Il BIM e la Progettazione Innovativa

1. INTRODUZIONE

La progettazione di entità complesse, quali edifici o singoli oggetti, è oggi sempre più affidata al BIM (Building Information Modeling), che si conferma essere una metodologia di gestione intelligente dei processi architettonici ma non solo.

A tale proposito, il Politecnico di Milano ha stipulato alcune collaborazioni con aziende ed enti quali Basf, Acca Software, Noovle, Fasternet, Berna Costruzioni, Arcivescovado di Milano, etc. che investono nella ricerca e nello sviluppo di prodotti sperimentali, pensati e gestiti in ambiente BIM. I campi di sperimentazione sono diversi tra loro e variano dalla gestione delle informazioni all’interno di una piattaforma di condivisione dei dati e validazione dei modelli fino ad arrivare a coordinare le emergenze all’interno di edifici pubblici e privati. Da qui parte la necessità di far comprendere le potenzialità del BIM in ambiti che, seppur diversi tra loro, hanno in comune una metodologia di fondo che consente di gestire nel dettaglio il processo nel suo sviluppo temporale, dalla strategia alla manutenzione.

Alla base di queste sperimentazioni vi è un panorama variegato, dettato da normative e ricerche pregresse. Risulta di fondamentale importanza fare un breve excursus dello stato dell’arte per capire l’innovazione della metodologia BIM, in particolare nei tre ambiti analizzati.

1. STATO DELL’ARTE - Ing. Valentina Napoleone

1.1. L’ANALISI DEI MODELLI E LA GESTIONE DEI PROGETTI

La gestione efficace di un progetto si traduce in riduzione di tempi e costi.

Poter verificare velocemente che un progetto rispetti predeterminate regole, che siano esse specifiche per la singola opera o determinate dalla normativa nazionale, significa limitare gli errori e la necessità di interventi successivi. L’utilizzo di una metodologia BIM consente di validare automaticamente modelli multidimensionali mediante l’utilizzo di programmi riconosciuti, detti software di verifica regolamentare di code checking.

I paesi più avanzati nel settore delle costruzioni hanno già compreso i preziosi vantaggi derivanti da questa pratica e stanno compiendo notevoli passi avanti nello sviluppo di sistemi di controllo automatizzati, promuovendone lo sviluppo e la diffusione con finanziamenti e corsi di formazione. Validare automaticamente un progetto è solo uno dei numerosi vantaggi derivanti dall’utilizzo del BIM, vantaggi che consentono di massimizzare la produttività.

La gestione efficace di un progetto, inoltre, non può prescindere da un’ottica incentrata sulla gestione delle informazioni. Infatti, questa rivoluzione digitale risulta essere efficace solo se abbinata ad un metodo di lavoro basato sulla collaborazione e condivisione efficiente delle informazioni. I soggetti coinvolti nel processo sono molti e le informazioni in continuo aggiornamento.

La nascita del BIM si porta dietro la necessità di avere un unico “ambiente digitale di raccolta organizzata e condivisione di dati relativi ad un’opera”. Un luogo che faciliti l’automazione del coordinamento informativo tra i soggetti interessati, garantendo trasparenza e riduzione di errori causati, ad esempio, da ridondanza o duplicazione di dati. Questo ambiente, descritto per la prima volta in maniera organica nelle PAS 1192 (CDE - Common Data Environment), assume il nome di Ambiente di condivisione dati (ACDat) nella norma italiana volontaria UNI 11337, che ne definisce requisiti ed obiettivi.

Si tratta di ambiente unico, in cui ogni dato ed informazione vengono gestiti centralmente durante tutto il ciclo di vita dell’edificio; dalla fase iniziale, strategica, a quella di esercizio e manutenzione. Ciò consente a tutti gli attori che prendono parte al processo di relazionarsi, condividendo dati e scelte progettuali, costruttive o manutentive.

