Un controllo automatico sull'avanzamento lavori

Se penso ai cantieri edili mi vengono in mente almeno 2 cose. Una, il fisiologico non rispetto della data di fine lavori; due, i famigerati vecchietti che stanno lì ad osservare e a commentare. Ma questa è una cosa semiseria. Ci sarebbe una terza molto più seria, quella degli operai che perdono la vita nei cantieri, con responsabilità spesso schivate e la mancanza di una necessaria cultura per evitare che simili incidenti si ripetano. Però torniamo alla prima. Al di là delle penali previste a contratto, non si può fare niente per evitare ritardi e soprattutto costi, presunti o veri, che lievitano in modo spropositato?

Certo che sì. Due anni fa parlammo di droni utilizzati per monitorare l’avanzamento dei cantieri edili. Di recente si sono inventati un’altra possibilità: robot dotati di uno strumento, chiamato LIDAR, che aiutano a tracciare le fasi di progetto e ad individuare gli errori mentre questi vengono commessi. Il lidar, per inciso, è uno strumento dotato di laser che permette di eseguire una scansione tridimensionale di un oggetto, restituendolo in un formato grafico quantificabile e misurabile. Ebbene, la startup americana Doxel è riuscita a farsi finanziare 4,5 milioni di dollari per usare questa tecnologia di rilievo e scannerizzare il cantiere giorno per giorno, verificando che i lavori procedano come da programma. Così facendo, il processo costruttivo diventerebbe più economico, utilizzando la combinazione di grosse quantità di dati con tecniche di deep-learning (analisi numerica affidata a sistemi di intelligenza artificiale).

Usando robot dotati di lidar, Doxel esegue la scansione dei cantieri, tenendo traccia dei tempi e modi in cui una parte è stata costruita. Di solito è previsto un cronoprogramma con persone annesse alla direzione lavori che dovrebbe controllare il rispetto dei tempi e le modalità di esecuzione. Automatizzando questa fase la Doxel afferma di essere riuscita ad aumentare la produttività del lavoro sul progetto del (udite udite) 38% ! Ci sono infatti delle statistiche americane secondo le quali il 98% dei grandi progetti di costruzione viene consegnato (in media) con un costo maggiore dell'80% rispetto al budget, e con 20 mesi in ritardo sui tempi schedulati. Pare infatti che, nonostante la tecnologia abbia accelerato i tempi di molte attività, la produttività nel settore edile non sia migliorata significativamente negli ultimi decenni.

Una volta che il cantiere si è fermato a fine giornata, parte il robot autonomo, con il relativo sistema lidar, per scansionare metodicamente l'intero sito. Esso non ha problemi a seguire percorsi programmati che possono includere scale o altri ostacoli, così da scansionare fino a 30.000 metri quadrati nel corso di una settimana. Una volta che il robot ha finito, invia tutti questi dati al cloud, dati che possono essere elaborati dagli algoritmi di apprendimento semantico 3D, addestrati a riconoscere tutti i tipi di componenti (anche se solo una piccola parte di essi è visibile) in base a forma, posizione e dimensioni. La precisione della mappa lidar creata da Doxel consente di verificare che le parti giuste siano state costruite e installate correttamente nel posto giusto. Se c'è stato qualche blocco, già il giorno successivo si possono prendere provvedimenti per sistemare le cose. La cattiva prassi, difatti, porta a correggere i problemi che si notano solo settimane dopo, quando cioè a cascata sono stati generati altri errori dipendenti dai precedenti.

