Dal rilievo al modello BIM di una piazza

Lo sviluppo del BIM nel settore delle costruzioni sta rivoluzionando le modalità con cui vengono progettati, appaltati, realizzati e gestiti un po’ tutti gli oggetti legati all’ingegneria edile e civile.

In ambito urbano spesso si utilizza il BIM per la progettazione degli edifici; è ancora raro modellare e progettare una piazza per una riqualificazione urbana con analoga metodologia.
In una piazza esistono numerosi oggetti la cui modellazione ottimale è quella BIM; lo stesso ambito è ricchissimo di reti tecnologiche di natura differente che coesistono nel sottosuolo in spazi molto ristretti con un forte contenuto GIS.

Nel caso trattato si è poi scelto di lavorare in un ambito ancora più complicato con una linea tramviaria e una serie di impianti tipici di una città moderna, come car e bike sharing. Nell’esempio, da un rilievo laser scanner, si deriva un modello geometrico che viene impostato con la stessa logica dei BIM, arricchendolo di elementi parametrici e di attributi tipici del settore edile. A partire dalla realtà esistente si arriva a un modello adatto a gestire una gara d’appalto di riqualificazione urbana.


Rilevare un ambito urbano complesso per arrivare a un modello BIM di soprasuolo e sottosuolo

Si presentano le prime esperienze di una ricerca che ha come obiettivo quello di approfondire le conoscenze e ottimizzare i processi che permettono di rilevare un ambito urbano complesso per arrivare ad un modello BIM di soprasuolo e sottosuolo.

Il fine è sperimentare la possibilità di introdurre le grandi innovazioni che il BIM ha portato, per ora al settore edile e delle grandi opere infrastrutturali, anche in tutto il resto delle attività relative alle opere civili e al patrimonio di una città. Questo per concepire ogni bene, ogni ambito urbano, nella sua complessità e nel tempo predisporre progetti che possano essere appaltati, costruiti e soprattutto gestiti nel tempo con tutte le informazioni necessarie per quell’ambito urbano, nella logica del Facility Management del costruito che l’industria 4.0 sta proponendo.

La qualità degli interventi e la sostenibilità economica dei progetti deve essere valutata “nel tempo” per l’intera durata dell’opera, sino alla successiva riqualificazione urbana; il rilievo e la modellazione dell’esistente deve supportare questi obiettivi.

Purtroppo oggi gli interventi pubblici nelle aree urbane, sono pensati in maniera disgiunta per soprasuolo e sottosuolo, con il secondo che raramente viene ripensato e progettato tenendo conto di tutti i sottoservizi e dell’interazione con il verde e l’arredo urbano.

Inoltre, questo tipo di opere è appaltato senza tener conto della durata nel tempo e soprattutto del costo di gestione negli anni e ciò porta alla scarsa manutenzione che accelera il degrado dell’intervento.

Per progettare con questi obiettivi è necessario rilevare e modellare l’esistente tramite l’utilizzo del BIM, tenendo conto di tutte le informazioni necessarie e delle interazioni possibili che gli attributi di ciascun elemento hanno con gli altri.

Innanzitutto il rilievo deve approcciare in modo unitario, perlomeno dal punto di vista concettuale e conoscitivo, sia il soprasuolo che il sottosuolo.
E’ ovvio non poter indagare metricamente il sottosuolo con gli stessi metodi e livelli di precisione che sono utilizzabili per il soprasuolo, ma è necessario rilevare tutte quelle geometrie e soprattutto quegli attributi dei sottoservizi che sono desumibili dalle loro emergenze in superficie, sapendo che con i moderni georadar è possibile anche avere informazioni sulle geometrie degli oggetti nel sottosuolo con sufficiente livello di precisione metrica, quando ciò è indispensabile al fine del progetto.

Il caso studio: piazza Leonardo da Vinci a Milano

Il tema è stato affrontato prendendo in esame una porzione di piazza Leonardo da Vinci a Milano, comprendente le strade (carreggiata, marciapiedi, parcheggi, percorso del tram nei pressi di un incrocio) e parte dell’area adibita a verde, per un totale di circa 2800 mq.

Tutti gli elementi presenti sono stati inseriti come oggetti parametrici di arredo, di impiantistica, di servizi all’interno del modello.

Il progetto ha visto la collaborazione del Dipartimento ABC del Politecnico di Milano con l’azienda ETS Engineering Through Science per integrare le conoscenze e trasferire il proprio know-how per analizzare una parte, quella dell’utilizzo del BIM per l’esistente, ancora poco sviluppata.

Le problematiche incontrate risultano simili a quelle delle ricerche in direzione HBIM (Brumana et al.,2013); analizzando l’esistente infatti sono pochi gli elementi assimilabili a oggetti standard su cui appoggiare le informazioni, a meno di falsare la corrispondenza geometrica e informativa del modello rispetto all’esistente.

Fortissima la carenza di librerie disponibili per tutto ciò che è presente in un ambito urbano. Per risolvere tali limitazioni sono stati creati ex-novo modelli parametrici di molti degli elementi esistenti, essendo questi fra loro uguali in quanto fabbricati industriali di tipo standard, seppur differenti per stato di conservazione e/o posa (es. pali posizionate leggermente fuori asse, etc.).

