BIM 4D e Lean Construction: interoperabilità e sviluppo

Paola Ronca - Scuola Master F.lli Pesenti-Politecnico di Milano Alessandro Zichi - Scuola Master F.lli Pesenti-Politecnico di Milano Giada Malacarne - Fraunhofer Italia Research Scarl, Bolzano 19/01/2018 1529

Nell’ambito dell’attività di comunicazione tecnico-divulgativa sulla catena evolutiva dei processi BIM, con il presente articolo si vuole dare una sintesi di un lavoro di tesi presentato all’esame di Diploma a conclusione del Master “BIM Manager”, di cui la IV edizione avrà inizio a marzo 2018 presso la Scuola Master F.lli Pesenti al Politecnico di Milano.

La tesi di Master, a cui fa riferimento l’articolo, è organizzata, con diversi paragrafi in sequenza, in due parti fondamentali; nella prima descrive gli aspetti fondamentali e le criticità del BIM 4D, espone alcuni concetti fondamentali, si introducono metodi e strumenti della Lean Construction in ambito edile, si sottolineano i vantaggi e le problematiche possibili di integrazione nel processo del BIM 4D.  Nella seconda parte vengono descritte le caratteristiche, attraverso anche casi applicativi, di una nuova metodologia sviluppata in ottica Lean-BIM 4D e pensata specificamente per le PMI del mondo delle costruzioni.

L’articolo, prendendo spunto essenzialmente dalla prima parte della tesi, vuole dare un contributo di conoscenza nell’ambito ancora poco esplorato dell’interazione fra BIM 4D e Lean Construction, analizzando i possibili effettivi vantaggi di utilizzo del BIM in combinazione con i metodi e strumenti di Lean Construction, e sottolineando come tali vantaggi potrebbero essere molto positivi anche per le PMI. Quanto qui esposto verrà completato da  un secondo articolo, in preparazione, con l’illustrazione di casi pratici.

All’interno del processo edilizio la quarta dimensione, il tempo, svolge un ruolo fondamentale soprattutto nella pianificazione e nella gestione della fase di costruzione di un’opera edilizia. Nonostante ciò, questa fase del processo edilizio è caratterizzata ancora oggi da sprechi e da attività che non generano valore. Si stima infatti che sprechi, varianti di progetto e perdite di tempo incidano fino al 30% sul costo di un’opera. Questo è un dato non trascurabile soprattutto in un contesto come quello italiano, in cui le Piccole e Medie Imprese (PMI) del settore soffrono la competizione con imprese più grandi e più organizzate.

Poiché le PMI hanno solo limitate possibilità di intervenire sui costi del personale, la strada da imboccare per un’edilizia sostenibile dal punto di vista economico è quella di realizzare strategie efficienti di processo ed innovazioni tecniche ed organizzative, dalla progettazione all’esecuzione delle opere.

L’utilizzo di strumenti e metodi derivanti dalla disciplina del Lean Construction si è dimostrato essere parte della soluzione a questo problema e, da qualche anno, i ricercatori che operano in tale ambito stanno guardando al BIM per comprenderne le affinità e rendere così i concetti Lean ancora più efficienti ed efficaci. Infatti, numerosi studi mettono già in luce le potenzialità, ancora poco espresse, della combinazione tra principi Lean e BIM, con particolare riferimento all’ambito del BIM 4D.

Lean Construction: metodi e strumenti

Il Construction Management è la gestione del progetto edilizio nella fase di esecuzione dei lavori e comprende numerose attività di pianificazione e controllo quali: la gestione della logistica, la programmazione lavori, la pianificazione delle forniture, etc. Ciascuna di queste attività si basa sulla pianificazione e il controllo dei tre pilastri del management: tempi, costi e qualità. La pianificazione e il controllo del tempo in un progetto edilizio risulta quindi essere uno dei fattori di fondamentale importanza per il raggiungimento del risultato desiderato.

Esistono diverse metodologie per la pianificazione, il controllo e l’aggiornamento temporale della fase di costruzione di un progetto edilizio. Le metodologie che vengono sinteticamente illustrate di seguito sono state suddivise in due categorie:
•  Metodologie tradizionali.
•  Metodologie innovative.

Le metodologie tradizionali

Tra le metodologie tradizionali, quelle più conosciute ed utilizzate, definite activity-based, sono essenzialmente il Critical Path Method (CPM) e il Program Evaluation and Review Technique (PERT).

Il nome Critical Path Method (CPM)  fa riferimento al ruolo centrale che hanno le attività critiche nel processo di pianificazione, monitoraggio e aggiornamento dei lavori in cantiere. Ad oggi, il CPM è la metodologia dominante per la pianificazione, lo scheduling e il controllo dei lavori in cantiere. Il cuore del CPM è un piano di lavoro grafico che mostra tutte le attività di costruzioni necessarie per completare il lavoro.
La procedura chiamata Program Evaluation and Review Technique (PERT) valuta invece in modo statistico la durata di un progetto sulla base di un time-sensitive domain .

Che si usi il CPM o il PERT, il sistema più utilizzato per la visualizzazione della programmazione lavori activity-based è il diagramma di Gantt. Il diagramma di Gantt è stato inventato agli inizi del 900 e da allora è la forma grafica predominante per la visualizzazione del programma temporale di progetto.
La particolarità di entrambi i metodi è quello di essere stati sviluppati per gestire operazioni ripetitive in un ambiente limitato e protetto. Per questo motivo, diversi studiosi concordano nell’affermare che i metodi activity-based non siano idonei ad essere applicati a progetti di costruzione caratterizzati da numerose e diverse attività che vengono eseguite direttamente in opera .

