של מאמצי הייעול והקטנת ההוצאות הוא אימוץ של תהליכי תיעוש המבוססים על שימוש ברכיבים ובחלקים של המבנה המיוצרים מחוץ לאתרים. טכניקות כאלה קיימות כבר לא מעט שנים, גם בישראל, אך הטכנולוגיות הדיגיטליות שכבר קיימות מאפשרות הקטנה משמעותי של זמני הבנייה והוזלתה. הכוונה היא, בעיקר, לשימוש במדפסות תלת ממד, כאשר המלט הוא שמשמש ה"דיו" של המדפסת.

אולם חייבים להביא בחשבון שעדיין מדובר בטכנולוגיה שנמצאת בראשית דרכה, וקיימות לא מעט מגבלות לגבי שימושה במגזרי הבנייה. מדפסות תלת מימד לא מצליחות להתמודד, עד עתה, עם רכיבים גדולים, והדבר מגביל את שימושם. יחד עם זאת, הן כבר נמצאות בשימוש, והן אחראיות על בניית יחידות דיור קטנות, במקומות שונים. דובאי, במפרץ הפרסי, מנסה להיות מרכז לשימוש בטכנולוגיה, בשיתוף פעולה עם חברות סיניות.

חיישנים, ציוד אוטונומי ורובוטים

מאחורי המאמץ להגיע לתיאום מרבי של כוח אדם, חומרים וציוד, נמצאות כמה טכנולוגיות המבוססות על ציוד אלקטרוני ודיגיטלי כמו חיישנים, מכשירי ניווט GPS ושימוש בתגיות וזיהוי באמצעות תדרי רדיו (RFID), אשר מסוגלים לעקוב אחרי חומרים, משאיות וכלי עבודה ומצב המלאי במחסנים.

למרכיבים אלה צריך להוסיף את השימוש המוגבר בציוד אוטונומי, במיוחד כלי רכב, טרקטורים, דחפורים וכיוב'. ככל שהטכנולוגיה של כלי רכב אוטונומיים תתפתח, כך יגדל השימוש שלה בבנייה, אך כבר היום אפשר לגלות מקרים של שילוב של ציוד, טרקטורים ודחפורים הפועלים במשולב עם רחפנים אשר סורקים את אתר הבנייה באופן רציף ומספקים תמונות של השטח ברזולוציה גבוהה. הרחפנים מסוגלים לייצר מפה מעודכנת של אתר הבנייה וסביבתו, מיקום הצוותים והציוד, ולהעביר אותו לצוותי העבודה בזמן אמת.

על הקרקע באתר, צוותי העבודה יהיו מצוידים במכשירים וחיישנים אשר יאפשרו להם "להתבונן" במקטע העבודה שלהם כפי שהוא צריך להיות בתום המשימה שלהם. הדבר מושג בשימוש בטכנולוגיות של מציאות וירטואלית ומציאות רבודה, כלומר "הלבשת" מודל וירטואלי של השינויים שאמורים להתבצע על תמונת המצב הקיים.

את השימוש ברכבים אוטונומיים וחיישנים כדי להשיג התייעלות מרבית תשלים החדירה של רובוטים לתחום הבנייה. הרובוטים כבר פעילים במגזרים שונים במשקים מפותחים, והם עתידים לפעול גם בתחום הבנייה. כל רצף בסיסי ופשוט של פעולות, או כל רצף מורכב יותר שניתן לפרקו למקטעים פשוטים יותר, יהיה מועמד לעבור תהליך של אוטומציה, אשר תתבצע, לרוב, באמצעות רובוטים. הדוגמה הפשוטה ביותר היא הנחת לבנים שתושלם בדיוק מרבי ובמהירות באמצעות רובוטים. כפי שהודגש לעיל, קצב ההתקדמות והתאום עם חלקים אחרים של המבנה בהם מועסקים בני אדם או רובוטים, יהיה מתואם ויפוקח בזמן אמת, תוך העברת המידע למרכז הבקרה.

פן נוסף של השימוש בטכנולוגיה של חיישנים והעברת מידע בזמן אמת הוא המעקב אחרי מצב הבטיחות והבריאות של צוותי עבודה. החיישנים, והתוכנה המתלווה אליהם, הופכת לציוד חובה אשר באמצעותו ניתן לעקוב אחרי תקינותם של מעליות, מנופים וציוד אחר, לחות וכמויות של גשם, מהירות הרוח והטמפרטורה באתר. חיישנים אחרים יורכבו על בגדי העבודה, הקסדות והגוף של עובדים יוכלו לעקוב בזמן אמת על נתונים הפיזיים, רמת עייפות, לחץ דם, ונתונים אחרים הנוגעים לבטיחות שלהם.

