Gli organismi edilizi sono sistemi molteplici e complessi, ai quali sono richiesti standard qualitativi sempre più elevati. Per gestire efficacemente questa complessità, la filiera delle costruzioni sta accogliendo, seppur lentamente, le potenzialità date dallo sviluppo di metodi e tecniche digitali, per fare entrare anche l’edilizia nell’epoca della rivoluzione dell’industria 4.0. Obiettivo della ricerca dunque è la definizione di una metodologia capace di ottimizzare gli interventi sul patrimonio edilizio, riducendone i tempi e costi di esecuzione grazie ad una costante mitigazione del rischio, inteso nella triplice accezione di rischio progettuale, rischio operativo e rischio finanziario, con riguardo verso il paradigma della sostenibilità valutata a livello di processo (Lean Construction) [1]. Questi crescenti livelli di complessità sono meno gestibili quando la gestione degli interventi da eseguire è contemporanea alla gestione dell’operatività dell’edificio come, per esempio, durante degli interventi manutentivi necessari a mantenere l’efficienza delle componenti dell’organismo. Perciò, è necessario disporre di metodologie e strumenti capaci di gestire questa molteplicità di fattori complessi. In tale direzione, un importante aiuto per gli attori del processo edilizio è stata la progressiva introduzione delle tecniche di Information and Communication Technology (ICT) nel mondo dell’edilizia, dapprima con sistemi capaci di digitalizzare le operazioni di calcolo e di rappresentazione grafica e, successivamente con maggiore “intelligenza” e capacità di risolvere semplici - ma ricorrenti - ragionamenti come il rilevamento di interferenze geometriche (clash detection) o le verifiche di coerenza con le regole imposte (rule checking). Pertanto, grazie ai costanti sviluppi dell’informatica, i progettisti hanno a disposizione strumenti che possono prevedere alcuni effetti delle loro scelte e, di conseguenza, mitigare i rischi dovuti a incomprensioni o errori, soggetti a fenomeni di propagazione ogni qual volta il progetto sia rivisto e aggiornato. Questo contributo è focalizzato sulla fase di costruzione e manutenzione dell’edificio, e punta alla definizione di una metodologia basata sugli sviluppi degli impieghi delle tecniche di intelligenza artificiale nella gestione del progetto e del processo edilizio: l’obiettivo del sistema - in corso di sviluppo - è incrementare la produttività delle attività del cantiere edile mitigandone i fattori negativi quali il tempo sprecato, il sotto-impiego di materiali, le sovrapposizioni pericolose di squadre lavorative e di macchine e mezzi d’opera. Nella pratica corrente, gli attori usano strumenti per programmare e verificare le attività costruttive in modo da identificare rapidamente i problemi e valutare le opportune strategie di ottimizzazione del processo. La programmazione perciò, viene organizzata attraverso la definizione di diagrammi di tempo da aggiornare periodicamente. In questi schemi, vengono visualizzati il numero e il tipo di risorse da impiegare, mentre le stime di questi valori sono relegate sulla base dell’esperienza degli attori in gioco [2]. Solitamente, nelle consolidate prassi di processo edilizio è necessario procedere in modo ciclico (e ricorsivo) sulle analisi dello stato di fatto, sul livello di comprensione tra specialismi, sulle simulazioni delle ipotesi progettuali, sulla pianificazione, revisione e previsione delle modalità di intervento. Queste attività, suddivise secondo una determinata e condivisa tassonomia (preferibilmente secondo quanto definito dalla norma UNI 8290) definiscono la Work Breakdown Structure (WBS): tale scomposizione, ordinata e gerarchizzata, viene solitamente gestita attraverso strumenti derivati dalla “Program Evaluation Review Technique (PERT) e dal “Critical Path Method” (CPM) [3]: approcci nati nel campo dell’industria manifatturiera, quindi con situazioni al contorno standardizzate. I risultati di queste analisi e simulazioni sono visualizzati attraverso diagrammi e grafi orientati con lo scopo di mostrare il percorso critico costituito dalla sequenza di