Sono diverse ormai le case software leader nel settore AEC (Architecture, Engineering, Construction) che, consapevoli della necessità ottimizzare l’intero flusso informativo, stanno sviluppando piattaforme di collaborazione cloud che permettono una strutturata condivisione di dati, informazioni e contenuti informativi, dove ogni attore, in qualsiasi fase del processo, può interagire efficacemente con gli altri.

1.2. IL BIM E LA DIGITALIZZAZIONE DEI PRODOTTI

L’analisi e la gestione dei progetti non è l’unico aspetto del mondo delle costruzioni coinvolto nella diffusione della metodologia BIM. Quello dei componenti, ad esempio, rientra tra i settori maggiormente interessati da questa innovazione digitale. Numerose aziende produttrici hanno investito, e tutt’ora investono, sulla digitalizzazione dei loro oggetti, in risposta alla richiesta sempre più diffusa dei progettisti di poter accedere direttamente alle loro librerie BIM.

L’oggetto digitale (molto spesso denominato semplicemente “oggetto BIM”) contiene le caratteristiche tecniche del prodotto (geometria, prestazioni, ambiti di utilizzo), ma uno dei principali vantaggi è che non è solo un mero contenitore di informazioni. Ogni prodotto infatti, se correttamente modellato, è in grado di relazionarsi con il resto del modello, assolvendo alla sua funzione in coordinamento con gli altri. Per esempio, gli oggetti impiantistici saranno in grado di collegarsi tra loro e formare un circuito chiuso, e di conseguenza sarà possibile estrapolare delle informazioni o effettuare dei calcoli di dimensionamento dell’impianto. Attualmente sono presenti sul mercato diverse piattaforme che mettono a disposizione alcuni oggetti digitali stand alone, quelli più utilizzati e/o richiesti dagli utenti. Gli oggetti avranno un livello di sviluppo (LOD) diverso in base agli obiettivi richiesti dalla fase del processo progettuale in cui sono utilizzati.

1.3. GESTIONE BIM DEGLI IMMOBILI

Anche il settore relativo alla gestione degli immobili (e delle emergenze) sta acquisendo consapevolezza dei numerosi vantaggi derivanti dall’utilizzo del Building Information Modeling.

Nel panorama immobiliare, infatti, l’ambiente BIM si conferma essere un importante strumento di Space Management e di Facility Management, in quanto consente di ottenere in modo grafico (tridimensionale e bidimensionale) e informativo, le caratteristiche spaziali dell’edificio. Permette in questo modo una visualizzazione affidabile di tutti i locali che compongono l’immobile (e non solo), interrogandone le informazioni puntuali relative ad esempio alla superficie, al volume, alle dimensioni lineari e molto altro.

“Se orientato alla fase di gestione, un modello BIM diventa un vero e proprio strumento di simulazione, pianificazione ed attuazione per il gestore delle facilities, anche grazie all’approccio tridimensionale correlato agli oggetti parametrici che popolano l’ambiente, rappresentando un valido strumento per garantire il controllo e l’interoperabilità dei dati in modo intelligente.”¹

Allo stato attuale vi è la tendenza di modellare gli edifici (progettati ex-novo ed esistenti, a partire da un rilievo accurato), con differenti software di BIM Authoring (Revit, ArchiCad, Allplan, Edificius, etc.), utilizzando gli oggetti 3D riprodotti dalle aziende di settore, condivisi in rete e riadattati secondo le proprie esigenze. L’obiettivo è la semplificazione delle procedure tradizionali di gestione degli immobili, garantendo l’utilizzo di un modello coerente, aggiornabile nelle diverse fasi di progettazione/costruzione ed altamente affidabile.

Il BIM si conferma quindi essere una “risorsa visuale logica e informativa”² che consente l’interazione tra gli utenti e l’ambiente costruito, grazie anche all’interoperabilità, ed all’uso di Realtà Aumentata (AR) e Virtuale (V). Questi ultimi vengono utilizzati per simulare la percezione sensoriale del costruito in fase di post- costruzione, gestione e manutenzione dell’opera tramite l’utilizzo di supporti Tablet/Smartphone o di visori (Google Cardboard e Oculus Rift per citarne alcuni), che consentono la “immersione” dell’utilizzatore nel mondo virtuale.

