L’approccio interdisciplinare BIM e la sostenibilità integrata: il complesso scolastico a Sala Consilina (SA)

L'articolo che segue è la sintesi dell'elaborato di Tesi discusso dagli autori nel corso del Master di II livello - BIM e Progettazione integrata sostenibile - a.a. 2017/2018 dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II", coordinato dal Prof. Ing. Edoardo Cosenza.


Il processo BIM applicato alla progettazione di un complesso scolastico nel Comune di Sala Consilina (SA)

Il tema progettuale fa riferimento ad un concorso di idee internazionale bandito nel 2016 dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca per la realizzazione di 51 Scuole Innovative. Nell’ottica di un approccio generale e innovativo che non riguardasse esclusivamente gli aspetti classici della progettazione, ma che si estendesse, in ragione delle richieste da bando, a tutto il processo, comprendendo la fase di progettazione e di gestione dell’opera, sono stati impiegati metodologia e software BIM, che hanno consentito al gruppo di progettisti di realizzare un modello virtuale informativo del complesso scolastico, contenente tutte le informazioni di carattere geometrico, strutturale, impiantistico, energetico e di cantiere.

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Inquadramento generale e dati progettuali

Il lotto oggetto di nuovo intervento è situato nel comune di Sala Consilina, in provincia di Salerno, ed occupa un’area di superficie totale pari a mq 20’694. L’area oggetto di intervento si caratterizza per una topografia complessa, costituita da notevoli dislivelli altimetrici, e per un articolato profilo planimetrico che ha influenzato i progettisti indirizzandoli verso la scelta di corpi di fabbrica separati per ospitare le diverse funzioni richieste dal bando, piuttosto che un unico blocco edilizio contenente le diverse attività.

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Interoperabilità e flusso operativo

L’attività svolta ha portato all’utilizzo di differenti software a seconda della “BIM Dimension” con la quale ci si è interfacciati. Si è partiti da una modellazione 2D inerente alla gestione dei file della committenza realizzati con programmi CAD per passare poi ad una modellazione 3D che ha visto l’utilizzo di software di modellazione tridimensionale quali Revit e Tekla.  La modellazione 4D, inerente alla gestione dei tempi ha visto l’uso di Navisworks mentre per la quinta dimensione, inerente alla variabile costi, si è ricorso alla pratica dei #TagBIM. Per le ultime due dimensioni ovvero la sesta per il Facility Management e la Settima per la sostenibilità si è svolto uno studio sulla valutazione dei carichi energetici e ambientali per i diversi materiali utilizzati nel progetto. Al fine di gestire il flusso di dati presenti nella commessa si sono definite una serie di mappe di processo, caratterizzate da due livelli diversi di approccio: Overview maps, inerenti alle relazioni tra i BIM Use e gli scambi di informazioni, e le Detailed BIM use maps che definiscono le sequenze di processi da eseguire per il singolo BIM Use

Per garantire infine la possibilità di condividere e riutilizzare dati e contenuti informativi è stato strutturato un AC-Dat secondo le indicazioni fornite dalle Norme UNI 11337 ovvero articolato in quattro sezioni che richiamano gli stati di lavorazione previsti dalle stesse, i quali possono essere sintetizzate come di seguito: Elaborazione/Aggiornamento, Condivisione, Pubblicazione e Archiviazione.

Modellazione 3D

La proposta progettuale è stata articolata secondo un’organizzazione ad albero in cui le informazioni viaggiano da un modello centrale, il File Master, verso i diversi sottomodelli, o modelli locali, ciascuno identificante una disciplina per ogni edificio studiato.
Il modello centrale, costituito dal lotto di intervento, contiene le informazioni che devono essere condivise con i modelli locali quali griglie, livelli, curve di livello, masse concettuali. Il collegamento tramite “link” di questi ultimi con il file Master consente poi l'interattività bidirezionale delle modifiche.

Il progetto architettonico ha favorito soluzioni che migliorassero la permanenza degli studenti all’interno del campus, cercando di creare un ambiante conviviale con molte aree destinate all’aggregazione collegate tra loro da assi viari, rispettando quindi una diversificazione funzionale tra gli ambienti e creando una forte integrazione con gli spazi verdi. Per la progettazione di ogni singolo edificio si sono rispettate le richieste del bando che prevedevano l’utilizzo di soluzioni ipogee, a causa del forte dislivello, l’implementazione delle aree verdi attraverso anche l’utilizzo dei tetti giardino e l’utilizzo appropriato dell’esposizione solare.

