Digital Twin e Asset Management System verso l'ispezione visiva virtuale

Sulle attività, formulate attraverso il progetto pilota, è stata sviluppata una procedura di modellazione BIM “speditiva” al fine di giungere a modelli informativi per l’uso “ispettivo”. L’integrazione del BMS in SIOS del progetto pilota è stata impostata per essere estesa ad un’intera tratta autostradale.

Nel documento vengono descritti le procedure e i data flow attinti dai dati di inventario e di ispezione disponibili all’interno delle banche dati SINA (SIOS, database sismica, ecc.) per la modellazione BIM.

Inoltre, per lo sviluppo dell'Asset Management, viene illustrato come l'approccio multilivello delle Linee Guida sia applicato in un flusso informativo, necessario per l’impostazione di criteri di scelta degli interventi di manutenzione ordinaria, straordinaria e di ripristino, basati sulla valutazione probabilistica dell’avanzamento del degrado.

Sintesi delle attività e dei risultati del progetto pilota di digital twin e bridge management system

Lo sviluppo del progetto pilota ha definito due possibili metodologie SINA per l’applicazione di un “digital twin” per la registrazione dei dati di ispezione visiva. Tale progetto pilota ha definiti i possibili scenari di integrazione tra modelli informativi e dashboards di business intelligence.

Principalmente i due approcci principali, identificati per la integrazione tra dati di ispezione visiva e modelli informativi sono:

1. Approccio specifico tecnico-ingegneristico: virtualizzazione del degrado, attraverso apposita modellazione geometrica e informativa, su ciascun elemento del viadotto. Tale virtualizzazione viene adottata, per esempio, in caso di anomalie particolarmente estese o per le strutture critiche, si identificano, così, per esempio:

• la posizione del degrado e la sua estensione,
• la posizione, a titolo di esempio, di eventuali sensori,
• la quantificazione dell’estensione degli eventuali interventi di manutenzione, ripristino o necessità di sostituzione.

2. Approccio Asset Management: virtualizzazione degli stati di servizio degli elementi, attraverso appositi parametri informativi, come sistema di supporto alle decisioni, applicato a livello di “elementi tipologici” costituenti la struttura nel suo complesso.

Le dashboards sviluppate attraverso appositi applicativi di business intelligence, integrati con i modelli informativi, permettono la visualizzazione dinamica delle informazioni. Ad esempio, a seconda dell’elemento selezionato, tali dashboards si aggiornano in tempo reale, mostrando le informazioni relative ai dati di inventario ed ispezione.

Inoltre, per testare ulteriormente l’integrazione tra modelli informativi e dati ispettivi, è stata creata una dashboard apposita per la geolocalizzazione dell’opera e di ciascun elemento e il collegamento con i dati ispettivi e gli indici di calcolo, sviluppati per la quantificazione del degrado e del corrispondente “indice di salute” dell’opera.

Le attività in fase di sviluppo sulla base del progetto pilota

Asset management

I risultati del progetto pilota sono stati estesi a un'intera concessionaria di ponti autostradali e il sistema SIOS è ora in fase di ulteriore sviluppo per:

• sistematizzare i risultati del progetto pilota,
• definire i criteri di selezione degli interventi tipologici di manutenzione, in funzione delle risultanze delle ispezioni visive;
• determinare i budget di manutenzione sulla base di diverse ipotesi di scenari di manutenzione e ripristino.

Come noto, SINA, per l’esecuzione dell’attività di ispezione delle opere, si basa su un metodo proprio – SIOS – che prevede la registrazione puntuale (tipologia, estensione, gravità e posizione) dei degradi di ogni elemento tipico del ponte (o di altra opera presente sull’infrastruttura) e l’assegnazione di un indicatore di livello di degrado puntuale per ogni elemento (Valore Indice VI) e per ogni successivo livello di aggregazione degli elementi (fisico, per campata ed opera; logico, per tipologia strutturale).

Tale indicatore definisce lo stato del ponte mediante un valore di attribuzione. Il sistema SIOS consente, quindi, di mettere a confronto tra loro tutte le opere di una infrastruttura o di differenti reti infrastrutturali.

Nell’attività di approfondimento del progetto pilota, sono state svolte un’analisi di raffronto ed una mappatura tra:

• Valore Indice (VI);
• Difettosità Relativa (DR), definita dalla LINEE GUIDA PER LA CLASSIFICAZIONE E GESTIONE DEL RISCHIO, LA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA ED IL MONITORAGGIO DEI PONTI ESISTENTI;
• Stati di servizio - definiti all’interno del Manual for Bridge Element Inspection di AASHTO.