L’innovazione del progetto Smart Living promosso dal Politecnico di Milano risiede proprio nell’utilizzo, mai esistito prima, di questa tecnologia per agevolare i soccorsi e gli interventi di sicurezza a favore dei cittadini.

2. L’ANALISI DEI MODELLI E LA GESTIONE DEI PROGETTI – Ing. Caterina Trebbi

2.1. Code checking per i progettisti e non solo

Il Politecnico di Milano ha collaborato con la casa software italiana ACCA per la messa a punto del nuovo software BIM per il code checking usBIM.code relativo alla validazione telematica del modello digitale dell’edificio.
Si tratta di una applicazione che consente di validare la corrispondenza di un modello a determinate prescrizioni progettuali oppure alle normative nazionali.

Il modello, elaborato mediante un qualsiasi software di BIM authoring, una volta esportato in formato aperto IFC, può essere popolato di informazioni mancanti ma utili per le verifiche mediante specifico modulo integrato nel software.

Sono state analizzate diverse normative italiane ed estere e “tradotte” in un linguaggio semplice che potesse essere trasmesso alla macchina. Questo ha reso possibile l’impostazione di ruleset di riferimento selezionabili dall’utente per la validazione del proprio progetto. Il programma effettua quindi un controllo massivo sul modello informativo fornendo un resoconto che illustra quali prescrizioni non sono rispettate e gli oggetti non conformi alle norme.

 Figura 1 Validazione del modello da parte di usBIM.code

Sono molti gli ambiti in cui il code checking può essere efficacemente sfruttato per ridurre tempi e costi, ottimizzando i processi e garantendo qualità, anche in ambito pubblico.
L’attuale metodo di controllo delle pratiche edilizie da parte delle Pubbliche Amministrazioni, di tipo manuale, risulta essere lento e favorevole alla propagazione di errori. Molte pratiche da visionare in breve tempo rischiano di intaccare un adeguato controllo da parte dei tecnici comunali che rischiano di dover rimanere concentrati su una istanza anche per diversi giorni.

Il Politecnico di Milano, in collaborazione con il Comune di Milano, l’Ordine degli Architetti Pianificatori e Conservatori della Provincia di Milano, L’Ordine degli Ingegneri della Provincia di Milano, Harpaceas (Solibri Model Checker) e One Team (Autodesk – Revit), ha messo a punto un prototipo di modello di presentazione e pre-verifica digitale delle segnalazioni e comunicazioni edilizie. Il prototipo, che ha anche visto il contributo di Logical Soft, Graphisoft, AllPlan, Solibri Model Checker ed Autodesk, è basato su un flusso automatizzato, gestito secondo una metodologia BIM. Il sistema studiato coinvolge tutte le fasi del processo che coinvolgono la P.A.
L’elaborazione di un modello informativo dell’edificio consente una vera ottimizzazione del processo, garantendo trasparenza e controllo nella gestione ed archiviazione delle pratiche.

Figura 2 Nuovo flusso per la gestione delle pratiche edilizie

L’utilizzo di un modello tridimensionale BIM permette la pre-verifica automatizzata della rispondenza del progetto alle normative vigenti come Regolamenti Edilizi, normative antincendio, di igiene, etc.
Sono i software di code checking, come Solibri Model Checker, che, se appositamente istruiti sulla normativa, consentono di effettuare verifiche in modo autonomo sulla totalità del progetto, evidenziando ogni eventuale anomalia.

Il giudizio risulta quindi essere uniforme ed oggettivo, i controlli massivi che si delegano alla macchina non sono opinabili. Il tecnico comunale può quindi concentrarsi sul controllo qualitativo partendo dai risultati ottenuti dalle verifiche automatiche già svolte. Il sistema consente non solo il controllo da parte della P.A. ma anche un controllo preliminare da parte del professionista che potrà procedere alla deposizione del progetto una volta che esso risulti pienamente conforme alla normativa vigente. L’adozione di strumenti digitali da parte di un singolo progettista è fondamentale ma è necessaria una maggiore collaborazione che include anche le pubbliche amministrazioni per giovare di tutti i vantaggi.

