Le parole “fabbricazione” e “costruzione” sono sinonimi confermati dal thesaurus. Le industrie che portano questi nomi sono anche attività simili di fare cose, spesso estremamente complicate. Tuttavia, le industrie manifatturiere e delle costruzioni si sono avvicinate all’adozione di tecnologie avanzate in modo un po ‘diverso. La produzione ha un ruolo importante nella costruzione di viaggi di trasformazione digitale che digitalizzano le operazioni e trovano molteplici efficienze basate sulla raccolta e l’analisi dei dati operativi. La costruzione per la maggior parte è stata più lenta a digitalizzare, ma questo sta cambiando a un ritmo accelerato. Applicando alcune delle lezioni e delle tecniche della produzione intelligente, l’edilizia sta diventando più digitale e anche più efficiente, sicura e sostenibile.

La produzione e l’edilizia sono industrie simili in quanto entrambi implicano la creazione di un oggetto. La costruzione è focalizzata sul processo di realizzazione di edifici, ponti, tunnel e altro ancora. La produzione è in gran parte focalizzata sulla creazione di beni, come tavoli o smartphone.

Nel terzo decennio del XXI secolo, l’industria delle costruzioni ha iniziato a passare alla stampa 3D, alla prefabbricazione, alla costruzione modulare e ad altre tecniche di produzione per eludere le carenze di manodopera e costruire in modo più rapido, più economico e con meno materiali rispetto ai metodi tradizionali.

La moderna industria manifatturiera ha abbracciato l’Industria 4.0, caratterizzata da un’automazione intelligente basata su approfondimenti dei dati operativi e dell’analisi dei dati basati sull’intelligenza artificiale. Core to Industry 4.0 è la trasformazione digitale in produzione intelligente e fabbriche intelligenti, che digitalizzano tutte le aree della produzione, dalla progettazione del prodotto alle vendite, compresa la catena di fornitura, la produzione e la distribuzione.

In una fabbrica intelligente a tutti gli effetti, una rete di Industrial Internet of Things (IIoT) raccoglie enormi quantità di dati da molte migliaia di sensori incorporati in tutta la linea di produzione e la fabbrica. Questi dati si agiscono in piattaforme software connesse al cloud, dove l’intelligenza artificiale e la tecnologia di apprendimento automatico li analizza per fornire informazioni utili che consentano la manutenzione predittiva dei macchinari e migliorando l’efficienza produttiva, la garanzia della qualità, la gestione della supply chain e altro ancora. I sistemi di robotica e altre automazione legate al funzionamento della fabbrica intelligente vengono eseguite sulle informazioni di derivazione dei dati per ottimizzare aree come l’efficienza e la sicurezza dei lavoratori. Spesso un gemello digitale dell’intera smart factory fornisce una finestra virtuale sul monitoraggio e la gestione in tempo reale dell’intera operazione.

La produzione intelligente offre molti vantaggi alle aziende, come una maggiore produttività, risparmi sui costi, miglioramenti della qualità e flessibilità e scalabilità per identificare e agire su nuove opportunità di business come la personalizzazione di massa o la produzione come un servizio (MaaS).

Inoltre, le fabbriche intelligenti portano a una produzione più sostenibile riducendo gli sprechi e promuovendo un uso efficiente di energia e materiali, mantenendo allo stesso tempo o aumentando la produzione e le prestazioni del prodotto. La sostenibilità nella produzione è importante a causa delle crescenti richieste da parte dei clienti e dei governi di prodotti sostenibili, nonché dei vantaggi competitivi di riduzione dei costi associati alla riduzione degli sprechi.

Il moderno software di produzione fornisce strumenti di sostenibilità che, ad esempio, possono delineare la gestione totale del carbonio di un prodotto durante l’intero ciclo di vita, tra cui la selezione dei materiali, le tecniche di produzione e lo smaltimento di fine vita, nonché ulteriori fattori di sostenibilità come la tossicità del materiale. La gestione totale del carbonio è anche disponibile per stimare e ridurre l’impronta di carbonio nell’intera impresa di progettazione e produzione, incluso carbonio sia incorporato che operativo.

