Managing Costs and Time Through Domain-Specific Informative Objects: IFC Ontology and Semantics for Construction Economics. The case of the Digital Price Platform for Public Works in the Lombardy Region

The digitization of the Architecture, Engineering, and Construction (AEC) industry is evolving rapidly. The adoption of Building Information Modeling (BIM) can enhance the supply chain's industrialization and optimize its processes. However, achieving full process efficiency in the AEC sectors requires data interoperability and the uniqueness and accuracy of the information involved. In the economic field of the AEC industry, cost control and accurate cost estimation information remain critical and largely unresolved challenges. Currently, cost estimation is a manual, repetitive, and error-prone process that involves extracting quantities, classifying cost items, and assigning construction costs. This research aims to establish a structured cost domain by leveraging ontology and semantics to ensure data consistency and accuracy between the cost and AEC domains. The first step involves defining the architecture of a new Digital Public Works Pricing Platform designed for the structured storage and creation of cost items, which include construction resources (materials, labor, and equipment) and construction work. This work is part of a collaboration with the Lombardy Region and contributes to the digital transformation of the Italian public sector, according to D.Lgs. 36/2023. A new cost ontology is proposed to structure cost data through machine-interpretable attributes. This approach ensures that cost items, which are traditionally expressed in natural language, can be transformed into standardized and structured fields. Furthermore, by applying price analysis methodologies, the ontology enhances cost transparency and accuracy in defining construction work cost values. The Digital Platform will replace traditional price lists, enabling the management of digital cost data in an open, structured, and interoperable environment. Additionally, this research explores the integration of cost data within the Industry Foundation Classes (IFC) schema, establishing a cost domain within the openBIM framework. This integration will allow for the translation of cost items stored in the Digital Public Works Pricing Platform into structured IFC cost entities, thereby ensuring full interoperability and data consistency. This methodology facilitates a more dynamic cost estimation process, improving project management capabilities in terms of cost control and budget reliability. This newly established relationship between data of different domains ensures the possibility of verifying the adequacy of costs associated with BIM project information models during the cost estimation process. For this purpose, a compliance verification and control system will be defined, including the Information Delivery Specification (IDS), to ensure consistency between cost item data and geometric objects. Finally, the use of Semantic Web Technologies (SWT) and Linked Data (LD) is explored to overcome identified limitations and demonstrate how ontologies and structured data can ensure seamless relationships between data of different domains (geometry, cost, time, and resources) which are currently fragmented. This approach provides a decision support system, enhancing project management activities. This report outlines the progress of the PhD research, summarizing key developments, ongoing challenges, and next steps. It also includes the thesis structure, a critical analysis of each chapter, and an assessment of their completeness to the final dissertation.

La digitalizzazione del settore Architecture, Engineering, and Construction (AEC) sta evolvendo rapidamente. L’adozione del Building Information Modeling (BIM) può favorire l’industrializzazione della catena di fornitura e ottimizzarne i processi. Tuttavia, per raggiungere una piena efficienza dei processi nel settore AEC sono necessarie l’interoperabilità dei dati e l’unicità e accuratezza delle informazioni coinvolte. Nel campo economico dell’industria AEC, il controllo dei costi e la disponibilità di informazioni accurate per la stima dei costi rimangono sfide cruciali e in gran parte irrisolte. Attualmente, la stima dei costi è un processo manuale, ripetitivo e soggetto a errori, che comporta l’estrazione delle quantità, la classificazione delle voci di costo e l’assegnazione dei costi di costruzione. Questa ricerca mira a definire un dominio strutturato dei costi sfruttando ontologie e semantica per garantire coerenza e accuratezza dei dati tra il dominio dei costi e gli altri presenti nel mondo AEC. Il primo passo consiste nella definizione dell’architettura di una nuova Piattaforma Digitale dei Prezzi delle Opere Pubbliche, progettata per l’archiviazione strutturata e la creazione delle voci di costo, che includono le risorse di costruzione (materiali, manodopera e attrezzature) e le lavorazioni. Questo lavoro si inserisce in una collaborazione con la Regione Lombardia e contribuisce alla trasformazione digitale del settore pubblico italiano, in conformità con il D.Lgs. 36/2023. Viene proposta una nuova ontologia dei costi per strutturare i dati attraverso attributi interpretabili dalle macchine. Questo approccio assicura che le voci di costo, tradizionalmente espresse in linguaggio naturale, possano essere trasformate in attributi standardizzati e strutturati. Inoltre, applicando metodologie di analisi dei prezzi, l’ontologia migliora la trasparenza e l’accuratezza nella definizione dei valori di costo delle lavorazioni. La Piattaforma Digitale sostituirà il tradizionale prezzario cosi come inteso oggi, consentendo la gestione dei dati di costo digitali in un ambiente aperto, strutturato e interoperabile. La ricerca esplora inoltre l’integrazione dei dati di costo nello schema Industry Foundation Classes (IFC), istituendo un dominio dei costi all’interno del framework openBIM. Questa integrazione permetterà la traduzione delle voci di costo archiviate nella Piattaforma Digitale dei Prezzi delle Opere Pubbliche in entità di costo IFC strutturate, garantendo così piena interoperabilità e coerenza dei dati. Tale metodologia favorisce un processo di stima dei costi più dinamico, migliorando le capacità di project management in termini di controllo dei costi e affidabilità del budget. La nuova relazione instaurata tra dati di domini differenti garantisce la possibilità di verificare l’adeguatezza dei costi associati ai modelli informativi di progetto BIM durante il processo di stima. A tal fine, verrà definito un sistema di verifica e controllo della conformità, incluso l’Information Delivery Specification (IDS), per garantire la coerenza tra i dati delle voci di costo e gli oggetti geometrici. Infine, viene esplorato l’uso delle Tecnologie del Web Semantico (SWT) e dei Linked Data (LD) per superare le limitazioni individuate e dimostrare come le ontologie e i dati strutturati possano assicurare relazioni fluide tra dati appartenenti a diversi domini (geometria, costi, tempi e risorse), attualmente frammentati. Questo approccio fornisce un sistema di supporto alle decisioni, rafforzando le attività di project management. Il presente testo illustra lo stato di avanzamento della ricerca di dottorato, riassumendo i principali sviluppi, le sfide ancora aperte e i prossimi passi. Include inoltre la struttura della tesi, un’analisi critica di ciascun capitolo e una valutazione del loro grado di completezza rispetto alla dissertazione finale.