 
    Figura 3 Validazione del modello da parte di Solibri Model Checker

2.2. UsBIM.platform ed il Ponte della Navetta di Parma

È UsBIM.platform la piattaforma collaborativa BIM sviluppata dalla società italiana ACCA software, che verrà utilizzata per la gestione delle informazioni durante i lavori di realizzazione del nuovo Ponte della Navetta, una passerella ciclopedonale di 70 metri sul torrente Baganza di Parma.

Si tratta di un progetto pilota che applicherà i principi di appalto digitale dei lavori ad un appalto pubblico promosso dal provveditorato interregionale per le Opere pubbliche di Lombardia ed Emilia Romagna.

Tutte le esigenze ed i requisiti informativi richiesti dal committente, in linea con le indicazioni fornite dalla UNI 11337, sono state esplicitate dal provveditorato nel Capitolato Informativo, elaborato cardine dell’intero processo. Ed è su questo documento che ci si è basati per l’impostazione della piattaforma digitale di condivisione.

Ai fini della gestione informativa dell’appalto, si è prevista la formazione di due ambienti distinti di condivisione, con medesima struttura e massima compatibilità: un ACDat interno per l’Affidatario ed un ACDat generale dell’appalto. Entrambi sono suddivisi in sezioni, o stati, collegati tra loro da gate, o porte di consolidamento e validazione.

L’accesso agli ACDat è regolamentato e ad ogni utente, a cui viene conferito un ruolo e delle responsabilità, vengono assegnati gli specifici permessi di accessibilità alle diverse cartelle di lavoro, ai contenuti ed alle funzionalità della piattaforma cosicché si tuteli il corretto flusso informativo tra i due ambienti.

All’interno di ogni ACDat, il flusso informativo tra le diverse sezioni viene definito mediante un atto di passaggio di stato in senso progressivo (gate). Ad esempio, un modello architettonico “in lavorazione”, giunto ad una configurazione tale da poter essere condiviso con la parte strutturale, subisce un passaggio di stato (o di sezione) dopo aver affrontato una verifica interna (gate).

            Figura 4 Suddivisione dell'ACDat in diversi ambienti (sezioni)

usBIM.platform prevede la creazione di workflow che consentono di definire univocamente la sequenza delle procedure dei flussi di lavoro, produzione, revisione e validazione della documentazione progettuale, delineando i compiti che ciascun utente deve svolgere, se coinvolto in un processo lavorativo.

All’interno dell’ACDat è possibile assegnare ai documenti ed agli oggetti dei modelli IFC caricati dei #TAG in modo che sia possibile ricercarli facilmente entro tutta la piattaforma. Il sistema, integrato con il servizio di visualizzazione online dei file in formato aperto IFC, consente a tutti gli utenti di visualizzare ed interrogare i modelli senza necessariamente essere in possesso di un software di BIM authoring. È possibile interagire con ogni elemento del modello, arricchendolo di informazioni durante le fasi successive alla progettazione. Seleziono un pilastro del modello e so, ad esempio, la data in cui è stato effettuato il getto.

Inoltre, usBIM.platform garantisce l’interoperabilità con la Piattaforma elettronica aperta PriMus.PLATFORM per la Direzione Lavori.

Il BIM non si traduce solo nella pura modellazione tridimensionale, come si è tentati di pensare; ma anche, e soprattutto, nella gestione efficace di informazioni, in collaborazione e coordinazione adeguata tra i diversi attori e nella automazione del processo, per ogni singola fase che compone la vita di un’opera. È importante quindi, giunti a questa consapevolezza, definire nuove prassi procedurali collaborative per sfruttare al meglio questo nuovo modo di operare.

