Cinque tecnologie abilitanti per le costruzioni – parte terza

Tecnologie per le costruzioni
Tecnologie per le costruzioni

Questo è il terzo articolo della nostra serie dedicata allo sviluppo di tecnologie digitali per la crescita della produttività nel settore delle costruzioni. Qui e qui trovate, se volete, i due articoli precedenti. Vediamo quindi in questo post le ultime due tecnologie abilitanti che potrebbero rivoluzionare le costruzioni nei prossimi anni.

Tecnologie per le costruzioni

L’Internet delle cose e i sistemi analitici avanzati

Se si guarda a elementi come il numero di persone coinvolte, la quantità di attrezzature per l’edilizia utilizzate e la quantità di lavoro in corso in contemporanea, i moderni cantieri edili stanno diventando sempre più complessi. Questo porta con sé, potenzialmente, la creazione di vaste quantità di dati, la maggior parte delle quali tuttavia non solo non viene analizzata e utilizzata, ma neppure registrata.

L’Internet delle Cose (Internet of Things o IoT) è già una realtà in molti altri settori, in cui i sensori e le tecnologie wireless consentono agli strumenti e alle apparecchiature di diventare “intelligenti” collegandole tra loro. In un sito di costruzione, l’IoT potrebbe consentire alle macchine, attrezzature, materiali, strutture e persino alle casseforme di “parlare” con una piattaforma dati centralizzata, a cui inviare dati e informazioni.

Sensori wi-fi, bluetooth e NFC (Near Field Communication) e altre tecnologie possono aiutare a monitorare la produttività e l’affidabilità del personale e delle risorse. Esistono diversi potenziali usi.

  • Monitoraggio e riparazione delle attrezzature. I sensori possono consentire ai macchinari di rilevare e comunicare i requisiti di manutenzione, inviare avvisi automatici per la manutenzione preventiva e compilare i dati di utilizzo e consumo delle parti di ricambio.
  • Gestione degli inventari. I sistemi connessi possono prevedere e avvisare i gestori del sito quando gli stock scarseggiano e quando è necessario effettuare ordini. Con l’etichettatura NFC si può tracciare con maggiore precisione la posizione dei materiali e aiutare a riconciliare l’inventario fisico con quello elettronico.
  • Valutazione della qualità. Le “strutture intelligenti” che utilizzano i sensori di vibrazione per testare la forza e l’affidabilità di una struttura durante la fase di costruzione possono rilevarne le carenze e correggerle in anticipo.
  • Efficienza energetica. I sensori che monitorano le condizioni ambientali e il consumo di carburante per beni e attrezzature possono favorire la riduzione dei consumi in loco.
  • Sicurezza. Gli strumenti indossabili possono inviare avvisi se i conducenti e gli operatori si stanno addormentando o se un veicolo o una risorsa è stazionaria o non operativa per una determinata finestra di tempo durante le ore di turno.

Una forma già diffusa di tecnologia NFC è l’identificazione a radiofrequenza (RFID). Questa tecnologia è molto utilizzata nella logistica, vendita al dettaglio e produzione per raccogliere informazioni precise su lotti di prodotto, luoghi e tempi di movimentazione e transazioni realizzate. Dagli anni ’90 le costruzioni hanno iniziato a utilizzare la tecnologia RFID per applicazioni come il monitoraggio di materiali e attrezzature e lo sviluppo di tabelle di lavoro automatizzate.

E la tecnologia NFC si sta evolvendo. Ben presto i tag saranno in grado di includere informazioni su specifiche di prodotto, date, difetti, fornitori e produttori di apparecchiature originali, record di manutenzione, parametri operativi e altre applicazioni. I costi delle apparecchiature RFID, inclusi scanner, ricevitori e tag, stanno diminuendo, e stanno emergendo nuove applicazioni. Una società di costruzioni britannica, ad esempio, sta utilizzando la tecnologia RFID per monitorare l’ispezione degli autocarri, monitorare l’utilizzo degli utensili e formare i lavoratori nei cantieri.

