4D BIM e Dintorni: il Cantiere Digitale è Maturo?

4D BIM nel processo di digitalizzazione del cantiere

Il tema del cosiddetto 4D BIM, considerato nei confronti del Construction Management, vale a dire della possibilità di introdurre soluzioni avanzate di simulazione dell'avanzamento dei lavori in cantiere, precedentemente all'avvio degli stessi, nel corso dei medesimi e al loro termine (nel caso dell'insorgenza di eventuali contenziosi) - in connessione al Project Monitoring & Control - appare oggi avere raggiunto una certa maturità, anche in connessione con una accezione di Construction 4.0 che non sia alimentata solo da Automation e da Robotics.

Figura 1 - Il 4D BIM nel processo di digitalizzazione del cantiere.

Il 4D BIM è, peraltro, da tempo oggetto contrattualizzabile quale BIM Purpose specificato all'interno degli Exchange Information Requirements e dettagliato nel BIM Execution Plan, così come definito, nel Regno Unito, dal 4D Construction Group.

L'argomento andrebbe, peraltro, trattato in relazione ad altre soluzioni tecnologiche e organizzative pertinenti alla gestione del cantiere (dal ricorso alla realtà mista, virtuale e aumentata per la immersione predittiva, all'Artificial Intelligence per la pianificazione, per la programmazione, per il monitoraggio e per il controllo della commessa e all'Internet of Things per la gestione integrata multidimensionale dei lavori): tutti aspetti che, invero, preludono allo sfruttamento della cosiddetta gamification (all'utilizzo dei game engine) per supportare in tempo quasi reale quello che sempre più spesso è considerato come il gemello digitale dei processi costruttivi.

Figura 2 - Il 4D BIM nel processo di simulazione del cantiere.

Ciò a cui si vorrebbe ricorrere è un contesto simulativo fortemente interattivo, nel quale gli stessi attori che saranno presenti nel cantiere fisico, con un forte grado di realismo, si cimentino preventivamente.

Il 4D BIM e i processi decisionali

Una simile ipotesi, nella soluzione più estrema, potrebbe essere esperita durante la stessa procedura competitiva relativa all'affidamento dei contratti.

In altre parole, a iniziare dalla formulazione dell'offerta da parte del soggetto che si candida a divenire contraente in qualità di appaltatore o di concessionario, l'obiettivo finale sembrerebbe consistere, nell'ottica del Cloud (Computing) e della Platformization, nel disporre di un dispositivo di supporto semi-automatico alle decisioni, basato su algoritmi che apprendano grazie ai flussi informativi messi a punto colla mappatura e colla riconfigurazione dei processi.

Figura 3 - Il 4D BIM e i sistemi di gestione.

In altri termini, a partire da una concezione, già piuttosto diffusa, di Production Control Room, si tratterebbe di fare sì che, grazie a engine posti, ad esempio, all'interno degli strumenti di Business Process Modeling Notation (BPMN), fosse possibile ricevere allerte e suggerimenti al fine di attivare tempestivamente (o, addirittura, predittivamente) meccanismi decisionali correttivi o preventivi.

Figura 4 - Il 4D BIM e i processi decisionali.

Non bisogna, infatti, dimenticare che l'afflato attinente alla predizione degli eventi abbia una forte correlazione colla mitigazione del rischio, attuabile attraverso la riduzione della complessità e della aleatorietà degli accadimenti cantieristici, sia produttivi sia contrattuali.

Naturalmente, tale fine sembra essere meglio percorribile per mezzo di un approccio agile, anziché per via di una pre-determinazione olistica, praticabile forse proprio in virtù dei continui aggiornamenti dei flussi informativi generabili in cantiere.

Ritornando al tema, più immediato, del 4D BIM, esso si presenta come l'erede del 4D CAD, vale a dire della visualizzazione delle sequenze costruttive permessa dalla rappresentazione dinamica di oggetti geometrico-dimensionali, determinata temporalmente grazie ai dati (alle date) derivanti da un applicativo di programmazione reticolare delle attività.

Figura 5 - Il 4D BIM e lo Strategic Supply Chain Management.

Tale soluzione è rimasta, in effetti, a lungo, nonostante l'avvicendamento del Computer Aided Design (CAD) col Building Information Modeling (BIM), legata alla comunicazione delle sequenze realizzative, talvolta a prescindere dalla contestualizzazione del cantiere e del suo intorno, ma, progressivamente, anche nelle versioni tradizionali, è stata impiegata per la analisi e per la gestione del rischio nella logistica di cantiere, potendosi dare differenti scenari.

Il 4D BIM è divenuto, perciò, sempre più strumento procedurale a supporto di protocolli abilitanti le decisioni: a partire dalla fase di offerta per estendersi, in primo luogo, alla fase di mobilitazione.

L'evoluzione della modellazione informativa e la gestione della catena di fornitura

Anche nel contesto meno avanzato si erano, in effetti, palesati i primi aspetti critici dovuti alla natura della strutturazione dei modelli informativi, poiché la transizione del progetto, da esecutivo a costruttivo, era connotato dal coinvolgimento della catena di fornitura e dalla necessità di andare oltre la rappresentazione dell'esito finale complessivo dei lavori, per entrare nella frammentazione delle singole entità, da mettere in atto da parte delle singole organizzazioni presenti in cantiere.

Figura 6 - L'evoluzione della modellazione informativa e la gestione della catena di fornitura.

