BIM strutturale: l'interoperabilità nella pratica quotidiana

Il BIM è un processo complesso: per coglierne tutti i benefici, anche in termini di produttività, l’ingegnere strutturista deve comprenderne alcuni aspetti chiave e pianificare con attenzione i percorsi di lavoro.

Cosa è il BIM

Innanzitutto, cosa è il BIM? La semplice descrizione 3D di un progetto non è sufficiente a “renderlo BIM”: BIM (“Building information modeling “ ma anche “Building interoperability model”) non è un prodotto né un programma commerciale, ma una metodologia di lavoro, basata sullo scambio di informazioni coordinate ed affidabili, grazie alle quali è possibile rendere più semplice e più economica la gestione dell’intero ciclo di vita dell’opera, eliminando errori, aiutando nell’organizzazione logistica, mantenendo una memoria del progetto indipendente dai software utilizzati.

L’applicazione della metodologia BIM richiede uno sforzo iniziale per essere messa in pratica, in quanto non prevede esclusivamente la conoscenza di nuovi software, bensì l’apprendimento di un approccio metodologico totalmente differente da quello tradizionale. Anche se in altri paesi si è iniziato a parlare di BIM già negli anni 80, il BIM è ancora in fase di evoluzione.

Il formato aperto IFC

L’adozione generalizzata di un formato di descrizione indipendente dal software utilizzato quale il formato IFC (Industry Foundation Classes) ha reso più semplice la diffusione di questa metodologia. Tuttavia anche questo formato è in fase di continua evoluzione: dalla versione IFC2x3, ormai letta e compresa dalla maggior parte dei software proprietari, si è passati alle IFC4 Add2, proprio per la necessità di incorporare in modo sempre più stringente e dettagliato i vari elementi del processo costruttivo.

bim-coordinamento-flusso.jpgPossiamo immaginare il BIM come la capacità di accedere ad un enorme serbatoio di informazioni relative all’oggetto costruito o da costruire per estrarre le informazioni a noi necessarie, per elaborarle, restituirle modificate o comunque mantenerle nel tempo o ancora inserire informazioni di nuovo tipo. Queste informazioni sono in genere codificate in un formato IFC, normato da una specifica norma ISO, e basato su una filosofia di modellazione a oggetti.

Ma attenzione: “Prima di tutto IFC è un formato di scambio. Non si può lavorare in IFC, si può solo scambiare informazioni” [Ilaria Lagazio, “PROGETTARE BIM, Software e INTEROPERABILITA’: qualche riflessione … utile”]

I vari attori del processo edilizio e i diversi modelli

Questo perché i vari attori del processo edilizio in realtà lavorano su modelli differenti dello stesso oggetto, e di necessità utilizzano, quindi, software differenti: ciò che vede il progettista architettonico riguarderà spazi, funzioni, percorsi, fruibilità, aspetto visivo, mentre il progettista strutturale gestisce un modello matematico della struttura, ben diverso da quello che descrive l’aspetto impiantistico.

Dal modello BIM Fisico Architettonico, generato in fase di progettazione architettonica, possiamo estrarre le sole informazioni relative al modello BIM Fisico Strutturale, ma attenzione ciò in realtà si traduce nel filtrare, e in genere salvare in un file dedicato, i soli oggetti di interesse per il progettista strutturale: verranno quindi escluse ad esempio le informazioni relative a tamponamenti, impianti, intonaci, spessori per isolamento, etc.; in generale verranno mantenuti solo oggetti di tipo IfcBeam, IfcColumn, IfcMember (elemento “beam” né perfettamente orizzontale né perfettamente verticale), IfcStandardWall, IfcWall e IfcSlab.

Il modello strutturale

Tuttavia questi oggetti non costituiscono ancora a rigore un modello strutturale. Si pensi, ad esempio, a una piastra (IfcSlab) che nel vero e proprio modello strutturale gestito dal software di calcolo strutturale è destinata a diventare una mesh di elementi bidimensionali, piani o non piani. La sua discretizzazione in elementi finiti è materia dello strutturista e fa parte di un punto di vista che potremmo definire quello del modello computazionale.

