Heritage BIM: un processo integrato tra rilievo 3D, dati diagnostici e modellazione parametrica

Building Information Modeling: obbligo, necessità ed opportunità

La metodologia Building Information Modeling costituisce un approccio multidisciplinare particolarmente appropriato per l'elaborazione della grande quantità di informazioni necessarie alla conoscenza preliminare, alla progettazione ed alla direzione dei lavori dei manufatti edilizi.

In particolare, si rivela molto efficace per la raccolta dei dati diagnostici relativi agli edifici esistenti, consentendo di implementare un modello parametrico che costituisce un database interoperabile, idoneo per classificare tutte le informazioni disponibili relative alle fasi progettuali e realizzative ed alla storia degli interventi pregressi.

Il modello BIM ha inoltre un ruolo chiave per consentire di gestire tutte le operazioni necessarie alla manutenzione e conservazione dell’edificio.

H-BIM: una scelta metodologica utile al progettista

L’obiettivo della metodologia Building Information Modeling (BIM) è di integrare tutte le informazioni relative al manufatto un unico data base in grado di operare, attraverso l’interscambio di dati, per tutto il ciclo di vita utile dell’edificio.

Questa potenzialità risulta se possibile ancora più interessante nel caso in cui ci si confronti con edifici esistenti, in quanto consente di operare fin dalle prime fasi progettuali utilizzando un “gemello digitale” dell’edificio, che viene implementato con tutte le informazioni che si rendono man mano disponibili. Si sottolinea come sia indispensabile seguire quello che la normativa definisce il “percorso della conoscenza” degli edifici esistenti (D.P.C.M. 09/02/2011 cap. 4.1) che, per loro natura, sono solitamente il risultato di complesse fasi costruttive ed evolutive, di stratificazioni materiche, di modifiche architettoniche e strutturali.

La metodologia BIM risulta estremamente efficace per assimilare e sistematizzare la vastissima messe di dati geometrici, storici e diagnostici che costituiscono l’esito di tale percorso. Ulteriore valore assume il processo nel caso in cui l’edificio in oggetto possa essere considerato “bene culturale”: in questo caso si evidenzia la necessità di tenere conto di ulteriori livelli valoriali e si fa riferimento al processo denominandolo più appropriatamente Heritage Building Information Modeling (HBIM).

L’effettiva acquisizione nella pratica professionale di questa metodologia progettuale (e gestionale) sta progressivamente affermandosi in Italia, soprattutto a seguito dell’obbligo normativo, a partire dal 1° gennaio 2025, di utilizzare la metodologia BIM per la gestione di tutti gli appalti pubblici di progettazione e realizzazione dei lavori superiori a 1 milione di euro (Codice dei Contratti Pubblici - D.Lgs. 36/2023), limite attualmente elevato a 2 milioni (D.Lgs. 209/2024).

Vogliamo tuttavia condividere la nostra riflessione in merito all’effettiva utilità del processo; in particolare sottolineando come, sulla base della nostra esperienza, non sussistano “fattori di scala” che rendano utile o conveniente l’utilizzo di questa metodologia progettuale, ma che essa, indipendentemente dalla dimensione del manufatto e dall’entità del progetto, possa essere applicata in modo efficace ed opportuno ad una ampia serie di casistiche operative. Nell’articolo successivo faremo riferimento ad alcuni tra i numerosi progetti che abbiamo affrontato professionalmente; specifichiamo che, seppure essi si riconducano nella loro totalità all’ambito “Heritage” che è il nostro principale settore operativo, per chiarezza di esposizione nel seguito faremo sempre riferimento alla metodologia di modellazione utilizzando l’acronimo BIM. Si precisa infine che in tutti i casi descritti tale metodologia è stata applicata come precisa scelta operativa, senza che sussistesse alcun obbligo normativo (i progetti descritti sono stati redatti tra il 2017 e il 2024), ma valutando l’opportunità in relazione agli specifici progetti.

