Edifici esistenti in muratura: dal digital twin all'Historical BIM

Il paradigma del rilievo è profondamente modificato in quanto non solo si può acquisire la geometria degli oggetti, ma altre caratteristiche come il colore, la luminanza la riflettanza e con opportuni sensori anche le mappe di temperatura, ma quello che è realmente in vantaggio è che l’acquisizione non si limita al solo oggetto, ma al suo contesto come alberi, impianti e arredi.

Questo garantisce la possibilità di poter spingere il dettaglio di restituzione senza effettuare ulteriori sopralluoghi, ma semplicemente utilizzando quanto già acquisito. E’, quindi, importante una buona pianificazione del rilievo al fine di ottenere dallo stesso il maggior contenuto di informazioni possibili affinché esso sia uno strumento che accompagni, in questo caso l’edificio, per molto tempo.

Negli ultimi anni, con l’ausilio delle tecnologie BIM e nuove tecnologie di analisi progettuale, si è osservata, non solo la possibilità di virtualizzare prodotti, ma anche componenti e edifici interi.

In genere nella progettazione di nuovi edifici la virtualizzazione è una prassi che si sta consolidando con una certa velocità, il che è comprensibile in quanto si parte dalla concezione e si procede con un processo che oramai è totalmente digitale. L’epoca del tecnigrafo digitale (CAD) è superata anche nel mondo dell’edilizia.

Cosa succede, però, quando si ha a che fare con edifici esistenti? Quando gli standard che definisco l’edificio pensato nel mondo odierno decadono? Dove le geometrie non seguono uno sviluppo regolare e razionale, ma sono il frutto dell’evoluzione dell’edificio nella sua vita con continue modifiche legate alle più svariate necessità?

Questo è il caso degli edifici in muratura che, nel mondo del BIM, sono codificati come HBIM (Hystorical BIM), in cui la modellazione diventa più complessa utilizzando particolari tecniche di modellazione e gestione al fine di rendere la virtualizzazione efficace allo scopo specifico prefissato.

È importante definire la base di partenza che permetta questo passaggio e che accomuna tutti gli edifici esistenti. Infatti, non è proponibile avviare un sistema BIM partendo unicamente dai disegni di progetto. Nei fabbricati esistenti l’unicità progettuale non è un parametro scontato, in quanto essa è il frutto di avvicendamenti storici non sempre codificati e mappati.

Le basi del rilievo: un breve richiamo

Come si insegna nei corsi di base ad Architettura e Ingegneria, l’essenza di un progetto è un rilievo.

Esso è uno dei complessi di attività più antiche che l’uomo abbia utilizzato e che gli ha permesso, prima in modo rudimentale di acquisire le geometrie degli oggetti che doveva realizzare o copiare. Rispetto al passato le tecniche si sono molto evolute, si è passati da misurazione con canne metriche, squadri agrimensori, fettucce, fili invar, tacheometri e teodoliti ottici, distaziometri laser, fino alle recenti tecniche basate su laser scanner.

Il concetto di misurazione è sempre lo stesso, cambia la tecnica e il mezzo di confronto, la lunghezza di un filo con la lunghezza d’onda, l’esecuzione di triangolazioni più o meno raffinate di pochi punti essenziali contro triangolazioni e tecniche di intelligenza artificiale applicate a milioni di punti.

Con l’avvento delle tecniche laser scanner è possibile procedere all’acquisizione di una notevole quantità di dati. L’attività di rilievo ha subito un’evoluzione enorme anche in senso concettuale oltre che tecnologico in quanto non è più da intendersi come una mera raccolta di geometrie, ma una raccolta massiva d’informazioni.

Esso è il pre-processore di ogni processo BIM. Rispetto alle tecniche tradizionali il lavoro del rilevatore è cambiato, prima doveva scegliere in sito i punti necessari e rappresentativi dell’edificio da rilevare, oggi deve scegliere quali informazioni di quelle che ha acquisito sono necessarie per la restituzione finale.

L’indubbio vantaggio di questo approccio è che le informazioni raccolte e collezionate sono sempre disponibili e possono essere integrate nel modello digitale in qualsiasi momento. Questo aspetto non è secondario se si pensa che una buona acquisizione permette di evitare il ritorno in campo.

Gli strumenti di acquisizione per un rilievo HBIM

Il mercato mette a disposizioni diverse tipologie di scanner le cui caratteristiche sono variabili e finalizzate a determinate applicazioni.

