L’ingegneria digitale tra computational design e open BIM

Carlo Zanchetta - Ingegnere, Università degli Studi di Padova 10/09/2018 1362

Che senso può avere un contributo sulla relazione tra BIM e calcolo strutturale? La modellazione informativa è una tecnologia che non ci permette di eseguire calcolazioni più raffinate, né di ottenere risultati più precisi, e quindi, con una certa sicurezza, potremmo affermare che il BIM con il calcolo strutturale non c’entra quasi nulla.

L’aspetto che si vuole evidenziare, attraverso alcune considerazioni, è che, seppur non direttamente connesso con i codici di calcolo strutturale, il BIM e il Computational Design attuato su modelli BIM hanno l’enorme merito di riportare sul tavolo del progettista i metodi numerici per l’ingegneria e una visione di sistema che la complessità e il frazionamento del sistema edilizio tendono ad annichilire.

Partiamo da un’immagine piuttosto nota che racconta il fenomeno della caduta informativa che contraddistingue il processo edilizio. Lo sviluppo del progetto strutturale si configura, al variare e all’evolversi delle fasi progettuali, come un processo decisionale che viene evaso sulla base di una serie di ragionamenti che nascono da una cultura dell’ingegneria strutturale e trovano legittimazione nei risultati espressi da alcuni modelli di calcolo che alimentano simulazioni predittive sul comportamento strutturale dell’edificio allo studio. La concretizzazione di questi ragionamenti, il progetto, viene condivisa attraverso elaborati grafici e alfa-numerici che costituiscono il progetto preliminare, definitivo o esecutivo a seconda della fase in cui ci troviamo. Affrontare il passaggio da una fase progettuale all’altra (preliminare, definitivo, esecutivo, costruttivo), o da un processo all’altro (decisionale, realizzativo o gestionale) comporta la necessità di ricreare uno strumento decisionale, il modello, il quale raccolga l’insieme delle informazioni che hanno fino a quel punto governato il problema e il processo decisionale.

1-computational-design-open-bim.JPG
Figura 1- Vista del modello generato automaticamente dal listato.

2-computational-design-open-bim.JPG
Figura 2 - Immagine del modello di MIDAS esportato in formato IFC

Ricreare questo modello significa colmare, per ogni fase del processo, queste perdite di informazioni ricostruendo l’insieme delle condizioni, dei presupposti e delle ipotesi che sottendono un preciso processo decisionale. È chiaro quindi che ogni caduta informativa è potenzialmente una perdita di valore del progetto, sia sotto il profilo della sua qualità e completezza, che in relazione ai costi generati in fase realizzativa e gestionale da una progettazione non supportata da una chiara comprensione dei fenomeni o non completamente coerente.

Questa discontinuità informativa espone la struttura organizzativa, e in particolare le struttura di progetto, al rischio di incorrere in errori o lacune nella ricompilazione del progetto della fase successiva. Tali errori e lacune sono potenzialmente causa di extra costi legati non solo al fatto che un progettista debba rimodellare e riprogettare ma anche al fatto che l’opera non sia conforme alle specifiche di progetto o, peggio ancora, alla normativa vigente.

Quello che viene richiesto è di fatto assicurare la continuità del flusso informativo attraverso la produzione di modelli informativi interoperabili e condivisi. Il problema sostanziale di questa continuità e ricchezza di informazioni è la complessità, intesa in senso informatico, dei modelli su cui si basa, se non altro per l’elevato numero di elementi e di parametri che questi modelli contengono.

Per ovviare a questo problema si tende ad adottare una visione differente orientata alla creazione di modelli interoperabili scomposti per disciplina, ossia la predisposizione di un modello o sistema informativo architettonico collegato ad uno strutturale e ad uno impiantistico.

3-computational-design-open-bim.JPG
Figura 3 - Vista dell’algoritmo di Dynamo finalizzato alla generazione del modello BIM a partire dal listato di MIDAS

4-computational-design-open-bim.JPG
Figura 4 - Generazione dei parametri di progetto per compilare i valori calcolati in MIDAS

Il problema si sposta quindi sulla relazionalità di questi modelli ossia sulla possibilità che il modello strutturale, e il suo contenuto informativo, possano vivere autonomamente rispetto al modello architettonico, e in particolare che i risultati delle simulazioni che costituiscono il cuore della progettazione strutturale possano non entrare a far parte del corredo informativo condiviso. Si vuole evidenziare con questo il fatto che vi è comunque, nel processo progettuale, un momento in cui la base decisionale smette di essere costituita dal modello informativo e si sposta sull’insieme di risultati generati da ambienti di simulazione finalizzati alla analisi predittiva delle prestazioni dell’edificio ossia della building performance simulation (BPS). Questa discontinuità riguarda sia aspetti di tipo disciplinare (dinamica delle strutture, energetica, fluidodinamica computazionale, CPM o Risk Management) sia di tipo strumentale, essendo il processo di verifica connotato da attività di simulazione e calcolo multipiattaforma che possono comprendere anche procedure non digitali.

