Progettazione e modellazione digitale delle Infrastrutture: a che punto siamo con l'InfraBIM?

La necessità di affiancare e via via sostituire la progettazione classica dei ponti con strumenti digitali informativi, BIM, sta facendo riflettere i progettisti, e i committenti, a come rivoluzionare la “produzione” dei progetti in funzione degli utilizzi degli elaborati in fase di commessa, costruzione e gestione. Si tratta dei cosidetti “BIM uses”.

CSPFea sta distribuendo con successo da quindici anni il software di calcolo e progetto di ponti MIDAS Civil, sul quale oramai è disponibile una grande quantità di documenti, tutorial, buone pratiche di modellazione, da poco MIDAS ha intrapreso la strada di una modellazione informativa digitale dei ponti.

In particolare, Midas Civil, FEA NX e GTS NX, e l’intera suite Bridge Total Solution, i quali, dopo quindici anni sul mercato italiano, si sono ricavati una posizione di assoluto rilievo nelle grandi engineering, tra i professionisti specializzati in infrastrutture e, non ultimo, nelle Università e Centri di Ricerca italiani. Si tratta di strumenti che danno soddisfazione all’ingegnere e al ricercatore, ma ora è necessario ampliare gli orizzonti per essere innovativi e competitivi.

L’Infra BIM cambia le regole del gioco?

Gli strumenti di calcolo, sebbene molto apprezzati, richiedono di essere inseriti in un nuovo flusso di lavoro? È stata la domanda di MIDAS e di CSPFea quattro anni fa, che ha portato a ideare un flusso di dati, creando un modellatore di ponti e collegandolo al flusso di modellazione strutturale, progetto, costruzione, manutenzione.

Parlare di InfraBIM, una esigenza che è diventata prioritaria anche rispetto al BIM in edilizia, a causa delle soglie di adozione del BIM che vedono in prima fila le grandi opere pubbliche da oltre 100 milioni di euro, significa però entrare in un mondo ancora altamente inesplorato.
L’InfraBIM è ancora da scoprire e testare, basti pensare che non esiste ancora ufficialmente uno schema di interscambio IFC per i ponti, e i software utilizzati per l’architettura edile si sono rivelati insufficienti, lacunosi e concettualmente errati per progettazione di opere lineari come ponti, viadotti, gallerie.

Lo hanno dimostrato Borin e Zanardi in un articolo pubblicato su Digital Modeling n°25 dove appare chiaro che la struttura spaziale e i dati di un ponte si differenziano molto dagli approcci permessi dai software di modellazione BIM architettonica. 

Sul fronte di un linguaggio aperto, richiesto dal D.M.560/17, un gran lavoro di adattamento del meta linguaggio open IFC, da parte di buildingSMART, ha portato alla formulazione di un IFC Bridge, con alcune novità apportate dalla specificità dell’oggetto ponte. CSPFea, lavorando in buildingSMART Italia sta testando questo nuovo draft del linguaggio, con appositi Progetti Pilota, per permettere a MIDAS CIM di essere pronto quando la versione IFC Bridge sarà ufficiale.

 

WBS ponti

BIM per ponti: le questioni aperte

La necessità di fornire modelli informativi per opere pubbliche di importo elevato (e i ponti ne sono forse la maggioranza) con software inadatti creerà diversi problemi. Infatti, la mancanza di standard sui modelli creati oggi, potrebbe avere ripercussioni in futuro, quando sarà necessario accedere a poderosi modelli digitali informativi di infrastrutture: i software BIM, tra venti anni, saranno in grado di leggere i modelli di oggi? Senza considerare il tema dello storage di Gigabyte di informazione per un periodo di vita dell’infrastruttura: quali infrastrutture digitali (Data Center) saranno in grado di conservare per 100 anni il dato digitale? Archiviazione, formati e accesso del dato sono sfide che dovranno essere affrontate subito per non ritrovarsi a rimpiangere i vecchi faldoni di tavole e disegni stampati. 

Anche per questi ulteriori motivi CSPFea partecipa all’Associazione IBIMI, Capitolo Italiano di BuildingSMART, anche per confrontarsi con gli stakeholders del BIM su questi temi.

Schematizzazione struttura dati ponte composto

Lo schema IFC BRIDGE

I progettisti di ponti e viadotti sono ben avvezzi al processo di modellazione, in particolare i modelli strutturali sono alla base del proporzionamento dei ponti. La metodologia BIM si basa sulla corretta modellazione digitale al fine di simulare non solo gli aspetti della meccanica delle strutture, ma molti altri relativi alla progettazione, alla prefabbricazione, alla messa in opera, fino all’intero ciclo di vita dell’opera.

Ma come creare un modello BIM di un ponte che sia “ben posto”? Lo schema IFC, nella sua specifica IFC BRIDGE (IFC 4.2), può essere una utilissima guida. La novità è che IFC può non solo servire per l’interscambio dati tra vari operatori del workflow, ma anche come “modus operandi” del modellatore BIM.