La Doxel ha applicato tale idea innovativa in un caso recente, realizzando la supervisione durante la costruzione di un edificio di uffici medici a San Diego, in California. Il robot ci metteva, ogni giorno, solo 4 ore e mezzo per scansionare e ricostruire lo stato dell'arte del cantiere in modo digitale. Risultato: come dicevamo, la produttività del lavoro è cresciuta del 38% rispetto alla stima originale, in più il costo è diventato dell'11% più piccolo di quanto calcolato nel budget iniziale. Very well! Naturalmente, si tratta di un solo caso e non è detto che altri progetti otterranno risultati simili. Ma, ancora una volta, il valore aggiunto si è ottenuto grazie alla sinergia vincente tra più discipline, ingegneristiche ed informatiche, al fine di ottimizzare processi ancora troppo umani. Nel senso negativo del termine.

(fonte https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/industrial-robots/doxel-ai-startup-using-lidar-equipped-robots-on-construction-sites; si ringrazia il sito http://www.moorecleantexas.com per la gentile concessione della foto)

Russia, la prima casa con stampa 3D

I terremoti sono una grande tragedia. Bella scoperta. Lo sono soprattutto per chi, dopo mesi e mesi, non ha ancora un tetto sicuro e caldo dove vivere e dormire, provando a dimenticare delle grandi tristezze. Tra qualche anno, ma non nel nostro paese, vittima di quel male oscuro che si chiama burocrazia, basteranno solo pochi giorni per tornare ad una pseudo-normalità. Arriveranno delle nuove macchine da costruzione e, in men che non si dica, ecco spuntare le prime casette. Tranquilli, di secondo nome non faccio né Silvio né Vasco. Sto parlando della prima casa stampata con tecnologia 3D, che è stata costruita nella città di Stupino, 120 km a sud di Mosca. L'hanno tirata su in 24 ore.

Ormai con le stampanti di 3D si fa di tutto, pare che in pochi anni rifioriranno gli artigiani come una volta, ma in versione 2.0. Quanto all'edilizia, un paio di anni fa era spuntata (vista con i miei occhi alla Maker Faire 2015 di Roma) un'attrezzatura, grandicella per la verità, che stampava in autonomia mattoni o semilavorati simili, fino a realizzare intere murature. Ma una casa completa, nel senso di piccola unità residenziale indipendente, non si era ancora vista. L'azienda russa Apis Cor è riuscita a stampare in tempi brevissimi muri esterni e pareti divisorie: un intero involucro edilizio autoportante con superficie utile di 38 mq. Il design è insolito e accattivante, dato che la pianta è circolare. Ma non ci sono restrizioni sulle geometrie, le piante tradizionali rettangolari possono essere realizzate senza problemi.

La casa è stata costruita nel periodo più freddo dell'anno. Ciò ha aggiunto una buona dose di complessità ai partecipanti al progetto, visto che l'uso del calcestruzzo da stampa era previsto per temperature superiori a 5°. I sovietici non si sono persi d'animo: hanno circondato la zona lavori con una tenda speciale che ha fornito la temperatura sufficiente. Tuttavia i tecnici pensano già a nuovi materiali,  come i geopolimeri, grazie ai quali si stamperanno case a prescindere dal clima. Il costo di costruzione, comprensivo di finiture interne ed esterne, è stato pari a circa 10.000 €, ossia 263 € al metro quadrato, bazzecole rispetto ai costi attuali degli immobili, soprattutto se si tiene conto che in questo caso i fornitori hanno usato materiali di altissima qualità, e che la costruzione di per sé ha una forma non comune. Pertanto il costo potrebbe ancora scendere.   

Anche il sistema di isolamento è costruito con tecnica tridimensionale, utilizzando materiali molto innovativi. Il tetto è piatto, ma comunque in grado di resistere efficacemente a carichi quali una spessa coltre di neve e di rispettare i comuni requisiti di durabilità. La copertura è realizzata attraverso speciali membrane polimeriche. Naturalmente non mancano tutti i confort, compresa una gigantesca TV da 78". Certo in 38 mq sarà difficile guardarla alla distanza giusta (n.d.r.). La cosa forte è che, essendo la TV a schermo curvo, il muro è stato stampato con un raggio di curvatura che li fa combaciare perfettamente. 

