L’approccio interdisciplinare BIM e la sostenibilità integrata: un edificio scolastico a Crema (CR)

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.


Progetto di un edificio scolastico mediante la tecnologia BIM Building Information Modeling

Il mondo dell’edilizia a livello globale oggi vive la presa di coscienza di un cambiamento epocale che sta rivoluzionando l’approccio al metodo lavorativo e di produzione di ogni tipo di output, dall’ambito della programmazione di un intervento edilizio fino alla gestione di un manufatto o alla sua dismissione. La transizione in questione è guidata dal BIM (Building Information Modeling), processo metodologico informativo non giovanissimo che trova oggi la forza di imporsi grazie ad una trasformazione digitale che porta al veloce sviluppo di nuovi strumenti informatici e alla possibilità che questi siano accolti da ogni stakeholder.

Con la convinzione che la tecnica non debba in alcun modo cedere la scena nei confronti di procedure spesso comode al fine di realizzare un obiettivo, nasce l’esigenza di assumere le competenze tali per poter padroneggiare lo strumento tecnologico al fine di favorire il processo produttivo e mettere in risalto le scelte progettuali, operative e gestionali.
Su questo assioma si basa l’impegno profuso dal gruppo di progettazione nel definire e utilizzare regole di processo finalizzate al raggiungimento di uno scopo che si configura nella fattispecie nel progetto definitivo per la realizzazione di un edificio scolastico a Crema in provincia di Cremona.

Si sente spesso parlare di rivoluzione del BIM per il mondo delle costruzioni paragonandola a quella che portò all’uso dei sistemi CAD (Computer Aided Design), e al progressivo abbandono della carta, foglio da lucido edella matita. Effettivamente in termini di velocità di esecuzione, per la facilità dell’uso di determinati software, il paragone può render bene l’idea dei vantaggi che il BIM porterà anche in Italia. Ma se pensiamo al fatto che ciò che chiamiamo BIM oggi è un qualcosa che è stato ideato già negli anni ’70, con Chack Eastman, e che i sistemi CAD nascano negli anni ’80, risulta allora evidente che ci sia qualcosa che non torna in termini cronologici. La reale rivoluzione infatti non sta nel contenuto informativo, che continua ad esplicarsi nei 5 canonici macro ambiti disciplinari di natura sociale, ambientale, tecnica, economica e giuridica, e poi nelle diverse discipline tecniche: architettura, struttura, impianti meccanici, ecc, ma nella capacità del tutto nuova, che ha il progettista di simulare il comportamento che l’oggetto inserito in un contesto specifico assumerà nei confronti di una situazione climatica determinata, o di valutare precedentemente i conflitti che possono sorgere da lavorazioni poste in essere in momenti differenti.

La progettazione del complesso scolastico in ambiente BIM

Si è cercato di realizzare quindi un modello informativo i cui dati sono strutturati, tecnicamente coerenti, rielaborabili elettronicamente, relazionati e parametrici, fissati su supporto digitale e interoperabili ossia leggibili da più sistemi e soggetti. Gli elaborati grafici, multimediali o documentali sono estrapolati dai modelli architettonico, strutturale e impiantistico e sono il frutto di simulazioni e processi analitici. Le informazioni inserite nel modello o da esso estratte tramite elaborati informativi sono contenute in un Ambiente di Condivisione dei Dati, ACDat secondo norma UNI 11337.

Il modello è stato portato ad un livello di sviluppo LOD D (dettagliato), toccando tutte le dimensioni del BIM, la programmazione (talvolta indicata come prima dimensione 1D), la modellazione 2D e 3D, analisi dei tempi 4D e dei costi 5D, il 6D con analisi sull’esercizio e simulazioni di gestione e il 7D sostenibilità (economica, ambientale ed energetica) dell’intervento.

L’uso di determinati software o operazioni di verifica dei modelli non sono sufficienti a definire un processo BIM, senza che ci sia a monte una definizione delle modalità con le quali si intenda raggiungere l’obiettivo prefissato. 

Parti da modellare, livelli di dettaglio da raggiungere progressivamente, elaborati da produrre e le relative modalità, oltre ai livelli di verifica e coordinamento dei modelli preordinati e stabiliti per definire, oltre alle modalità, anche le tempistiche con i quali raggiungere lo scopo, sono tutte analisi da effettuare nella fase di programmazione. A tal proposito è stata realizzata una mappa di processo finalizzata alla pianificazione dell’intero iter al fine di vincolare in termini temporali e operativi, ove possibile, la produzione di elaborati intermedi. 

La metodologia operativa in BIM adottata

La metodologia utilizzata nel caso studio ha previsto la creazione di un modello centrale da cui è possibile reperire qualsiasi tipo di informazione di progetto.

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L’approccio collaborativo nella fase di modellazione si è avvalso del sistema di suddivisione del modello per link. E’ stato quindi creato il “Modello Master" dal quale sono derivati i tre modelli ad esso collegati. Con l’obiettivo di snellire i file per velocizzare i processi di progettazione, si è scelto di suddividere i modelli di disciplina in sotto-modelli e creare ulteriori file contenenti il contesto esistente e la morfologia del terreno e un file per gli arredi.

L’iter utilizzato per l’implementazione del modello segue il protocollo della metodologia BIM sia per l’impostazione del flusso di lavoro sia per l’utilizzo degli strumenti software a supporto della progettazione BIM - oriented. L’interoperabilità dei diversi modelli progettuali con gli ambienti di calcolo ingegneristico è risultata possibile grazie all’estrazione, dal modello unico BIM, di files in formato standard, denominato IFC (Industry Foundation Classes).

Agli oggetti, tradotti in un modello IFC, possono associarsi: geometria, relazioni e proprietà.