3. APPLICAZIONE DEL BIM ALLA CHIMICA DELLE COSTRUZIONI – Ing. Francesco De Marco

Lo scopo principale della ricerca condotta per l’azienda “Basf Construction Chemicals Italia” è la digitalizzazione di prodotti privi di caratteristiche geometriche, quali possono essere additivi per i calcestruzzi ma anche malte per protezione e rinforzo, in un approccio orientato ad oggetti qual è per definizione il Building Information Modeling.

Nella prima parte della ricerca si è posta quindi l’attenzione sulle soluzioni chimiche per l’edilizia prodotte dall’azienda.

I produttori di materiali per l’edilizia si interfacciano con diversi stakeholders nell’ambito della realizzazione delle opere, dal committente, ai progettisti, alle imprese di costruzione ed ai gestori. È pertanto fondamentale che il contenuto degli oggetti BIM sia rispondente alle effettive esigenze informative delle parti.

Si è ritenuto utile quindi gestire ed organizzare la conoscenza sui prodotti partendo dai processi di comunicazione tra gli attori coinvolti nel processo edilizio ed i produttori, al fine di comprendere quali sono i procedimenti logici che guidano la scelta delle soluzioni. Stabiliti i flussi decisionali, si è potuto quindi definire quali sono gli attributi di prodotto necessari nelle varie fasi del processo edilizio e strutturare strategie di digitalizzazione dell’informazione basati sul collegamento tra oggetti del modello BIM e database esterni.

  Figura 5 Metodo di lavoro

Nello specifico si è deciso di concentrare l’attenzione di questa ricerca su alcune delle applicazioni prodotte dalla società, ritenute particolarmente critiche e significative con riferimento al tema trattato; in particolare:

• Additivi per il confezionamento di calcestruzzi preconfezionati e prefabbricati;
• Malte, betoncini e calcestruzzi per il ripristino di strutture in cemento armato e muratura;
• Sistemi liquidi per l’impermeabilizzazione di edifici civili, industriali ed opere infrastrutturali;
• Sistemi di pavimentazione industriale in materiali resinosi.

Si è riscontrata la necessità di strutturare l’informazione tramite l’accesso ai database di prodotto esterni ai software di BIM Authoring, ma integrati con gli stessi ed archiviati in un portale BIM aziendale. Il processo generale si articola nelle seguenti fasi: l’utente si registra ed accede ad un portale web BIM personale identificando le mansioni svolte nell’ambito del processo edilizio (progettista o impresa di costruzioni).

Sul portale viene sottoposto ad un questionario sulla base dei processi decisionali definiti, per determinare la soluzione meglio confacente alle necessità, in termini di tipologia di intervento e prodotti adeguati. I template dei materiali, sui quali avviare un nuovo progetto ed eventuali oggetti BIM (a seconda della categoria di prodotti che si sta considerando), possono essere quindi scaricati dall’utente sul proprio dispositivo; un plug-in permetterà dapprima una selezione dei dati che, dal database informativo, devono essere trasferiti sugli script decisionali, e successivamente da questi ai materiali/oggetti BIM del modello di progetto.

Dei collegamenti basati su link permetteranno la consultazione delle schede informative complete, strutturate secondo gli standard previsti nella norma UNI 11337/3, sui prodotti adoperati del modello; tali schede sono generate da un database informativo aziendale, cui gli utenti incaricati da Basf possono accedere per la compilazione. 

Ulteriori strumenti informativi (schede di manutenzione e schede di mix design) condivisibili in cloud dai diversi utenti coinvolti nello specifico progetto, arricchiscono il modello informativo, fornendo da un lato supporti utili alla gestione ed alla reportistica degli interventi manutentivi effettuati nel tempo, dall’altra schede rappresentative del percorso decisionale che ha portato alla definizione del mix design dei calcestruzzi.

