LE COSTRUZIONI MODULARI PREFABBRICATE (Modular Building System)

Le costruzioni modulari sono edifici prefabbricati o case che consistono in sezioni ripetute chiamate moduli.
Questo metodo di costruzione prevede la realizzazione delle sezioni dell’edificio lontano dal cantiere (prefabbricati) e successivamente la consegna al sito previsto e il relativo assemblaggio.
Le singole sezioni prefabbricate vengono posizionate utilizzando una o più autogru.
I singoli moduli possono essere posizionati fianco a fianco, "end-to-end" oppure impilati, consentendo una varietà di configurazioni e stili diversi a formare una costruzione completa.
Dopo il loro posizionamento i moduli vengono uniti fra di loro utilizzando appositi elementi denominati interconnessioni.
Le interconnessioni legano fra loro i singoli elementi della costruzione in maniera tale da formare la struttura complessiva dell'edificio.
Gli edifici modulari, chiamati anche "case prefabbricate" o "precision-built home", sono costruiti con standard qualitativi uguali o superiori alle case realizzate in maniera tradizionale.
Questo tipo di costruzioni sono permanenti e possono essere realizzate utilizzando i medesimi materiali con cui vengono costruiti gli edifici tradizionali.

GLI SVILUPPI DELL'EDILIZIA MODULARE

Essendo uno dei più grandi settori produttivi a livello globale, un profondo cambiamento nell'edilizia può avere un impatto molto importante. Recenti progetti di costruzioni modulari hanno dimostrato un’accelerazione delle tempistiche realizzative che porta ad una riduzione dei tempi di costruzione che oscilla tra il 20% e il 50%.
Questo tipo di approccio realizzativo ha anche le potenzialità per produrre notevoli risparmi sui costi, anche se questo rappresenta ancora un'eccezione rispetto alla norma.
I principali operatori immobiliari che recepiranno il cambiamento verso per una produzione di scala saranno in grado di realizzare più del 20 per cento di risparmi sui costi di costruzione.

L'edilizia abitativa prefabbricata ha raggiunto un punto d’equilibrio sostenibile solo in poche nazioni, tra cui i paesi scandinavi e il Giappone. Ha avuto inoltre un andamento altalenante in mercati come gli Stati Uniti e il Regno Unito fin dal dopoguerra.
Eppure c'è ragione di credere che l'attuale rinascita del settore potrebbe avere sorti differenti.
L'industria sta adottando nuovi materiali e nuove tecnologie digitali che migliorano le capacità di progettazione e la variabilità, migliorano la precisione aumentano la produttività e facilitano la logistica.
Contrastando la vecchia idea che vedeva gli alloggi prefabbricati come un'opzione brutta, economica, di scarsa qualità, alcuni costruttori si stanno concentrando sulla sostenibilità, l'estetica e la fascia alta del mercato immobiliare.

Diversi sono i fattori che rendono possibile determinare se un mercato immobiliare è in grado di sopportare questo nuovo modo di costruire.
I due principali fattori sono la domanda del mercato immobiliare e la disponibilità, e i relativi costi, della manodopera qualificata.
In luoghi come la costa occidentale degli Stati Uniti, la parte meridionale del Regno Unito, la costa orientale dell'Australia e le principali città della Germania, la carenza di manodopera e la crescente domanda di abitazioni si intersecano, rendendo questo modello costruttivo particolarmente adatto a soddisfare la richiesta del mercato immobiliare.

Riuscire ad ottenere il massimo in termini di costi e produttività nella costruzione modulare non è una sfida semplice.
Ciò richiede:

1. effettuare un'accurata ottimizzazione nella scelta dei materiali;
2. trovare la soluzione giusta tra pannelli 2D, moduli 3D e progetti ibridi;
3. affrontare le sfide di progettazione, produzione, tecnologia, logistica e assemblaggio.
4. la possibilità di raggiungere una produzione di scala che consenta anche la ripetitività dei moduli;
5. la disponibilità. da parte degli enti pubblici e delle autorità di regolamentazione di agevolare un cambiamento radicale del settore edilizio, indirizzandolo verso un modello di architettura sostenibile.