Le metodologie innovative

Per questo motivo, nel corso del XX secolo, sono state sviluppate altre metodologie, qui definite metodologie innovative in quanto continuano tutt’oggi ad essere studiate e sviluppate, nonché sono ancora poco conosciute ed utilizzate, almeno in Italia. Le metodologie innovative che vengono di seguito presentate si rifanno ai concetti fondamentali della teoria del Lean Construction.

Le fondamenta della teoria del Lean Construction (LC) si ritrovano in ambito industriale (Lean Production) nella ricerca di un sistema di produzione focalizzato sull’ottimizzazione dell’intera catena di produzione, orientato all’eliminazione degli sprechi e al soddisfacimento delle richieste del cliente. Tale teoria nel tempo si è sviluppata ed è stata resa applicabile al mondo delle costruzioni, in quanto fornisce metodi e strumenti idonei alla progettazione del sistema di produzione edilizio, volti a minimizzare lo spreco di materiale, tempo e risorse al fine di generare il massimo valore.
È da sottolineare che la Lean Construction non rimpiazza le metodologie tradizionali, che definiscono la visione generale dei lavori che devono essere compiuti in cantiere, ma si aggiunge a queste metodologie per migliorare ed ottimizzare i processi che riguardano le singole lavorazioni. Ad esempio, l’uso del CPM gioca un ruolo strategico nell’identificare le scadenze principali di progetto (milestones) e la sequenza delle attività critiche, mentre l’utilizzo del Lean Construction permette di pianificare nel dettaglio il lavoro che avviene in un arco temporale di 4-5 settimane.

Last Planner® System (LPS)

Una delle tecniche più importanti che rientra nella metodologia LC e che svolge proprio questo obiettivo è il Last Planner® System (LPS).

Nel Last Planner System il calcolo della durata delle attività da svolgere si basa sulle capacità delle squadre (il last planner appunto) di svolgere quel lavoro . Non è quindi il capo cantiere che decide quanto un’attività deve durate, ma è il capo squadra di ciascuna specifica squadra che comunica quanto tempo ci vuole per eseguire quella specifica attività. Il LPS si basa quindi sulla miglior combinazione tra risorse a disposizione per eseguire uno specifico compito in risposta alle esigenze delle risorse stesse.

Il LPS si basa su 3 o 4 livelli di pianificazione:
• Il master pull schedule. Rappresenta la visione generale del piano lavori, con le principali fasi d lavoro e milestones, e definisce ciò che DOVREBBE essere fatto in quell’arco temporale.
• Il look-ahead schedule. Si basa su una durata di 4-5 settimane. Questo livello è usato per controllare come sta procedendo il flusso di lavoro e definisce ciò che PUO’ essere fatto.
• Il weekly work planning (WWP). Definisce ciò che VERRA’ eseguito la settimana successiva e viene aggiornato settimanalmente sulla base degli incontri tra il project manager e le varie imprese.
• Il daily plan (se necessario). Per progetti che utilizzano molto materiale prefabbricato del quale è necessario sapere precisamente quando questo deve essere fornito e quindi anche prodotto.

Location-Based System (LBS)

Un’altra tecnica basata su principi di efficienza e ottimizzazione è rappresentata dal Location-Based System (LBS). Il termine location-based è stato proposto per la prima volta nel 2004 per enfatizzare la caratteristica che differenzia questa metodologia da quelle activity-based . Tale tecnica genera un diagramma che include, in aggiunta alle attività così come previste nel diagramma di Gantt, anche le aree di lavoro, come componenti chiave per la pianificazione del lavoro. La metodologia LBS è stata applicata per la prima volta per la costruzione dell’Empire State Building, negli anni 20 nel secolo scorso, e i risultati sono stati sorprendenti. La costruzione dell’edificio è infatti avvenuta in tempi record: i 102 piani dell´edificio sono stati realizzati, dal primo schizzo all’apertura, in soli 18 mesi, e senza sforare il budget preventivato .

Le metodologie location-based stanno negli anni prendendo sempre più accettazione nel panorama internazionale soprattutto in nord Europa e negli Stati Uniti.
In questi brevi cenni alle metodologie innovative basate su Lean Construction, riteniamo utile menzionare la metodologia PRECISE, sviluppata da Fraunhofer Italia, e ad oggi unica iniziativa a livello nazionale.

PRECISE (Process Reliability in Contruction for SMEs)

La metodologia PRECISE (Process Reliability in Contruction for SMEs) è stata sviluppata all´interno del progetto Build4Future finanziato dalla Provincia Autonoma di Bolzano e che ha visto la partecipazione e collaborazione di 12 aziende alto-atesine . PRECISE è una metodologia utile per la gestione della fase di costruzione di un progetto edilizio che integra le metodologie innovative descritte precedentemente e le rende facilmente comprensibili e utilizzabili da parte delle PMI.

La metodologia PRECISE prevede la definizione dei seguenti aspetti:
• Le locations, ovvero le aree di lavoro;
• Il contenuto di lavoro per ciascuna area di lavoro (tasks);
• Le informazioni rilevanti per ciascuna location e ciascun task (es: responsabile, quantità di lavoro, numero di lavoratori, vincoli principali).

Ciò permette di misurare in modo semplice la performance delle attività durante la fase di esecuzione del lavoro secondo i livelli previsti dal Last Planner System.
Ma come può il Building Information Modeling supportare e snellire l’uso di queste metodologie?

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