Dal fil di ferro all'intelligenza artificiale: come cambia il calcolo strutturale

La modellazione strutturale sta attraversando una fase di profonda evoluzione. La crescente capacità dei software di rappresentare geometrie complesse, integrare dati provenienti da ambienti BIM, automatizzare controlli e supportare l’interpretazione dei risultati apre nuove opportunità per i professionisti, ma pone anche interrogativi importanti sull’affidabilità dei modelli e sulla consapevolezza delle scelte progettuali.

Un modello più dettagliato, infatti, non è necessariamente un modello più attendibile. Alla base di ogni analisi restano l’individuazione dello schema statico, la definizione dei vincoli e delle rigidezze, la corretta rappresentazione dei collegamenti e, più in generale, la capacità del progettista di tradurre il comportamento reale della struttura in un modello numerico adeguato.

In questo scenario assumono un ruolo sempre più rilevante anche la validazione degli algoritmi, la trasparenza delle procedure di calcolo, l’assistenza tecnica, l’interoperabilità tra piattaforme e l’impiego dell’intelligenza artificiale come strumento di controllo e supporto, senza che venga meno la responsabilità del professionista.

INGENIO ne ha parlato con l’ing. Giovanni Rinaldin, PhD, di NextFEM, affrontando i principali cambiamenti che stanno interessando i software strutturali e il rapporto tra automazione, innovazione tecnologica e responsabilità progettuale. Nell’intervista vengono approfonditi l’approccio alla modellazione mediante elementi finiti, i controlli di coerenza del modello, le procedure di validazione, l’integrazione con il BIM e le possibili applicazioni dell’intelligenza artificiale nell’analisi strutturale.

Dalla vista a fil di ferro al realismo 3D: l'evoluzione della rappresentazione strutturale

Negli ultimi anni la modellazione strutturale ha conosciuto un’evoluzione molto rapida. Quali sono stati, dal vostro punto di vista, i cambiamenti più significativi nel modo di rappresentare le strutture e di utilizzare i software di calcolo?

Negli ultimi anni la rappresentazione grafica della struttura modellata che l’utente si attende è sempre più realistica, sottintendendo in sostanza sempre l’uso della vista estrusa con ombre, texture e dettagli realistici. Questo per similitudine con i programmi di BIM authoring, che il progettista ha dovuto adottare in alcuni casi per rispondere alle richieste normative.

Ultimamente NextFEM Designer ha aggiunto anche la rappresentazione 3D delle barre e staffe d’armatura del c.a., per permettere al progettista di vedere l’armatura posizionata. Questo si accompagna alla consueta vista estrusa, utilizzabile anche per le deformate, e alle nuove viste risultati a livello sezionale l’analisi a fibre al collasso in condizioni di incendio. Un bel salto di qualità dalla vista a fil di ferro!

Sofisticazione del modello e affidabilità del risultato: un equilibrio da governare

I modelli sono oggi sempre più dettagliati, integrati e capaci di rappresentare fenomeni complessi. Ma una maggiore sofisticazione del modello corrisponde sempre a una maggiore affidabilità del risultato? Quali sono i rischi di una modellazione eccessivamente complessa o non adeguatamente governata dal progettista?

Esiste una tendenza del modellatore a rappresentare la struttura in modo più realistico possibile per ingombri e geometria, mentre l’uso degli elementi finiti nel calcolo prevede necessariamente processo di astrazione. Al fine di indurre l’utente ad interessarsi all’astrazione modellistica, in NextFEM abbiamo scelto la modalità di inserimento per nodi ed elementi nei nostri programmi di calcolo, rispecchiando il metodo ad elementi finiti. Così facendo l’utente ha sempre il controllo della struttura modellata e delle assunzioni fatte, avendo a disposizione anche elementi finiti avanzati come molle, elementi wall, macroelementi, link rigidi, molle al suolo, vincoli cinematici e release parziali. La completezza del programma riguardo l’offerta di elementi utilizzabili è fondamentale per una buona riuscita e rappresentatività del modello.

Controlli di coerenza e intelligenza artificiale per intercettare gli errori di modellazione

Prima ancora dell’elaborazione numerica, la qualità del calcolo dipende da scelte decisive: schema statico, vincoli, rigidezze, collegamenti, non linearità, interazione terreno-struttura e condizioni al contorno. In che modo il software può aiutare il professionista a individuare errori concettuali, incoerenze o semplificazioni non compatibili con il comportamento reale dell’opera?

Un buon software di calcolo ha sempre dei controlli di coerenza e consistenza del modello. In NextFEM adottiamo controlli preliminari su mesh e connettività nodale, sui carichi, sulla labilità e sulle impostazioni di verifica. Infine, i nuovi strumenti di intelligenza artificiale integrati nel software possono analizzare la geometria per capire se l’assemblaggio è coerente – l’IA infatti riesce ad analizzare il modello dal punto di vista complessivo, applicando i ragionamenti opportuni. Su questo fronte sarà importante istruire i modelli di IA in modo sistematico, anche se le IA generaliste migliorano costantemente la loro performance anche in ambiti specifici come questo.

Assistenza tecnica: un valore che fa la differenza nella qualità del software

Quanto è importante oggi l’assistenza tecnica fornita dalle aziende di software? Le richieste dei professionisti sono aumentate o diminuite rispetto al passato e riguardano soprattutto l’uso del programma, l’interpretazione dei risultati o la corretta impostazione del modello?