Dato che quanto esprimibile in termini di IFC costituisce un vero e proprio universo, questa affermazione potrebbe non essere pienamente esatta. Nel modello BIM uno stesso oggetto fisico è suscettibile di più tipi di rappresentazione: una trave può essere descritta come un IfcFacetedBrep (un solido descritto come l’interno di una superficie delimitata da facce piane avente lati costituiti da segmenti) o come estruso, ma posso anche darne più rappresentazioni alternative, ovvero descrivere la trave come oggetto solido generico e dire che contemporaneamente può essere vista come un segmento fra due punti. Inoltre, sebbene nello stesso sito di BuildingSmart si dica che “Out of scope are analysis results, finite element topology and detailed results in finite element meshes, as well as all the internal forces, stresses and strains”, nello schema IFC sono presenti anche oggetti IfcStructuralMember di tipo generico, oggetti IfcStructuralLoad o IfcStructuralConnection, in grado di trasmettere informazioni di interesse per il progettista strutturale, ma non sufficienti a definire compiutamente un modello strutturale computazionale.

Possibili metodologie di lavoro: alcuni esempi pratici. Procedure e consigli

Abbiamo quindi effettuato dei test congiunti allo scopo di ottimizzare delle possibili metodologie di lavoro ipotizzando uno scambio di informazioni in un ambiente nel quale il progetto in generale fosse gestito tramite Revit, e l’ambito strutturale integralmente gestito da DOLMEN.

Come avviene in Revit, DOLMEN è in grado di distinguere fra trave “analitica” e trave come ingombro fisico: questo consente di effettuare modifiche sul modello computazionale che non si ripercuotono sul modello fisico-strutturale, mantenendo così inalterati gli ingombri fisici del telaio strutturale.

Gli elementi e, di conseguenza, le informazioni contenute in Revit possono essere filtrate in fase precedente all’esportazione del file IFC. Considerando di estrapolare dal modello Revit esclusivamente gli elementi significativi per il calcolo strutturale occorre generare un’apposita vista di modello alla quale applicare dei filtri di visualizzazione. 

Successivamente in fase di esportazione devono essere modificati i settaggi, specificando la richiesta di esportare esclusivamente gli elementi visibili all’interno della vista preimpostata. Per una più corretta esportazione degli elementi occorre, inoltre, intervenire sulla modifica della tabella di definizione delle “Classi di esportazione IFC” applicando la classe IFC desiderata alla singola categoria Revit. A sua volta, il programma di destinazione interpreterà questi oggetti secondo le sue logiche interne di modellazione. È dunque particolarmente importante, prima di procedere con la fase di importazione dell’IFC all'interno del software di calcolo strutturale, analizzarlo tramite applicazioni Desktop o Web, molte delle quali disponibili in versione gratuita. SolibriModelViewer, BIMVision o TeklaBimSight sono alcuni esempi di applicazioni Desktop che sono state utilizzate per analizzare ed interrogare i modelli IFC.

Visualizzazione in DOLMEN, SolibriModelViewer e BIMVision

Figura 1 - Visualizzazione in DOLMEN (1), SolibriModelViewer (2) e BIMVision (3)

A sua volta il programma di calcolo strutturale, nel restituire la struttura integrata con le informazioni derivanti dai risultati dell’analisi dovrà, affinché questa sia leggibile in ambienti BIM, aggiungere delle informazioni obbligatoriamente richieste dagli schemi IFC: la modellazione BIM è infatti caratterizzata da una intrinseca struttura gerarchica che in generale vede l’edificio suddiviso in interpiani (IfcStorey), travi e parti di pilastri appartennti ai singoli interpiani. Se la struttura è interpretabile in questo modo DOLMEN provvede a generare in automatico tutte le informazioni di tipo gerarchico, altrimenti, per una più completa esportazione di informazioni, occorrerà semplicemente informare il software che la struttura “non è interpretabile per impalcati”.

