AUTORE: Mario Busolli
TUTOR: Ing. Giovanni Franchi
MASTER: Master in “PROJECT AND CONTRACT MANAGEMENT IN CONSTRUCTION WORKS” a.a 2022/23
Il presente lavoro di tesi si propone di studiare nel dettaglio l’integrazione della progettazione di edifici in legno nel contesto sempre più rilevante del “Design for Manufacturing and Assembly” (DfMA), tramite lo sviluppo di un caso studio.
Il caso studio che si vuole analizzare è la progettazione di un complesso residenziale plurifamiliare in corso di realizzazione a Trento. L’edifico può essere suddiviso in tre corpi, per comodità chiamati A-B-C. I corpi A e B si sviluppano per cinque piani fuori terra ed ospitano rispettivamente 12 e 15 unità abitative di varie dimensioni, il corpo C invece si sviluppa su 4 livelli ed ospita 8 unità. Ogni unità si compone di vari ambienti sviluppando appartamenti tutti diversi l’uno dall’alto.
Questa ricerca punta a comprendere come i processi progettuali possano concretamente inserirsi nell’ambito più ampio dei “Modern Methods of Constructions” (MMC), concentrandosi su aspetti chiave volti a minimizzare gli sprechi e ottimizzare i processi nell’industria delle costruzioni quale può essere l’approccio Lean.
L’intrinseca connessione tra la progettazione di edifici in legno e la loro produzione è un elemento centrale di questa indagine. La necessità di modelli 3D estremamente precisi per la produzione della quasi totalità degli elementi lignei evidenzia la stretta interdipendenza tra progettazione e processo produttivo. Nel corso degli anni, l’adozione di sistemi avanzati di progettazione e programmazione è divenuta imperativa per ridurre sprechi, come: tempi di attesa, lavorazioni superflue e perdita di informazioni nei vari passaggi dei sistemi produttivi.
Modello strutturale condiviso sviluppato al LOD400
L’analisi contrattuale svolta attraverso un approccio con modelli di Kano ha permesso di suddividere gli aspetti del progetto in tre categorie: Must Be, More is better e Delighters. In seguito, si sono individuati gli Stakeholder di progetto suddividendoli tra interni ed esterni all’azienda e raggruppandoli in quattro categorie d’importanza: Stakeholder Istituzionali, Stakeholder Chiave, Stakeholder Marginale e Stakeholder Opertativo. L’incrocio tra quanto emerso dall’analisi del modello di Kano e quella degli Stakeholder ha permesso di realizzare un piano della qualità che desse il giusto peso a ciascuno degli aspetti presenti nel progetto.
In particolare, si sono poi individuate delle categorie specifiche di spreco per ciascuna fase lavorativa, raggruppando gli elementi chiave del progetto. Queste categorie, tra cui Transports, Inventory, Motion, Waiting, Overprodction, Overprocessing, Defects and Brain, hanno costituito il cardine attorno a cui sviluppare il lavoro d’indagine volto a comprendere su quali aspetti il processo Lean potesse maggiormente intervenire. Il DfMA ha molti punti in comune con l’approccio Lean, per questo motivo è stato scelto come strumento da utilizzare per ridurre quanto più possibile gli sprechi sopra individuati. Tramite questo strumento si va ad integrare il Building Information Modeling con tutti quegli aspetti che sono specifici della produzione e prefabbricazione off-site.
Il valore aggiunto di ciascuna operazione è stato determinato attraverso questa analisi, caratterizzando ogni aspetto progettuale in base al suo impatto sul raggiungimento dell’obiettivo finale. Successivamente, è stato proposto un nuovo processo progettuale, che ha portato alla definizione di una Project Charter, una Organizational Breakdown Structure (OBS), una Work Breakdown Structure (WBS) e un Cronoprogramma.
Gantt delle attività legate alla progettazione del Corpo A
Il piano di progetto, noto anche come piano di project management, rappresenta il percorso da seguire per raggiungere gli obiettivi del progetto ed è un punto di riferimento cruciale per calcolare e affrontare le deviazioni rispetto alle aspettative degli stakeholder. Senza un piano di progetto, la gestione del progetto diventa difficile, se non impossibile, in quanto manca una base strutturata per monitorare l’andamento delle attività e apportare eventuali correzioni.
L’Organizational Breakdown Structure (OBS) in un’impresa di costruzione è un sistema gerarchico che identifica i manager responsabili dei progetti. L’OBS collega chiaramente ciascun manager ai progetti specifici, consentendo una gestione efficiente delle risorse umane, assegnando i progetti ai responsabili e garantendo un accesso sicuro ai progetti, considerando anche la sicurezza e la confidenzialità
Una Work Breakdown Structure (WBS) nella costruzione è un metodo gerarchico per organizzare progetti edilizi. La WBS è un unico documento che suddivide i risultati del progetto in parti gestibili chiamate pacchetti di lavoro. Questa struttura viene rappresentata visivamente come un albero genealogico o un organigramma, con l’edificio finito in cima e ulteriori suddivisioni nei livelli inferiori.
