Industria 4.0 BIM e InfraBIM tra didattica e ricerca al Politecnico di Torino

Benché non esista ancora una definizione esauriente del termine Industria 4.0 scaturito dalla quarta rivoluzione industriale, alcuni analisti tendono a descriverla come un processo che porterà alla produzione industriale del tutto automatizzata e interconnessa.
Per il settore delle costruzioni questo richiede:

1. una previsione di investimenti significativi per la sua digitalizzazione e per l’accrescimento del livello formativo dei soggetti coinvolti;
2. un cambiamento radicale nel modello di filiera che porti all’abbandono dell’individualismo tra i diversi soggetti coinvolti per passare a un rapporto basato sulla condivisione e la collaborazione, come sintetizzato nella (figura 2). Ovviamente tutte le opportunità derivanti da questa digitalizzazione saranno fortemente condizionate dallo sviluppo tecnologico in settori emergenti come ad esempio l’Internet of Everythings (IoE).

Quanto appena detto porta ad una affermazione che per l’industria delle costruzioni non lascia spazio all’interpretazione: “Il futuro è adesso”.

Fig. 2 Schematizzazione degli obiettivi dell'Industria 4.0 per la digitalizzazione del settore delle costruzioni con il BIM

In questo contesto il BIM nelle sue varie declinazioni (vedi figura 3), unitamente alla possibilità di avere costantemente miliardi di persone collegate da dispositivi mobili, con una potenza di elaborazione senza precedenti e una capacità di archiviazione e di accesso alla conoscenza inimmaginabili, assume un ruolo essenziale, poiché non si tratta solo di una nuova tecnologia, ma si tratta soprattutto di un modo di concepire la digitalizzazione diversa da come la conosciamo ora. In questo contesto, chiaramente le università, con la ricerca e la formazione, assumono un ruolo essenziale.

Fig.3 Possibili declinazioni del BIM utili all'Industria 4.0 nel settore delle costruzioni

Per favorire una corretta transizione dell’industria delle costruzioni verso il digitale, nell’ambito della ricerca sia teorica che applicata, al Politecnico di Torino (http://www.drawingtothefuture.polito.it/) si è deciso di focalizzare l’attenzione su due elementi essenziali: la metodologia e la qualità dei dati, partendo da un requisito imprescindibile, ossia, l’abilità di lavorare in maniera interdisciplinare, integrando domini anche molto diversi tra loro, come mostrato in figura 3, sfruttando il più possibile l’interoperabilità delle informazioni.

In questo periodo di transizione da un sistema ormai consolidato di gestione dei dati basato sul CAD (Computer Aided Design/Drawing) a un sistema basato sulla metodologia BIM, uno sforzo non indifferente è richiesto nella integrazione degli standard correntemente utilizzati con i nuovi elementi appartenenti al flusso informativo derivante dalle attività di progettazione e costruzione. Questo non richiede semplicemente un cambio di strumenti, ma richiede soprattutto un cambiamento di consuetudini.

In particolare, per quanto riguarda il BIM per le infrastrutture (InfraBIM), anche se alcuni benefici nell’utilizzo dei dati digitali sono già evidenti in diversi lavori come mostrato anche in questa pubblicazione, molto rimane ancora da fare, sia in riferimento ai contenuti del modello (Building Information Model) sia allo scambio dei dati tra i diversi professionisti e tra i molti software utilizzabili (Building Information Modeling).

Il punto di partenza deve risiedere nella definizione e nella condivisione di standard capaci di migliorare i work-flow produttivi delle diverse realtà professionali, andando a ridurre la perdita di informazioni, la non rintracciabilità delle stesse e facilitandone l’utilizzo e l’aggiornamento. Per la loro esplicitazione ovviamente si fa riferimento alle normative, alle regolamentazioni e ai sistemi di codificazione nazionali ed internazionali, tra cui si possono citare a titolo puramente esemplificativo e non esaustivo la Norma UNI 11337, le PAS 1192-2, le ISO 29481 e le OmniClass. A questo proposito si è deciso di non lavorare solo sulla modellazione digitale parametrica, ma sull’utilizzo integrato dei dati info-grafici. Infatti, uno dei principali problemi ancora irrisolti nel BIM è rappresentato dalla mancanza di una precisa definizione della relazione tra le informazioni relative ai diversi “elementi” che costituiscono una infrastruttura (sia essa esistente o in fase di progettazione) e i diversi modi con cui nella prassi quotidiana in diverse realtà professionali essi vengono studiati, approfonditi ed esposti servendosi in modo non sempre integrato ed aggiornato di differenti modelli e/o elaborati grafici, numerici e testuali.

A questo proposito, in particolare nell’ambito della collaborazione di ricerca con l’Ente nazionale per le strade (ANAS), l’attenzione è stata focalizzata sostanzialmente su due temi, come descritto di seguito.

Il primo tema è relativo alla sperimentazione e allo sviluppo di una rappresentazione virtuale che si pone come obiettivo fondamentale quello di discretizzare e semplificare la complessità della realtà, andando a delineare i contenuti di un Capitolato Informativo (CI) capace di tenere conto della ottimizzazione degli strumenti utili alla definizione e alla verifica dei piani di Gestione Informativa (pGI, come da UNI 11337-5:2017) in ragione di predefinite finalità di economicità, efficacia ed efficienza, a partire da una dettagliata analisi ed interpretazione critica della letteratura internazionale relativa a BEP (BIM Execution Plan) e EIR (Employer’s Information Requirements) già consolidati in altri Paesi.

