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POLITesi - Archivio digitale delle tesi di laurea e di dottorato

Architecture, Engineering, Construction, and Operation (AECO) is a crucial sector in many nations. However, in the last decades, the AECO industry has struggled to evolve, and as a result, its productivity has suffered. In a world beset by resource scarcity, climate change, and significant population growth in developing and established countries, it is more important than ever to consider how the Built Environment (BE) can provide an inexpensive, sustainable, healthy, and peaceful existence for the global population. In this context, a new set of dynamics emerges as a result of the digital revolution fostered in other sectors. Servitization is one of them, significantly impacting the asset's use phase. This dynamic occurs during the asset's transaction and usage phases when it is no longer viewed solely as a physical thing used to achieve an organization's fundamental objectives but as a component of the set of services that can be delivered to the end-user through its use. Since roughly 80% of an asset life cycle cost is spent during O&M activities, the focus is widely shifting towards this stage to ensure minimal financial and environmental impacts of a building project. As a result, Asset Management (AM), once regarded as a non-core function supporting the organization's primary business, is becoming a crucial function that balances costs, opportunities, and risks to optimize the asset's performance and realize value. Despite being historically less innovative than other industries, the construction sector is undergoing a technological revolution. Mimicking the innovations brought by the 'Industry 4.0' technologies, often known as the 'fourth industrial revolution', a new paradigm called 'Construction 4.0' is emerging in the sector. Construction 4.0 can be defined as the fusion of cutting-edge industrial production systems, cyber-physical systems, and digital and computing technologies to redefine the design, construction, operation, and maintenance of buildings and infrastructure while considering circularity. Due to this digital transformation, massive amounts of data are produced, and systematic analysis combined with predictive modeling can improve operational and construction safety, lower operational and construction costs, speed up construction, and increase sustainability. However, it is impractical for humans or traditional computer programs to analyze enormous amounts of data and identify patterns using rule-based approaches. Artificial Intelligence (AI), a key component of Construction 4.0, can process massive volumes of data, spot patterns, and build large-scale statistical models. AI is a branch of Computer Science able to provide computers with human-like capabilities and produces quality predictions based on available data, leading to better decision-making and increased productivity. Because present operational procedures and processes are often wedded to the old paradigm (relative primarily to the physical asset and an "artisanal approach"), they no longer effectively support decision-making in the digital built environment. Artificial Intelligence in Asset Management open questions Implementing AI necessitates the availability of numerous components (e.g., labor skills, data-gathering policies, etc.), and it is necessary to clarify how AI may fit into existing company procedures. Assessing AI feasibility is especially difficult in AM since it involves disciplines with varying disciplines and scales. As a result, the spread of AI technologies in AM is constrained by the following open questions: The construction environment has recently changed: users demand new performance from assets. Those who build and manage assets have realized that their business model must change. For example, servitization is a phenomenon where the contractors' focus shifts from the usual facility delivery to providing long-term services related to the asset. Therefore, can AI technologies address the changes required by users?; The principles of Industry 4.0 have also permeated the AECO sector with the Construction 4.0 framework enabling better optimization and creating new processes. In particular, AI holds good promise for exploiting the enormous amount of data gathered during the asset lifecycle; but the actual implementation requires process changes. How can AI be used in AM to guarantee improved services?; Interaction with disruptive technologies (e.g., IoT, drones, robotics, etc.) will maximize the effectiveness of AI technologies. Understanding the role and applications of AI in the Construction 4.0 paradigm is essential. These issues open a new discussion on how to harness the benefits promised by AI technologies with the BE complexity and redefine the Asset Management business process to contribute to a future-proof framework. Aim of the research The innovative contribution of the thesis sits in evaluating and remodeling current AM processes from an AI-applicability perspective. The research is conducted by assessing the industry's level of AI readiness - the ability to deploy AI technologies to enable digital transformation - through the introduced AI Readiness Index and the definition of new or remodeled AM processes at three levels: strategic, tactical, and operational. The study aims to discuss the possible AI applications in AM to enable cutting-edge business processes for managing digital and servitized assets. The framework is articulated in two parts that bring a traditional AM perspective towards a re-engineered, AI-enhanced AM. The first part identifies the industry's areas ready for AI and the significant issues that must be addressed. The second part attempts to innovate traditional AM processes at different levels (strategic, tactical, operational) and validates the proposed new approaches in different case study applications.