Tradizionalmente, l’industria delle costruzioni è stata più lenta nell’adottare le stesse tecnologie avanzate che hanno portato la produzione nell’Industria 4.0. Tuttavia, la crescente integrazione di diverse tecnologie nei flussi di lavoro di costruzione ha modernizzato la costruzione in tempo per il settore per soddisfare le richieste simultanee di completare i progetti in modo più rapido e sostenibile.

A partire dal modello 3D, il software di creazione di modelli di informazioni (BIM) migliora la collaborazione e il processo decisionale durante le fasi di pianificazione e pre-costruzione, quando si prendono decisioni precoci e ben informate possono far risparmiare tempo, denaro e risorse.

Altri progressi nella costruzione industrializzata hanno migliorato l’efficienza e la qualità dei progetti di costruzione fuori dal cantiere. La costruzione industrializzata sfrutta il potere della produzione avanzata e la applica alla costruzione standardizzando e automatizzando la produzione offsite di vari prodotti da costruzione, che vengono quindi portati al cantiere per un assemblaggio più facile e sicuro. Ciò include la prefabbricazione di una varietà di componenti edili o assemblaggi più grandi come i sistemi MEP (meccanici, elettrici e idraulici). L’approccio costruttivo modulare prefabbrica i moduli di un edificio, come stanze, appartamenti e altro ancora, che vengono trasportati in cantiere per un assemblaggio efficiente e altamente sistematizzato.

La prefabbricazione, compresa la costruzione modulare, sposta una certa quantità di lavori in cantiere in strutture altamente organizzate e controllate, che aumentano notevolmente la sicurezza e l’efficienza e facilitano la gestione del cambiamento. Riduce la rielaborazione e accelera le tempistiche del progetto. Consente inoltre all’industria delle costruzioni di beneficiare delle innovazioni per le quali Industry 4.0 è nota, tra cui automazione, flessibilità / scalabilità e un focus sulla sostenibilità.

La produzione additiva, o stampa 3D, ha particolarmente avvantaggiato la costruzione sia fuori sede che in loco. Può gestire la produzione offsite di alcuni prodotti da costruzione standardizzati, così come strutture architettoniche più complesse come le facciate. La precisione della stampa 3D può aiutare a ridurre gli sprechi e spesso sono disponibili materiali ecologici. E la stampa 3D sta diventando un’opzione sempre più praticabile per la creazione in loco di intere strutture edilizie. Aziende come Apis Cor stanno innovando nella costruzione stampata in 3D per produrre alloggi affidabili e convenienti e altri edifici con miscele di calcestruzzo estruso.

La combinazione di queste tecnologie di costruzione avanzate può amplificare i loro vantaggi. Ad esempio, il BIM abbinato alla costruzione modulare potrebbe catturare tutti i dati da ciascun modulo in un gemello digitale per monitorarli, gestirli e migliorarli.

La costruzione industrializzata, il BIM e i gemelli digitali hanno offuscato i confini tra produzione e costruzione. Tuttavia, l’edilizia rimane un’industria unica con le proprie esigenze. Diventando una versione più efficiente e digitalizzata dell’Industria 4.0 della manifattura, richiede ancora strumenti particolarmente adatti alle sue esigenze. Ad esempio, proprio come la produzione intelligente si basa su piattaforme software per progettare e realizzare prodotti fabbricati, la costruzione ha software per facilitare la creazione di gemelli digitali o prodotti da costruzione prefabbricati. La costruzione industrializzata può utilizzare alcune delle stesse strutture di automazione e robotica in strutture fuori sede dei produttori, ma la robotica di costruzione sta anche trasformando i cantieri con macchine come robot di bricklaying e drywall-installing o droni di rilevamento automatizzati.

Mentre alcuni di questi strumenti per le due industrie differiscono, i benefici delle pratiche di produzione avanzate sono in gran parte gli stessi applicati ai beni di consumo o agli edifici costruiti. L’integrazione della produzione intelligente con la costruzione per la produzione di componenti e moduli prefabbricati riduce i tempi di costruzione e gli sprechi di materiale migliorando il controllo di qualità. I sofisticati BIM e i gemelli digitali facilitano il processo decisionale e la gestione dei progetti con approfondimenti sui dati in tempo reale. La costruzione offsite con robotica e automazione aumenta la precisione e la coerenza, alleviando al contempo i lavoratori di attività pericolose o ripetitive di stress.

