Intelligent Structural Design Optimization through Buildability- Based Value Engineering
Questo articolo propone un framework intelligente di supporto alle decisioni che integra la valutazione quantitativa della costruttibilità nel processo di Value Engineering per ottimizzare le progettazioni strutturali nelle fasi iniziali, migliorando così la costruttibilità, l'utilizzo delle risorse e il valore complessivo del progetto.
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Ogni edificio inizia come una collezione di idee su un foglio, ma la vera prova di quelle idee avviene quando la prima pala tocca il terreno. Nel mondo dell'edilizia, la fase di progettazione è il momento più strategico per plasmare il futuro di un progetto. È la fase in cui è stato speso il minor quantitativo di denaro, eppure le decisioni prese qui dettano la stragrande maggioranza del costo finale e la facilità con cui la struttura può essere assemblata. Se un design è elegante ma impossibile da costruire senza costanti difficoltà, il progetto soffre di ritardi, budget gonfiati e qualità compromessa. Per navigare in questo, ingegneri e architetti si affidano a un metodo chiamato ingegneria del valore (value engineering), un processo sistematico che cerca di fornire le funzioni necessarie di un edificio eliminando al contempo costi e complessità superflui. Tuttavia, un pezzo critico del puzzle è spesso mancato in questi calcoli iniziali: la realtà pratica di come l'edificio verrà effettivamente montato. Questa realtà pratica è nota come costruttibilità (buildability), una misura di quanto sia facile costruire un design in modo efficiente, sicuro e con una qualità costante.
Un team di ricercatori dall'Egitto ha sviluppato un nuovo modo per portare questa realtà pratica nel cuore del processo di progettazione. Propongono un approccio intelligente che tratta la costruttibilità non come un elemento successivo, ma come una componente fondamentale dell'ingegneria del valore. Creando un metodo per assegnare un punteggio specifico a un design basato sulla facilità di costruzione, essi offrono un modo chiaro e quantitativo per confrontare diverse opzioni strutturali prima che venga posato anche solo un singolo mattone. Il loro lavoro suggerisce che quando i progettisti considerano attivamente la facilità di costruzione durante le fasi iniziali di pianificazione, possono ridurre significamente il tempo e il denaro necessari per completare un progetto, migliorando al contempo la qualità finale. Lo studio va oltre la teoria applicando questo sistema di punteggio a uno scenario del mondo reale, dimostrando che i design più efficienti sono spesso quelli che abbracciano la standardizzazione e le tecniche di costruzione moderne piuttosto che affidarsi a metodi tradizionali e laboriosi.
I ricercori hanno concentrato la loro indagine su un edificio residenziale multipiano in Medio Oriente, un contesto in cui le sfide costruttive possono essere particolarmente acute. Hanno riunito un team diversificato di esperti, tra cui ingegneri strutturali, architetti, stimatori dei costi e rappresentanti della proprietà dell'edificio, per agire come unità di ingegneria del valore. Questo gruppo non si è limitato a guardare le planimetrie; ha valutato il design attraverso la lente della squadra di costruzione che lo avrebbe infine edificato. Hanno utilizzato un sistema di valutazione specifico progettato per misurare la "costruttibilità" di una struttura. Questo sistema scompone un edificio nelle sue componenti principali, come l'ossatura che lo sostiene e le pareti che dividono gli spazi, e assegna punti in base a quanto lavoro richiede ogni parte. L'obiettivo era trovare un design che massimizzasse questi punti, indicando una struttura che sarebbe stata più veloce ed economica da assemblare.
Per testare il loro approccio, il team ha analizzato quattro diverse alternative di design per lo stesso edificio di appartamenti di dieci piani. La prima opzione era un design convenzionale, basato interamente su calcestruzzo gettato in opera e pareti di mattoni tradizionali. Questo metodo, pur essendo familiare, dipende fortemente dal lavoro manuale ed è soggetto a variabilità nell'esecuzione. La seconda opzione ha introdotto una soletta in calcestruzzo piana semplificata e blocchi di precisione per le pareti interne, offrendo un leggero miglioramento. La terza opzione ha intrapreso una via più moderna, combinando una soletta piana con pareti esterne prefabbricate e partizioni interne modulari. La quarta opzione era un sistema ibrido che utilizzava travi e solai prefabbricati insieme a colonne e pareti tradizionali. Ciascuno di questi design è stato sottoposto al sistema di valutazione per generare un punteggio di costruttibilità, un numero che riflette l'efficienza complessiva del processo di costruzione.
I risultati sono stati chiari e decisivi. Il design convenzionale, con la sua dipendenza dal calcestruzzo umido e dalla muratura manuale, ha ricevuto il punteggio più basso, indicando il più alto livello di difficoltà e richiesta di manodopera. Man mano che i design incorporavano più elementi prefabbricati e componenti standardizzati, i punteggi aumentavano costantemente. Il design che ha ottenuto il punteggio di costruttibilità più alto è stato quello che ha utilizzato pareti esterne prefabbricate e un sistema a soletta piana. Questa specifica configurazione, che ha minimizzato la necessità di complessi assemblaggi in loco, ha superato anche il sistema ibrido che utilizzava travi prefabbricate. I dati hanno mostrato un legame diretto tra l'uso di metodi di costruzione industrializzati e off-site e la facilità di costruzione della struttura. Sebbene lo studio rilevi che l'applicazione dell'ingegneria del valore in vari scenari di costruzione possa portare a riduzioni dei tempi di progetto fino al 30% e a riduzioni dei costi fino al 10%, il caso di studio in questione si è concentrato sul quantificare i punteggi di costruttibilità per dimostrare come le specifiche scelte di design influenzino queste potenziali efficienze.
I ricercatori sottolineano che questi miglioramenti non sono solo teorici. Lo studio dimostra che quando un design viene valutato per la sua costruttibilità nelle prime fasi del processo, consente ai team di compiere compromessi informati. Possono vedere esattamente come un cambiamento nei materiali o un cambio nella strategia strutturale influenzerà il risultato finale. Le conclusioni suggeriscono che i progetti di maggior successo sono quelli in cui il team di progettazione e il team di costruzione lavorano in tandem fin dall'inizio, anziché in isolamento. Integrando il concetto di costruttibilità nell'ingegneria del valore, lo studio fornisce un quadro pratico per prendere decisioni che siano non solo economicamente solide, ma anche fisicamente fattibili. Evidenzia che la strada verso un edificio migliore risiede spesso nella semplicità, nella ripetizione e nell'uso intelligente della tecnologia moderna, trasformando la complessa sfida della costruzione in un compito più gestibile e prevedibile.
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