Dal rilievo laser scanner alla modellazione BIM

Sebbene il modello possa essere sviluppato a partire dagli elaborati di rilievo tradizionale, la modalità operativa laser scanner è quella che meglio valorizza le peculiarità dell’approccio BIM in quanto, minimizzando l’errore di rilievo, migliora la precisione della restituzione. L’utilizzo della tecnologia laser-scanner 3D consente di acquisire una notevole densità di informazioni metriche, che risulta utile per la corretta e puntuale modellazione tridimensionale riducendo le approssimazioni tipiche del rilievo tradizionale.

Notoriamente il laser-scanner fornisce informazioni ridondanti in merito alla consistenza dell’organismo edilizio, ma proprio ciò costituisce il valore di tale tecnica, in quanto in fase di post-processamento dalla nuvola di punti acquisita possono essere ricavate indicazioni inizialmente non previste, utili tuttavia per la classificazione degli elementi strutturali e per l’individuazione delle peculiarità costruttive del manufatto.

Il rilievo effettuato con tecnica laser-scanner si può quindi considerare imprescindibile prerequisito del modello BIM e allo stesso tempo parte integrante della metodologia di modellazione, nonché base per l’efficace progettazione ed implementazione di una successiva campagna diagnostica. La nuvola di punti acquisita, riletta alla luce dei dati documentali relativi alle fasi costruttive che devono essere resi disponibili dalla ricerca storico/documentale, costituisce il punto di partenza per realizzare il “gemello digitale” dell’edificio.

La modellazione BIM di un edificio esistente è di tipo Real-Based e consente di restituirei dati di rilievo ed indagine ricreando l’oggetto reale mediante elementi parametrici. L’approccio a tale schematizzazione dipende dall’obiettivo dell’intervento e quindi, a titolo di esempio, il modello parametrico necessario per la progettazione di un intervento di restauro o di un intervento impiantistico conterrà informazioni e avrà tolleranze specifiche, differenti da quelle di un modello necessario per effettuare la sola valutazione di vulnerabilità sismica dell’edificio.

L’approccio che parte dalla metodologia di rilievo laser-scanner consente di non ridurre la densità delle informazioni geometriche acquisite, in quanto è possibile integrare nel modello la nuvola di punti, che viene importata nel software di modellazione BIM in un formato compatibile (es. .rcp per Autodesk Revit). Così vengono mantenute tutte le informazioni geometriche disponibili e nel contempo la modellazione può essere impostata prioritariamente attraverso elementi parametrici, evitando di perseguire una rigorosa precisione geometrica che imporrebbe l’eccessivo utilizzo di modelli generici e masse che non sono completamente parametrizzabili e quindi non sfruttano a pieno le potenzialità della metodologia.

Nell’approccio al BIM è importante considerare che fin dal principio il modello di un edificio deve essere idoneo ad evolvere nel tempo venendo arricchito con le informazioni che saranno rese disponibili durante la fase di approfondimento diagnostico, durante le fasi progettuale e realizzativa e durante la vita utile dell’edificio.

La diagnostica strutturale

L’implementazione di tutte le informazioni acquisite nel corso delle fasi di rilievo, ispezione e ricerca documentale nello stesso modello fornisce una visione d’insieme e nel contempo dettagliata della storia delle trasformazioni susseguitesi nell’edificio e risulta fondamentale per effettuare una ricognizione preliminare che consenta di distinguere la cronologia dei vari elementi, fattore essenziale sia per valutare il comportamento strutturale sia per sviluppare in modo informato ed appropriato le successive fasi diagnostiche.

La documentazione storica acquisita, in particolare, viene catalogata all’interno dell’ACDat permettendo di ottenere un collegamento univoco fra l’elemento parametrico modellato ed il documento da cui sono state reperite le informazioni rilevanti. Sulla base di questi dati è possibile pianificare una campagna di prove in sito idonea per pervenire alla conoscenza dei dettagli costruttivi e delle caratteristiche intrinseche e di degrado dei materiali, perseguendo il livello di conoscenza appropriato per sviluppare i successivi approfondimenti progettuali.

