L'automazione nella costruzione off-site

Se fa parte del settore edile, probabilmente ha già sentito parlare del Building Information Modelling (BIM) e di come sfida l'approccio tradizionale all'edilizia. Questo metodo intelligente, basato su modelli 3D, funziona creando un "gemello digitale" di una struttura, consentendo:

  • Migliore collaborazione tra gli stakeholder
  • Catene del valore più controllate e snelle
  • Migliori risultati grazie a un processo decisionale basato sui dati

In sostanza, il BIM ha il potenziale per rivoluzionare completamente il modo in cui costruiamo, rendendo il processo più efficiente, snello, economico, agile e sostenibile. Con vantaggi di questo tipo, potrebbe chiedersi: Perché il BIM non è una caratteristica più diffusa nel settore edile?

Risposta breve: La mancanza di automazione.

Una visione BIM pienamente realizzata richiede una solida base digitale, cosa che ancora manca nell'edilizia tradizionale, ad eccezione di un settore: La costruzione fuori sede (OSC). Sebbene l'OSC sia ancora una parte relativamente piccola dell'ecosistema edilizio più ampio e stia lottando con le proprie sfide di automazione, le nuove tecnologie, le normative favorevoli e le aziende lungimiranti (ad esempio Baufritz, Rubner haus, Entekra, BoKlok) e progetti come Build-in-Wood lo stanno rapidamente trasformando in una forza dirompente.

©Rubner haus: Pyramidenkogel

Con un valore previsto di oltre 235 miliardi di dollari entro il 2030 e una crescente popolarità in Paesi come Cina, Hong Kong, Australia, Germania e Paesi Bassi, ci sono pochi dubbi sul fatto che questo nuovo e promettente segmento stia per salire alle stelle, ponendo le basi digitali necessarie affinché il BIM raggiunga davvero il suo potenziale.

Diamo un'occhiata più da vicino alle dinamiche e agli approcci del settore (ad esempio, la progettazione per la produzione e l'assemblaggio (DfMA)) che stanno incentivando l'uso dell'OSC automatizzato e guidano l'emergere di nuove soluzioni - rendendo la visione BIM una realtà.

©Entekra: Soluzioni Offsite® completamente integrate

Automazione nell'industria dell'edilizia fuori sede (OSC)

L'edilizia fuori sede (alias prefabbricata, modulare, preingegnerizzata) consente di progettare, pianificare e pre-fabbricare diversi elementi di una struttura in un ambiente di fabbrica controllato, anziché in loco. I diversi elementi vengono poi portati in cantiere per essere assemblati rapidamente (pensi a un sistema LEGO).

I vantaggi dell'OSC sono stati ampiamente documentati e comprendono un aumento della produttività, del controllo, della velocità, della sicurezza, dell'efficienza e una diminuzione degli scarti. In effetti, gli studi hanno rivelato che il metodo OSC può produrre risparmi dal 30 al 50% rispetto all'edilizia convenzionale.

L'automazione è una parte fondamentale del processo, spesso aiutata da computer, robot e macchine che possono essere programmate per eseguire vari compiti ripetitivi. Alcuni dei processi automatizzati includono:

  • Produzione di componenti edilizi
  • L'assemblaggio di questi componenti
  • I processi che consentono la produzione e l'assemblaggio

Rendere questi processi più controllati e automatizzati riduce la possibilità di errore umano, aumenta la sicurezza dei lavoratori e si traduce in una migliore qualità complessiva.

©Baufritz: Automazione basata sulle macchine nella fase di produzione

Ostacoli all'automazione nell'edilizia fuori sede (OSC)

Nonostante l'elevato potenziale e il crescente interesse dell'industria per l'OSC, la sua diffusione è stata ostacolata dalle sfide associate alla completa automazione del processo. Alcune di queste sfide includono:

L'investimento

Iniziare con l'OSC è un processo costoso, soprattutto per le aziende che mirano ad essere completamente automatizzate. Alcuni di questi costi includono:

  • Impostazione della fabbrica
  • Acquisto dei macchinari necessari
  • Lavoratori con competenze più elevate (stipendi più alti)
  • Costi di gestione, manutenzione e ammortamento

L'insieme di questi fattori può davvero sommarsi, costringendo le aziende a pensarci due volte prima di fare l'investimento.  