Il settore dell’Architettura, dell’Ingegneria delle costruzioni e delle Operazioni (AECO) è cruciale in molte nazioni. Tuttavia, negli ultimi decenni, l'industria AECO ha faticato ad evolversi e, di conseguenza, la sua produttività ne ha risentito. In un mondo caratterizzato dalla scarsità di risorse, dal cambiamento climatico e da una crescita demografica significativa nei Paesi in via di sviluppo e in quelli consolidati, è più importante che mai considerare come l'ambiente costruito (BE) possa fornire un'esistenza sostenibile, sana e pacifica alla popolazione globale. In questo contesto, una nuova serie di dinamiche emerge come risultato della rivoluzione digitale promossa in altri settori. La servitizzazione è una di queste, che ha un impatto significativo sulla fase di utilizzo dell'asset. Questa dinamica si verifica durante le fasi di transazione e di utilizzo dell'asset, quando questo non è più visto solo come un oggetto fisico utilizzato per raggiungere gli obiettivi fondamentali di un'organizzazione, ma come una componente dell'insieme di servizi che possono essere forniti all'utente finale attraverso il suo utilizzo. Poiché circa l'80% del costo del ciclo di vita di un bene viene speso durante la fase operativa, l'attenzione si sta ampiamente spostando su questo asoetto per garantire il minimo impatto finanziario e ambientale di un progetto edilizio. Di conseguenza, l'Asset Management (AM), un tempo considerato una funzione non centrale a supporto dell'attività primaria dell'organizzazione, sta diventando una funzione cruciale che bilancia costi, opportunità e rischi per ottimizzare le prestazioni dell'asset e realizzare valore. Nonostante sia storicamente meno innovativo di altri settori, il settore delle costruzioni sta vivendo una rivoluzione tecnologica. Imitando le innovazioni apportate dalle tecnologie di "Industria 4.0", spesso note come "quarta rivoluzione industriale", nel settore sta emergendo un nuovo paradigma chiamato "Construction 4.0". L'edilizia 4.0 può essere definita come la fusione di sistemi di produzione industriale all'avanguardia, sistemi cyber-fisici e tecnologie digitali e informatiche per ridefinire la progettazione, la costruzione, il funzionamento e la manutenzione di edifici e infrastrutture tenendo conto della circolarità. Grazie a questa trasformazione digitale, vengono prodotte enormi quantità di dati e l'analisi sistematica combinata con la modellazione predittiva può migliorare la sicurezza operativa e di costruzione, ridurre i costi operativi e di costruzione, accelerare la costruzione e aumentare la sostenibilità. Tuttavia, l'uomo o i programmi informatici tradizionali non sono in grado di analizzare enormi quantità di dati e identificare modelli utilizzando approcci basati su regole. L'Intelligenza Artificiale (IA), una componente chiave dell'Edilizia 4.0, è in grado di elaborare enormi volumi di dati, individuare modelli e costruire modelli statistici su larga scala. L'intelligenza artificiale è una branca dell'informatica che fornisce ai computer capacità simili a quelle umane e produce previsioni di qualità basate sui dati disponibili, portando a un migliore processo decisionale e a una maggiore produttività. Poiché le procedure e i processi operativi attuali sono spesso legati al vecchio paradigma (relativo principalmente all'asset fisico e a un "approccio artigianale"), non sono più in grado di supportare efficacemente il processo decisionale nell'ambiente costruito digitale. Domande aperte sull'intelligenza artificiale nella gestione degli asset L'implementazione dell'IA richiede la disponibilità di numerosi componenti (ad esempio, competenze lavorative, politiche di raccolta dati, ecc.) ed è necessario chiarire come l'IA possa inserirsi nelle procedure aziendali esistenti. La valutazione della fattibilità dell'IA è particolarmente difficile nell'AM, poiché coinvolge discipline e scale diverse. Di conseguenza, la diffusione delle tecnologie di IA nell'AM è limitata dalle seguenti questioni aperte: L'ambiente delle costruzioni è cambiato di recente: gli utenti richiedono nuove prestazioni dagli asset. Coloro che costruiscono e gestiscono gli asset hanno capito che il loro modello di business deve cambiare. Ad esempio, la servitizzazione è un fenomeno in cui l'attenzione degli appaltatori si sposta dalla consueta fornitura di strutture alla fornitura di servizi a lungo termine legati all'asset. Pertanto, le tecnologie di intelligenza artificiale sono in grado di affrontare i cambiamenti richiesti dagli utenti? I principi dell'Industria 4.0 hanno permeato anche il settore AECO con il framework Construction 4.0 che consente una migliore ottimizzazione e la creazione di nuovi processi. In particolare, l'IA promette bene per lo sfruttamento dell'enorme