Una caratteristica distintiva della stampante è il suo design, che ricorda la classica gru a torre, in modo da eseguire il processo di stampa sia all'interno che all'esterno della costruzione. La stampante ha piccole dimensioni, altezza fino a 3m e sbraccio fino ad 8m, quindi facilmente trasportabile, e non richiede una lunga preparazione prima dell'inizio lavori, dato che possiede un sistema di allineamento orizzontale ed è dotata di stabilizzazione automatica. Il processo di stampa è robotizzato quasi completamente, eliminando al massimo il rischio di errori umani. Ed anche di pericoli. 

Se il futuro edile sarà questo, ci scorderemo quindi dei cantieri con tempi lunghi, di scatole di formatura per le colate di cemento, degli operai in giro per l'Italia sui furgoni, ma anche dei famigerati anziani che commentano l'andamento lavori. Oppure no, si aggiorneranno e diranno la loro anche sulla stampa 3D. Evviva la terza età.

(fonte http://www.3dprintingprogress.com/articles/10683/the-first-on-site-house-has-been-printed-in-russia)

Materiali green per le costruzioni di domani

Le case del futuro saranno bellissime. Per chi potrà permettersele, naturalmente. Avranno tutto il comfort e gli automatismi che la tecnologia potrà offrire. Allo stesso tempo minimizzeranno il loro impatto sull'ambiente, azzerandolo in alcuni casi, sia in fase costruttiva che durante il loro ciclo di vita. Ma già oggi in parte è così. Per quanto riguarda i materiali di costruzione che si useranno, diversi progetti attuali stanno evidenziando prodotti che oltre a non inquinare consentono di contribuire a farci respirare meglio o a migliorare la sicurezza in modo attivo.

L'inquinamento atmosferico causa nel mondo più di 3 milioni di morti l'anno, con una tendenza al raddoppio entro i prossimi 40 anni: è quello che riferisce uno studio recente del Germany’s Max Planck Institute for Chemistry. Le emissioni vanno certamente attenuate, ma intanto perché non provare a ripulire l'aria che respiriamo ? Alla scuola di architettura del California Polytechnic State University hanno inventato uno speciale mattone, chiamata Breathe Brick, grazie al quale si crea un sistema di ventilazione regolare dell'edificio, con una facciata a doppio strato di mattoni speciali all’esterno, più uno strato interno. Al centro del mattone, mediante la sua superficie sfaccettata che aiuta a dirigere il flusso d’aria, si crea un ciclo di filtrazione, grazie al quale le particelle inquinanti più pesanti dell’aria cadono in una tramoggia rimovibile alla base della parete. Il sistema è stato testato con buonissimi risultati, riuscendo a filtrare il 100% di particelle più grosse quali la polvere comune e fino al 30% delle particelle fini (tra le quali il più noto è forse il PM10).

Il cemento Portland, la maggiore componente delle nostre costruzioni, contribuisce significativamente alla crescita dei gas serra in atmosfera. Dato che la domanda di calcestruzzo contenente il Portland aumenta ogni anno e potrebbe crescere anche in futuro, diversi studiosi si stanno applicando nel ridurre l'impatto ambientale di questo materiale. Al NanoSystems Institute, ancora in California, hanno scoperto che l'anidride carbonica rilasciata durante la produzione potrebbe essere catturata e riutilizzata. Durante la produzione di cemento il calcare, ovvero la materia prima più utilizzata, viene riscaldato a circa 750° C, con relativa generazione di anidride carbonica. Ben il 65% dell'anidride carbonica emessa viene rilasciata quando il calcare si trasforma, mentre il restante 35% si sprigiona dal combustibile bruciato per riscaldare il composto che ne deriva. I ricercatori hanno dimostrato che l'anidride carbonica emessa durante questo procedimento può essere catturata e ricombinata con l'idrossido di calcio per ricreare calcare. In questo modo, si riduce l'immissione di CO2 in atmosfera e si risparmia anche circa il 50% del calore necessario per il ciclo produttivo.