Tali analisi sono state svolte per fornire agli sviluppatori SIOS una definizione parametrica per la corrispondenza e la determinazione degli stati di servizio a supporto del Bridge Management System da integrare in SIOS stesso. Dopo diversi approfondimenti e test, come prima impostazione del BMS, viene adottato il Valore Indice VI per definire i livelli di deterioramento degli elementi del ponte, lasciando comunque la possibilità di spostare tale input da Valore Indice a Dr.

La ragione di tale scelta risiede nel fatto che i dati per la definizione del Valore Indice sono elaborati utilizzando una formula logaritmica che, rispetto alla difettosità relativa (DR), definita nelle linee guida del Ministero dei Trasporti per i ponti di sicurezza, appare più esaustiva per l’accorpamento dei dati ispettivi negli stati di servizio.

Workflow per la determinazione degli interventi di manutenzione

Per poter determinare gli interventi necessari al ripristino degli elementi, sulla base dello stato di servizio definito dalle ispezioni visive, vengono predisposti appositi schemi di flusso, atti a illustrare il processo da tradurre in programmazione informatica. La struttura dei flussi si compone di vari step, in ciascuno dei quali entrano in gioco i parametri contenuti nelle linee guida per la sicurezza dei ponti, utili a determinare la natura del viadotto. La procedura di selezione degli interventi di BMS (work candidates), da sviluppare in SIOS, prevede, come primo criterio di selezione, l'identificazione della tipologia strutturale del ponte che deve essere analizzato.

Tale processo inizia con l’identificazione, per ciascun ponte che viene selezionato, dello scenario di riferimento per sviluppare i criteri di BMS.

Tale identificazione comprende:

• Materiale
• Luce campate
• Traffico Giornaliero medio

La combinazione di materiale, luce e schema statico, determina la classe di vulnerabilità del viadotto, così come illustrato nelle linee guida per la gestione dei ponti, di cui alla Figura 2 seguente.

Per quanto riguarda il traffico medio giornaliero tale informazione viene inserita nei criteri di selezione, in quanto può essere utile a individuare la strategia da adottare (parzializzazione delle carreggiate, chiusura della tratta, ecc..).

Una volta individuata la classe di vulnerabilità, viene sviluppata l’analisi delle unità elementari componenti il viadotto,
determinando, per ognuna di esse, lo stato di servizio in funzione del valore indice e le conseguenti azioni di intervento.

La scala di riferimento degli stati di servizio rimane la medesima per tutte le classi di vulnerabilità. I campi di variazione sul VI, che definiscono gli intervalli, possono essere differenti tra una classe e l’altra. Tali campi sono stati identificati, al momento, per la sola classe MEDIA, mentre essi restano da definire per le altre classi di vulnerabilità. La loro definizione potrà essere opportunamente scelta, in funzione degli interventi ritenuti più stringenti, a discrezione del concessionario.

A titolo di esempio è stato sviluppato un flusso su un viadotto di esempio, che presenta le seguenti caratteristiche:

• Materiale: c.a.p.
• Luce: 38m
• Traffico medio giornaliero: 13393
• Schema statico: Travata appoggiata a cavi post-tesi

Con riferimento alla tabella in Figura 2, la classe di vulnerabilità che risulta per il viadotto in esame è MEDIO-ALTA.

I dati forniti da SINA identificano i diversi stati di servizio di ciascun elemento in funzione dell’estensione del difetto.

La definizione dei campi di variazione del VI per le altre classi di vulnerabilità, in funzione delle corrispondenti azioni di ripristino e/o sostituzione ritenuti opportuni, verrà definita a seguito della messa a punto del primo prototipo di BMS elaborato dagli sviluppatori SINA.

Sulla base di quanto impostato, pertanto, ad ogni classe di vulnerabilità, corrisponde l'analisi degli elementi costituenti ciascuna opera e la conseguente determinazione, per ognuna di esse, degli stati di servizio in funzione del Valore Indice, sulla base del quale si ipotizzano diverse azioni di intervento.

I flussi sono progettati per definire i “trigger events” per la selezione degli interventi di manutenzione su diversi elementi ispezionati visivamente. La classe di vulnerabilità strutturale influisce sulla selezione degli interventi manutentivi, consentendo di calibrare la programmazione degli interventi, sulla base degli stati di servizio e della classe di vulnerabilità.

L'obiettivo dell'implementazione dell'elaborazione dei dati di ispezione SIOS consiste nel fornire un sistema di supporto alle decisioni per scegliere le azioni di ripristino e/o sostituzione in base alla classe di vulnerabilità a cui appartiene il ponte e agli stati di servizio.

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Nel pdf si parla dell’attività BIM a supporto dello sviluppo dell’Asset management, della creazione del database di elementi tipologici BIM e dell’importanza della trasformazione digitale a livello organizzativo e Sviluppi futuri.