attività che determinano la massima durata dell’intero processo. Molto spesso, si preferisce utilizzare il diagramma di Gantt, vista la semplicità di consultazione e la possibilità di avere una panoramica generale sul progetto, limitando però la possibilità di valutare l’impatto di lavorazioni simili in spazi differenti, o di avere contezza dell’effettiva occupazione delle are di lavoro [4] fattori che, al contrario, sono di primaria importanza nella definizione della divisione gerarchica dei luoghi nei quali viene svolta una attività, ovvero la definizione della Location Breakdown Structure (LBS). Per questi motivi, si evidenzia che l’impiego di queste metodologie, ormai datate e inappropriate vista la scarsa considerazione che si dà al contesto dell’area di lavoro e al tasso di occupazione della stessa, contribuisce a causare sovrapproduzioni, perdite di tempo, inefficiente collocazione delle risorse, tempi incongrui di consegna e eventuali conflitti tra attività non considerabili, in fase di progetto, in sovrapposizione tra loro. Ciò nonostante, negli ultimi anni gli strumenti basati sulla metodologia BIM hanno dimostrato grandi potenzialità nell’attività progettuale, supportando i progettisti nella gestione della importante complessità delle informazioni contenute in un progetto, permettendone anche la identificazione automatica dei conflitti geometrici e/o tra regole imposte [5]. Nello stesso tempo però, non hanno mostrato chiare capacità nell’associare agli elementi del sistema edilizio le necessarie risorse, metodi costruttivi, materiali richiesti, tempi di esecuzione e interferenze da risolvere. L’attuale dato di fatto dimostra come i sistemi BIM abbiano generato grandi aspettative, legate a rassicuranti risultati riguardo la definizione dei materiali e degli elementi edilizi, ma non considerino l’incidenza delle proprietà di un oggetto sulla sequenza costruttiva, sull’impatto logistico e sui tutti i dati relativi alla fase costruttiva del bene edilizio. Il modello proposto, chiamato AS-BIM (Agent Simulation – Building Information Modeling) è impostato per interagire con il modello BIM dell’edificio (fig.01) e, considerando le attività da svolgere all’interno degli spazi definiti dal modello stesso, produrne una LBS relativa al progetto da realizzare. AS-BIM consiste in due livelli strettamente connessi l’un l’altro: la Knowledge Wrap (KW) che “avvolge” la conoscenza e gli agenti associati agli oggetti BIM (fig. 02), ai parametri necessari per definire la LBS e alle squadre lavorative che andranno a popolare il modello: questi agenti saranno raggruppati a seconda delle fasi di processo, della tempistica imposta, delle necessità date dal contorno, della logistica e degli imprevisti, agendo come uno “sciame” guidato dalla necessità di occupare quante più aree possibili fluidificando le sequenze lavorative di cantiere.Riferimenti bibliografici [1] L, Koskela, Application of the new production philosophy to construction. Stanford University, Stanford, 1992. [2] L, Kanapeckiene, A, Kaklauskas, E K, Zavadskas, M, Seniut, Integrated knowledge management model and system for construction projects, in «Engineering application of Artificial Intelligence», Vol. 23, n.7 (2010), pp.1200-1215. [3] J.,M., Wilson, Gantt charts: a centenary appreciation, in «European Journal of Operational Research», Vol. 149, Issue 2 (2003), pp. 430-437; [4] F. L., Rossini, G. Novembri, A. Fioravanti, C. Insola, Integrating BIM and agent-based modelling for construction operational optimization – a LBS approach in S.E. Christodoulou & R. Scherer (a cura di), ECPPM 2016: eWork and eBusinees in Architecture, Engineering and Construction, Taylor & Francis, London, 2016, pp. 627-636. [5] Eastman, C, Lee, J-m, Jeong, Y, Lee, J-k, Automatic rule-based checking of building designs in Automation in Construction (18), issue 9, 2009, pp. 1011-1033;
Primo Classificato SSD ICAR 11 ne "La Ricerca Che Cambia. 2° Convegno Nazionale dei dottorati italiani dell'architettura, della pianificazione e del design", Università IUAV di Venezia, 1-2 Dicembre 2016 / Rossini, FRANCESCO LIVIO. - (2016).