Oltre alle opportunità offerte dall’Internet of Things, il maggiore utilizzo della digitalizzazione nel processo di pianificazione della costruzione e nel cantiere stesso consente alle imprese di avere a disposizione dati impossibili da acquisire con i sistemi tradizionali. Le conoscenze apprese attraverso l’adozione di analisi avanzate nei progetti di costruzione possono aiutare a migliorare l’efficienza, i tempi e la gestione dei rischi.

L’analisi avanzata ha aiutato un importante progetto di infrastrutture di Londra a risparmiare tempo e denaro, quando i leader del progetto hanno collaborato con un’azienda di analisi dei dati per produrre un sistema di monitoraggio e strumentazione basato sul web. Il sistema ha raccolto i dati dei sensori posti sul campo, i dati di avanzamento della costruzione e quelli sui movimenti degli addetti e dei veicoli. L’analisi statistica di queste informazioni ha aiutato i team di progetto a rilevare anomalie e identificare potenziali criticità e rischi per una città densa e per certi versi delicata come Londra.

Tra i numerosi altri esempi che si possono citare c’è quello di una grande impresa di costruzione mediorientale, che ha lavorato con una società di software per costruire un sistema di analisi predittivo per prevenire i guasti alla sua flotta di veicoli da costruzione. Questo le ha consentito di risparmiare milioni di dollari in tempi di inattività, costi di carburante e spese di manutenzione.

La progettazione e costruzione del futuro

I nuovi materiali da costruzione, come calcestruzzo autopolimerizzante, aerogel e nanomateriali, nonché approcci di costruzione innovativi, come la stampa 3D e i moduli preassemblati, possono ridurre i costi e accelerare la velocità di costruzione, migliorandone al contempo la qualità e la sicurezza.

Calcestruzzo e altri materiali da costruzione innovativi

I materiali da costruzione rappresentano un mercato da mille miliardi di dollari a livello globale; i materiali di solito rappresentano più della metà del costo totale dei progetti. Materiali tradizionali come cemento armato, cemento e asfalto costituiscono la maggior parte di questa domanda.

Negli ultimi anni sono emerse diverse tendenze che rendono necessari anche materiali di costruzione nuovi e migliori di quelli tradizionali.

  • La diffusione di un orientamento alla costruzione green, che spinge ad adottare materiali e tecnologie meno inquinanti dal punto di vista della produzione di anidride carbonica.
  • La richiesta di una maggiore efficienza economica. Date le notevoli pressioni sui costi, cresce la necessità di cambiamenti strutturali nella scelta dei materiali.
  • La necessità di aumentare la flessibilità della supply chain. Il trasporto di materiali e attrezzature pesanti ha enormi implicazioni sui costi e sui tempi della catena di approvvigionamento, soprattutto perché molti nuovi progetti si trovano in aree remote o ad alta densità abitativa.
  • La ricerca di una maggiore durata e resistenza delle costruzioni. A causa dell’aumento dei costi fissi e di una sempre minore disponibilità di terreno in molti mercati, i proprietari insistono sul fatto che i progetti abbiano una vita commerciale più lunga.
  • La spinta verso sistemi di costruzione off-site. L’assemblaggio di materiali più leggeri e maneggevoli lontano dal cantiere può migliorare l’efficienza del progetto e affrontare con successo i vincoli di spazio in loco.

Negli ultimi decenni si è registrata un’ondata di innovazione nei materiali da costruzione, sviluppata pensando a usi specifici. tra le numerose tecnologie innovative disponibili, si possono in particolare ricordare:

  • Calcestruzzo auto-riparante. Questo calcestruzzo utilizza i batteri come agente di guarigione per chiudere le crepe nel cemento; è attualmente allo stadio di verifica di fattibilità.
  • Tela di cemento. Si prende uno strato di “stoffa di cemento”, e si aggiunge l’acqua per consentirne la solidificazione. Questa innovazione viene in genere utilizzata per scarichi, canali e passaggi, ed è già ora disponibile in commercio.
  • Topmix permeabile. Questa è un’alternativa al cemento in grado di assorbire 4.000 litri di acqua al minuto. È nella fase iniziale di adozione.
  • Aerogel. Questo materiale super-trasparente e super-isolante è composto al 99,98% di aria; è già disponibile in commercio.
  • Nanomateriali. Questi materiali super-resistenti e ultraleggeri possono eventualmente sostituire i rinforzi in acciaio nelle strutture e nelle fondazioni, sebbene siano ancora in fase di ricerca.