את הרמות הגבוהות של התיאום בין צוותים, ובין צוותים לבין ציוד, ניתן להשיג, כאמור, באמצעות פלטפורמה אחידה. הדבר מתאפשר הודות ליישומים משותפים המאפשרות קשר מתמיד לענן. בדרך זו לצוותים השונים יש לא רק גישה לצוותים אחרים אלא גם לכל מידע שנוגע להם, כמו חוזי עבודה, תכנונים ושרטוטים, דו"חות ביצוע של צוותים אחרים. התהליך כולו מוביל לצמצום ניכר בנייר, או הסתמכות על מפות ודו"חות מודפסים והכל בזמן אמת.

אלא שכדי לקיים את היכולות השונות האלה יש צורך ביישום האינטרנט של הדברים (IOT) - מערכת של חיישנים המסוגלים לקיים תקשורת מקוונת עם מערכות מקבילות, המותקנות במכונות וציוד, כלי רכב או מחשבים.

במגזר הבנייה האינטרנט של הדברים מאפשר לעקוב אחרי ציוד ומכונות, ולהתאים תוכניות עבודה לתנאי הסביבה. חיישנים המותקנים על בגדיהם ועל הציוד שבידי צוותי העבודה מספקים מידע על הפועלים ומצבם הפיזי, מה שמקטין את הסיכוי של תאונות עבודה.

טכנולוגיית הבלוקצ'יין 

טכנולוגיית הבלוקצ'יין פותחה כמערכת שעומדת מאחורי המטבע הווירטואלי ביטקוין, ואמורה לוודא את האמיתות והשלמות של רישומים באופן בטוח.
הבלוקצ'יין מבוסס על מעין פנקס רישום, או גיליון רישום, המאוחסן במספר עצום של מחשבים בעולם כולו, המתעדכנים באופן אוטומטי כל אימת שרשומה משתנה בעקבות "עסקה", הרישום נעשה בצורה בטוחה ומונעת קיומם של מתווכים. אלא שנוסף לביטקוין נמצאו לטכנולוגיה שימושים בתחומים רבים, כולל במגזר ההנדסה והבנייה.

הציפייה כעת היא שהטכנולוגיה תשמש למשל בענף הבנייה לביצוע תשלומים דיגיטליים, אך גם בתיאום בין הגורמים המעורבים במיזמים, בשמירה בזמן אמת של תיעוד על רכש ומלאים, ובזיהוי דיגיטלי של עסקאות וביצוע חוזים.

טכנולוגיות דיגיטליות בתכנון

היבט מעניין של השימוש המתרחב בטכנולוגיות דיגיטליות הוא שהן יכולות לבחון את תוכניות הבנייה על שלביהן השונים - עיצוב ותכנון, בנייה, הפעלה ותחזוקה - כמקשה אחת. חברת מקינזי מעריכה כי אימוץ של טכנולוגיות חדישות בתכנון האדריכלי וההנדסי יוכל להקטין את העלויות ב-7% עד 10%, ולהעלות את הפריון ב-8% עד 10%.

העיקרון המנחה של שלב התכנון הוא שיתוף פעולה בין הגורמים שיהיו מעורבים בבנייה, כדי ליצור בסיס אחיד שיבחן עד כמה הרעיונות הבסיסיים הם בני ביצוע, ולהגיע לבחירות מיטביות של חומרים, כדי לבחון מי מהם מספק התשובות הטובות ביותר בכל מה שקשור לתכונות פיזיות, חיסכון ואיכות הסביבה. יתר על כן, כאשר נבחר עיצוב מסוים כמענה הטוב ביותר לצרכים, ניתן לאחסן אותו בצורה דיגיטלית, ולשלב אותו במיזמים עתידיים.

BIM: לעשות אינטגרציות עם טכנולוגיות אחרות

אחת הטכנולוגיות הדיגיטליות המסקרנות בענף הבנייה נקראת BIM, ראשי התיבות של Building Information Model, מודל דיגיטלי תלת ממדי של המבנה המתוכנן, עם מרכיבים של מציאות מדומה ומציאות רבודה (הוספת מרכיבים וירטואליים מתוכננים לתמונה של המצב הקיים). ה-BIM מתעדכן באופן אוטומטי בזמן אמת על פי מידע שמתקבל מהצוותים העובדים באתר, מהציוד הכבד עליו מותקנים חיישנים, ומרחפנים. על פי נתוני מקנזי, שוק ה-BIM בעולם נאמד כבר היום ב-2.5 מיליארד שקל, והוא צומח בקצב של כ-15% לשנה.