Primo Classificato SSD ICAR 11 ne "La Ricerca Che Cambia. 2° Convegno Nazionale dei dottorati italiani dell'architettura, della pianificazione e del design", Università IUAV di Venezia, 1-2 Dicembre 2016.
Francesco Rossini
Primo
2016
Abstract
Gli organismi edilizi sono sistemi molteplici e complessi, ai quali sono richiesti standard qualitativi sempre più elevati. Per gestire efficacemente questa complessità, la filiera delle costruzioni sta accogliendo, seppur lentamente, le potenzialità date dallo sviluppo di metodi e tecniche digitali, per fare entrare anche l’edilizia nell’epoca della rivoluzione dell’industria 4.0. Obiettivo della ricerca dunque è la definizione di una metodologia capace di ottimizzare gli interventi sul patrimonio edilizio, riducendone i tempi e costi di esecuzione grazie ad una costante mitigazione del rischio, inteso nella triplice accezione di rischio progettuale, rischio operativo e rischio finanziario, con riguardo verso il paradigma della sostenibilità valutata a livello di processo (Lean Construction) [1]. Questi crescenti livelli di complessità sono meno gestibili quando la gestione degli interventi da eseguire è contemporanea alla gestione dell’operatività dell’edificio come, per esempio, durante degli interventi manutentivi necessari a mantenere l’efficienza delle componenti dell’organismo. Perciò, è necessario disporre di metodologie e strumenti capaci di gestire questa molteplicità di fattori complessi. In tale direzione, un importante aiuto per gli attori del processo edilizio è stata la progressiva introduzione delle tecniche di Information and Communication Technology (ICT) nel mondo dell’edilizia, dapprima con sistemi capaci di digitalizzare le operazioni di calcolo e di rappresentazione grafica e, successivamente con maggiore “intelligenza” e capacità di risolvere semplici - ma ricorrenti - ragionamenti come il rilevamento di interferenze geometriche (clash detection) o le verifiche di coerenza con le regole imposte (rule checking). Pertanto, grazie ai costanti sviluppi dell’informatica, i progettisti hanno a disposizione strumenti che possono prevedere alcuni effetti delle loro scelte e, di conseguenza, mitigare i rischi dovuti a incomprensioni o errori, soggetti a fenomeni di propagazione ogni qual volta il progetto sia rivisto e aggiornato. Questo contributo è focalizzato sulla fase di costruzione e manutenzione dell’edificio, e punta alla definizione di una metodologia basata sugli sviluppi degli impieghi delle tecniche di intelligenza artificiale nella gestione del progetto e del processo edilizio: l’obiettivo del sistema - in corso di sviluppo - è incrementare la produttività delle attività del cantiere edile mitigandone i fattori negativi quali il tempo sprecato, il sotto-impiego di materiali, le sovrapposizioni pericolose di squadre lavorative e di macchine e mezzi d’opera. Nella pratica corrente, gli attori usano strumenti per programmare e verificare le attività costruttive in modo da identificare rapidamente i problemi e valutare le opportune strategie di ottimizzazione del processo. La programmazione perciò, viene organizzata attraverso la definizione di diagrammi di tempo da aggiornare periodicamente. In questi schemi, vengono visualizzati il numero e il tipo di risorse da impiegare, mentre le stime di questi valori sono relegate sulla base dell’esperienza degli attori in gioco [2]. Solitamente, nelle consolidate prassi di processo edilizio è necessario procedere in modo ciclico (e ricorsivo) sulle analisi dello stato di fatto, sul livello di comprensione tra specialismi, sulle simulazioni delle ipotesi progettuali, sulla pianificazione, revisione e previsione delle modalità di intervento. Queste attività, suddivise secondo una determinata e condivisa tassonomia (preferibilmente secondo quanto definito dalla norma UNI 8290) definiscono la Work Breakdown Structure (WBS): tale scomposizione, ordinata e gerarchizzata, viene solitamente gestita attraverso strumenti derivati dalla “Program Evaluation Review Technique (PERT) e dal “Critical Path Method” (CPM) [3]: approcci nati nel campo dell’industria manifatturiera, quindi con