Come noto si procede preliminarmente mediante un’ispezione visiva dettagliata, che comprende anche l’identificazione del quadro fessurativo e deformativo; successivamente si procede combinando in situ prove leggermente distruttive (MDT) e prove non distruttive (NDT) che consentono di estendere le informazioni numeriche fornite dalle prime ad ampie zone del manufatto senza impatto sullo stesso. Il rilievo a vista dei dettagli costruttivi viene così precisato mediante endoscopie ed analisi termografiche che, rilevando la temperatura superficiale, consentono di identificare la tessitura muraria al di sotto gli intonaci e di localizzare le eventuali discontinuità materiche. Con procedimento complementare vengono effettuate scansioni con Ground Penetrating RADAR (GPR), che nella sua applicazione più aggiornata è ottimizzato con la tecnologia SFCW (Stepped Frequency Continuous Wave), e prove soniche/ ultrasoniche, che anche in questo caso possono essere implementate con la tecnica Ultrasonic Pulse-Echo fornendo eco-grafie della sezione muraria che evidenziano la presenza di discontinuità geometriche e materiche nel corpo murario.

La caratterizzazione meccanica delle murature viene infine effettuata attraverso prove con martinetti piatti (MDT), che consentono di determinare le caratteristiche di deformabilità delle murature e di stimarne la resistenza a compressione, correlando ed estendendo successivamente i risultati con i valori della velocità di propagazione nel materiale delle onde di pressione (NDT) e con quelli delle prove di penetrazione sulle malte.

Implementazione dei dati diagnostici nel modello BIM

Le informazioni diagnostiche raccolte vengono inserite nel modello BIM caratterizzando gli elementi strutturali attraverso la codifica e la parametrizzazione degli stessi. Per rendere realmente efficace il processo di gestione dei dati diagnostici risulta necessario applicare al software di modellazione specifiche strategie che consentano di interrogare in modo agevole gli elementi modellati; si opera quindi abbinando agli elementi parametrici una serie di parametri descrittivi delle sue caratteristiche. La scelta di cosa rappresentare e di come parametrizzare i dati costituisce un’operazione di notevole complessità, che risulta la chiave per rendere il modello BIM efficace strumento progettuale.

La potenzialità del processo di modellazione consiste nel fatto che, se la parametrizzazione degli elementi viene opportunamente schematizzata fin dall’inizio, essa può essere successivamente implementata, seguendo il progressivo approfondimento del processo diagnostico ed acquisendo le ulteriori informazioni che vengono ordinariamente rese disponibili nel corso degli interventi in cantiere ed anche nel corso della vita utile dell’edificio.

Infatti, i modelli informativi sono caratterizzati da dati e contenuti informativi contemporaneamente digitali, relazionali (parametrici) e strutturali rielaborabili: durante il passaggio da un livello di dettaglio con minore definizione ad uno con maggiore definizione i dati contenuti nel modello devono essere considerati consolidati rispetto al livello precedente e non adeguati rispetto al livello successivo.

Le fasi di progettazione e Direzione dei Lavori gestite mediante BIM

L’utilizzo del BIM come strumento progettuale per gli interventi sulle costruzioni esistenti risulta sostanzialmente simile a quanto applicato nel campo delle nuove costruzioni. Anche in questo caso è tuttavia opportuno sottolineare alcune significative peculiarità; in particolare nella progettazione degli interventi su manufatti esistenti i nuovi elementi progettuali devono essere integrati all’interno di un modello rappresentante lo stato di fatto che pone vincoli geometrici ben precisi.

Il livello di dettaglio del modello deve quindi avere la definizione necessaria per consentire di valutare accuratamente le interferenze geometriche derivanti dal contesto architettonico. Per la modellazione di elementi particolarmente complessi, è di fondamentale importanza la già citata gestione della sovrapposizione tra il modello e la nuvola di punti, che consente il controllo dettagliato delle interferenze anche in corrispondenza di elementi che sono stati rappresentati in maniera semplificata.