La costruzione snella ha anche integrato i principi della produzione snella, come la consegna just-in-time. Questo fornisce prodotti da costruzione prefabbricati al sito di lavoro giusto per l’installazione, mantenendo bassi i costi di inventario e i cantieri liberi dal disordine. Un programma just-in-time ben gestito può ridurre i ritardi della timeline e la rilavorazione.

Ottimizzare la prefabbricazione e la costruzione modulare con tecniche integrate della produzione intelligente offre ad architetti e costruttori una maggiore flessibilità per scalare i progetti su o giù secondo necessità. Può anche ridurre significativamente i rifiuti di materiale e l’uso di energia dai metodi di costruzione più tradizionali in loco. La costruzione industrializzata combinata con un’avanzata piattaforma software di costruzione apre grandi possibilità di utilizzare le pratiche di produzione e i materiali più sostenibili.

La costruzione industrializzata è l’applicazione dei principi di produzione all’ambiente costruito, in particolare il principio di collegare la fase di “design” con la fase “make”, o construction, stage. Il quadro di costruzione industrializzato combina la prefabbricazione e la produzione con la progettazione per la produzione e l’assemblaggio (DfMA).

In questo contesto, la “prefabbricazione” si riferisce al metodo di produzione fisica, che si allontana dal cantiere in un ambiente controllato sfruttando le varie efficienze della produzione avanzata. La “produtizzazione” indica la standardizzazione dei prodotti da costruzione in unità ripetibili e configurabili. Nella costruzione, la produzione ha portato alla standardizzazione, ad esempio, di sistemi a parete, pod da bagno e moduli volumetrici.

“DfMA” è un approccio progettuale basato su regole che mira fin dall’inizio a personalizzare i prodotti per il miglior adattamento a un progetto di costruzione. Include dati completi sui prodotti nel processo di progettazione dell’edificio, il che significa che la prefabbricazione di tali prodotti da costruzione non deve avvenire in isolamento; la rilavorazione manuale è significativamente ridotta; e in definitiva, il DfMA potrebbe progredire alla configurazione a livello di edificio.

Questi sei esempi mostrano come la convergenza tra costruzione e produzione migliori l’efficienza, la sicurezza dei lavoratori e la sostenibilità del progetto di costruzione.

1. Lo sviluppo modulare dell’alloggiamento del progetto Phoenix affronta l’accessibilità e la sostenibilità

MBH Architects ha deciso di rivitalizzare un’area sottoutilizzata a West Oakland, in California, con Project Phoenix, un complesso abitativo di 300 unità che affronta la necessità di creare alloggi a prezzi accessibili e sostenibili. Per raggiungere il livello di efficienza necessario sia per la neutralità del carbonio che per una linea temporale accelerata per il completamento, MBH ha utilizzato un design modulare e una generosa quantità di costruzione offsite. Le unità abitative costruite con il magazzino di Factory OS si inseriscono insieme “mi piace LEGOs” per una rapida costruzione in loco. MBH ha anche utilizzato l’innovativo isolamento del micelio in carbonio. La progettazione generativa all’interno di Autodesk Forma e Revit ha anche ottimizzato il posizionamento degli edifici per livelli di suono, vento e luce solare. 

2. Bryden Wood massimizza il potenziale di DfMA

Alcune delle arterie di trasporto più importanti di Londra si sono rivolte alla casa di progettazione e ingegneria Bryden Wood per apportare aggiunte e miglioramenti efficienti. L’azienda pionieristica pratica abilmente la progettazione per la produzione e l’assemblaggio (DfMA), una metodologia per la progettazione di prodotti da costruzione che sono facili da produrre fuori sede e, una volta fabbricati, facili da assemblare. DfMA ottimizza l’uso di prodotti fabbricati e di assemblaggi prefabbricati nella costruzione, riducendo i costi, i tempi, la complessità e l’impatto ambientale.