LE TIPOLOGIE DI COSTRUZIONI MODULARI

In termini generali, la costruzione modulare comporta la produzione di componenti standardizzati di una struttura al coperto in una fabbrica, quindi il trasporto e l'assemblaggio in loco.
Termini come “costruzione fuori sede”, “prefabbricazione” e “costruzione modulare” vengono utilizzati in modo intercambiabile e coprono una gamma di approcci e sistemi diversi tra loro. Questi sistemi variano a seconda della complessità degli elementi che costituiranno la costruzione.
I più semplici sono singoli elementi strutturali che vengono assemblati utilizzando connessioni e interfacce tipiche delle costruzione prefabbriate.
Aumentando il grado di complessità vi sono i pannelli bidimensionali (che possono essere aperti o chiusi), mentre le unità volumetriche tridimensionali con impianti completi sono ancora più complesse.
Legno, calcestruzzo o acciaio sono i principali materiali che vengono utilizzati nella prefabbricazione e possono essere utilizzati separatamente o in sistemi ibridi assemblati in varie forme e tipologie.
Due sono le tipologie principali di prodotti modulari:

1. elementi 2D che richiedono un assemblaggio più complesso in loco;
2. elementi volumetrici 3D, che vengono quasi completamente realizzati in fabbrica.

Questi tipi di elementi hanno ognuno i propri vantaggi sono più o meno adatti a determinate tipologie di costruzioni a seconda del grado di complessità e delle dimensioni.
Elementi 2D e 3D possono anche essere combinati in un modello ibrido.

Elementi volumetrici 3D: massimizzano i vantaggi in termini di produttività
Le soluzioni volumetriche 3D sono singole unità abitative completamente attrezzate (una stanza, o parte di una stanza) che possono essere assemblate in loco come una serie di mattoncini Lego.
Possono essere realizzati in legno, acciaio o cemento: legno e acciaio sono i più comunemente utilizzati perché sono materiali leggeri e agevolano il trasporto e l’assemblaggio in cantiere.
La fase di assemblaggio comporta il sollevamento dei moduli, il loro posizionamento, il collegamento e la connessione degli impianti elettrico di riscaldamento e idraulico. Per questa tipologia di elementi modulari la maggior parte del lavoro viene svolto in fabbrica.
L’utilizzo di strutture 3D garantisce la massima efficienza e risparmio di tempo, ma questo compromesso comporta costi di trasporto maggiori e limitazioni di dimensioni. Infatti la larghezza massima per il trasporto su strada che non richieda una scorta della polizia è in genere di circa 3,5 metri: ciò aumenta considerevolmente i costi di trasporto di unità più grandi o limita le dimensioni dei moduli, rendendo questa tipologia più adatta per alberghi, ostelli, o alloggi a prezzi accessibili, a quelle strutture in cui si cerca di minimizzare le dimensioni dei locali a vantaggio della capienza.
Questo sistema è anche indicato per la realizzazione di moduli con finiture e impianti complessi, in particolare bagni e cucine. Un approccio volumetrico 3D è quindi più adatto per costruzioni con un alto livello di ripetibilità e in cui è presente un elevato numero di bagni o cucine in rapporto al numero complessivo di locali.
Va sottolineato che “ripetibilità” non significa “monotonia”: i singoli moduli non necessariamente devono avere il medesimo aspetto.
Al contrario, una varietà di moduli standardizzati possono essere composti e assemblati in modi differenti e garantire un certo grado di personalizzazione.

Pannelli bidimensionali (elementi 2D): Ottimizzazione della logistica e della flessibilità
Una soluzione con pannelli 2D prevede la realizzazione di singole pareti che contengono i condotti necessari per gli impianti quali riscaldamento, ventilazione e climatizzazione (HVAC) e impianti idraulici che vengono assemblati in cantiere e collegati tra di loro mediante connettori standard.
Il lavoro di assemblaggio in cantiere è molto più semplice di una costruzione di tipo tradizionale, ma è più complesso che unire i moduli 3D e richiede inoltre la successiva finitura esterna ed interna della costruzione.
Il vantaggio, è che questo tipo di elementi, dalle dimensioni contenute, sono molto più facili da trasportare rispetto ai moduli 3D che invece sono più grandi.
Inoltre, poiché i pannelli possono essere affiancati gli uni agli altri durante il trasporto, con un unico carico è possibile trasportare elementi per realizzare più locali rispetto agli elementi 3D.
I pannelli bidimensionali 2D offrono una maggiore flessibilità rispetto ai moduli 3D: i grandi uffici open space, ad esempio, non sono adatti ad essere realizzati mediante singoli elementi modulari 3D.
I pannelli 2D vengono anche e soprattutto utilizzati per costruzioni residenziali di fascia alta, che si tratti di case unifamiliari o appartamenti, poiché la versatilità dei pannelli consente un maggior grado di personalizzazione.