 modelli-bim-cdm-dolmen.JPG

Figura 2 - Modello interpretabile per impalcati - Figura 3 - Modello NON interpretabile per impalcati

Generazione delle armature

Nell’effettuare questi test, particolare attenzione è stata dedicata alla generazione delle armature progettate in DOLMEN all’interno del modello IFC in fase di esportazione. In alcuni casi il flusso di lavoro prevede addirittura che i dati restituiti dallo strutturista al modello BIM siano costituiti dalle sole armature, da incorporare per addizione nel modello globale.

Così come in fase di esportazione dal software di calcolo, anche nel processo di re-importazione del modello IFC all'interno del modello Revit è necessario utilizzare particolari accorgimenti e procedure, per poter utilizzare correttamente le entità cosi generate.

In funzione delle specifiche della commessa ed in relazione ai BIM Uses definiti, si possono individuare differenti processi di importazione dei modelli IFC all'interno di Revit. Nel caso in cui l’obiettivo sia riferito all'analisi delle interferenze, in funzione delle geometrie è sufficiente collegare il modello per poter visualizzare le armature georeferenziate all’interno della struttura. In caso contrario, in cui sia necessario intervenire con azioni più specifiche sui singoli componenti di armatura, occorre collegare il modello IFC e successivamente convertirlo in elemento nativo. In questo secondo caso sarà possibile agire sulla singola barra di armatura eventualmente anche per generare esplosi. A seguito di tali operazioni è inoltre possibile leggere e organizzare in abachi tutte quelle che sono le informazioni attribuite dal software di calcolo ai singoli oggetti.

Infatti, in fase di esportazione del modello IFC, possono essere definite tutte quelle informazioni che si desidera far confluire all’interno del file. Inoltre, il linguaggio Ifc consente di raggruppare tali informazioni in insiemi di proprietà, per meglio caratterizzare gli oggetti. Tali insiemi sono detti “IfcPropertySet”, che possiamo sinteticamente definire come tabelle di proprietà, ognuna costituita da una descrizione, un valore, ed eventualmente un’unità di misura nella quale il valore è espresso. Questa caratterizzazione degli oggetti consente di generare abachi di proprietà, particolarmente interessanti per la trasmissione di informazioni ed anche e soprattutto al fine della computazione.

Modello IFC esportato da DOLMEN collegato e rigenerato in Revit  

Figura 4 - Modello IFC esportato da DOLMEN collegato e rigenerato in Revit

Armature in Revit

Figura 5 - Armature in Revit

Il modello importato consente l’analisi di ogni singolo elemento di armatura con lettura delle sue proprietà nel browser ed all’interno di un abaco per la computazione.

Come detto precedentemente, è consigliabile analizzare il modello BIM con applicazioni Desktop o Web, quindi in questa seconda fase, in seguito all’esportazione delle armature all’interno dei file IFC, i file sono stati esaminati con l’utilizzo della piattaforma web Xconstruction, sviluppata da X-CO Srl, start up tecnologica partecipata da BrainsDigital. Tramite tale piattaforma è stato possibile visualizzare i modelli suddividendoli per livelli e per categorie di elementi, utilizzando la struttura di selezione, semplificando la consultazione e l’estrapolazione delle informazioni, siano esse di tipo geometrico, qualitativo o quantitativo.

Analisi del modello IFC caricato all’interno della piattaforma Xconstruction tramite albero di selezione

Figura 6 - Analisi del modello IFC caricato all’interno della piattaforma Xconstruction tramite albero di selezione

Analisi tramite X-CO delle armature generate da DOLMEN nell’IFC, aspetti geometrici e contenuti informativi

Figura 7 - Analisi tramite X-CO delle armature generate da DOLMEN nell’IFC, aspetti geometrici e contenuti informativi