Ma la nostra vita non si svolge solo in ambienti chiusi. Dobbiamo naturalmente spostarci e per farlo, percorriamo strade su strade, che si trovano in condizioni più o meno decenti. Quando piove, specie come negli ultimi anni, le capacità drenanti del manto stradale sono fondamentali per la sicurezza. Un'azienda inglese del settore, la Tarmac, ha messo a punto un cemento assorbente che, grazie ad una particolare stratificazione interna, è in grado di drenare per ogni metro quadro circa 600 litri al minuto. Una pavimentazione resiliente come questa avrebbe grandi vantaggi di sostenibilità: la capacità di aumentare le riserve di acque grigie per l’irrigazione dei parchi, la riduzione dell’inquinamento idrico causato dalla stagnazione di acqua non drenata, la ricarica delle falde sotterranee senza picchi improvvisi e, infine, una maggiore durata del manto stradale che evita il formarsi di buche dannose ai veicoli e pericolose per le persone.

(fonti http://www.rinnovabili.it/greenbuilding/materiali-resilienti-cemento-assorbente-876/ ;

http://www.casaeclima.com/ar_24339__mattone-combatte-inquinamento-atmosferico.html ; IlGiornaleDell'Ingegnere-Ottobre2015)

Droni che sorvegliano i cantieri edili

L'aumento vertiginoso dell'uso dei droni nelle attività più disparate è certamente una conferma di quanto sia positiva questa tecnologia. Ora una nuova possibilità sta venendo fuori nelle ultime settimane in California, dove alcuni droni vengono utilizzati per catturare video che mostrano i progressi nella costruzione del nuovo stadio dei Sacramento Kings, nota squadra di basket appartenente al gotha di questo sport, l'NBA. Naturalmente alcuni operai non l'hanno presa molto bene.

All'interno del cantiere, una volta al giorno, diversi droni pattugliano automaticamente le principali aree, registrando dei video. Da questi dati un software dedicato realizza un'immagine tridimensionale del sito, la quale può essere confrontata con piani architettonici predefiniti e con il calendario lavori della costruzione, che mostra quando ciascun elemento deve essere terminato. Così facendo, i manager delle ditte esecutrici verificano in tempo reale come il progetto sta procedendo, risalendo in modo semplice alle parti del progetto che stanno ritardando. Il software è stato sviluppato presso la University of Illinois: gli ingegneri informatici sostengono di poter ottenere anche altre informazioni oltre quelle grafiche, ossia il motivo per cui un particolare elemento strutturale è in ritardo, forse perché i materiali non sono ancora arrivati, e cosa fare per recuperare il tempo perso, aumentando quindi l'efficienza dei lavori.

A differenza di settori come quello agricolo e forestale, dove una volta definito il percorso del drone, le riprese in periodi diversi possono evidenziare piccoli cambiamenti, in un cantiere edile i lavori sono molto più dinamici: è dunque meno semplice far convergere certe informazioni e renderle utili a chi deve verificare il cronoprogramma. Ma alla University of Illinois non si sono preoccupati per questo, al contrario hanno cercato di registrare il maggior numero di dati grazie agli aeromobili a pilotaggio remoto. Infatti, oltre all'avanzamento dei lavori, le riprese permettono di individuare, in modo meno automatico del primo, l'effettiva collaborazione tra le squadre disseminate sul cantiere, al fine di capire perché qualcuno sta lavorando meno e male, rallentando l'intero progetto.