Le tipologie di laser scanner

Si parte da scanner a prestazioni ridotte, estremamente portatili di tipo statico che acquisiscono poche centinaia di migliaia di punti al secondo con qualità mediocre. Essi sono già utili ad acquisire, ad esempio, appartamenti di media taglia in tempi più che dimezzati e con una qualità delle informazioni che permette lo sviluppo di disegni con un grado di dettaglio esecutivo, proseguendo nell’esempio, in scala 1:50.

Vi sono poi scanner da produzione. Si parte con prodotti ad elevata velocità di acquisizione dei dati (oltre il milione di punti al secondo), con una qualità del dato mediocre: alto numero di punti con del disturbo dato dalla rifrazione del raggio laser; fino a scanner che riescono a mettere insieme qualità e velocità.

Essi sono utilizzati per acquisizioni di alto livello con alta pulizia del dato acquisito; sono dotati di compensatori biassiali o piattaforme inerziali per compensare le carenze di verticalità.
Infine, nella stessa categoria, vi sono scanner multi-eco che permettono, in determinate condizioni, di “penetrare” la vegetazione.

La struttura di un laser scanner

Semplificando molto la struttura di un laser scanner i componenti essenziali sono la sorgente laser o emettitore del segnale (in genere un diodo emettitore), lo specchio rotante di riflessione e un diodo ricevente, una descrizione molto accurata si può trovare in Bornaz da cui si riporta questa figura di schematizzazione per uno scanner distanziometrico, ossia scanner che lavorano per coordinate polari rispetto al loro centro.

Esistono anche scanner triangolari che utilizzano principi di misurazione basati sul metodo dell’intersezione in avanti tramite una base di misura nota che hanno però limiti pratici di maneggevolezza e portate limite a qualche metro, ma con precisioni sub-millimetriche.

Vi è poi infine una famiglia a parte di scanner: gli scanner cinematici o mobili che permette la rilevazione mentre si cammina, hanno il prego della rapidità dell’acquisizione, ma non quella di una elevata qualità del dato acquisito.

A prescindere di dove ci si voglia collocare con la qualità e velocità dell’acquisizione, non vanno dimenticati alcuni principi essenziali del rilievo, in quanto il potenziamento tecnologico ci spinge, forse, troppe volte, a trascurare la progettazione delle nostre acquisizioni che deve rispettare i principi base che osserveremmo con un rilievo tradizionale ad esempio:

• garantire il collegamento tra le stanze, fare punti di appoggio sui cambi di quota, evitare di rilevare troppo vicino alle pareti,
• a prescindere dai compensatori biassiali posizionare il più possibile gli scanner su piani orizzontali,
• integrare il rilievo con forzature tramite target di varia natura per ridurre gli effetti di deriva orizzontale e verticale o comunque tali da avere ridondanza nelle tecniche di registrazione;
• porre attenzione alla bisezione delle parti di interesse;
• eventuale supporto topografico per la definizione di poligonali di forzamento in caso di edifici molto estesi.

Modalità di impostazione di rilievo HBIM

Lo scopo primario di un rilievo di un edificio esistente è quello di acquisire le geometrie con la migliore precisione possibile, quindi acquisire le dimensioni dell’edificio e delle sue singole parti, i fuori squadra e i fuori piombo, i disallineamenti tra pareti.

In funzione di come è strutturato l’edificio e di quello che risulta in vista si possono acquisire posizioni delle travi, spessori di solaio, posizione degli impianti, posizione degli arredi, avendo così non solo un rilievo geometrico ma l’acquisizione di vere e proprie informazioni utili a dettagliare il modello HBIM che si sta predisponendo.

Queste informazioni permettono di anticipare molte delle problematiche di cantiere che spesso con le tecniche di rilevazione classica non si riescono neppure ad acquisire se non tramite complesse operazioni.

Si riporta uno stralcio di un rilievo di un edificio in muratura a cui si è sovrapposto il rilievo eseguito con tecnica classica e quello laser scanner in colore ciano.

Come si può osservare nella rilevazione originaria, anche se eseguita con una buona attenzione, vi sono delle rotazioni che portano ad una deriva del rilievo a causa degli errori di riporto dei pochi punti acquisibili con la tecnica classica, questo determina un errore che si ripercuote ad esempio sulle forometrie delle finestre e delle porte oltre che su alcuni spessori murari dove probabilmente il restitutore compensò tutti gli errori per chiudere correttamente il rilievo.

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