situazioni al contorno standardizzate. I risultati di queste analisi e simulazioni sono visualizzati attraverso diagrammi e grafi orientati con lo scopo di mostrare il percorso critico costituito dalla sequenza di attività che determinano la massima durata dell’intero processo. Molto spesso, si preferisce utilizzare il diagramma di Gantt, vista la semplicità di consultazione e la possibilità di avere una panoramica generale sul progetto, limitando però la possibilità di valutare l’impatto di lavorazioni simili in spazi differenti, o di avere contezza dell’effettiva occupazione delle are di lavoro [4] fattori che, al contrario, sono di primaria importanza nella definizione della divisione gerarchica dei luoghi nei quali viene svolta una attività, ovvero la definizione della Location Breakdown Structure (LBS). Per questi motivi, si evidenzia che l’impiego di queste metodologie, ormai datate e inappropriate vista la scarsa considerazione che si dà al contesto dell’area di lavoro e al tasso di occupazione della stessa, contribuisce a causare sovrapproduzioni, perdite di tempo, inefficiente collocazione delle risorse, tempi incongrui di consegna e eventuali conflitti tra attività non considerabili, in fase di progetto, in sovrapposizione tra loro. Ciò nonostante, negli ultimi anni gli strumenti basati sulla metodologia BIM hanno dimostrato grandi potenzialità nell’attività progettuale, supportando i progettisti nella gestione della importante complessità delle informazioni contenute in un progetto, permettendone anche la identificazione automatica dei conflitti geometrici e/o tra regole imposte [5]. Nello stesso tempo però, non hanno mostrato chiare capacità nell’associare agli elementi del sistema edilizio le necessarie risorse, metodi costruttivi, materiali richiesti, tempi di esecuzione e interferenze da risolvere. L’attuale dato di fatto dimostra come i sistemi BIM abbiano generato grandi aspettative, legate a rassicuranti risultati riguardo la definizione dei materiali e degli elementi edilizi, ma non considerino l’incidenza delle proprietà di un oggetto sulla sequenza costruttiva, sull’impatto logistico e sui tutti i dati relativi alla fase costruttiva del bene edilizio. Il modello proposto, chiamato AS-BIM (Agent Simulation – Building Information Modeling) è impostato per interagire con il modello BIM dell’edificio (fig.01) e, considerando le attività da svolgere all’interno degli spazi definiti dal modello stesso, produrne una LBS relativa al progetto da realizzare. AS-BIM consiste in due livelli strettamente connessi l’un l’altro: la Knowledge Wrap (KW) che “avvolge” la conoscenza e gli agenti associati agli oggetti BIM (fig. 02), ai parametri necessari per definire la LBS e alle squadre lavorative che andranno a popolare il modello: questi agenti saranno raggruppati a seconda delle fasi di processo, della tempistica imposta, delle necessità date dal contorno, della logistica e degli imprevisti, agendo come uno “sciame” guidato dalla necessità di occupare quante più aree possibili fluidificando le sequenze lavorative di cantiere.Riferimenti bibliografici [1] L, Koskela, Application of the new production philosophy to construction. Stanford University, Stanford, 1992. [2] L, Kanapeckiene, A, Kaklauskas, E K, Zavadskas, M, Seniut, Integrated knowledge management model and system for construction projects, in «Engineering application of Artificial Intelligence», Vol. 23, n.7 (2010), pp.1200-1215. [3] J.,M., Wilson, Gantt charts: a centenary appreciation, in «European Journal of Operational Research», Vol. 149, Issue 2 (2003), pp. 430-437; [4] F. L., Rossini, G. Novembri, A. Fioravanti, C. Insola, Integrating BIM and agent-based modelling for construction operational optimization – a LBS approach in S.E. Christodoulou & R. Scherer (a cura di), ECPPM 2016: eWork and eBusinees in Architecture, Engineering and Construction, Taylor & Francis, London, 2016, pp. 627-636. [5] Eastman, C, Lee, J-m, Jeong, Y, Lee, J-k, Automatic rule-based checking of building designs in Automation in Construction (18), issue 9, 2009, pp. 1011-1033;I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