E' però facilmente sollevabile la controversia secondo cui la privacy dei lavoratori non è più garantita. La prima conseguenza potrebbe essere che, data la presenza del “grande fratello volante”, qualcuno pensi sia meglio lavorare di più: troppi straordinari e, alla lunga, prestazioni qualitativamente inferiori. Il responsabile del progetto, l'ingegner Golparvar-Fard, sostiene che nel settore delle costruzioni, almeno per i lavori di una certa dimensione, ci sono sempre state persone che controllano il lavoro degli operai e, negli ultimi anni, anche delle telecamere per lo stesso scopo. “Capisco che la presenza dei droni può essere fonte di disagio per i lavoratori, ma bisognerebbe fargli capire che il vero target è l'efficienza dell'intero progetto e non quella del singolo: dunque questo sistema ci permette di capire come alimentare le risorse in un modo più puntuale, dal punto di vista quantitativo e temporale” ha detto Golparvar-Fard.

Al riguardo, un portavoce di una importante associazione statunitense dei lavoratori, la LIUNA (Laborer’s International Union of North America), ha dichiarato di non essere a conoscenza di questo tipo di controllo, ma non ha espresso alcun parere. In ogni caso, uno innovativo strumento come questo, se non troverà ostacoli di carattere burocratico, potrà essere in futuro una possibilità di monitoraggio a largo spettro, compresi alcuni tipi di lavoro manuale, semplicemente dando un'occhiata ad un pc o ad uno smartphone, con gli annessi software di controllo.

(fonte http://www.technologyreview.com/news/540836/new-boss-on-construction-sites-is-a-drone/ ; si ringrazia il sito http://blog.brickhousesecurity.com/ per la gentile concessione della foto)

Melbourne, a lezioni di smartness sociale

Melbourne sta definendo una vera e propria strategia per le sue abitazioni, basandosi sull’idea che quando si creano spazi per le persone con basso reddito se ne ricava un beneficio per tutta la comunità. Consentendo a queste persone di risiedere vicino al proprio lavoro, essi possono migliorare la loro situazione finanziaria, diminuendo quindi la spesa pubblica e contribuendo all'economia cittadina. Ma la vera rivoluzione è che i cittadini stanno partecipando a tale pianificazione edilizia.

Il problema che la metropoli australiana sta cercando di risolvere è come mantenere, se non accelerare, la crescita economica pur fornendo un tetto per i residenti con difficoltà economiche. Le statistiche infatti parlano chiaro: c’è stato un raddoppio degli abitanti negli ultimi 13 anni, fenomeno che potrebbe ripetersi entro i prossimi 16. Di conseguenza il prezzo degli affitti è salito vertiginosamente, andando fuori controllo. Il governo cittadino ha così fissato un target di 1700 nuove unità immobiliari a prezzi accessibili entro il 2021. La spesa vantaggiosa per chi acquista non corrisponderà ad una bassa qualità delle costruzioni, nemmeno a superfici più ridotte, rispetto alla media di quelle attuali; di più, si approfitterà per integrare prestazioni ambientali particolarmente spinte. 

Per vincere le fisiologiche resistenze, sia dei costruttori che dei meno propensi ad accogliere altri concittadini, gli amministratori australiani hanno pensato di muoversi in due direzioni. Primo, educare il pubblico sulla necessità e sui vantaggi di alloggi a prezzi accessibili, insomma creare una cultura di social housing: a tale scopo nel 2013 è stato presentato il testo Future Living come spunto di discussione e diffusione delle tematiche. Secondo, coinvolgere direttamente la comunità nel trovare soluzioni: per questo è stato realizzato un sito web, denominato HomesForPeople, per far conoscere la bozza di strategie agli abitanti di Melbourne, chiedendone un parere ed altre idee o feedback che possano sostenere l’utilità e il miglioramento di questa iniziativa. Nonostante pochi giorni fa sia terminata la consultazione popolare, mediante HomesForPeople i cittadini possono ancora informarsi sul probabile piano lavori, con relative tempistiche, che attende la metropoli per i prossimi anni, conoscendone i benefici e gli eventuali disagi. 