quantità di dati raccolti durante il ciclo di vita degli asset, ma l'effettiva implementazione richiede cambiamenti nei processi. Come si può utilizzare l'IA nell'AM per garantire servizi migliori? L'interazione con le tecnologie dirompenti (ad esempio, IoT, droni, robotica, ecc.) massimizzerà l'efficacia delle tecnologie AI. Comprendere il ruolo e le applicazioni dell'IA nel paradigma delle costruzioni 4.0 è essenziale. Questi temi aprono una nuova discussione su come sfruttare i vantaggi promessi dalle tecnologie AI con la complessità del BE e ridefinire il processo aziendale di Asset Management per contribuire a un quadro a prova di futuro. Obiettivo della ricerca Il contributo innovativo della tesi consiste nel valutare e rimodellare gli attuali processi di AM da una prospettiva di applicabilità dell'AI. La ricerca è condotta valutando il livello di preparazione all'AI dell'industria - la capacità di implementare le tecnologie AI per abilitare la trasformazione digitale - attraverso l'introduzione dell'AI Readiness Index e la definizione di processi AM nuovi o rimodellati a tre livelli: strategico, tattico e operativo. Lo studio si propone di discutere le possibili applicazioni dell'IA nell'AM per abilitare processi aziendali all'avanguardia per la gestione di asset digitali e serviti. Il quadro è articolato in due parti che portano la prospettiva dell'AM tradizionale verso un'AM reingegnerizzata e potenziata dall'AI. La prima parte identifica le aree del settore pronte per l'IA e i problemi significativi che devono essere affrontati. La seconda parte cerca di innovare i processi tradizionali di AM a diversi livelli (strategico, tattico, operativo) e convalida i nuovi approcci proposti in diversi casi di studio.

Artificial intelligence enhances digital asset management

Rampini, Luca
2022/2023

Abstract

Architecture, Engineering, Construction, and Operation (AECO) is a crucial sector in many nations. However, in the last decades, the AECO industry has struggled to evolve, and as a result, its productivity has suffered. In a world beset by resource scarcity, climate change, and significant population growth in developing and established countries, it is more important than ever to consider how the Built Environment (BE) can provide an inexpensive, sustainable, healthy, and peaceful existence for the global population. In this context, a new set of dynamics emerges as a result of the digital revolution fostered in other sectors. Servitization is one of them, significantly impacting the asset's use phase. This dynamic occurs during the asset's transaction and usage phases when it is no longer viewed solely as a physical thing used to achieve an organization's fundamental objectives but as a component of the set of services that can be delivered to the end-user through its use. Since roughly 80% of an asset life cycle cost is spent during O&M activities, the focus is widely shifting towards this stage to ensure minimal financial and environmental impacts of a building project. As a result, Asset Management (AM), once regarded as a non-core function supporting the organization's primary business, is becoming a crucial function that balances costs, opportunities, and risks to optimize the asset's performance and realize value. Despite being historically less innovative than other industries, the construction sector is undergoing a technological revolution. Mimicking the innovations brought by the 'Industry 4.0' technologies, often known as the 'fourth industrial revolution', a new paradigm called 'Construction 4.0' is emerging in the sector. Construction 4.0 can be defined as the fusion of cutting-edge industrial production systems, cyber-physical systems, and digital and computing technologies to redefine the design, construction, operation, and maintenance of buildings and infrastructure while considering circularity. Due to this digital transformation, massive amounts of data are produced, and systematic analysis combined with predictive modeling can improve operational and construction safety, lower operational and construction costs, speed up construction, and increase sustainability. However, it is impractical for humans or traditional computer programs to analyze enormous amounts of data and identify patterns using rule-based approaches. Artificial Intelligence (AI), a key component of Construction 4.0, can process massive volumes of data, spot patterns, and build large-scale statistical models. AI is a branch of Computer Science able to provide computers with human-like capabilities and produces quality predictions based on available data, leading to better decision-making and increased productivity. Because present operational procedures and processes are often wedded to the old paradigm (relative primarily to the physical asset and an "artisanal approach"), they no longer effectively support decision-making in the digital built environment. Artificial Intelligence in Asset Management open questions Implementing AI necessitates the availability of numerous components (e.g., labor skills, data-gathering policies, etc.), and it is necessary to clarify how AI may fit into existing company procedures. Assessing AI feasibility is especially difficult in AM since it involves disciplines with varying disciplines and scales. As a result, the spread of AI technologies in AM is constrained by the following open questions: The construction environment has recently changed: users demand new performance from assets. Those who build and manage assets have realized that their business model must change. For example, servitization is a phenomenon where the contractors' focus shifts from the usual facility delivery to providing long-term services related to the asset. Therefore, can AI technologies address the changes required by users?; The principles of Industry 4.0 have also permeated the AECO sector with the Construction 4.0 framework enabling better optimization and creating new processes. In particular, AI holds good promise for exploiting the enormous amount of data gathered during the asset lifecycle; but the actual implementation requires process changes. How can AI be used in AM to guarantee improved services?; Interaction with disruptive technologies (e.g., IoT, drones, robotics, etc.) will maximize the effectiveness of AI technologies. Understanding the role and applications of AI in the Construction 4.0 paradigm is essential. These issues open a new discussion on how to harness the benefits promised by AI technologies with the BE complexity and redefine the Asset Management business process to contribute to a future-proof framework. Aim of the research The innovative contribution of the thesis sits in evaluating and remodeling current AM processes from an AI-applicability perspective. The research is conducted by assessing the industry's level of AI readiness - the ability to deploy AI technologies to enable digital transformation - through the introduced AI Readiness Index and the definition of new or remodeled AM processes at three levels: strategic, tactical, and operational. The study aims to discuss the possible AI applications in AM to enable cutting-edge business processes for managing digital and servitized assets. The framework is articulated in two parts that bring a traditional AM perspective towards a re-engineered, AI-enhanced AM. The first part identifies the industry's areas ready for AI and the significant issues that must be addressed. The second part attempts to innovate traditional AM processes at different levels (strategic, tactical, operational) and validates the proposed new approaches in different case study applications.
SCAIONI, MARCO
SALVALAI, GRAZIANO
28-mar-2023
Il settore dell’Architettura, dell’Ingegneria delle costruzioni e delle Operazioni (AECO) è cruciale in molte nazioni. Tuttavia, negli ultimi decenni, l'industria AECO ha faticato ad evolversi e, di conseguenza, la sua produttività ne ha risentito. In un mondo caratterizzato dalla scarsità di risorse, dal cambiamento climatico e da una crescita demografica significativa nei Paesi in via di sviluppo e in quelli consolidati, è più importante che mai considerare come l'ambiente costruito (BE) possa fornire un'esistenza sostenibile, sana e pacifica alla popolazione globale. In questo contesto, una nuova serie di dinamiche emerge come risultato della rivoluzione digitale promossa in altri settori. La servitizzazione è una di queste, che ha un impatto significativo sulla fase di utilizzo dell'asset. Questa dinamica si verifica durante le fasi di transazione e di utilizzo dell'asset, quando questo non è più visto solo come un oggetto fisico utilizzato per raggiungere gli obiettivi fondamentali di un'organizzazione, ma come una componente dell'insieme di servizi che possono essere forniti all'utente finale attraverso il suo utilizzo. Poiché circa l'80% del costo del ciclo di vita di un bene viene speso durante la fase operativa, l'attenzione si sta ampiamente spostando su questo asoetto per garantire il minimo impatto finanziario e ambientale di un progetto edilizio. Di conseguenza, l'Asset Management (AM), un tempo considerato una funzione non centrale a supporto dell'attività primaria dell'organizzazione, sta diventando una funzione cruciale che bilancia costi, opportunità e rischi per ottimizzare le prestazioni dell'asset e realizzare valore. Nonostante sia storicamente meno innovativo di altri settori, il settore delle costruzioni sta vivendo una rivoluzione tecnologica. Imitando le innovazioni