In the AEC industry, construction sites are very dynamic operating environments. Activities workspace demand continuously changes across space demanding and time, stressing the need to consider the space as a limited and renewable resource. This issue has not been fully handled yet, neither by traditional scheduling techniques nor by more advanced 4D tools. For these reasons, construction management teams usually carry out manually spatial considerations based on 2D sketches. This approach, especially in big construction projects, is highly time-demanding and error-prone causing, as demonstrated by statistics, injuries, and productivity slowdown. To cover these gaps, this study proposes a workspace management framework that integrates the work scheduling phase with spatial analysis, carried out by a spatial conflict simulator developed using a serious game engine. The simulator, given the BIM model and the construction work schedule, can detect eventual spatial interferences based on geometric computations and physics simulations. The detected conflicts are then judged applying Bayesian inference to filter non-critical scenarios and avoid overestimation. Afterwards, the construction management team, made aware of likely future spatial issues, can adjust or confirm the work schedule. This approach can provide a valuable contribution in detecting spatial conflicts during both the construction planning phase and works execution. In this study, the proposed spatial conflict simulator has been validated on the planning phase of a real use case, demonstrating its capability to not only detect an increased number of spatial issues, compared to the state-of-the-art tools, but also to esteem related criticality levels and avoid overestimations. In the future, the proposed approach, adapted with minor changes, can be applied at runtime for proactively refining the work schedule during works execution.

Nei cantieri edili, quali contesti altamente dinamici, lo spazio richiesto dalle attività muta continuamente evidenziando la necessità di considerarlo come una risorsa limitata. Ad oggi, le aree di lavoro non sono efficacemente gestite né dalle tecniche tradizionali di pianificazione né dagli strumenti 4D più avanzati. I manager del processo costruttivo sono costretti a condurre considerazioni spaziali manualmente sulla base di schizzi 2D. Tale approccio è altamente dispendioso e soggetto ad errori; inoltre, come dimostrano le statistiche, è una delle principali cause di infortuni e riduzione della produttività. Questa tesi di dottorato affronta il problema della gestione delle aree di lavoro, proponendo un approccio che integra la fase di pianificazione con la verifica delle interferenze, condotta da un simulatore spaziale sviluppato in un motore grafico. Tale simulatore, acquisiti il modello BIM ed il cronoprogramma, individua eventuali conflitti spaziali quale risultato di computazioni geometriche e simulazioni fisiche. La criticità dei conflitti viene stimata mediante inferenza Bayesiana al fine di escludere scenari trascurabili. Successivamente, i manager del processo costruttivo, consapevoli dei possibili conflitti spaziali futuri, modificano o confermano il cronoprogramma. Questo approccio può essere applicato per identificare i conflitti spaziali sia durante la fase di pianificazione che quella di esecuzione dei lavori. In questa tesi, il simulatore spaziale proposto è stato validato con riferimento alla fase di pianificazione dei lavori di un edificio reale. I risultati hanno dimostrato la sua capacità di identificare non solo un maggior numero di conflitti, rispetto agli strumenti dello stato dell’arte, ma anche di stimare il relativo livello di criticità evitando sovrastime. In futuro, l’approccio proposto in questa tesi, adattato con minime integrazioni, potrà essere applicato a runtime per aggiornare il cronoprogramma durante l’esecuzione dei lavori.

Development of a BIM-based simulator for workspace management in construction / Messi, Leonardo. - (2022 Mar 22).

Development of a BIM-based simulator for workspace management in construction

MESSI, LEONARDO
2022-03-22

Abstract

In the AEC industry, construction sites are very dynamic operating environments. Activities workspace demand continuously changes across space demanding and time, stressing the need to consider the space as a limited and renewable resource. This issue has not been fully handled yet, neither by traditional scheduling techniques nor by more advanced 4D tools. For these reasons, construction management teams usually carry out manually spatial considerations based on 2D sketches. This approach, especially in big construction projects, is highly time-demanding and error-prone causing, as demonstrated by statistics, injuries, and productivity slowdown. To cover these gaps, this study proposes a workspace management framework that integrates the work scheduling phase with spatial analysis, carried out by a spatial conflict simulator developed using a serious game engine. The simulator, given the BIM model and the construction work schedule, can detect eventual spatial interferences based on geometric computations and physics simulations. The detected conflicts are then judged applying Bayesian inference to filter non-critical scenarios and avoid overestimation. Afterwards, the construction management team, made aware of likely future spatial issues, can adjust or confirm the work schedule. This approach can provide a valuable contribution in detecting spatial conflicts during both the construction planning phase and works execution. In this study, the proposed spatial conflict simulator has been validated on the planning phase of a real use case, demonstrating its capability to not only detect an increased number of spatial issues, compared to the state-of-the-art tools, but also to esteem related criticality levels and avoid overestimations. In the future, the proposed approach, adapted with minor changes, can be applied at runtime for proactively refining the work schedule during works execution.
22-mar-2022
Nei cantieri edili, quali contesti altamente dinamici, lo spazio richiesto dalle attività muta continuamente evidenziando la necessità di considerarlo come una risorsa limitata. Ad oggi, le aree di lavoro non sono efficacemente gestite né dalle tecniche tradizionali di pianificazione né dagli strumenti 4D più avanzati. I manager del processo costruttivo sono costretti a condurre considerazioni spaziali manualmente sulla base di schizzi 2D. Tale approccio è altamente dispendioso e soggetto ad errori; inoltre, come dimostrano le statistiche, è una delle principali cause di infortuni e riduzione della produttività. Questa tesi di dottorato affronta il problema della gestione delle aree di lavoro, proponendo un approccio che integra la fase di pianificazione con la verifica delle interferenze, condotta da un simulatore spaziale sviluppato in un motore grafico. Tale simulatore, acquisiti il modello BIM ed il cronoprogramma, individua eventuali conflitti spaziali quale risultato di computazioni geometriche e simulazioni fisiche. La criticità dei conflitti viene stimata mediante inferenza Bayesiana al fine di escludere scenari trascurabili. Successivamente, i manager del processo costruttivo, consapevoli dei possibili conflitti spaziali futuri, modificano o confermano il cronoprogramma. Questo approccio può essere applicato per identificare i conflitti spaziali sia durante la fase di pianificazione che quella di esecuzione dei lavori. In questa tesi, il simulatore spaziale proposto è stato validato con riferimento alla fase di pianificazione dei lavori di un edificio reale. I risultati hanno dimostrato la sua capacità di identificare non solo un maggior numero di conflitti, rispetto agli strumenti dello stato dell’arte, ma anche di stimare il relativo livello di criticità evitando sovrastime. In futuro, l’approccio proposto in questa tesi, adattato con minime integrazioni, potrà essere applicato a runtime per aggiornare il cronoprogramma durante l’esecuzione dei lavori.
workspace management; game engine; bayesian network; BIM
workspace management; game engine; bayesian network; BIM
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Descrizione: Tesi_Messi
Tipologia: Tesi di dottorato
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11566/295537
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