Smart Building e Digital Twin: il progetto SAMBA per rendere tecnologici e connessi gli edifici esistenti

Come rendere intelligente, tecnologico e connesso un edificio esistente con interventi poco invasivi? 

In questo approfondimento, l'Ing. Roberto Redaelli di Harpaceas, illustra il progetto SAMBA che si propone di sviluppare un’applicazione innovativa per trasformare in smart building immobili esistenti.

SAMBA prevede l’installazione di nodi IoT e smart actuator negli spazi dell’edificio, al fine di monitorare, controllare ed interagire con il building, mettendo a diposizione degli utenti e dei responsabili un’interfaccia operativa e funzionale dell’opera.

Smart building: gli edifici diventano sempre più connessi e tecnologici

Le tematiche relative alle Smart Home, Smart Building e Smart City sono sempre più comuni nella quotidianità e non sono più considerabili solo come tecnologie prettamente futuristiche.

Basti pensare alla notevole quantità di devices con i quali si è a contatto nelle diverse attività che si compiono nel corso della propria giornata e come questo numero sia cresciuto esponenzialmente in breve tempo. Questa crescita è derivata dall’avvento di tecnologie avanzate, come l’IoT (Internet of Things), il 5G, l’AI (Artificial Intelligence) e la virtualization, la cui integrazione e sinergia sono la chiave di lettura fondamentale del concetto di “smart”.

Le abitazioni e in generale gli edifici sono elementi cardine della vita delle persone, ambienti nei quali si trascorre la maggior parte del proprio tempo, sia per vivere sia per lavorare. Essi devono essere il più possibile sincronizzati con la routine di chi li vive, offrendo le condizioni di permanenza migliori possibili.

Risulta evidente che nel corso degli anni le esigenze di vita delle persone sono cambiate repentinamente e pertanto è necessario che i servizi che gli edifici devono garantire siano al passo con i bisogni degli utilizzatori. Le tecnologie ed i concetti citati in precedenza sono la soluzione a questa evoluzione “digitale” delle persone, garantendo il raggiungimento dei propri obiettivi nel modo più efficiente possibile. Inoltre, considerando gli effetti dovuti alla pandemia di COVID-19, si è osservato uno stravolgimento del concetto di edificio, in cui l’abitazione è diventata anche ufficio e quest’ultimo deve garantire condizioni ottimali di lavoro.

Il progetto SAMBA: come rendere smart gli edifici esistenti

Lo sviluppo di edifici e abitazioni intelligenti è attuabile in maniera più agevolata se essi sono di nuova concezione e realizzazione. La vera sfida sussiste nel considerare il patrimonio del costruito sul territorio italiano e più specificatamente su quello lombardo, in cui la percentuale di edifici storici è di uno spessore rilevante.

Pertanto, l’obiettivo è quello di riuscire ad integrare le tecnologie attuali in edifici esistenti, intervenendo in maniera non invasiva sull’opera nella sua totalità.

Una soluzione è in fase di realizzazione con il Progetto SAMBA (Smart and Advanced Multitenants Buildings Automation) che si propone di sviluppare un’applicazione innovativa e di particolare rilevanza, una soluzione tecnologica che si inserisca tra storia-tradizione da una parte e innovazione digitale dall’altra: una piattaforma di controllo di edifici esistenti che possono essere trasformati in smart building con impatti vantaggiosi potenzialmente enormi.

L’iniziativa, ideata dalla società Alchema, è un progetto di Ricerca & Sviluppo finanziato da Regione Lombardia mediante fondi POR FESR 2014-2020 nell’ambito della Call Hub Ricerca e Innovazione. Il consorzio SAMBA è composto da sei realtà con competenze eterogenee: Kalpa (capofila), 3P Technologies, AGEvoluzione, ATS – Advanced Technology Solutions, Harpaceas e il centro di ricerca Eucentre. 

SAMBA prevede l’installazione di nodi IoT e smart actuator negli spazi dell’edificio, al fine di monitorare, controllare ed interagire con il building, mettendo a diposizione degli utenti e dei responsabili un’interfaccia operativa e funzionale dell’opera. 

Il Digital Twin all'interno del progetto SAMBA

All’interno di questo panorama innovativo, il Progetto presenta al suo interno una tecnologia di cui si sente parlare sempre di più, ovvero il Digital Twin.