המודל הדיגיטלי כולל את כל המידע בנוגע לתוואי השטח, לסביבה הגיאוגרפית, לתשתיות קיימות ולכל נתון משמעותי אחר. בגרסאות המעודכנות של המערכת היא מאפשרת גם חישוב של חומרים ועלויות, מה שהופך אותה לכלי חיוני המסוגל להתריע על בעיות הנדסיות או על חישובים לא מציאותיים עוד בתחילת הדרך.
לעובדה זו תהיה השפעה מכרעת בכמה תהליכים הקשורים למיזמים שונים. דוגמה אחת היא היכולת של גופים ציבוריים, המפרסמים מכרזי בנייה, לעמוד על האיתנות ההנדסית והכלכלית של הצעות מצד קבלנים וחברות הנדסה. ה-BIM יהיה אחד הכלים המרכזיים לבחון עד כמה הצעות כאלה הן מציאותיות כבר בשלב הגשת ההצעה.

חיים פייגלין, מנכ"ל צמח המרמן: "בישראל ה-BIM מוכר, ובמוסדות אקדמיים להנדסה מלמדים אותו. אבל בעולם היה צורך הרבה פעמים לכפות אותו על ידי ממשלות או רגולציה, הוא לא נטמע ויש בו עדיין לא מעט קשיים. מעל הכל, לא מדובר בכלי אשר יהפוך סדרים קיימים.

"ובכל זאת, ה-BIM הוא כלי מועיל. הוא מאלץ את הצוותים והיועצים העוסקים בתכנון בניין לעבוד ביחד ולהגיע למכנה משותף, יועץ החשמל עם יועץ האקוסטיקה, ויועץ האינסטלציה עם יועץ המיזוג וכו'. הרבה פעמים מוציאים פרויקטים לביצוע כאשר הם לא מבושלים עד הסוף, כי התיאום נעשה יותר ויותר מורכב. וה-BIM הוא כלי שמאלץ את כולם לסיים את התכנון, כי הוא מתריע על התנגשויות שונות בין התוכניות של כל קבלן משנה. משרד הביטחון, למשל, מתחיל לחייב שימוש של BIM במכרזים שלו".

צחי פלאטו, SOSA: "המאמץ הוא לפתח טכנולוגיות שיעזרו ל-BIM לחדור מהר יותר לשוק, במיוחד במקומות שבו הוא לא נמצא היום, כמו תשתיות. אנו גם מחפשים מקומות שבהם ניתן להביא לאינטגרציה עם טכנולוגיות אחרות, כמו לשלב את ה-BIM עם לוחות זמנים ותקציב. זה קיים, אבל בצורה שלא עונה על כל הדרישות".

מעיצוב להפעלה: ספרייה דיגיטלית

הטכנולוגיה הדיגיטלית מאפשרת יצירה של "ספריית עיצובים", מעין מודולות שניתן לשלוף וליישם בכמה מיזמים. הספרייה הדיגיטלית אינה מוגבלת רק לשלב העיצוב, אלא יכולה לאחסן גם פתרונות לשלבי הבנייה השונים, כך שבאופן עקרוני ניתן יהיה להסתכל על המבנה העתידי לא כמיזם ייחודי אלא כמוצר שמייצרים באופן מובנה, באמצעות רצף של פריטים עיצוביים והנדסיים שמוכנים מראש, לאחר התאמות נדרשות.

כאשר הבנייה הופכת ל"ייצור", גדלים התמריץ והיכולת להשתמש בפריטים ורכיבים שייצורם מתקיים מחוץ לאתר הבנייה, של שימוש במודולות מוכנות מראש, ואף להעביר חלק מהייצור למדפסות תלת מימד, אשר יקצצו את העלויות ואת זמן הבנייה בצורה חדה.

הטכנולוגיות הדיגיטליות מאפשרות גם לכלול בתכנון המוקדם את השלב שבו המבנה יימסר, יופעל ויתוחזק על ידי יוזמי המיזם. העיקרון המנחה יהיה של "מבנה חכם", כלומר מבנים אשר יהיו מסוגלים להתאים את עצמם באופן אוטומטי לשינוי בתנאי אקלים, תוך הפעלה או כיבוי של מערכות קירור או חימום, בקרה על צריכת אנרגיה וחשמל, וגם יוכלו לתקשר עם מבנים אחרים, כלי רכב, ספקי שירות ודיירי הבניין.

נוסף לכך, המבנים החכמים יהיו מסוגלים להתאים את עצמם לטכנולוגיות חדשות או לשינויים אחרים בסביבה, וזאת על ידי התבססות על בנייה מודולרית ופאנלים של חיישנים ורכיבים אלקטרונים אחרים. בדרך זו, ניתן יהיה להתאים את יכולת המבנים החדשים לתקשר עם סביבתם לדורות חדשים של חיישנים וטכנולוגיות חדשות שיתפתחו בעתיד, תוך הארכת מחזור החיים של המבנה.

