Lean thinking and BIM for the improvement of tunnel design processes

The scope of this work is to bring improvements in the daily work of Civil Engineers. The Thesis is aimed at optimizing the processes used in the design of infrastructure projects and, specifically, tunneling, by using Lean Thinking concepts in association to the new technological solutions introduced by BIM. Both Lean and BIM are first analyzed from a theoretical perspective, through a careful literature review, in order to highlight the strengths and weaknesses they present and the future opportunities they may offer. Then the work shifts to a more practical approach, trying to deepen application issues and develop suitable tools, according to the remarks offered by the theoretical study. In collaboration with a tunneling design company, and using a tunneling project currently being designed as a case study, Lean concepts and methods are implemented. A first analysis of the case study processes is carried out, as well as an evaluation of the current state of the processes in the company as a whole. From this starting point, improvement opportunities are identified and areas in which solutions and optimizations could be proposed are selected. On this basis, in order to improve the flow of the processes, reduce double work, and better manage external changes in the project, two main solutions are proposed. From one side, a program has been created to automate the design of tunneling sections and have them ready to be used in BIM as well. To the other side, a new changes and claims management system has been developed, allowing to define a standard design process divided in clear packages and control points. The outcome of this research and the implementation of the proposed solutions prove that Lean Thinking and its principles can be used successfully to optimize the design process of infrastructure projects and improve the daily work of Civil Engineering professionals.

Obiettivo di questo lavoro è valutare le possibilità di migliorare e rendere più efficienti le attività quotidiane degli Ingegneri Civili. Più precisamente, la Tesi si propone di ottimizzare i processi che caratterizzano la progettazione di infrastrutture, in particolare gallerie e tunnel, utilizzando principi di Lean Thinking in associazione con le nuove soluzioni tecnologiche introdotte dal BIM. Entrambi questi concetti vengono prima analizzati da una prospettiva teorica, attraverso un'attenta revisione della letteratura, al fine di evidenziare i punti di forza e di debolezza che presentano e le opportunità future che possono offrire in questo contesto. Quindi, il lavoro si sposta su un approccio più pragmatico, cercando di approfondire i problemi applicativi e di sviluppare nuovi strumenti adeguati, secondo le osservazioni elaborate a partire dallo studio teorico. Questa fase di implementazione è stata svolta in collaborazione con una azienda austriaca che si occupa di progettazione di tunnel e gallerie. Con riferimento all’azienda specifica, quindi, viene effettuata un’analisi dei processi utilizzati in un caso di studio, nonché una valutazione dello stato attuale dei processi aziendali nel loro complesso. Da questo punto di partenza, vengono individuate aree di miglioramento e possibilità di ottimizzare le attività svolte. Infine, di conseguenza, vengono proposte alcune specifiche soluzioni applicative. In questo senso, al fine di eliminare gli sprechi nei processi, ridurre la ripetitività del lavoro e gestire meglio i cambiamenti esterni nel progetto, sono state definite due soluzioni principali. Da un lato, è stato scritto un programma per automatizzare il disegno delle sezioni e renderle pronte per essere utilizzate anche nel BIM. Dall'altro, è stato proposto un nuovo e più efficiente sistema di gestione dei cambiamenti in corso di progetto. Questo lavoro prova che il Lean Thinking e i suoi principi possono essere utilizzati con successo per ottimizzare i processi di progettazione di infrastrutture e migliorare il lavoro quotidiano dei professionisti dell'Ingegneria Civile.