La complessità del processo

Ottenere il massimo dal metodo OSC implica la razionalizzazione di numerosi processi e un alto livello di collaborazione. Tutto, dalla progettazione, alla produzione, all'assemblaggio, deve essere attentamente pianificato e preciso. Piccoli errori possono essere costosi, creare seri ritardi e ostacolare l'intero processo.  

La necessità di manodopera qualificata

L'OSC automatizzato richiede lavoratori addestrati e meticolosi, che siano a proprio agio con la tecnologia e che abbiano il know-how necessario per far funzionare l'operazione senza intoppi. Questo li rende più costosi e più difficili da trovare.

©Entekra: Automazione basata sulla manodopera qualificata nella fase di produzione

Una mancanza di istruzione e formazione

L'OSC richiede una serie di competenze in aree come la progettazione digitale, la produzione fuori sede, la logistica, la gestione del sito e l'integrazione dei sistemi. Molte persone del settore non hanno formazione ed esperienza in queste aree. L'aggiornamento professionale sarà una parte essenziale del processo.

Requisiti normativi

Sebbene le normative stiano diventando più favorevoli per l'OSC, spinte da una maggiore richiesta di economicità e sostenibilità (ad esempio, Giappone, Regno Unito, ecc.), in alcuni Paesi possono ancora rappresentare una barriera.  

I driver per l'automazione nell'edilizia fuori sede (OSC)

Abbiamo già accennato ad alcuni dei vantaggi che stanno contribuendo a guidare l'OSC automatizzato (ad esempio, maggiore sostenibilità, maggiore efficienza dei costi, velocità e maggiore qualità complessiva). Ecco altri due fattori che vale la pena menzionare:

La possibilità di scala

Disporre di un set-up OSC completamente automatizzato rende possibile l'assunzione di progetti di sviluppo su larga scala. Più il progetto è continuo e ripetitivo, maggiore può essere il suo ritorno sull'investimento, consentendole di compensare i costi associati a macchinari, trasporti e manodopera specializzata.    

Spazio per un'innovazione senza fine

I vantaggi che l'OSC apporta al tavolo possono essere notevolmente migliorati se combinati con la robotica, l'AI e altre capacità. Tra queste, il BIM è una delle più promettenti, in quanto fornisce una solida base digitale e facilita molti dei vantaggi e delle opportunità che derivano dall'OSC. Infatti, uno studio del 2012 di Goulding et al. sostiene che la maggiore crescita della produttività dell'edilizia deriverà dalle attività automatizzate fuori sede assistite dal BIM.  

Il problema è che, nonostante tutto l'interesse del settore, c'è ancora un grande divario tra la visione BIM pienamente realizzata e la realtà che le imprese edili devono affrontare oggi. Diamo un'occhiata più da vicino a come la visione BIM differisce dalla realtà BIM.  

Visione BIM vs realtà BIM

Per capire in che modo la visione BIM differisce dalla realtà BIM, bisogna innanzitutto comprendere i diversi livelli di maturità BIM, che vanno dal livello 0 al livello 3:

©United BIM: Livelli BIM spiegati
Livelli BIM

Il livello BIM 3 rappresenta la visione BIM pienamente realizzata, mentre per molte imprese edili la realtà è ancora rappresentata dal livello BIM 1 o 2.  

Sebbene l'uso del BIM abbia certamente i suoi vantaggi a qualsiasi livello, la mancanza di un sistema digitalmente integrato spesso lascia spazio ad errori. Ad esempio, il livello BIM 1 non è completamente integrato, il che porta a sfide di comunicazione tra le parti interessate, ad esempio:

  • Le iterazioni potrebbero non essere completamente visibili o comunicate a tutto il team.
  • Decisioni o modifiche tardive potrebbero non essere possibili una volta che il processo è in corso.
  • Anche piccole deviazioni dal piano di progettazione possono portare a enormi sfide in seguito.

Sebbene il livello BIM 2 offra un grado di integrazione più elevato, oltre alla possibilità di prevedere con precisione i tempi e i budget, queste capacità funzionano solo se esiste una solida base BIM 3D (ossia un modello informativo condiviso).  