In altre parole, ancor prima di entrare nella sfera del 4D BIM, la configurazione del 3D BIM sembra critica, in funzione delle finalità eterogenee della progettazione, specie in presenza della diffusa dis-integrazione tra logiche ideative e logiche produttive (tanto nell'On Site Construction quanto, più limitatamente, nell'Off Site Construction).

Di là del fatto che gli applicativi ora presentino funzionalità che permettano di ri-modellare le strutture di dati (non solo a livello geometrico-dimensionale), la transizione, nel caso delle formule più ricorrenti, dall'ambito professionale a quello imprenditoriale, evoca intrinsecamente la necessità che il primo contesto recepisca una esigenza del secondo, relativa alla cultura industriale: un tema emerso con l'annosa polemica relativa all'appalto integrato.

Qui sta il punto: originariamente, lo stesso 4D BIM, essendo basato su «oggetti», era focalizzato sulle entità fisiche della produzione, ma è evidente che la simulazione dei processi assume un valore crescente.

D'altra parte, più banalmente, la definizione delle Breakdown Structure all'interno degli Information Model è inevitabile allo scopo di automatizzare le associazioni tra entità informative derivanti dalla programmazione dei lavori e dalla modellazione informativa, ma essa, anche per quanto concerne gli elaborati grafici e il computo metrico, risente della difficoltà nel comprendervi i processi, oltre che gli esiti (i prodotti).

È, tuttavia, chiaro che questo passaggio comporti la necessità che i progettisti si debbano preoccupare non solo di rappresentare e di simulare l'esito finale della loro opera ideativa, ma pure che debbano, per certi versi, tenere in conto e persino concepire parti del processo realizzativo.

Per questa ragione, si tratta di porre al mondo professionale la questione che non si può, peraltro, risolvere nella migliore definizione della descrizione dei dettagli costruttivi (attraverso modalità, per così dire, analogiche), ma che implica il coinvolgimento dei progettisti nelle logiche e nelle dinamiche dei processi produttivi ovvero costruttivi.

Degno di nota, ragionando in termini di azioni propedeutiche, è, come già ricordato, il fatto che siano disponibili alcune applicazioni, tra di 4D BIM e di 5D BIM, supportate da algoritmi di intelligenza artificiale, dedicate a migliorare il grado di affidabilità dell'offerta sotto questo punto di vista: il che sta a mostrare come le sorti potenziali del cantiere, dal punto di vista della realtà (sia pure virtuale) abbia inizio molto prima della sua effettualità.

É chiaro, però, che, in attesa di disporre di un ambiente unitario, la possibilità di associare l'intero contenuto del modello informativo negli applicativi 4D BIM a quelli tratti dal dispositivo di programmazione dei lavori (talora già presente internamente), costituisce un primo passaggio fondamentale, anche in vista di una simulazione (motore pure del gemello digitale) che includa i dominî del tempo, della quantità, della qualità, della salute, della sicurezza, dell'ambiente, della circolarità, e così via.

Per quanto gli applicativi più avanzati di 4D BIM siano oggi in grado di gestire tutti i data set contenuti nel 3D BIM, la visualizzazione enfatizza, intrinsecamente, gli aspetti geometrico-dimensionali, ricadendo nell'ambito dell'Information Management.

Elemento caratteristico di tale evoluzione risulta, invece, la connessione diretta tra la visualizzazione delle sequenze e la gestione delle curve a S all'interno dell'Earned Value Management (EVM), a cominciare, ovviamente, dalla baseline o BCWS (Budgeted Cost of Works Performed).

Il che dimostra inequivocabilmente come Information Management e Project Management siano indissolubilmente legati.

D'altra parte, se l'EVM accostato al 4D BIM restituisce, dunque, una valenza gestionale più significativa, ulteriori evoluzioni si possono immaginare per gli altri aspetti economici e finanziari.

Di fatto, anche senza ricorrere alle tecnologie e agli algoritmi delle diverse forme di intelligenza artificiale utilizzabili per semi automatizzare la strutturazione dei Work Breakdown Element (WBE) e le relazioni di propedeuticità tra le attività, la fase iniziale di predisposizione del programma dei lavori a seguito della sottoscrizione del contratto, nel corso della mobilitazione, comporta il fatto che le entità informative che sono collocate entro il modello 4D BIM, inerenti a beni fisici destinati a comparire, scomparire o permanere, riguardino risorse umane, materiali e strumentali, oltre che gli oggetti da realizzare (o da demolire, da conservare o da trasformare).

Ciò restituisce un processo incrementale che funga da supporto alla decisione, poiché, appunto, include la progressiva precisazione delle scelte concordate colla catena di fornitura e le alternative logistiche che si prospettano in tema di produttività e di sicurezza.

A questo proposito, ritorna il tema della modellazione 3D BIM e 4D BIM finalizzata a gestire la catena di fornitura, da parte dell'impresa contraente principale, a partire dalla progettazione costruttiva sino alla definizione del programma esecutivo dei lavori.

Al contempo, entro certi limiti, è possibile prefigurare un intorno del cantiere più o meno dilatato, di natura geo-spaziale, che possa comprendere eventualmente i luoghi della fornitura e della discarica, oltre che la rete della mobilità.

Figura 7 - Il 4D BIM e la telemetria del cantiere dilatato.

Questa dimensione, geo-spaziale, dimostra come la gestione del cantiere entri a pieno titolo nell'ambito della platformization del settore.

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