Il BIM per ottimizzare le fasi di rilievo, progettazione e costruzione di una nuova conduttura di gas naturale

Il caso studio, seguito da UMSi, prevedeva la progettazione e costruzione di una nuova conduttura principale di gas naturale ad alta pressione da 8 pollici (20 cm) per la società Puget Sound Energy (PSE), in un tratto urbano lungo un miglio, presso la strada statale SR- 510 a Lacey, nello Stato Nordamericano di Washington.
In questo lavoro è stata adottata la metodologia 3D BIM durante le fasi di rilievo, progettazione e costruzione, ottenendo così un risparmio consistente, in termini di denaro e tempi di consegna, mai realizzato prima.
L’area di progetto comprende una rete di sottoservizi esistenti molto complessa, intrecciata attraverso zone commerciali e residenziali densamente trafficate.

L'obiettivo iniziale di UMSi per PSE è stato semplicemente quello di aiutare a identificare un percorso per una nuova conduttura del gas ad alta pressione per ridurre al minimo gli impatti della costruzione sulla comunità locale e le imprese. Tuttavia, l’efficacia della metodologia e della progettazione 3D BIM, per visualizzare e facilitare la risoluzione dei problemi relativi ai sottoservizi, è divenuta immediatamente evidente; di conseguenza, anche a causa di tempi di consegna molto brevi, l’apporto al progetto è rapidamente aumentato e ad UMSi è stato chiesto di seguire anche la gestione dei permessi, la progettazione, la pianificazione della costruzione e di aiutare l’amministrazionenella scelta dell’azienda costruttrice.

Il nostro lavoro ha incluso lo sviluppo completo di un modello 3D BIM dell’infrastruttura dei sottoservizi esistente lungo il tratto di progetto per permettere ai progettisti di disegnare la nuova installazione di gas naturale, sia sul piano orizzontale che verticale, per ridurre i ritardi di costruzione derivanti dalle interferenze fra l’infrastruttura esistente e quella proposta. Il rilievo dei sottoservizi è stato eseguito in conformità con gli standard ASCE (ASCE 38) e con le Pratiche di indagine sulle reti 3D del Wisconsin DOT Research (ID PROGETTO 0656-23-09, 10 settembre 2014) per sviluppare un modello 3D BIM qualificato dell'infrastruttura esistente con la finalità di essere integrato all'interno del processo di analisi delle interferenze e progettazione della conduttura di gas naturale ad alta pressione. I dati dei sottoservizi sono stati gestiti in un repository digitale 3D sofisticato e sicuro, in grado di fare riferimento alle informazioni in un'ampia varietà di tecnologie di rilievo, progettazione e modellazione 3D (es. Building Information Modeling, CivilInfrastructureModeling) che ottimizzano e accelerano lo sviluppo e la consegna dei progetti.

La gestione dei dati e delle informazioni ha svolto un ruolo fondamentale nel far fronte alle sfide di questo progetto. L'enorme quantità di dati dei sottoservizi, raccolti mediante l’analisi dei documenti esistenti e indagini sul campo, è stata inserita in GEOfeature^TM, una applicazione WebGIS della GEO.works Application Suite, di gestione dei dati riferiti alle reti dei sottoservizi. È stato utilizzato un approccio iterativo in cui è stata creata una mappa di base 2D bidimensionale, che rappresentava la posizione orizzontale delle varie reti di sottoservizi lungo il corridoio. Da questa mappa sono stati identificati potenziali percorsi orizzontali e le aree corrispondenti sono state isolate e si sono effettuati rilievi più dettagliati delle infrastrutture presenti. I dati 3D di rilievo provenivano da varie fonti, tra cui GPS, GPR e dati SPAR 300. Utilizzando l'applicazione PowerGeopak SUE di Bentley, è stato creato un modello 3D che ha messo in evidenza la configurazione delle reti con una visualizzazione molto utile e manipolabile. La combinazione di metodi geofisici 3D diversi, che permette di ottenere dati con diversi livelli di qualità (QL) diversi, ha permesso di programmare meglio e di ridurre del 50% gli scavi di controllo, il che ha consentito di mitigare i costi del progetto, il tempo e le interruzioni del traffico.

Il modello 3-D ha offerto ai vari soggetti interessati, in particolare ai membri del team di progettazione e costruzione, la possibilità di disporre di una piattaforma comune per rivedere e visualizzare le informazioni sulle reti esistenti e identificare il percorso migliore. I membri del team delle varie discipline si sono incontrati in più occasioni per rivedere il modello 3D e per sviluppare un piano di lavoro per affrontare i potenziali conflitti. Ad esempio, il Comune di Lacey ha identificato una conduttura fognaria che dovrebbe essere ingrandita in una data futura. UMSi ha modificato di conseguenza il modello 3D BIM per la rete fognaria per riflettere la futura dimensione del tubo. Il nuovo allineamento del tubo principale del gas è stato quindi riprogettato per consentire questa futura installazione.

