Dal BIM al FEM: l’evoluzione dell’IFC verso il dominio strutturale

L’articolo di Edoardo Nagliati approfondisce l’evoluzione dello standard IFC (Industry Foundation Classes) verso il dominio strutturale (IfcStructuralAnalysisDomain), che consente di descrivere non solo la geometria degli elementi edilizi, ma anche vincoli, carichi, nodi e risultati delle analisi FEM.

Questa innovazione rappresenta un passo decisivo per l’interoperabilità BIM–FEM, superando le attuali barriere tra i software di modellazione architettonica e quelli di calcolo strutturale, e creando un flusso di dati continuo, affidabile e verificabile.

L’autore illustra inoltre come PRO_SAP stia concretizzando questa evoluzione con nuove funzioni di correzione automatica della geometria, gestione delle armature e scambio dati IFC strutturale, aprendo la strada a un BIM realmente integrato anche dal punto di vista ingegneristico.

       

Che cosa è l'IFC “Industry Foundation Classes”

L’IFC “Industry Foundation Classes” è uno standard internazionale aperto per lo scambio di dati nei processi Building Information Model (BIM), che vengono condivisi tra le applicazioni software utilizzate dai vari attori del settore delle costruzioni o della gestione degli edifici e delle infrastrutture.

Lo standard IFC consente, dunque, di descrivere geometrie e proprietà degli elementi edilizi. Attraverso il dominio strutturale (IfcStructuralAnalysisDomain) offre, inoltre, la possibilità di trasferire informazioni fondamentali per il calcolo FEM, come vincoli, carichi e risultati delle analisi.

Questa evoluzione riduce passaggi intermedi, semplifica il flusso di lavoro tra modellazione e analisi strutturale e rende affidabile lo scambio di modelli.

In questa direzione si muove PRO_SAP, che da anni investe nell’integrazione del formato IFC, puntando a un’interoperabilità sempre più completa e precisa.

  

Architettura a livelli IFC: reference, core, interoperability, domain

Nello schema IFC, le entità che rappresentano i dati sono categorizzate in quattro livelli concettuali.

La figura sottostante mostra l’architettura a livelli (layered architecture) dello schema IFC.

 

Passando dal livello più basso (reference layer) a quello più alto (domain layer), aumenta la specificità delle informazioni.

 

Elementi “Architettonici”

Generalmente, le informazioni di carattere strutturale scambiate tra i principali software di Bim Authoring e software di analisi strutturale si fermano all’interoperability layer (in particolare alle entità appartenenti a “Shared Building Elements”).

Gli elementi (ad esempio muro – ifcwall, trave - ifcbeam, colonna - ifccolumn, solaio - ifcslab) sono i componenti fondamentali della struttura grezza dell’edificio, centrale per lo scambio dei dati di progetto.

Per ciascuno di questi elementi vengono fornite:

• la geometria degli oggetti (pilastri, travi, pareti, solai, ecc.),
• le informazioni di classificazione,
• eventuali proprietà aggiuntive associate agli elementi (materiali, stratigrafie, computi, ecc.).

 

Criticità a livello strutturale

Dal punto di vista strutturale, tuttavia, le informazioni presenti a questo livello non sono sufficienti a risolvere alcune criticità nel processo di importazione o esportazione verso/da un software FEM:

•  La rappresentazione degli elementi, dipendente dal software di esportazione, può essere varia. Talvolta l’elemento viene rappresentato per facce (BREP), e questo rende molto complessa la conversione ad elemento finito, soprattutto se la geometria è definita da intersezioni con altri elementi (vedi immagine successiva)

  

• Poiché a questo livello la rappresentazione degli elementi è una rappresentazione solida, le linee d'asse degli elementi spesso e volentieri non convergono in un unico punto, sebbene in vista 3D gli elementi possano sembrare correttamente collegati. Questo significa che per ricavare un modello analitico occorre correggere la geometria e ricostruire la connettività.

Per fare fronte a questo problema PRO_SAP prevede un comando automatico di correzione della geometria.