Il secondo tema invece è relativo alla definizione di una libreria di oggetti parametrici per tipologie di opere (ponti, viadotti e cavalcavia; strade; gallerie naturali e artificiali; opere idrauliche) a partire da una precisa definizione del livello di sviluppo (LOD, Level of Development), ottenuto dalla “somma LOD = LOD + LOI” del livello di dettaglio (LOD, Level of Detail) e del livello informativo (LOI, Level of Information) per ogni fase di utilizzo del dato (di progetto, di realizzazione, di gestione e manutenzione), definendo volta per volta natura, qualità e stabilità dei dati info-grafici costituenti ciascun elemento. In questo modo, ciascun dato viene espresso sia in forma grafica (come virtualizzazione tridimensionale eventualmente accompagnata da specifiche rappresentazioni bidimensionali), sia in forma scritta e multimediale (attraverso la definizione diattributi per la gestione di informazioni di prodotto e di processo).

Inoltre, grazie a collaborazioni di ricerca già concluse o ancora attive con diversi operatori pubblici e privati del settore delle costruzioni, per agevolare l’utilizzo di regole condivise con la metodologia BIM, particolare attenzione viene costantemente dedicata alla definizione di un template di progetto, ossia di un file digitale contenente precise impostazioni tipiche delle attività di modellazione informativa che possono essere memorizzate e utilizzate per ogni nuovo progetto.

Grazie all’utilizzo di un metodo fondato su un processo iterativo di messa a punto dei risultati, queste ed altre attività, sempre basate sulla sperimentazione applicata a casi studio reali esemplificativi di tipologie replicabili sul territorio, stanno portando il gruppo di ricercatori coinvolti nella ricerca sull’InfraBIM alla definizione di best practice che costituiscono la struttura portante di linee guida contenenti una raccolta ragionata delle definizioni, delle procedure, degli strumenti e delle attività.

Ad ulteriore sviluppo e integrazione di quanto sperimentato ed elaborato fino ad ora, nell’immediato futuro l’integrazione delle abilità di modellazione digitale tipiche del BIM con quelle richieste per la sperimentazione innovativa avanzata della realtà virtuale (immersiva e non) e aumentata porterà senza ombra di dubbio notevoli vantaggi all’industria delle costruzioni in fase progettuale e in fase di gestione e manutenzione, sia per la verifica che per la comunicazione dei dati.

A completamento e integrazione delle attività di ricerca precedentemente descritte, nell’ambito della didattica si è deciso di focalizzare l’attenzione essenzialmente su due elementi:

1. la capacità degli studenti di approcciare l’innovazione tecnologica senza particolari preclusioni mentali, essendo nativi digitali;
2. la necessità di integrare competenze multidisciplinari e multilivello non solo in ambito accademico (con percorsi formativi nell’area dell’Architettura e dell’Ingegneria), ma anche con il mondo professionale (con corsi di formazione permanente e master post laurea). Questo costituisce uno stimolo che porta ad un impegno costante nell’aggiornamento delle tematiche proposte non solo nei singoli insegnamenti e negli argomenti di tesi, ma anche ad una offerta formativa capace di rinnovarsi e integrarsi sui diversi livelli possibili.

Ovviamente, a fondamento e a obiettivo di tutto quanto appena detto, c’è la ricerca delle diverse abilità attese, che devono essere supportate da solidi concetti teorici e da una consolidata metodologia di lavoro basata sulle differenti discipline scientifiche che ciascuno è tenuto ad assimilare durante il percorso formativo frequentato.

In conclusione, se nell’ambito della ricerca la sfida per il futuro comporterà una integrazione di tecnologie innovative basate su consolidati processi di definizione dei dati digitali, nell’ambito della formazione, invece, la sfida per il futuro riguarderà non solo una maggiore integrazione tra i diversi percorsi formativi nelle aree dell’Architettura e dell’Ingegneria, ma anche tra il “mondo” accademico e quello professionale.
Per questa ragione è in fase di attivazione un master post laurea che si pone l’obiettivo di formare una figura professionale, l’InfraBIManager, esperta sia di processo edilizio (dalla fase di progettazione, a quella di realizzazione, fino a quella di gestione e manutenzione) sia di modellazione digitale, con particolare riferimento al tema delle infrastrutture, in accordo con le recenti direttive del D.Lgs. 50/2016 e con le linee guida pubblicate da ANAC. La particolarità di questo percorso formativo sarà fortemente legata alla richiesta di lavoro integrato tra una selezione di neolaureati (con grande abilità nell’utilizzo degli strumenti digitali) e di professionisti esperti (con comprovata esperienza nell’ambito delle infrastrutture).

Ai posteri l’ardua sentenza…

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Questo articolo è stato tratto da "Innovare per progettare il futuro. Primo Libro Bianco sul Building Information Modeling" pubblicato da Italferr nel mese di giugno 2018.

www.italferr.it