הרעיון של אלי עטיה: שפה אחידה בבנייה

פייגלין: "בפרויקט בנייה יש שלושה דברים עיקריים שנראים חשובים. הנראות של הבניין בחזיתות שלו מבחוץ, המפגש שלו עם הקרקע, הרחוב והסביבה, והחלק התפקודי בפנים, כלומר, למה הוא אמור לשמש. למי שמסתכל על הבניין, או משתמש בו, לא ממש חשובים הפרטים הטכניים של החיבורים בין הקורות לבניין, מספר העמודים וכו'. הבעיה היא שכיום את כל הפרטים האלה צריך להמציא מחדש עבור כל פרויקט.

"אפשר להניח שיש אלפי צורות אפשריות של חיבור עמוד לקורה, ובכל פעם צריך המהנדס להמציא מחדש איך יחברו את העמוד לקורה, מה יהיו המידות של הקורה, איך ייראה החיבור, מאיזה כיוון יבוא הברזל ואיך יפגוש את הקורה. בסופו של דבר המהנדס נשאר עם מספר מצומצם מאוד של אופנים שהם נכונים וטובים למקרה הספציפי שהוא מטפל בו, וכל יתר האפשרויות אינן טובות לבעיה הספציפית. אלא שכל פעם צריך לחזור על אותו תהליך של איתור הצורות שבאות בחשבון. יתר על כן, ייתכן שבאותו בניין יימצאו עשרות צורות של חיבור של עמוד לקורה, אבל ניתן היה להסתפק בצורה אחת.

"זה מסביר למה היעילות נמוכה כל כך, מכיוון שכל פעם צריך להתחיל מההתחלה כל פרויקט. אם היו מצליחים לפתח פלטפורמה תכנונית שהיתה יכולה לקלוט את כל הקודים של בנייה בעולם, את כל התקנים, את כל החוקים ותוכניות המתאר המקומיות ואת כל המפרטים הכלליים המקובלים בכל מדינה ובכל אזור, אפשר היה לתכנן בניין בלי שיהיה צורך כל פעם להמציא את הגלגל מחדש.

"הכוונה היא שאפשר יהיה, למשל, לתכנן כל פרויקט, הכי מיוחד והכי חריג שרוצים, בלי לפתח את כל הפרטים ואת כל התכנון ההנדסי והארכיטקטוני כל פעם מחדש. הפרטים הטכניים האלה צריכים להיות תקניים ומוסכמים, והתעשייה מקבלת אותם. לכן אפשר לייצר אותם בצורה תעשייתית".

- האם יש אפשרות לפיתוח שפה אוניברסלית כזו בין מהנדסים?

"על הכלי הזה החל לדבר אדריכל ישראלי הפועל בארה"ב, אלי עטיה. הוא התמחה בארה"ב בשיטות מיוחדות בתכנון של גורדי שחקים ומגדלים גבוהים. עטיה פיתח שפה אדריכלית, אותה הוא מכנה ארכיטקטורה הנדסית (Engineered Architecture).

"השפה שעטיה פיתח מבוססת על שישים פלוס אותיות, שעטיה מכנה 'תאים'. כל אות כזאת מכילה גיאומטריה של מתאר אדריכלי מרחבי. כל תא או אות מכיל את הידע והאינטליגנציה ההנדסי שמתחייב מהחיבור של אותו אות לאותיות אחרות. מדובר בכל פרטי הקצה של החיבורים והמערכות, הקונסטרוקציה הנדרשת והחיבור שלה לאותיות אחרות. השפה העברית מונה 22 אותיות ועוד 5 אותיות סופיות, ועל האותיות האלה קמה תרבות שלמה, כך שעל אותן שישים פלוס תאים או אותיות אפשר לפתח תרבות אדריכלית הנדסית עשירה של פרויקטים ובניינים, עם חיסכון אדיר בזמן וכסף.

"את הדבר הזה צריך יהיה להפוך לשפה של מחשבים ולחבר אותו לספריות קיימות של קודים, חוקים, תקנים ותקנות בכל מקום בעולם. מה שיתקבל זו פלטפורמה שכל אדריכל יוכל לעבוד איתה, להתבטא מבחינה תפיסתית ולעשות כל מה שהוא רוצה. יש לכך היתכנות כי למרות הפיזור הרב של הענף, יש כבר תוכנות, כמו אוטוקאד שהיא תוכנת שרטוט שלהפתעת כולם אומצה על ידי כ-50% מהתעשייה. זו דוגמה לכך שניתן להחדיר הכלי של עטיה לתעשייה.

"זו מהפכה שיש לה פוטנציאל לשנות את התעשייה לחלוטין, לפחות מפוזרת ויותר 'תעשייתית'. את השמות של החברות הגדולות שישתמשו באותו כלי אנו לא יודעים היום, מכיוון כי מי שישכיל להיות מהראשונים שיאמצו את הכלי, יהיה לו יתרון אדיר על המתחרים שלו".