Modello ibrido 2D e 3D: ottenere i vantaggi di entrambi i sistemi costruttivi
È anche possibile utilizzare un mix di entrambe le tipologie in un’unica costruzione o combinare questi sistemi con costruzioni di tipo tradizionale (ad esempio, il seminterrato di un edificio viene realizzato con metodi tradizionali mentre i piani fuori terra con elementi modulari 2D o 3D).
La scelta e la combinazione delle tipologie costruttive devono essere effettuate tenendo conto dei risparmi in termini di tempo e di costi di realizzazione dell’opera al fine di massimizzare i vantaggi di questi sistemi edilizi.
Il diverso grado di combinazione degli elementi può comportare un risparmio in termini di costi di costruzione, e quindi di prezzi fino al 24% rispetto ad una costruzione di tipo tradizionale.

La costruzione modulare può ridurre le tempistiche realizzative del 20-50% e i costi di costruzione, e relativi prezzi, del 20%

La costruzione modulare richiede un significativo cambiamento di mentalità e dei metodi realizzativi, per non parlare della necessità di creare ambienti di produzione di notevoli dimensioni.
Tuttavia è una tipologia costruttiva che permette di realizzare strutture esteticamente gradevoli e fornire numerosi altri vantaggi.
Le costruzioni prefabbricate modulari vengono costruite il 20-50% più velocemente delle tradizionali costruzioni realizzate in loco.

Per poter valutare meglio in che maniera questo tipo di approccio costruttivo possa influire sulle tempistiche di costruzione, è necessario valutare singolarmente le principali macro-fasi realizzative

Progettazione. I progetti modulari attualmente richiedono più tempo per la progettazione rispetto alle costruzioni tradizionali, poiché i progettisti si devono adattare al processo di produzione.
Le decisioni progettuali devono essere prese in anticipo e le successive modifiche al progetto sono più costose e più difficili da realizzare.
L'industria non è abituata a lavorare in questo modo. Le aziende di progettazione stanno cercando di sviluppare librerie di moduli per la progettazione automatizzata (BIM) utili il processo di produzione e che che ridurranno i tempi progettazione.
L'utilizzo di librerie modulari consente un risparmio sulle tempistiche di progettazione di quasi il 15%.

Fondazioni. Come avviene per le costruzioni in muratura, il tempo necessario per costruire la sottostruttura (ovvero scantinati e fondazioni) non è sostanzialmente influenzato dal fatto che la costruzione sia prefabbricata.
Tuttavia, dal momento che i moduli sono progettati per essere leggeri, per facilitarne il trasporto, questo può ridurre le dimensioni e la complessità delle fondamenta e garantire una certa riduzione nelle tempistiche realizzative.

Produzione fuori sede. Il processo di produzione in stabilimento degli elementi che compongono la struttura è molto più snello e veloce del processo di costruzione in loco.
Ciò è dovuto all'ambiente di fabbrica chiuso e controllato, alla ripetitività del processo realizzativo e all'aumento dei livelli di automazione.
La capacità e i tempi di produzione sono influenzati anche dal numero di turni; in genere, per richieste di enormi quantità si possono impiegare due turni di otto ore, e in determinate circostanze sono teoricamente possibili anche tre turni lavorativi.
La produzione dei moduli prefabbricati, inoltre, può avvenire in parallelo con la realizzazione delle strutture di fondazione.
Le differenze rispetto alle costruzioni di tipo tradizionale sono dunque evidenti. In questo caso, infatti, la realizzazione della struttura avviene durante i normali turni lavorativi, preferibilmente con la presenza di luce naturale, e solamente dopo che sono state realizzate le opere di fondazione.

Assemblaggio e finitura. Le operazioni da condurre in loco sono radicalmente semplificate rispetto alle costruzioni tradizionali.
Essenzialmente il tutto si riduce all'assemblaggio dei moduli 3D, al completamento degli impianti e delle opere di finitura e al collegamento delle utenze domestiche.
In genere, un team di cinque lavoratori può assemblare fino a sei moduli 3D, o 270 metri quadrati di superficie finita, al giorno.
Questo è significativamente più veloce, e quindi più economico, rispetto alle costruzioni di tipo tradizionale.

