Sistema de automatización basado en Building Information Modeling (BIM) y Lean para evaluar proveedores de encofrados en proyectos de edificaciones

Abstract

El concreto armado es el material más popular para edificaciones de altura en países en vías de desarrollo como el Perú. Uno de los insumos principales del concreto armado es el encofrado, cuyo costo representa alrededor de la tercera parte del costo total de la estructura de concreto armado (Johnston, 2014). En la actualidad el uso de encofrados modulares prefabricados es preferido por sobre otras opciones como encofrados de madera habilitados en obra por las ventajas en productividad y economía. Así mismo, los contratistas prefieren alquilar encofrados en lugar de comprarlos para evitar riesgos de inversión, y tener mayor flexibilidad para rentar los encofrados por tiempos y requerimientos específicos de cada proyecto. Seleccionar un proveedor de encofrados para un proyecto de edificaciones implica evaluar las propuestas desde el punto de vista técnico, económico y contractual. Es una práctica común al momento de cotizar con proveedores de encofrados que estos coticen las soluciones de encofrados por metro cuadrado, lo cual facilita el cálculo del costo total de las soluciones para ejecutar todo el proyecto. Sin embargo, el estimar la cantidad de metros cuadrados y el tiempo que se requerirán cada una de las soluciones resulta una tarea compleja y laboriosa. La cantidad de metros cuadrados requeridos a lo largo del proyecto depende directamente del planeamiento y específicamente de aspectos como la sectorización de vaciado. En la práctica actual las estimaciones de encofrados requeridos en obra son de baja confiabilidad, además el encofrado en obra involucra muchas veces un bajo rendimiento de rotación y todo esto genera que exista una deficiente evaluación de proveedores de encofrados durante la evaluación de cotizaciones. Es por ello por lo que en la presente tesis se diseña un modelo para evaluar propuestas de proveedores de encofrados utilizando la metodología “Building Information Modeling” (BIM) y la filosofía Lean para que en base a un modelo digital cuantificar los requerimientos de metros cuadrados de encofrados, definir la sectorización del proyecto y determinar los tiempos de permanencia de cada solución de encofrado en el proyecto. El modelo de evaluación de proveedores de encofrado utiliza la filosofía “Lean“ para definir la sectorización más eficiente en uso de horas hombre. El empleo de métricas Lean tales como “tiempo objetivo”, “tiempo de entrega”, “ciclo de producción”, y “tiempo de desfase” son utilizados para definir los tiempos de permanencia de cada solución de lo encofrados. Así mismo esta metodología propone utilizar tecnologías BIM para automatizar el cálculo de cantidades, costos asociados e indicadores de eficiencia de uso de encofrados. Estos indicadores son parte del modelo BIM/Lean para medir y comparar alternativas. Finalmente, mediante el empleo de “Análisis de Decisión de Multi Alternativa” (MADA) se diseña un método para identificar la propuesta de encofrado optima basado en atributos diferentes a los económicos para proyectos de edificaciones.

Reinforced concrete is the preferred material for high rise buildings in developing countries like Peru. Formwork is one of the main components of reinforced concrete, which cost could be even higher than the combined cost of concrete and reinforced steel. Using prefabricated modular formwork is a preferred current practice over other options like built on site timber formwork because of the advantages related to productivity and economy. Also, contractors prefer renting formwork instead of owning them to avoid an investment risk and having better flexibility for renting the right amount and time of formwork for each specific project. Selecting a formwork provider for a building project involves a tradeoff between different proposals considering technical, cost, and contractual aspects. A frequent practice from formwork providers during a bidding process is estimating the renting cost of each formwork solution based on the amount of square meters of contact area, which makes easier computing the total cost of each formwork solution for the entire project. Although, computing the square meters of required formwork area and the time each formwork solution will remain in the project is a complex and time-consuming task. The required formwork area during the project depends directly on the planning process and specifically on the definition of the concrete pour schedule and work zone layout. In current practice, there is uncertainty about formwork quantity estimation and a low performance of formwork reuse, which impacts a deficient assessment of the best formwork option during a bidding process. This is the main reason this thesis proposes a methodology for comparing formwork providers proposals’ using Building Information Modeling (BIM) methodology and Lean philosophy, for computing quantities take off, defining the optimal work zone layout, and estimating the time each formwork will remain in the construction project. Formwork proposals assessment model is based on Lean philosophy for defining the most efficient work zone layout that will allow reducing the use of labor hours. Use of Lean metrics like takt time, lead time, cycle time and lag time are used for scheduling the time each formwork solution will be required during the project. Also, the methodology proposed is using BIM technologies for automating the computing of formwork quantities take off, cost, and Key Performance Indicators (KPIs) for formwork planning. These KPIs are an important part of the Lean/BIM based tool for assessing and comparing alternatives. Finally, Multi Alternative Decision Analysis (MADA) methods are used for selecting a formwork provider based not only on the cost, but also taking into consideration other attributes that are complex to include in the cost analysis or monetary terms for formwork alternatives in high rise building projects.