Per migliorare il traffico negli aeroporti di Londra Heathrow e Gatwick, Bryden Wood ha prodotto sezioni di corridoio fuori sede e le ha rapidamente messe insieme in loco. Per l’edificio per uffici Forge, Bryden Wood ha sviluppato un sistema di costruzione di piattaforme simile alle piattaforme utilizzate dalla produzione automobilistica per produrre più auto dallo stesso telaio. La piattaforma di costruzione offsite standardizzata basata sui prodotti di Bryden Wood ha prodotto colonne, travi e altri componenti basati su moduli digitali e poi li ha portati in loco, dove fondamentalmente si riproducono per assemblare.

– 3. BamCore moltiplica il suo impatto con materiali sostenibili e prefabbricazione

La prefabbricazione di prodotti da costruzione per la costruzione in loco migliora intrinsecamente l’efficienza dell’installazione in loco. BamCore fa più tardi diversi passaggi producendo i suoi pannelli a parete fuori sede con un mix di bambù e alcune specie di eucalipto – due delle fibre botaniche più rigenerative della natura – e stampando i pannelli con numeri e istruzioni di installazione, rendendo l’inquadratura dell’edificio molto più veloce e meno costoso.

I pannelli a parete prefabbricati di BamCore riducono le emissioni di carbonio e forniscono anche un isolamento termico e acustico superiore. L’azienda semplifica ulteriormente l’installazione in loco utilizzando la piattaforma basata su cloud di Autodesk per alimentare i dati BIM 3D unificata ai lavoratori su smartphone o qualsiasi altro dispositivo.

– 4. La storia della prefabbricazione

La prefabbricazione, l’applicazione efficiente delle tecniche di produzione alla costruzione, è stata in circolazione almeno dall’antico impero romano. Le case in legno del XVII secolo, la Torre Eiffel e l’alloggio del catalogo industrializzato del XX secolo hanno tutti utilizzato i principi della prefabbricazione, dove i prodotti da costruzione sono fabbricati fuori sede in una fabbrica o in un’officina e portati in un cantiere per un assemblaggio più facile.

La tecnologia moderna come la robotica e l’automazione, il BIM e la stampa 3D hanno avviato una rivoluzione prefabbricata, dove la prefabbricazione nella costruzione ha raggiunto nuovi livelli in termini di efficienza, qualità, stile e sostenibilità.

5. – Si’. Il risultato imponente di CCEED con la costruzione prefabbricata e il BIM

Il Tianjin Chow Tai Fook Financial Center è stato il più grande progetto fino ad oggi per la China Construction Eighth Engineering Division Corp., Ltd. (CCEED)—un grattacielo super-story super-efficiente che ospita la propria mini-città di uffici, appartamenti di lusso, vendita al dettaglio e un hotel a cinque stelle. Per raggiungere il suo obiettivo di LEED Gold Certification per il progetto, l’azienda ha scelto una tecnologia efficiente ad ogni turno, inclusi i codici QR per i componenti di tracciamento, simulazioni di realtà virtuale per i test, i droni per il monitoraggio del sito e, soprattutto, la modellazione delle informazioni di costruzione (BIM). Combinando meticolosi modelli BIM ospitati nel cloud con costruzione offsite, CCEED ha prodotto componenti prefabbricati con la massima precisione, riducendo notevolmente gli sprechi di materiale. Più di 184.000 componenti totali sono stati catalogati in oltre 1.000 modelli BIM. Ciò ha offerto la condivisione dei dati in tempo reale, aumentando l’efficienza attraverso una collaborazione efficace e errori ridotti.

6. Factory OS crea una vera accessibilità abitativa attraverso la costruzione industrializzata

Per affrontare la carenza di alloggi a prezzi accessibili, Factory OS esamina l’intero processo di costruzione, dalla catena di approvvigionamento alla costruzione in loco. In breve, la società della California del Nord cerca un prezzo finale più basso trovando efficienze ovunque possa. Il suo metodo numero uno è applicare tecniche di produzione alla costruzione fuori sede.

Factory OS industrializza la costruzione di abitazioni costruendo la maggior parte di un’unità abitativa possibile nelle sue strutture fuori sede e poi portando tali componenti modulari nei cantieri di costruzione per l’assemblaggio. I suoi sistemi possono ridurre gli sprechi fino al 70% e ridurre i tempi di costruzione del 40-50% rispetto ai metodi tradizionali.