apportate dalle tecnologie di "Industria 4.0", spesso note come "quarta rivoluzione industriale", nel settore sta emergendo un nuovo paradigma chiamato "Construction 4.0". L'edilizia 4.0 può essere definita come la fusione di sistemi di produzione industriale all'avanguardia, sistemi cyber-fisici e tecnologie digitali e informatiche per ridefinire la progettazione, la costruzione, il funzionamento e la manutenzione di edifici e infrastrutture tenendo conto della circolarità. Grazie a questa trasformazione digitale, vengono prodotte enormi quantità di dati e l'analisi sistematica combinata con la modellazione predittiva può migliorare la sicurezza operativa e di costruzione, ridurre i costi operativi e di costruzione, accelerare la costruzione e aumentare la sostenibilità. Tuttavia, l'uomo o i programmi informatici tradizionali non sono in grado di analizzare enormi quantità di dati e identificare modelli utilizzando approcci basati su regole. L'Intelligenza Artificiale (IA), una componente chiave dell'Edilizia 4.0, è in grado di elaborare enormi volumi di dati, individuare modelli e costruire modelli statistici su larga scala. L'intelligenza artificiale è una branca dell'informatica che fornisce ai computer capacità simili a quelle umane e produce previsioni di qualità basate sui dati disponibili, portando a un migliore processo decisionale e a una maggiore produttività. Poiché le procedure e i processi operativi attuali sono spesso legati al vecchio paradigma (relativo principalmente all'asset fisico e a un "approccio artigianale"), non sono più in grado di supportare efficacemente il processo decisionale nell'ambiente costruito digitale. Domande aperte sull'intelligenza artificiale nella gestione degli asset L'implementazione dell'IA richiede la disponibilità di numerosi componenti (ad esempio, competenze lavorative, politiche di raccolta dati, ecc.) ed è necessario chiarire come l'IA possa inserirsi nelle procedure aziendali esistenti. La valutazione della fattibilità dell'IA è particolarmente difficile nell'AM, poiché coinvolge discipline e scale diverse. Di conseguenza, la diffusione delle tecnologie di IA nell'AM è limitata dalle seguenti questioni aperte: L'ambiente delle costruzioni è cambiato di recente: gli utenti richiedono nuove prestazioni dagli asset. Coloro che costruiscono e gestiscono gli asset hanno capito che il loro modello di business deve cambiare. Ad esempio, la servitizzazione è un fenomeno in cui l'attenzione degli appaltatori si sposta dalla consueta fornitura di strutture alla fornitura di servizi a lungo termine legati all'asset. Pertanto, le tecnologie di intelligenza artificiale sono in grado di affrontare i cambiamenti richiesti dagli utenti? I principi dell'Industria 4.0 hanno permeato anche il settore AECO con il framework Construction 4.0 che consente una migliore ottimizzazione e la creazione di nuovi processi. In particolare, l'IA promette bene per lo sfruttamento dell'enorme quantità di dati raccolti durante il ciclo di vita degli asset, ma l'effettiva implementazione richiede cambiamenti nei processi. Come si può utilizzare l'IA nell'AM per garantire servizi migliori? L'interazione con le tecnologie dirompenti (ad esempio, IoT, droni, robotica, ecc.) massimizzerà l'efficacia delle tecnologie AI. Comprendere il ruolo e le applicazioni dell'IA nel paradigma delle costruzioni 4.0 è essenziale. Questi temi aprono una nuova discussione su come sfruttare i vantaggi promessi dalle tecnologie AI con la complessità del BE e ridefinire il processo aziendale di Asset Management per contribuire a un quadro a prova di futuro. Obiettivo della ricerca Il contributo innovativo della tesi consiste nel valutare e rimodellare gli attuali processi di AM da una prospettiva di applicabilità dell'AI. La ricerca è condotta valutando il livello di preparazione all'AI dell'industria - la capacità di implementare le tecnologie AI per abilitare la trasformazione digitale - attraverso l'introduzione dell'AI Readiness Index e la definizione di processi AM nuovi o rimodellati a tre livelli: strategico, tattico e operativo. Lo studio si propone di discutere le possibili applicazioni dell'IA nell'AM per abilitare processi aziendali all'avanguardia per la gestione di asset digitali e serviti. Il quadro è articolato in due parti che portano la prospettiva dell'AM tradizionale verso un'AM reingegnerizzata e potenziata dall'AI. La prima parte identifica le aree del settore pronte per l'IA e i problemi significativi che devono essere affrontati. La seconda parte cerca di innovare i processi tradizionali di AM a diversi livelli (strategico, tattico, operativo) e convalida i nuovi approcci proposti in diversi casi di studio.
Tesi di Dottorato
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/198403