Tutto si riduce a una conclusione inevitabile: Per trasformare la visione BIM in realtà, dovremo iniziare ad adottare un livello molto più elevato di integrazione digitale nelle nostre pratiche edilizie quotidiane. OSC sta contribuendo a guidare l'emergere di soluzioni BIM pratiche per soddisfare la crescente necessità di:

  • Specifiche precise
  • Produzione industrializzata
  • Assemblaggio in loco senza soluzione di continuità

Ora che abbiamo toccato alcuni dei modi in cui l'OSC sta aiutando il BIM a raggiungere il suo vero potenziale, diamo un'occhiata a un altro approccio che unisce il BIM e l'OSC: il Design for Manufacture and Assembly (DfMA).

Che cos'è il Design per la produzione e l'assemblaggio?

Progettazione per la produzione e l'assemblaggio (DfMA)

Il Design for Manufacture and Assembly, alias DfMA, è un approccio progettuale che si concentra sul rendere meno complicate e più efficienti le fasi di produzione e assemblaggio del processo di costruzione. Porta l'OSC a un livello superiore, dando priorità:

  • Facilità di produzione delle diverse parti di una struttura
  • Processi di assemblaggio semplificati per creare il prodotto finale

Le strutture progettate con questo approccio possono massimizzare i vantaggi dell'OSC, tra cui la riduzione dei tempi di costruzione, la diminuzione dei costi, una migliore qualità, una maggiore produttività e una maggiore efficienza complessiva. Il DfMA combina due metodologie:

Progettazione per la produzione (DFM)

Il DFM si concentra sulla progettazione tenendo conto della "facilità di produzione". Considera ogni parte che entra nel prodotto finale e trova il modo più efficiente ed economico per produrla. L'obiettivo è ridurre al minimo la complessità durante il processo di produzione.

Progettazione per l'assemblaggio (DFA)

Il DFA si concentra sulla progettazione in funzione della 'facilità di assemblaggio'. L'obiettivo è semplificare il processo di assemblaggio (ad esempio, riducendo al minimo il numero di operazioni di assemblaggio, parti, fasi, ecc.

Quando si aggiunge il DfMA all'OSC alimentato dal BIM, le possibilità sono infinite, con i vantaggi del BIM che aiutano a colmare le lacune, le richieste e i requisiti dell'OSC. Diamo un'occhiata a ciò che questo comporta per le diverse fasi del DfMA.

Le fasi del DfMA

Le diverse fasi e le loro funzioni all'interno della DfMA

La fase di progettazione

Profili coinvolti: Architetti, designer e ingegneri.

Quando si tratta di Offsite e DfMA, l'accuratezza è una parte essenziale del processo - e tutto inizia durante la fase di progettazione. In questa fase, il team (solitamente guidato da un architetto o da un ingegnere) crea un piano digitale dettagliato per tutti i componenti che andranno a costituire la struttura finale.

I progetti digitali e la modellazione 3D (sì, questo è il BIM) consentono di testare i livelli di precisione necessari tra i componenti in un ambiente digitale. In questo modo, il team può convalidare che il processo di produzione e assemblaggio sarà possibile in seguito.  

Gli errori in questa fase spesso comportano un'ampia rielaborazione e persino una rifabbricazione, annullando molti dei vantaggi originari dell'OSC. Una modellazione 3D accurata consente di identificare e risolvere i problemi di progettazione in un ambiente digitale, anziché in loco. Questo, a sua volta, consente un processo più fluido, con meno necessità di correzioni e meno sprechi.

Le piattaforme di progettazione come AutoCAD® e Revit® sono una parte importante del processo di progettazione DfMA, con una miriade di strumenti disponibili per rendere i progetti più dettagliati e precisi che mai. La piattaforma hsbDesign, disponibile sia per AutoCAD® che per Revit®, è un'altra risorsa di grande valore che consente la DfMA all'interno di queste piattaforme:

  • Eliminando le ripetizioni indesiderate associate alla progettazione in 2D e 3D.
  • Serve come piattaforma di base per altri set di strumenti hsbDesign.
  • Aggiungendo chiarezza, dettagli e coinvolgimento al processo di progettazione.

La fase di produzione

Profili coinvolti: Produttori, ingegneri, operai, specialisti di macchine CNC.