Esso, come il nome stesso fa intuire, in generale è un gemello digitale di un sistema, con lo scopo di replicarlo in maniera più accurata possibile in una sua controparte virtuale. Di conseguenza, il Digital Twin è un modello con il quale è possibile interagire mediante eterogenee piattaforme digitali e che permette di avere una chiara visualizzazione degli elementi da considerare.

Lo sviluppo dei gemelli digitali è una tematica molto interessante e può ad esempio consistere in una prima rilevazione video-fotografica del sistema in esame, la quale successivamente viene elaborata da algoritmi di riconoscimento immagini tali per cui si ottiene la replica digitale. Quanto detto è ovviamente frutto dello sviluppo tecnologico, in quanto maggiore è l’accuratezza richiesta del modello, maggiore deve essere la potenza di calcolo necessaria per l’elaborazione grafica. 

Digital Twin dell'edificio

Nello specifico caso del Progetto SAMBA, il Digital Twin sviluppato è relativo ad un edificio di tre piani con al suo interno ambienti di co-working.

Esso permette:

• la visualizzazione delle condizioni microclimatiche degli uffici;
• il monitoraggio della presenza di persone;
• l’individuazione automatica dei migliori percorsi per raggiungere i molteplici spazi;
• la gestione energetica ottimale; 
• il controllo degli impianti (illuminazione e HVAC).

Comunque, SAMBA vede applicazione non solo in contesti lavorativi ed abitativi ordinari, ma ha lo scopo di essere esteso a realtà costruttive molto vaste e complesse, come stazioni, aeroporti e ospedali, in cui è fondamentale garantire agli utenti (e responsabili) strumenti integrati ottimali offrendo un’esperienza di immersione nell’ambiente circostante il più semplice e agevolata possibile.

Il gemello digitale, in queste realtà, può permettere inoltre la simulazione di eventi critici, quali ad esempio incendi o terremoti. Pertanto, viene permesso il training virtuale con l’obiettivo di addestrare il personale per far fronte al verificarsi di tali eventi, visualizzando le vie di fuga o la presenza di estintori in prossimità della propria posizione.

Le funzionalità ingegnerizzate nel Digital Twin

Digital Twin, BIM e dati

Inoltre, il Digital Twin dell’edificio, oltre ad essere un’interfaccia integrata di visualizzazione e controllo degli spazi, diventa uno strumento informativo: esso può permettere la visualizzazione di informazioni legate ai modelli BIM (Building Information Modelling) sulla base della relativa metodologia standardizzata (UNI EN ISO 19650 e UNI 11337).

Infatti, sfruttando la condivisione di modellazioni digitali in formato aperto (OpenBIM) come l’IFC (Industry Foundation Classes – UNI EN ISO 16739), il gemello digitale diventa uno strumento di supporto alla progettazione e alla manutenzione del building, coprendo in questo modo l’intero ciclo di vita dell’opera.

Modalità BIM implementata nel Digital Twin

L’enorme potenzialità del Digital Twin risiede nella sua integrazione con il mondo dell’IoT: i sensori e gli attuatori collocati nel sistema fisico possono comunicare in Real-Time con il gemello digitale. Questo significa che l’utente ha la possibilità di supervisionare e controllare il sistema in oggetto semplicemente utilizzando una app installata su un proprio dispositivo. Inoltre, la significativa mole di dati che viene generata dai sensori (Big Data) ed archiviata in database cloud, diventa la materia prima per la generazione di algoritmi di auto-apprendimento atti alla regolazione automatica, il controllo predittivo e la predictive maintenance dell’edificio e dei suoi impianti. 

L'integrazione tra il Digital Twin e il modello BIM di un edificio

Dal Machine Learning al Building Behaviour Learning: gli sviluppi futuri

La tematica del building information e dei dati rilevati in campo è fondamentale nel Progetto citato, in quanto gli edifici hanno la possibilità di apprendere dai dati raccolti ed agire di conseguenza, declinando il concetto di Machine Learning in Building Behaviour Learning.

È evidente che l’implementazione di logiche di controllo di questo tipo permettono il conseguimento di un serie di vantaggi di varia natura, da quelli tecnici ad ambientali ed economici. Infatti, una regolazione che segue autonomamente, ad esempio, il profilo termico dell’edificio, presenta segnali di attuazione e consumi nettamente ottimizzati, specificatamente calibrati per il sistema in oggetto da controllare.