Figura 6 Portale BIM Basf: il processo generale

4. GESTIONE BIM DEGLI IMMOBILI – Arch. Elisa Sattanino

“Suona l'allarme: In sessanta secondi i Vigili del Fuoco sono pronti per partire. Arrivati sul posto inizia l'intervento.”³

L’efficienza delle operazioni di soccorso negli edifici è molto spesso rallentata dalle tempistiche di ricezione delle informazioni relative sia al territorio, ovvero alle condizioni di traffico, alla presenza di cantieri o eventi straordinari, sia dalle tempistiche di ricognizione dell’edificio in caso di incendio o di intervento da parte dei Vigili del fuoco. Questi ultimi, ad esempio, appena ricevuta la richiesta di soccorso, devono vagliare la tipologia e l’entità dell’intervento allo scopo di scegliere il numero di unità e di mezzi da impiegare nel minor tempo possibile.

Grazie alla collaborazione tra il Politecnico e le aziende FasterNet S.r.l. e Noovle S.r.l., è nato il progetto Smart Living (Abitare Intelligente), finanziato dalla Regione Lombardia e incentrato sullo sviluppo di sistemi innovativi che consentano ai soccorritori (Vigili del fuoco, Croce Rossa, Polizia e Carabinieri) di intervenire tempestivamente ed in sicurezza negli edifici in situazioni di pericolo o soccorso. L’obiettivo del progetto di ricerca è la creazione di un’applicazione per tablet/smartphone (ed in futuro per visuali, caschi, etc.) che consentirà di conoscere in tempo reale le informazioni utili, relative all’edificio come ad esempio: l’ubicazione delle uscite di sicurezza, il percorso più veloce per arrivare in un locale nel quale vi è un evento incendiario, l’identificazione degli ascensori che possono trasportare le barelle, e così via.

In questo progetto sperimentale, il BIM si rivela lo strumento indispensabile per la gestione delle informazioni. Partendo da un rilievo semplificato e georeferenziato (Gis/BIM) degli edifici esistenti, l’applicazione consentirà di interrogare e visualizzare le informazioni geografiche del territorio e quelle tridimensionali degli edifici (pubblici e privati).

Il lavoro di Ricerca, iniziato ad Aprile 2018 e tuttora in corso, si concentra sull’analisi delle esigenze dei soccorritori. Oltre alla riproduzione di un edificio esistente in ambiente BIM, si studiano le tipologie di rappresentazione grafica per rendere il più intuitivo possibile il messaggio e l’uso della piattaforma da parte degli utenti.

Figura 7 Ipotesi di visualizzazione degli elementi antincendio per i VVF nella piattaforma

Figura 8 Ipotesi di visualizzazione degli elementi antincendio per la CRI nella piattaforma

Figura 9 Ipotesi di visualizzazione delle caratteristiche dei locali.

Figura 10 Ipotesi di visualizzazione delle informazioni relative ad un ascensore accessibile e di un ascensore non accessibile

5. CONCLUSIONI

Dal confronto dei casi di ricerca esposti, risulta evidente come il BIM, oltre alla progettazione di edifici, sia applicabile ai diversi ambiti oggetto di studio: piattaforme informative di collaborazione, sicurezza negli edifici e prodotti.

Gli strumenti BIM, ragionati come metodo di gestione di modelli e dati informativi, sono trasversali ai soggetti coinvolti (aziende, soccorritori, progettisti e costruttori), ai processi (sviluppo di applicazioni, piattaforme o dispositivi) e alle diverse discipline del settore AEC.

A fronte di un investimento economico iniziale, che potrebbe scoraggiare i committenti, i vantaggi di questo metodo di lavoro collaborativo sono numerosi: riduzione delle tempistiche (e quindi dei costi) di progettazione e gestione efficace del progetto; previsione di alcune criticità che possono essere risolte in anticipo, favorendo una maggiore sicurezza durante la fase di cantiere e nella gestione delle emergenze; qualità superiore delle informazioni che risultano coerenti e univoche per tutti i soggetti coinvolti nel processo e supporto ai professionisti nella gestione dei documenti di progetto, grazie all’automatizzazione del flusso di lavoro.

¹ “Il BIM orientato al Facility Management”, A. Osello, F. M. Ugliotti, F. Semeraro, SYSTEMA, 18/05/2016
²Ibidem.
³www.vigilfuoco.it/sitiVVF/pavia

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