In questa fase, le diverse parti di una struttura vengono realizzate seguendo le specifiche fornite durante la fase di progettazione. In questa fase, la modellazione digitale facilita la visualizzazione del progetto, delle sue connessioni e del modo in cui le parti si adattano tra loro, con il risultato di un processo di fabbricazione più efficiente. Il software BIM e i macchinari CNC vengono utilizzati per garantire la precisione e l'accuratezza di ogni parte della struttura finale, rendendo la fase di assemblaggio il più agevole possibile.  

Piattaforme come GranIT e Offsight possono aiutare a risolvere i problemi di comunicazione, ad affrontare le sfide temporali, ad aggiungere qualità e a rendere il processo più tracciabile. La piattaforma hsbMake è un'altra risorsa preziosa in questa fase, in quanto riduce il rischio di errori e garantisce che le informazioni giuste vengano fornite alle persone giuste al momento giusto:

  • Pianifica la produzione dall'inizio alla fine.
  • Trova eventuali colli di bottiglia nel flusso di lavoro.
  • Mantenere i progetti in linea con le scadenze.
  • Avvisare gli altri stakeholder di eventuali deviazioni.
  • Regola l'ingresso sulle segatrici.
  • Utilizzi altri set di strumenti di hsbMake.

La fase di assemblaggio

Profili coinvolti: Costruttori, appaltatori, specialisti dell'edilizia.

Questa è la fase in cui tutte le parti vengono portate in cantiere per essere 'assemblate' nella struttura finale. Durante questa fase, i modelli BIM 3D possono essere utilizzati per fornire ai team una "prova digitale" che mostri come dovrebbe avvenire l'assemblaggio (ad esempio, carico/scarico dei camion, posizioni delle gru, sequenze di costruzione, strutture temporanee, ecc.)

Alcune delle piattaforme utilizzate in questa veste sono Autodesk Construction Cloud e Aconex. hsbShare è un'altra piattaforma utile che aiuta a semplificare e ottimizzare questa parte del processo di costruzione offsite:

  • Unificare tutti i dati del progetto in una piattaforma cloud digital twin.
  • Offrendo un'esperienza fuori sede senza carta.
  • Ottimizzare il flusso di informazioni e ridurre gli errori.
  • Offre una vista in 3D con la possibilità di ruotare, zoomare, cercare e altro ancora.
  • Abilita l'uso di altri set di strumenti hsbShare.

I vantaggi del BIM per la DfMA

Vantaggi del BIM

Ecco solo alcuni dei principali vantaggi dell'adozione del BIM per il DfMA:

Livelli più elevati di qualità e precisione

Le funzionalità di modellazione BIM 3D consentono di costruire digitalmente i diversi componenti della struttura prima che vengano effettivamente realizzati in fabbrica. Questo passo in più offre un'adeguata garanzia di qualità e riduce la possibilità di errori, ritardi, rilavorazioni o costi aggiuntivi imprevisti.

Costi ridotti

Il BIM porta un livello superiore di efficienza nelle fasi di progettazione, produzione e assemblaggio, aiutando a snellire l'intero processo e riducendo i costi lungo il percorso.  

Velocità

Le funzionalità BIM possono essere utilizzate per progettare diversi componenti DfMA, consentendo una sovrapposizione delle attività in fabbrica e in cantiere. Questo può aumentare significativamente la velocità del progetto.

Livelli di sicurezza più elevati per i lavoratori

I modelli BIM possono essere utilizzati per testare diversi componenti in materia di sicurezza del sito, sia durante la produzione in fabbrica che durante l'assemblaggio in loco, garantendo un livello superiore di sicurezza dei lavoratori. L'automazione del processo di produzione e la possibilità di svolgerlo in un ambiente di fabbrica controllato riducono anche il numero di violazioni della sicurezza.

Sostenibilità e meno rifiuti

La DfMA pone già molta enfasi sull'uso efficiente e semplificato dei materiali durante la fase di progettazione. Quando si aggiunge il BIM al mix, il processo diventa ancora più preciso, con conseguente riduzione dello spreco di materiali.

Le funzionalità del software BIM consentono anche un maggior grado di automazione, rendendo più facile tracciare e ridurre l'impronta di carbonio di un progetto.

Uso più efficiente della manodopera

Il BIM consente ai team di realizzare piani e programmi altamente dettagliati. Ciò consente un uso più efficiente delle risorse umane disponibili.