Controlli e verifiche. Il controllo della qualità e il collaudo della struttura sono resi molto più facili, e quindi sono più efficaci, perchè eseguiti in un ambiente di fabbrica piuttosto che in un cantiere all'aperto.
Le strutture arrivano in loco già collaudate sia dal punto di vista termico, che acustico, che di permeabilità all’aria, e questo facilita notevolmente ed elimina le operazioni di controllo e di eventuale correzione dei difetti costruttivi.
Questo migliora sensibilmente e significativamente i programmi di costruzione.
Con le costruzioni tradizionali, infatti, vi è spesso il rischio che i difetti costruttivi o di progettazione non vengano identificati fino a molti mesi o anni dopo l'ultimazione dei lavori, quando è molto più difficile e più costoso rimediare ad eventuali imperfezioni.

La riduzione dei tempi di realizzazione ha anche numerosi risvolti e vantaggi dal punto di vista economico:

1. Costruire una casa in minor tempo implica una minor impiego di risorse e di manodopera e conseguentemente un minor costo di produzione e di vendita
2. Per quanto riguarda gli investitori, il minor tempo realizzativo di un immobile permette di poter cogliere i frutti dell’investimento in minor tempo rispetto ad una costruzione in muratura tradizionale e, conseguentemente, avere anche una minor incidenza degli oneri finanziari

BENEFICI DEL MODULAR BUILDING SYSTEM

Diversi sono i benefici derivanti da questa tipologia costruttiva

Costi energetici durante il ciclo di vita delle unità immobiliari
Quando si esamina il costo di una costruzione è importante concentrarsi non solo sul costo di realizzazione ma anche sul costo di gestione di tutta la vita dell’immobile.
La maggiore precisione di costruzione resa possibile dalla realizzazione in un ambiente di fabbrica può avere un impatto significativo sulle prestazioni dell'edificio. I costi delle bollette energetiche di questi edifici, infatti, sono circa il 25% inferiori rispetto alle costruzioni tradizionali.

Migliore qualità realizzativa
Ogni cantiere esterno infatti deve affrontare una serie di problematiche ambientali e logistiche, tra cui l'esposizione agli eventi atmosferici.
Tutte le attività lavorative di cantiere devono essere svolte il più rapidamente possibile in maniera tale da evitare, in determinate fasi costruttive, una prolungata esposizione alle intemperie.
Spostare la maggior parte delle attività edilizie in un ambiente chiuso, riparato e attentamente controllato come quello di fabbrica e dove è possibile un esame più attento e rigoroso migliorerà conseguentemente la qualità delle strutture prodotte. I processi automatizzati inoltre migliorano ulteriormente la precisione realizzativa della costruzione.

Benefici socio-economici
La transizione dalla modalità di costruzione tradizionale alla costruzione di tipo modulare può provocare quell’incremento di produttività che è sempre mancato al comparto edilizio e il miglioramento delle prestazioni di produttività di un settore con così ampio ritardo rispetto agli altri comparti industriali è importante per la crescita economica.
A livello globale vi è un divario di produttività di 1,6 trilioni di dollari tra l'industria delle costruzioni e il resto dell'economia.
Colmare questo divario porterebbe vantaggi economici:

• ai proprietari degli immobili dai risparmi sui costi,
• alle imprese edili e ai produttori dagli elevamenti dei margini,
• ai lavoratori garantendo salari più elevati, perchè la prefabbricazione necessita di manodopera qualificata e specializzata
• alla società in generale dalla fornitura di immobili in maggior quantità e di miglior qualità, cosa assai rilevante in un momento in cui molte città affrontano gravi carenze di alloggi a prezzi accessibili

Riduzione del rischio di incidenti sul lavoro
Un ulteriore vantaggio deriva dalla sicurezza sul posto di lavoro.
Il lavoro in fabbrica riduce il rischio di incidenti rispetto a quelli che possono verificarsi in un cantiere edile.
In fabbrica, infatti è possibile eseguire le lavorazioni con una migliore coordinazione, con meno attività che si svolgano contemporaneamente nello stesso spazio, come invece avviene dei cantieri edili.
Inoltre il fatto di poter lavorare al sicuro, non esposti a tutti i tipi di condizioni atmosferiche contribuisce a migliorare il benessere della forza lavoro.