Alcuni di questi “materiali del futuro” potrebbero ridefinire il modo in cui i progetti vengono concettualizzati, progettati ed eseguiti. Tuttavia, la loro adozione è stata finora lenta, a causa della mancanza di consapevolezza e familiarità all’interno della comunità del design e dell’ingegneria, di una catena di fornitura limitata, di una diffusione ancora scarsa su larga scala e dell’avversione al rischio tra i proprietari e i costruttori.

Nonostante sia disponibile da oltre 30 anni, ad esempio, l’etilene tetrafluoroetilene (ETFE) ha ottenuto un’adozione diffusa solo dopo essere stato utilizzato per costruire parte dell’edificio dedicato alle gare di nuoto alle Olimpiadi di Pechino 2008. L’ETFE pesa meno dell’1% di un pannello di vetro equivalente e costa dal 24 al 70% in meno per l’installazione.

Circa l’80% di tutti i lavori di costruzione viene ancora effettuato sul posto, ma molti sviluppatori e appaltatori di progetti stanno implementando nuovi approcci extra-cantiere che li aiutano a migliorarne la prevedibilità, l’uniformità e la ripetibilità. Ciò è particolarmente importante a causa della progressiva riduzione degli spazi di lavoro nei cantieri, della mancanza di manodopera e di norme più rigorose in materia di sicurezza e ambiente. Il settore può superare le tecniche di prefabbricazione tradizionali e adottarne di più moderne, come ad esempio:

  • Pre-assemblato. Strutture relativamente semplici, come fabbriche e cantieri coperti, possono utilizzare l’assemblaggio in fabbrica o in cantiere per una copertura completa dell’edificio. Questa tecnica può anche essere adattata per edifici modulari, come alberghi e condomini. I sottomoduli completi di un edificio più grande vengono assemblati in una fabbrica o in un’area vicina prima dell’assemblaggio finale nel cantiere. Tecniche quali la costruzione volumetrica prefabbricata e prefinita (PPVC) integrano le funzionalità off-site per trasformare il sito di costruzione in un sistema di produzione. Il risultato: maggiore efficienza, meno sprechi e maggiore sicurezza.
  • Stampa 3D. La stampa di sottomoduli o strutture complete in calcestruzzo prima dell’assemblaggio e del lavoro interno potrebbe trasformare l’industria in termini di design, costi e tempi. Tuttavia, la stampa 3D è ancora nelle prime fasi del suo sviluppo e non può ancora essere implementata alla scala e alla velocità richieste per i progetti di grandi dimensioni.
  • Costruzione assemblata con robot. I progetti di costruzione sono intrinsecamente non strutturati e spesso imprevedibili; possono anche essere collocati in terreni e ambienti difficili. Per questi motivi, l’uso dei robot è stato finora limitato. Tuttavia, i robot vengono ora utilizzati in modo selettivo per attività ripetitive e prevedibili, come la piastrellatura, la muratura, la saldatura e la fabbricazione di bobine, la demolizione e il riciclaggio del calcestruzzo.

Le aziende che hanno implementato con successo questi approcci hanno dovuto cambiare radicalmente i processi interni di pianificazione, progettazione, approvvigionamento e costruzione. Dovranno anche investire nell’automazione e in un’efficace catena di fornitura per garantire il trasporto regolare e puntuale dei materiali dalla fabbrica al luogo da utilizzare. Infine, le aziende che decidono di integrare verticalmente le proprie catene di approvvigionamento dovranno pianificare gli investimenti relativi alla produzione.

Tag dell'articolo: edilizia e costruzioni, tecnologia

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