Le problematiche del rilievo: come passare dal rilievo con laser scanner al modello BIM

Come per i casi analoghi di modellazione dell’esistente il procedimento per passare dal rilievo con laser scanner al modello BIM, è un insieme di più passaggi che necessitano di diverse strumentazioni e la conoscenza di differenti software per trasporre i dati ottenuti inizialmente dal rilievo, nel modello finale, assieme a tutti gli attributi necessari al modello IFC.

Il rilievo è stato eseguito con laser scanner ©Faro Focus 3D HDR, CAM2 con una densità media di 28 milioni di punti per grado e con l'acquisizione di immagini.
Per tale portata di dati lo strumento impiega circa 7 minuti a scansione ed altri 7 minuti circa per le immagini.

Il rilievo consiste in 26 scansioni, ma solo la metà sono state impiegate per la parte modellata relativa all’incrocio. Lo strumento è molto produttivo e veloce anche se, come constatato, negli spazi aperti urbani (quindi con molti elementi di disturbo: persone, mezzi di trasporto, automobili parcheggiate, vegetazione) risulta più difficoltoso ottenere una nuvola di punti pulita e ben definita in tutte le sue parti.

Per poter collegare tra loro tutte le scansioni in maniera ottimale grazie al software ©Faro Scene v7 è necessario posizionare accuratamente degli oggetti (sfere e target) che il programma riconosce in modo semi-automatico come punti di legame. Gli elementi (in particolar modo le sfere) devono essere posizionati ad una distanza adeguata al corretto funzionamento del matching che consente l’orientamento delle varie scansioni; tali elementi devono essere fissi e visibili almeno nella scansione precedente e in quella successiva. In questa fase si tratta quindi di mediare, con esperienza, fra le rigide regole di matching e la realtà del sito indagato con l’obiettivo di ottimizzare la registrazione delle differenti scansioni.

La ricchezza del dettaglio della nuvola di punti laser richiede in ogni caso un denso e accurato appoggio topografico, eseguito con stazione totale e un’accurata georeferenziazione eseguita con GPS.

asita-convegno-2018-bim-e-gis.jpg

Il report dell’orientamento delle varie scansioni rispetto ai punti di legame e ai punti appoggio evidenzia scarti inferiori al cm, risultato che garantisce una accuratezza nel rilievo dei singoli punti della nuvola dell’ordine relativo di qualche millimetro e in assoluto di 2 cm nelle tre coordinate, un livello di precisione corrispondente, per intenderci, a un rilievo alla scala 1:50.

Ciò porta a una prima considerazione fondamentale: questo tipo di metodo di rilievo produce un numero di punti impressionante con un livello di accuratezza relativa e assoluta nettamente superiore a quello della tradizionale celerimensura.

Nasce quindi la possibilità di un miglioramento qualitativo delle informazioni metriche a supporto del progetto (aspetto che spesso oggi induce in costi non previsti dovuti alla non corrispondenza fra esistente e progetto), ma anche la preoccupazione di quale debba essere il livello di corrispondenza fra il modello (parametrico) e l’esistente.

Infatti la modellazione degli elementi in quanto tale (aldilà del livello di dettaglio - LOD) dovrà poter reggere il confronto con l’esistente. E’ sostanzialmente inutile rilevare la realtà con questo tipo di accuratezza nel caso il modello, per sua struttura interna o per il presupposto concettuale, non ha modo di adeguarsi geometricamente alla realtà rilevata con differenze inferiori alle accuratezze di rilievo.

Solo esperienze rigorose che implichino che dal rilievo si arrivi al modello, utilizzato poi per il progetto, la realizzazione e la gestione nel tempo, potranno aiutare a fissare elementi certi su questo argomento che ha implicazioni importanti, con ricadute significative per ciò che concerne i costi, nella fase di rilievo e modellazione.

La celerimensura si è completata con il rilievo della posizione di alcuni elementi che sono difficilmente recuperabili dalla nuvola di punti.

Un esempio su tutti è quello degli oggetti in zone d’ombra (sia per effetto dello schema di rilievo, sia per la presenza di auto e di altri elementi di disturbo nella realtà rilevata) e delle emergenze dei sottoservizi o di altri particolari esistenti nelle aree a prato, difficilmente riconoscibili nella cloud.

Se infatti è ben visibile un chiusino su di un marciapiede, non si può dire lo stesso di quell’elemento in un prato o in un’area a verde.

L’intero rilievo è quindi stato supportato da una accurata e dettagliata fase di ricognizione sul campo che ha mappato tutti quegli elementi difficilmente riconoscibili all’interno della cloud. In particolare sono state posizionate tutte le emergenze delle reti tecnologiche, con l’indicazione del tipo di rete e/o delle informazioni che andranno poi verificate con un confronto tra archivi esistenti e/o tramite un contatto con i gestori dei vari sottoservizi. Le problematiche della modellazione Il passaggio dal rilievo al modello è certamente la fase che più richiede interazione fra il mondo del rilevamento e quello della progettazione, costruzione e gestione.

>>> CONTINUA LA LETTURA


asita.jpg

Articolo è tratto dagli Atti della XXII Conferenza ASITA 2018 - Bolzano
Si ringrazia l'ASITA - Federazione delle Associazioni Scientifiche per le Informazioni Territoriali e Ambientali per la gentile collaborazione. 

Si ricorda che la prossima Conferenza ASITA si terrà a Trieste il 12-14 novembre 2019 >>> maggiori info sul LINK