Spesso, quando si parla di smart cities la tecnologia impera. E’ necessaria, nessuno lo mette in dubbio. Ma casi come questi sono emblematici di come si possa creare una vera smartness sociale, a maggior ragione in tematiche come l’assistenza ai meno abbienti. Gli amministratori devono inevitabilmente farsi aiutare dai cittadini nel redigere le politiche governative, garantendo trasparenza ed applicando la vera democrazia partecipativa. Solo così si restituisce la città alle persone, a chi la vive, la anima, a chi ne costituisce gli ingranaggi pulsanti: ingranaggi che, coordinati in modo intelligente, ruotano e si muovono verso una migliore qualità della vita, di tutti.

(fonte http://smartcitiescouncil.com/article/melbourne-makes-affordable-living-top-priority)

Efficienza energetica in edilizia: un potenziale risparmio dell’85% per l'Italia

Per tutto il loro ciclo di vita, gli edifici rappresentano circa il 40% del consumo di energia e il 36% delle emissioni di CO2 nell'UE. Aumentare l'efficienza energetica ed utilizzare tecnologie basate sulle energie rinnovabili negli edifici è di vitale importanza per la mitigazione dei cambiamenti climatici. A tal fine la direttiva europea sul rendimento energetico nell'edilizia fornisce un quadro agli Stati membri per apportare miglioramenti in settori quali il riscaldamento, l’isolamento termico e il raffrescamento con aria condizionata.

Finanziato dall'UE, il progetto TABULA  (Typology Approach for BUiLding Stock Energy Assessment) ha individuato delle tipologie edilizie in funzione della zona climatica, dell’epoca di costruzione e della volumetria, per gli edifici residenziali in 13 Stati membri, compresa l’Italia. Lo scopo del progetto era quello di individuare il rendimento energetico dei più comuni tipi di edifici e valutarne il potenziale di risparmio energetico. 

Alcuni ricercatori del Politecnico di Torino hanno valutato il contributo italiano al progetto TABULA, definendo tre zone climatiche: mediterranea, alpina ed intermedia, più quattro formati tipici delle case residenziali: abitazione singola, case a schiera, case plurifamiliari con un piccolo numero di appartamenti e condomini.  Una ulteriore suddivisione in 8 classi è stata fatta a seconda dell’anno di costruzione, nel periodo 1900 - 2005. L’analisi è stata ristretta al solo Piemonte ma è facilmente estendibile a tutta l'Italia. Partendo dalla domanda energetica dell'edificio, i ricercatori hanno calcolato due livelli di intervento, Standard e Avanzato, considerando la ristrutturazione sia dell'edificio stesso (isolamento di pareti, pavimenti, tetti e sostituzione di finestre), che degli impianti tecnologici.

I risultati hanno rivelato un notevole risparmio energetico potenziale, fino al 77%, negli edifici residenziali piemontesi, solo con ristrutturazioni di tipo Standard (miglioramenti minimi sull’isolamento, clima invernale e acqua calda sanitaria). Applicando invece il livello Avanzato (ossia lo stato dell’arte della tecnologia di efficienza energetica) si può giungere teoricamente ad una spesa sulla bolletta inferiore dell’85% rispetto all’attuale; naturalmente all’8% di differenza dei due casi corrisponde un delta maggiore di investimento.

Probabilmente l’Italia è uno dei paesi in cui si è progettato peggio dal punto di vista energetico, dato che i ricercatori degli altri paesi hanno riportato margini di miglioramento inferiori, giungendo ad un risparmio potenziale medio della UE di circa il 40%. Al solito, per ogni progetto di questo genere è fondamentale un business plan ed una chiara risposta ai consumatori sui tempi di ritorno dell’investimento. Quello che non compare quasi mai nei calcoli è invece il ritorno ambientale e sulla salute, sia perché è alquanto difficile da quantificare, sia perché a molti manca la sensibilità di ritenerlo come un problema grave, visto che gli effetti non sono a breve termine. Eppure … 

Qui maggiori informazioni sul progetto.