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Il progetto strutturale degli edifici scolastici, della biblioteca, dell'auditorium e della piscina coperta ha visto la realizzazione di strutture intelaiate o miste telaio-parete in cemento armato. I calcoli sono stati effettuati con l’ausilio del software Midas GEN, sfruttando l'interscambio in formato proprietario attraverso il plug-in “Revit to Midas” e con il software Sismicad mediante l’esportazione nel formato aperto secondo lo standard IFC. La modellazione analitica ha richiesto l’attribuzione dei vincoli e la definizione dei carichi oltre che degli spettri di risposta e tutta una serie di accorgimenti, grazie ai quali è stato possibile effettuare le verifiche e definire le armature riprodotte successivamente in Revit mediante l’utilizzo di appositi add-in. Stesso iter è stato seguito per l’edificio Palestra, che però presenta struttura in acciaio, le quali connessioni sono state modellate con Tekla structures a seguito dell’importazione in formato aperto.

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L’approfondimento impiantistico ha riguardato la definizione di un modello meccanico e quindi, la realizzazione di un impianto aeraulico per tutti gli edifici ad eccezione dell’edificio Palestra per la quale si è predimensionato e modellato un impianto elettrico. Prima della realizzazione del modello meccanico è stato utile estrapolare informazioni di tipo topografico ed energetico dal modello architettonico, i quali edifici e locali sono considerati come spazi ospitanti vani, caratterizzati da una specifica destinazione d’uso, orientamento ed involucro. Il report sui carichi di raffrescamento e riscaldamento è stato usato come input per la modellazione su template meccanico dell’impianto aeraulico. Il dimensionamento dell’impianto elettrico ha visto l’utilizzo del software Dialux che ha permesso di verificare per ogni ambiente il fattore di illuminamento medio ed il fattore di uniformità e di posizionare in base a questi dati i corpi illuminanti in ambiente Revit.

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Verifica delle interferenze 

La “Clash Detection”, ovvero la ricerca e successiva analisi delle interferenze geometriche, ha consentito di individuarealmeno tre differenti categorie di interferenze quali le Hard Clash, interferenze che si verificano tra oggetti fisicamente in conflitto, le Soft Clash, interferenze traoggetti che non si compenetrano ma la loro prossimità è tale da rendere  impossibile o difficoltoso l'uso, il montaggio o la manutenzione, e le Workflow Clash, che si verificano in relazione allo spazio temporale. A tale scopo i modelli sono stati esportati in ambiente Navisworks in modo da rendere identificabili e gestibili le suddette categorie di clash, fatta eccezione per quelle temporali che invece sono state identificate manualmente mediante controlli a campione, in quanto lo strumento utilizzato non ha consentito l’individuazione delle stesse.

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Gestione dei tempi e modellazione 4D

In seguito alla pianificazione delle fasi di lavorazione con il software Microsoft Project, la creazione di un parametro WBS di tipo istanza ha permesso un dialogo tra modelli virtuali e diagramma di Gantt.
Importati i modelli in Navisworks e elezionata la sorgente cronoprogramma, è stato possibile ricostruire la gerarchia delle attività e realizzare una video simulazione delle lavorazioni in sequenza temporale.

L’analisi dei prezzi ed il 5D

La logica adoperata per estrapolare un computo metrico è stata quella dei #TAG BIM, facendo riferimento forzatamente al listino prezzi 2018 del comune di Milano. Allo scopo di facilitare e automatizzare la procedura di assegnazione delle voci da prezzario, sono state assegnate alle entità modellate attributi tipo #categoriacls, #tipostruttura, #classeesposizione. Con Il software Primus ifc è stato quindi possibile richiamare tali tag e fare una ricerca incrociata andando a individuare l’unica voce corrispondente.

Il Life Cycle Assessment per il 6D 

L’analisi LCA valuta l’impatto ambientale derivante dall’uso di prodotti e processi, ed è stata effettuata paragonando, a titolo di esempio, due prodotti aventi la medesima funzione (pannello EPS e pannello CORK). Le informazioni contenute nelle “Enviromental Product Declaration” sono state trasferite in Revit in forma di parametri condivisi ed in seguito compilati per i due prodotti in entrambi le varianti progettuali. Mantenendo invariata la trasmittanza termica ma variando lo spessore, si è individuato il prodotto, che impatta meno e determina una migliore prestazione ambientale.

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Titolo dell'elaborato di tesi: 
Il processo BIM applicato alla progettazione di un complesso scolastico nel Comune di Sala Consilina (SA)
Autori: ing. Gaetano D’Ausilio, ing. Elisabetta Politelli, ing. Beniamino Rocco, arch. Enrica Globo
Relatori: prof. Ing. Edoardo Cosenza, prof. Ing. Domenico Asprone
Correlatore: dott. Ing. Antonio Salzano