Il modello 3D BIM ha chiaramente mostrato l'allineamento ottimale, che doveva comprendere un impatto minimo sul flusso del traffico e rispettare relativamente: 

• le norme di sicurezza appropriate o obbligatorie per le installazioni principali di condutture gas ad alta pressione e
• costi e tempi di costruzione ragionevoli. 

La visualizzazione tridimensionale ha consentito a WSDOT di approvare le variazioni: 

• per un taglio aperto sulla strada; 
• per quelle aree in cui un requisito di distanza minima di 5 piedi non poteva essere mantenuto a causa della presenza di sottoservizi o altri ostacoli. 

Il modello 3D BIM ha quindi ridotto il rischio, migliorato la sicurezza pubblica, evitato ritardi significativi del progetto e abbassato i corrispondenti costi di costruzione.

Una volta scelto il percorso finale, i file digitali del progetto esecutivo sono stati inviati a WSDOT per l'approvazione. Inoltre, il modello digitale 3D ei relativi dati sono stati consegnati agli appaltatori per effettuare misurazioni, pianificare la costruzione, ingegnerizzare i valori e preparare i loro invii di offerta. I contraenti concorrenti hanno utilizzato il modello 3D per identificare e sviluppare sul posto misure di protezione per quelle utility esistenti che presentavano un rischio ambientale significativo in caso di danni o rotture durante la costruzione. Questo includeva condutture di cemento-amianto che sono state identificate nelle prime fasi del processo.

Il vincitore della gara d’appalto per il progetto aveva programmato 10 settimane di lavoro sul campo e 2 squadre di operai per completare l'installazione; tuttavia, gli operatori scoprirono ben presto che le informazioni fornite dal modello 3D erano così affidabili, che erano in grado di posare 300 piedi diconduttura a notte, con una velocità mai registrata in nessun altro progetto realizzato. Alla fine il lavoro è stato completato in 7 settimane e con una sola squadra, senza alcuna modifica al progetto e senza problemi derivanti da danni, ritardi o sottoservizi non precedentemente individuati.

Benefici riscontrati

Con questo progetto, PSE è stata in grado di stabilire il percorso migliore per la nuova linea principale di gas naturale, che fornirà servizi a numerose aziende e clienti residenti a Lacey. Sviluppando un modello 3D BIM degli impianti dei sottoservizi esistenti, la committenza è stata in grado di identificare potenziali conflitti di utilità e problemi di costruzione durante il processo di progettazione, con largo anticipo rispetto alla costruzione. Ciò ha consentito agli ingegneri di valutare le alternative di progettazione ingegneristiche e di ottenere le necessarie varianti di progettazione da WSDOT prima di procedere sul campo, con la conseguenza di una riduzione del tempo di costruzione, minori offerte di costruzione e un impatto ridotto sul pubblico dei viaggiatori. Alla fine ciò ha comportato un costo inferiore del progetto per i contribuenti della PSE. Alla riunione pre-offerta obbligatoria, un rappresentante di un appaltatore nazionale della costa orientale, dopo aver visto il modello 3D BIM delle reti, compresa l’analisi delle interferenze, ha commentato: "Questo è il più completo pacchetto di offerte che abbiamo mai visto".

Con una gestione corretta, queste informazioni possono essere utilizzate anche per futuri progetti PSE, City of Lacey e WSDOT lungo questo segmento di autostrada.

I soggetti

La Utility Mapping Services Inc è uno studio di ingegneria americano specializzato nel rilievo e nella progettazione di infrastrutture, in particolare per il rilievo e la progettazione di sottoservizi e reti di distribuzione. 

UMSi tratta la Subsurface Utility Engineering (Ingegneria delle reti sotterranee) come un mezzo per ottimizzare lo sviluppo e la consegna dei progetti, mitigare i rischi e ridurre i costi per tutti i soggetti coinvolti nel progetto, compresi i proprietari di utenze private.

Il fondatore di UMSi, Philip J. Meis, è attualmente Chairman per l’ASCE (American Society of CivilEngineers) della commissione dedicata alla standardizzazione degli as-built e del catasto del sopra e sotto suolo.

Nel 2013 UMSi e la società informatica italiana Berenice International Group s.r.l. si uniscono in una Joint Venture e fondano GEO.works™. 

GEO.works™ è un progetto integrato che consente di gestire in modo completo i sottoservizi, la pianificazione degli stessi, il catasto del sopra e sotto suolo, la raccolta integrata degli As-Built, la gestione delle nuove infrastrutture con analisi dei conflitti e il miglioramento dei procedimenti di ricollocazione delle infrastrutture esistenti.

GEO.works™ è composto da due applicazioni:

• Permessi (in Italia utilizzato anche con il nome CityWorks o StreetWorks), un sistema WebGIS e BPM in esercizio dal 2005 per il coordinamento degli interventi e delle occupazioni sul suolo pubblico 
• GEOfeature™, un’applicazione web in esercizio dal 2009 per la gestione del catasto del sopra e sotto suolo, con gestione integrata dei conflitti, degli As-Built e delle conferenze di servizi.