Aumento della produttività

Le funzionalità BIM aumentano la collaborazione e rendono lo scambio di informazioni facile e veloce. Questo aiuta a snellire l'intero processo, dalla progettazione all'assemblaggio, aumentando il livello di produttività.

Il contributo di hsbcad alla visione BIM

Nonostante alcune delle sfide che impediscono a numerose imprese edili in tutto il mondo di realizzare la visione BIM completa, il concetto è già una realtà. Noi di hsbcad abbiamo trascorso gli ultimi 20 anni a costruire soluzioni per renderlo possibile.  

Soluzioni di progettazione hsbcad

La nostra piattaforma hsbDesign funziona con i software Revit® e AutoCAD® per aggiungere potenza di dettaglio, aumentare l'automazione e centralizzare le informazioni vitali, con conseguente riduzione degli errori e processi più snelli. Abbiamo anche creato una serie di set di strumenti che conferiscono alla piattaforma hsbDesign ulteriori capacità, in modo che gli utenti possano affrontare i progetti più velocemente e con un livello di dettaglio più elevato.

Questi strumenti aiutano i team:

  • Capacità di progettazione e costruzione di prefabbricati
  • Creare specifiche dettagliate per i prefabbricati
La capacità di hsbcad di progettare in dettaglio per la lavorazione e la fabbricazione

Soluzioni di produzione hsbcad

La nostra piattaforma hsbMake è stata progettata per fornire i dati giusti alle persone giuste, quando ne hanno bisogno. Consente agli utenti di archiviare i progetti, creare nuove versioni e tenere traccia di tutti i file di produzione relativi a quel progetto. Facilita il processo di produzione dall'inizio alla fine, consentendo di monitorare ogni fase e fornendo avvisi quando c'è una deviazione dal piano. Soprattutto, è accessibile ovunque, comprese le postazioni di lavoro CNC automatizzate e le postazioni di lavoro manuali. Sono disponibili anche set di strumenti aggiuntivi per portare il processo di produzione a livelli ancora più alti.

Questi strumenti aiutano i team:

  • Crea dettagli precisi per qualsiasi tecnica di costruzione
  • Eseguire il governo della macchina CNC
  • Eseguire le convalide
  • Ottenere un migliore controllo della produzione
  • Combinare le tempistiche di più progetti (ad esempio, il project nesting).
Esempio di disegni d'officina di lavoro generati da un progetto dettagliato per la produzione.

Soluzioni di assemblaggio hsbcad

La nostra piattaforma hsbShare è stata progettata per unificare tutti i dati del progetto in un gemello digitale basato sul cloud, accessibile da qualsiasi luogo da qualsiasi stakeholder. L'esperienza visiva migliorata consente la visualizzazione in 3D con la possibilità di ruotare, zoomare, dimensionare, cercare e altro ancora. Gli strumenti aggiuntivi includono:

  • hsbLogistics che le consente di seguire la produzione e lo stoccaggio dei pacchi nel suo stabilimento fuori sede, utilizzando la codifica QR per monitorare la loro posizione direttamente sul suo telefono.
  • hsbStacking che le consente di impilare in modo efficiente diverse parti del progetto (ad esempio, pareti, pavimenti, tetti, ecc.), creando il posizionamento preciso necessario per il trasporto o lo stoccaggio.

Questi strumenti aiutano i team:

  • Con l'impilamento e la logistica
  • Ottenere assemblaggi fluidi in loco (come Lego)
  • Gestire i progetti in modo più efficiente
  • Ottenere l'accesso ai dettagli completi di "as-built" e "as-produced".

Ogni soluzione software hsbcad è progettata per combinarsi e funzionare come un pacchetto per avvicinarla alla tanto agognata visione BIM.

Esempio di hsbShare e del suo set di strumenti: hsbStacking

La visione BIM realizzata

Sebbene il BIM non faccia ancora parte dell'industria edile mainstream, ci stiamo muovendo rapidamente in quella direzione, spinti da sottosegmenti del panorama come OSC e DfMA. Le tecnologie e le capacità per realizzare il Livello 3 BIM sono già presenti; si tratta solo di cogliere l'opportunità.

Le aziende che adottano il BIM guideranno un'era completamente nuova nell'edilizia, rendendola più trasparente, collaborativa, economica, sostenibile ed efficiente.

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Autore:
Gill Gonnissen
Manager di prodotto