 

  

Con il comando Modifica -> Aiuto per BIM è possibile specificare il raggio di azione per la correzione automatica della geometria.

È possibile effettuare l’aggiustamento automatico di tutta la geometria o scegliere la singola tipologia di elemento da correggere (Quote, Pilastri, Pareti, Travi, Solai).

• A questo livello non sono descritte informazioni fondamentali per la definizione di un modello ad elementi finiti: vincoli e carichi agenti sulla struttura.

 

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Il formato IFC è stato sviluppato con l’obiettivo di facilitare lo scambio di informazioni tra i modelli informativi e i software di calcolo strutturale. Tuttavia, permangono alcune limitazioni che possono complicare il lavoro degli ingegneri. Esaminiamole insieme nel dettaglio.

 

Dominio Strutturale

Per superare le limitazioni indicate precedentemente, è possibile considerare entità appartenenti al Domain Layer, ovvero il livello con maggiore specificità. In particolare, per quanto riguarda l’importazione e esportazione verso software FEM, è di naturale interesse il dominio riguardante l’analisi strutturale (IfcStructuralAnalysisDomain).

In questo caso non si ragiona più solo in termini di volumi solidi, ma di linee d’asse e superfici di calcolo. Gli elementi si connettono direttamente nei nodi, formando già un modello analitico pronto per l’analisi FEM.

In questo dominio sono presenti entità che permettono di trasferire informazioni non solo sulle geometrie ma anche:

• vincoli e connessioni,
• carichi e combinazioni
• risultati delle analisi in termini di sollecitazioni e spostamenti.

Si può ottenere, quindi, un modello molto più vicino a quello che lo strutturista utilizza realmente per il calcolo, con meno passaggi intermedi e meno possibilità di errore.

La lettura e scrittura di queste entità non è attualmente molto diffusa, ma per quanto esposto precedentemente è di notevole interesse per semplificare il flusso di lavoro tra modellazione architettonica e strutturale, nonché per permettere l’interscambio di modelli tra software FEM per effettuare validazioni delle analisi e dei risultati, sempre più richieste.

  

L’impegno di PRO_SAP: implementazioni IFC oggi e prossimi step

Da anni PRO_SAP supporta la lettura e scrittura del formato IFC, permettendo a progettisti e studi tecnici di scambiare dati con le principali piattaforme BIM.

Recentemente è stata aggiunta la gestione dei ferri di armatura per gli elementi in cemento armato, arricchendo ulteriormente le informazioni disponibili nel modello IFC.

  

Parallelamente, è in via di completamento l’implementazione della scrittura e lettura del dominio strutturale IFC(IfcStructuralAnalysisDomain), che consentirà di importare ed esportare modelli già pronti per il calcolo, riducendo tempi e semplificando il flusso di lavoro tra modellazione architettonica e analisi strutturale.

Un passo importante per chi lavora in ottica BIM e vuole un’integrazione sempre più fluida tra discipline diverse, senza rinunciare alla precisione del modello strutturale.

 

  

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Conclusioni IN BREVE

L’evoluzione dello standard IFC verso il dominio strutturale segna un passaggio decisivo per l’interoperabilità tra modellazione BIM e analisi FEM.

Se in passato l’attenzione era rivolta quasi esclusivamente alla descrizione geometrica degli elementi, oggi l’IfcStructuralAnalysisDomain consente di trasferire al software di calcolo informazioni chiave come assi analitici, vincoli, nodi, carichi e combinazioni. Questo avvicina concretamente il modello BIM al modello strutturale, riducendo i passaggi intermedi e gli errori dovuti a trascrizioni manuali.

Per i progettisti, questo significa poter contare su un flusso di lavoro più lineare e affidabile, in cui il modello digitale diventa la base non solo per la rappresentazione architettonica, ma anche per la verifica strutturale.

L’adozione del dominio strutturale IFC rappresenta quindi una tappa fondamentale verso un BIM realmente integrato, in grado di supportare l’intero ciclo di vita dell’opera: dalla concezione alla progettazione, fino al calcolo e alla gestione.