L’aspetto più gravoso nella fase progettuale risulta certamente la necessità di creare elementi parametrizzati ad hoc, utili per caratterizzare in maniera dettagliata l’elemento costruttivo esistente (da modificare) o di progetto. Notevole vantaggio si ottiene peraltro dalla semplificazione nella gestione dei dati ottenuti dalla campagna diagnostica che, opportunamente implementati nel BIM, costituiscono un fondamentale supporto per la calibrazione puntuale delle scelte progettuali.

La gestione degli aspetti economici del progetto viene poi effettuata per mezzo di plug-in che permettono di gestire l’interfaccia tra il software di modellazione BIM e quello computazionale. Con questa metodologia la voce di computo viene abbinata al materiale, ad un elemento piuttosto che ad un insieme di elementi parametrizzati; ciò consente nella successiva fase di realizzazione dell’intervento un aggiornamento continuo ed automatico, fornendo l’immediato riscontro in merito alle implicazioni economiche conseguenti alle eventuali scelte di variante.

Nella successiva fase di cantiere il modello BIM, opportunamente sviluppato, risulta estremamente efficace per supportare le scelte operative della Direzione dei Lavori, per redigere i documenti contabili e per predisporre gli Stati di Avanzamento Lavori. Qualsiasi scelta sia necessario effettuare in fase di cantiere può trovare riscontro nella modellazione, permettendo di valutare in tempi rapidi le interferenze con altri sistemi o elementi all’intorno (attuali e future, geometriche ed economiche) e garantendo così il controllo immediato dell’intero processo produttivo. Con questa modalità il modello si mantiene sempre aggiornato e coerente con quanto realizzato, costituendo così l’“as-built” che risulterà automaticamente aggiornato alla fine dei lavori.

Il BIM nel corso della vita utile dell’edificio

A condizione di tenerne conto fin dalle fasi di impostazione del modello, ovvero di avere modellato gli elementi correlandoli al Piano di Manutenzione mediante parametri rilevanti, l’approccio BIM costituisce anche un supporto efficace per gestire la manutenzione e la conservazione del manufatto. A ciascun elemento modellato, ritenuto omogeneo per materiali, tecniche impiegate e condizioni di esposizione alle sollecitazioni antropiche ed ambientali, può essere assegnato uno specifico parametro caratterizzato da un codice alfanumerico (derivante da una preliminare scomposizione del manufatto in ambienti e in elementi) in grado di identificarlo in modo univoco.

Il modello viene poi gestito creando ed eventualmente esportando semplici abachi che riportano gli elementi codificati, tavole bidimensionali o con viste tridimensionali in cui vengono esplicitate le codifiche, oppure interrogandolo direttamente mediante un semplice visualizzatore. Ciò fornisce ai gestori del bene informazioni continue ed interoperabili relative alla programmazione delle operazioni preventive/manutentive necessarie ed indicazioni in merito ai tempi ed alle risorse. Al termine di ogni azione manutentiva deve essere ovviamente effettuato il feed-back del database che consente di mantenere attivo lo storico delle operazioni realizzate.

Ringraziamenti

Vogliamo ringraziare i committenti con cui abbiamo condiviso la scelta (che riteniamo virtuosa) di operare con metodologia BIM, ovvero il Palazzo Ducale di Genova, la Provincia di Como, i Comuni di Tirano e di Berbenno in Valtellina e la Regione Valposchiavo in Svizzera, in particolare gli Uffici Tecnici dei suddetti enti per il loro supporto. Vogliamo ringraziare inoltre l’arch. Roberto Segattini e l’arch. Evaristo Zanolari, con i quali abbiamo collaborato rispettivamente nella progettazione degli interventi di Genova e di Poschiavo.