Per eseguire le dovute verifiche e analisi specialistiche è stato necessario esportare i modelli in formati che garantiscano l’interoperabilità tra i software, mediante specifici Add-in che permettono tali operazioni.

Modellazione digitale dell'edificio scolastico

Da un punto di vista architettonico il Progetto rispetta le richieste del committente sviluppandole in maniera originale dando valore agli spazi aperti e rendendo riconoscibili gli accessi e i percorsi. L’impianto dell’edificio è a corte aperta e si sviluppa su tre livelli: il piano basamentale che ospita i locali amministrativi e i successivi due dedicati ad aule e laboratori. 

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L’impianto scolastico in oggetto si compone di quattro corpi di fabbrica, le cui strutture sono rese indipendenti da giunti sismici. La parte relativa all’ingresso principale è caratterizzata da una grande apertura in corrispondenza di uno spigolo per il quale si è scelto di utilizzare una struttura in carpenteria metallica al fine di coprire la luce massima di 30m. L’intero terzo livello è caratterizzato da travature reticolari di tipo Pratt disposte lungo il perimetro dello sbalzo, collegate, in corrispondenza dello spigolo da una trave reticolare di tipo Vierendeel, consentendo il passaggio sul piano libero da ostacoli. Per le restanti parti dell’edificio si è utilizzato una struttura intelaiata in calcestruzzo armato progettata secondo normativa sismica vigente.

All’interno del software di modellazione è stato possibile la generazione di un modello generico, grazie alla definizione delle proprietà termiche degli elementi costituenti le partizioni orizzontali e verticali. Sono state condotte quindi le dovute analisi energetiche, oltre alla determinazione dei carichi termici che hanno reso possibile il dimensionamento dell’impianto aeraulico.

La progettazione integrata è un approccio metodologico finalizzato alla realizzazione di edifici con elevato livello di sostenibilità e alla riduzione degli extra-costi derivanti dalle modifiche al progetto in cantiere. Una delle procedure necessarie al raggiungimento di tali obiettivi è l’analisi delle interferenze tra le discipline di progetto.
Grazie alla tecnologia BIM è possibile gestire le informazioni degli oggetti parametrici tridimensionali ed effettuare la “clash detection” in maniera automatica avendo un controllo totale sulle geometrie progettate e le distanze minime tra gli elementi.
Nella fattispecie, le interferenze tra le opere strutturali e le canalizzazioni impiantistiche sono state localizzate eseguendo le verifiche per porzioni di edificio, in modo da gestire agevolmente gli output delle analisi.

Parallelamente all’avanzamento della modellazione tridimensionale degli elementi caratterizzanti il progetto, fondamentale importanza ricopre l’analisi delle tempistiche per la fase di progettazione e per la fase di realizzazione di un qualsiasi manufatto edilizio. Uno tra i più importanti vantaggi del BIM è l’ottenimento del risultato atteso in tempi contenuti e contestualmente la diminuzione del rischio di rilevare imprevisti legati ad una errata collocazione temporale delle fasi o delle lavorazioni. La gestione dei tempi è stata analizzata dal gruppo di progettazione in parte nella prima fase di organizzazione del processo, andando a definire le scadenze per la produzione di determinati output. Ben più suggestiva è la caratterizzazione della fase di realizzazione dell’edificio, dapprima suddivisa in lavorazioni elementari work package, corrispondenti ai livelli di una WBS, poi organizzate secondo relazioni di consequenzialità e di sovrapposizione laddove possibile. 

I vantaggi della tecnologia BIM

La tecnologia Building Information Modeling consente la costruzione di un modello virtuale dell’edificio caratterizzato, oltre che dalle geometrie degli elementi, anche dalle informazioni contenute negli oggetti parametrici che lo costituiscono. Il modello realizzato nell’ambito del processo BIM è un database nel quale gli oggetti, grazie alle tecnologie software, possono essere interrogati per l’attingimento di informazioni utili alla progettazione, costruzione e manutenzione dell’opera.
I vantaggi nella fase di progettazione e costruzione sono molteplici, tra questi vi è la possibilità di ottenere, in maniera quasi automatica, le informazioni necessarie alla compilazione del computo metrico.
L’operazione di estrazione delle quantità (volumetriche, superficiali, lineari, ecc…) è resa possibile dalla presenza delle informazioni dimensionali negli oggetti parametrici.
La creazione degli abachi permette l’organizzazione tabellare di tali informazioni, necessaria alla stesura del computo metrico. Gli abachi di gestione dei “quantity take off” sono, tra l’altro, collegati al modello; questo consente l’aggiornamento continuo delle estrazioni in seguito alle modifiche del modello stesso.
L’associazione di una voce di costo unitario ad un parametro dedicato consente di ricavare i costi totali in relazione alle quantità estratte, quindi la possibilità di agevolare la compilazione del computo metrico estimativo.

L’intervento descritto ha affrontato da un punto di vista progettuale gli step principali di un processo BIM, dalla fase di organizzazione dello stesso, fino alla produzione di elaborati, analisi e report finalizzati a configurare un progetto definitivo. L’attività svolta dal gruppo di progettazione, oltre allo scopo principale della creazione di un modello BIM tridimensionale portato ad un LOD D, ha cercato di toccare molteplici tematiche, constatando i vantaggi che la metodologia BIM offre.

 


Titolo dell'elaborato di tesi: 
Progetto di un edificio scolastico mediante la tecnologia BIM Building Information Modeling
Autori: ing. Antonio Cimmino, ing. Rossella Marmo, ing. Alfredo Massimilla, ing. Armando Pellecchia
Relatori: prof. Ing. Edoardo Cosenza, prof. Ing. Domenico Asprone
Correlatore: dott. Ing. Antonio Salzano