Questo nuovo processo è stato sottoposto a un’analisi dettagliata della sua efficacia e funzionamento utilizzando l’analisi di tipo Earned Value, in modo da ottenere una visione più completa e consapevole delle performance di progetto, contribuendo a prevenire possibili problemi e a garantire una gestione più efficace delle risorse e dei tempi. La periodica valutazione degli indicatori consente di rilevare tendenze e andamenti, facilitando la correzione tempestiva di eventuali deviazioni dal piano originale. Inoltre, sono state esplorate le possibilità di miglioramento attraverso l’implementazione del Resource Leveling. In particolare, per il caso studio in oggetto si è ipotizzata la situazione in cui la progettazione parta in ritardo rispetto a quanto previsto (due settimane) e di conseguenza le attività vengono accorciate per mantenere fissa data di conclusione dei lavori. Così facendo il tempo inizialmente perso potrebbe essere recuperato a fronte di un aumento dei costi che andrà concordato con il cliente.
Attraverso queste procedure, è stato sviluppato un nuovo “Frame” progettuale che facilita l’integrazione del settore delle costruzioni in legno nella progettazione Lean, capitalizzando sulle peculiarità intrinseche del settore.
Esempio di Earned Value applicato al caso studio in Primavera P6
In conclusione, questa ricerca non solo contribuisce alla comprensione della sinergia tra progettazione di edifici in legno e approcci Lean, ma offre anche un quadro completo e operativo per l’applicazione di questi principi all’interno del contesto specifico delle costruzioni in legno, promuovendo un approccio più efficiente e sostenibile al processo progettuale.
FOR INTERNATIONAL STUDENTS:
The present thesis aims to thoroughly examine the integration of wood building design within the increasingly relevant context of “Design for Manufacturing and Assembly” (DfMA), through the development of a case study. The chosen case study for analysis is the design of a multi-family residential complex currently under construction in Trento. The building can be divided into three parts, conveniently named A-B-C. Parts A and B extend over five above-ground floors, hosting 12 and 15 residential units of various sizes, respectively, while part C spans four levels and accommodates 8 units. Each unit consists of various spaces, resulting in unique apartments throughout the building.
This research seeks to understand how design processes can effectively fit into the broader scope of “Modern Methods of Constructions” (MMC), with a focus on key aspects aimed at minimizing waste and optimizing processes in the construction industry, emphasizing Lean approaches. The intrinsic connection between wood building design and production is a central element of this investigation. The need for highly accurate 3D models for the production of nearly all wooden elements highlights the close interdependence between design and the production process.
Over the years, the adoption of advanced design and scheduling systems has become imperative to reduce waste, such as waiting times, unnecessary processes, and information loss in various stages of production systems. The contractual analysis conducted through a Kano model approach allowed the categorization of project aspects into three categories: Must Be, More is better, and Delighters. Subsequently, project stakeholders were identified, categorized as internal and external to the company, and grouped into four importance categories: Institutional Stakeholders, Key Stakeholders, Marginal Stakeholders, and Operational Stakeholders.
The intersection of findings from the Kano model analysis and stakeholder analysis facilitated the creation of a quality plan that appropriately weighted each aspect present in the project. Specific waste categories were identified for each work phase, grouping key project elements. These categories, including Transports, Inventory, Motion, Waiting, Overproduction, Overprocessing, Defects, and Brain, formed the cornerstone around which the investigation focused on the aspects where the Lean process could have the greatest impact.
DfMA shares many common points with the Lean approach, making it the chosen tool to reduce identified wastes. Through this tool, Building Information Modeling is integrated with aspects specific to off-site production and prefabrication. The added value of each operation was determined through this analysis, characterizing each design aspect based on its impact on achieving the final goal.
Subsequently, a new design process was proposed, leading to the definition of a Project Charter, an Organizational Breakdown Structure (OBS), a Work Breakdown Structure (WBS), and a schedule. The project plan, also known as a project management plan, represents the path to achieving project objectives and is a crucial reference point for calculating and addressing deviations from stakeholder expectations. Without a project plan, project management becomes difficult, if not impossible, lacking a structured basis to monitor activity progress and make corrections.
The Organizational Breakdown Structure (OBS) in a construction company is a hierarchical system identifying project managers’ responsibilities. The OBS clearly links each manager to specific projects, allowing efficient human resource management, assigning projects to responsible individuals, and ensuring secure access to projects, considering safety and confidentiality.
A Work Breakdown Structure (WBS) in construction is a hierarchical method for organizing construction projects. The WBS is a single document that divides project results into manageable parts called work packages. This structure is visually represented as a family tree or organizational chart, with the finished building at the top and further subdivisions at lower levels.
This new process underwent a detailed analysis of its effectiveness and operation using Earned Value analysis to obtain a more complete and conscious view of project performance, contributing to preventing potential issues and ensuring more effective resource and time management. Periodic assessment of indicators allows the detection of trends and patterns, facilitating timely correction of any deviations from the original plan. Furthermore, possibilities for improvement were explored through the implementation of Resource Leveling. Specifically, for the case study in question, a scenario was hypothesized in which the design starts later than anticipated (two weeks), and consequently, activities are shortened to maintain the fixed completion date. By doing so, the initially lost time could be recovered at the expense of increased costs, which would need to be agreed upon with the client.
Through these procedures, a new design framework was developed, facilitating the integration of the wood construction sector into Lean design, capitalizing on the intrinsic characteristics of the industry. In conclusion, this research not only contributes to understanding the synergy between wood building design and Lean approaches but also provides a comprehensive and operational framework for applying these principles within the specific context of wood construction, promoting a more efficient and sustainable approach to the design process.