In dettaglio ci interessa ora analizzare i limiti di interoperabilità tra il mondo del Building Information Modeling e il mondo della Finite Element Analysis. BuildingSMART International (bSI) tende a perseguire questa interoperabilità attraverso lo sviluppo del formato IFC finalizzato a creare sistemi informativi edilizi aperti. Dobbiamo comprendere quanto, e soprattutto dove, su questi sistemi, sia possibile caricare i risultati provenienti dalla BPS.

L’attività di standardizzazione operata da bSI è volta a definire, in codice macchina e in formato aperto, le proprietà e le relazioni che connotano un elemento del sistema edilizio, fisico o virtuale che sia. Possiamo distinguere proprietà relative al materiale, all’elemento tecnico o al sistema. Alcune di queste proprietà sono compilate per via diretta in fase di modellazione e gestite per tipo o per singola istanza, altre invece sono compilate per via relazionale in base alle connessioni logiche che intercorrono tra gli elementi dell’organismo una volta mappate da un’applicazione software secondo una visione ed un approccio che possono cambiare da produttore a produttore e che quindi non possono essere univoci.

Il ruolo di bSI è sostanzialmente quello di ricondurre ad una visione standardizzata l’insieme delle relazioni che compongono l’organismo edilizio, in tutte le sue sfaccettature. Dal punto di vista strutturale il problema si sposta quindi dalla definizione di quali siano le proprietà che definiscono un elemento o un sistema dell’organismo a quali siano le relazioni di sistema che disciplinano il valore di queste proprietà.

L’insieme di queste relazioni filtrato in relazione alle peculiarità della disciplina strutturale costituisce la structural model view definition di IFC (structural MVD) che rappresenta lo schema informativo attraverso il quale possiamo collegare più applicazioni dedicate allo structural design, ancorché BIM based. In questo primo ottimale scenario possiamo esportare un modello BIM via IFC verso uno strumento di analisi ad elementi finiti filtrando le informazioni rilevanti sotto il profilo strutturale (structural MVD). Una volta evasa l’analisi è quindi possibile ricompilare il valore dei parametri del modello strutturale condiviso al fine di garantire un corretto coordinamento di progetto. È evidente che tale scenario è attuabile solo se le applicazioni proprietarie possono leggere e compilare correttamente il formato IFC e in dettaglio la structural MVD.

Tale ipotesi a volte non è pienamente attuabile e vi è la necessità di ricorrere all’uso di sistemi proprietari o plugin dedicati, quali ad esempio quelli che collegano MIDAS con la piattaforma Revit di Autodesk.

5-computational-design-open-bim.JPG
Figura 5 - Esplicitazione dei parametri della sollecitazione relativi al singolo elemento strutturale in ambiente BIM

6-computational-design-open-bim.JPG

Figura 6 - Script di Dynamo per la generazione delle geometrie partendo dal listato di MIDAS

Questo secondo scenario diviene obbligatorio quando si vanno ad evadere procedure di modellazione non tradizionali al fine di trattare geometrie un po’ particolari o informazioni la cui strutturazione non è standardizzata.

Ad oggi, su quelle che sono le informazioni del design strutturale tipicamente condivise (geometria, sezione, materiali) abbiamo una buona interoperabilità sia in ingresso che in uscita, indice di un processo di convergenza attuato dalle software house verso formati standard di condivisione del dato.

L’importanza che, nei contratti e nella pratica progettuale, si attribuisce al coordinamento di progetto attuato attraverso la condivisione di modelli BIM ci porta però a dire che siamo obbligati a pubblicare set di informazioni più ampi, relativi a vincoli, carichi e prestazioni degli elementi e dei sistemi, espressi in relazione alle caratteristiche di resistenza degli stessi. Tale richiesta è legata alla necessità, soprattutto contrattuale, di intendere le condizioni alle quali un progetto è tecnicamente e prestazionalmente rispondente ai requisiti e quindi finalizzata alla validazione servizi di progettazione. Secondariamente essa è legata a monitorare nel tempo la attuabilità di interventi finalizzati alla manutenzione o all’adeguamento dell’edificio a nuovi standard prestazionali.

>>> per continuare la lettura scarica il PDF allegato

Puoi scaricare il numero completo di Digital Modeling 20 gratuitamente cliccando qui.


CSPFea sarà presente al SAIE 2018 con lo stand principale di tutti i prodotti al Padiglione 32, mentre al Padiglione 31 della BIM Digital Experience verranno esposti dei progetti BIM elaborati con i software Midas, MassMotion, Vento e HY-STONE: un percorso di BIM e Building Performance Simulation attraverso esperienze simulate digitalmente.