L’assistenza tecnica gioca un ruolo fondamentale. In NextFEM rispondiamo alle richieste di supporto in un tempo medio di 22 minuti, e registriamo negli anni una tendenza in calo del numero di richieste, segno che i nostri sforzi per rendere il programma intuitivo e auto-esplicativo sono efficaci. Riteniamo che l’assistenza al cliente faccia la differenza in termini di qualità del software; per questo utilizziamo due canali distinti per la distribuzione degli aggiornamenti: uno lento, per gli aggiornamenti mensili, e uno rapido, facoltativo, a cadenza settimanale. Tramite quest’ultimo canale riusciamo a soddisfare anche le richieste di nuove feature che ci arrivano dai clienti.

Validazione degli algoritmi: benchmark analitici e conformità alle NTC

Il tema della validazione è centrale, ma spesso non è pienamente compreso dagli utilizzatori. Quali procedure adottate per verificare l’affidabilità degli algoritmi, dei solutori e delle diverse funzioni del software? Utilizzate benchmark teorici, confronti sperimentali, casi reali, verifiche indipendenti o comparazioni con altri strumenti di calcolo? E come rendete queste attività conoscibili e verificabili dal professionista?

In NextFEM ci affidiamo a benchmark sempre collegati a soluzioni analitiche validate. Questo poiché crediamo che il confronto diretto con altri programmi non dia risposte che possano auto-definirsi affidabili. I casi studio fondamentali sono descritti nel manuale di validazione, anche al fine di soddisfare le richieste del cap. 10 delle NTC. Queste validazioni vengono approfondite e illustrate nel dettaglio al cliente su richiesta; in alcuni casi ci occupiamo inoltre di validare i casi reali proposti dai clienti in modo da confermare i risultati ottenuti.

Il rapporto tra software e progettista nell'era dell'automazione

Con l’automazione e l’intelligenza artificiale, il software può ormai proporre schemi, generare modelli, segnalare anomalie, ottimizzare soluzioni e supportare l’interpretazione dei risultati. Come deve evolvere il rapporto tra software e professionista?

Il progettista è responsabile di ciò che firma, mentre i software di calcolo rappresentano una semplificazione di un processo più complesso (schematizzazione, congruenza, analisi matriciale, verifiche). La qualità dei dati in input e dell’output del programma può essere analizzata in modo critico dall’intelligenza artificiale, che gioca un ruolo di supporto al progettista e si muove solo su sua indicazione.

NextFEM Designer dispone di connettori per tutte le IA più diffuse, oltre a integrare NextFEM AI Assistant per un’integrazione ancora più stretta con il programma. Le capacità di interpretare dati di modellazione e risultati sono particolarmente utili per analizzare molti dati in modo automatico. L’IA non decide per il progettista: è lui stesso a scegliere come e quando farsi aiutare, con strumenti pensati per aumentare la produttività, senza cambiare il modo di progettare.

Verso l'integrazione totale: BIM, digital twin e interoperabilità

Guardando ai prossimi anni, quali saranno secondo voi le principali evoluzioni della modellazione strutturale? Andremo verso modelli sempre più integrati con BIM, rilievo digitale, monitoraggio e digital twin, oppure resterà centrale la necessità di modelli specialistici, semplificati e costruiti consapevolmente dal progettista?

L’integrazione è inevitabile ed opportuna: i progettisti avranno strumenti software sempre più interconnessi, riducendo drasticamente le operazioni ripetitive. Ad esempio, la modellazione della struttura può essere acquisita dall’architettonico in BIM, come già accade in NextFEM Designer, eliminando la necessità di ridisegnare la struttura immaginando il 3D da piante e sezioni. Per conto di NextFEM ho avuto il piacere di coordinare l’ultimo Gruppo di Lavoro Strutture di iBIMI, apportando importanti contributi alla linea guida pubblicata.
NextFEM è da sempre pioniere dell’interoperabilità, perché legge più di 20 formati proprietari permettendo traduzioni, importazioni e validazioni di modelli.

Perché scegliere questo software: affidabilità, apertura e supporto al professionista

In un mercato caratterizzato da numerose piattaforme, applicativi specialistici e strumenti di calcolo, perché un professionista dovrebbe scegliere i vostri software e affidarsi ai vostri servizi? Quali elementi distintivi offrite in termini di affidabilità, trasparenza del calcolo, aggiornamento normativo, assistenza tecnica, formazione e supporto alla crescita professionale dell’utilizzatore?

I nostri prodotti, e principalmente i moduli di NextFEM Designer, presentano caratteristiche uniche e innovative, a partire dall’interoperabilità che solo questo software consente. Inoltre è sviluppato con le più recenti tecnologie informative, consentendo l’utilizzo delle sue API aperte e gratuite anche in contesti impensabili per i software tradizionali (es. pagine Web, operatività da remoto, ecc.) portando tutte le caratteristiche che offe il software standalone (analisi, verifica, import/export, controlli di modellazione). Ne è un esempio NextFEM Server, che importanti aziende italiane utilizzano già per rendere operative le loro piattaforme di calcolo online. Infine, il nostro supporto cliente va oltre la mera assistenza all’uso, permettendo al cliente di richiedere modifiche al programma per consentire nuove operazioni o abilitare nuove caratteristiche. NextFEM si rivolge quindi agli strutturisti esigenti, capaci di guidare l’innovazione con strumenti all’altezza. Infine, la versione gratuita senza limiti di nodi ed elementi di NextFEM Designer consente di provare il programma in modo esaustivo, oltre a consentirne l’uso professionale.