Le esigenze di un modello BIM dipendono dai BIM uses, ed alcuni di questi usi possono implicitamente prescrivere come modellare il ponte. Ad esempio, le recenti Linee Guida dei Ponti Esistenti, e i Tracciati Record Anagrafica Base prescritti da AINOP (Archivio Informatico Nazionale delle Opere Pubbliche, di cui al Decreto istitutivo DM n.430 del 8/10/2019) sono, de facto, una esplicita richiesta di modellazione spaziale (in termini di scomposizione in parti del ponte) e semantica (specifiche denominazioni) oltre che di modalità di salvataggio dei dati (ad esempio le Schede Difettologiche delle citate Linee Guida sui Ponti, da compilarsi per ciascuna parte del “compound ponte”).

Richiesta dati delle Linee Guida su Ponti e Viadotti, schede difettologiche collegate agli elementi del modello

Nel caso della modellazione di ponti e viadotti sarà meglio rappresentativo un modello “lineare”, basato su entità puntuali, lineari o assemblaggio delle due precedenti, in una configurazione che si differenzia dalla tipica configurazione edilizia basata su piani e pareti. 

Nel caso d’uso BIM del calcolo strutturale, i “nemici” di un modello di calcolo ben posto sono due: un alto livello di dettaglio (LOD) e un grande utilizzo di prefabbricazione.

CSPFea ha collaborato con IBIMI, Capitolo italiano di buildingSMART, per il testing dello schema IFC Bridge. Consiglio a tutti di consultare le Linee Guida, primo Report prodotto dal Gruppo di Lavoro Italiano sulle buone pratiche di modellazione di ponti e viadotti con IFC Bridge, disponibile sul sito dell’Associazione IBIMI.

Una soluzione ad hoc per i pontisti, MIDAS CIM

In parallelo, MIDAS sta lavorando alla soluzione CIM - Civil Information Modeling, per ponti e gallerie, da tre anni, attingendo al know-how BIM che si è sviluppato nell’estremo oriente, dove Corea e Cina hanno investito molto e guardano con maggior interesse allo schema IFC.

CSPFea ha affiancato allo Staff Development dell’HQ di Seoul un proprio gruppo di Ricerca & Sviluppo che si avvale di personale CSPFea e, da tre anni, del supporto dell’Università di Padova, Dipartimento DICEA con il Gruppo di Ricerca del Professor Andrea Giordano. 

L’intenzione è di guidare la localizzazione del software MIDAS CIM per le esigenze di committenti e gestori delle Opere Infrastrutturali Pubbliche, partendo dalle esigenze dei progettisti italiani di ponti e gallerie che usano prevalentemente MIDAS Civil e MIDAS GTS NX nelle attività di Modellazione e Simulazione FEM, nonché di Design secondo NTC ed Eurocodici.

MIDAS parte dalla grande esperienza ed affinità con i design engineers di ponti e gallerie, per colmare il gap che deve portare a modelli informativi utili per le committenze, per gli svariati “BIM uses”. 

Il progetto al momento sta venendo sviluppato per accogliere librerie di oggetti di uso comune (spalle, pile, travi in acciaio e in CAP, isolatori, appoggi, cavi di precompressione, etc.)

Le “Libraries” di MIDAS CIM

Nuove competenze per il “Digital Bridge”

Era chiaro che sarebbe stato necessario un percorso di ricerca e sviluppo per comprendere al meglio le nuove “regole del gioco”, ad esempio con documenti di best practice di modellazione informativa dei ponti.

Queste due attività, collegate al grande sviluppo di MIDAS CIM, piattaforma BIM per i ponti, ci hanno permesso di evolvere in competenza riguardo al tema Infra BIM.

Il lavoro con l’Università di Padova ha permesso di comprendere le migliori pratiche per la corretta modellazione digitale delle informazioni di un ponte. Esse partono dallo schema dei dati proposto da IFC, con attenzione fondamentale alla distribuzione spaziale e semantica di un ponte. Questo è il primo motivo che ci ha convinto che la modellazione informativa di un ponte non può essere efficacemente fatta né da un classico BIM authoring tool per l’architettura e l’edilizia, né da un modellatore di dettagli per l’acciaio la cui finalità è la restituzione dettagliata all’officina e alle macchine taglia-fora.

Stiamo lavorando molto anche sulla definizione di un modello analitico che connetta con coerenza il modello spaziale con il modello di calcolo. Questo è il secondo motivo per il quale riteniamo che sia necessario un software Infra BIM cucito su misura per “alimentare” un software di calcolo di ponti come MIDAS Civil.

CSPFea ha già iniziato dei Corsi di Formazione professionale per la modellazione BIM di Ponti e Viadotti con MIDAS/CIM, che parte dagli elementi di base della disciplina dell’Infra BIM, alla comprensione dello schema IFC, ad esempi pratici di modellazione dei ponti più frequenti a struttura composta sia CAP-CA che Acciaio-CA.

Linee Guida CSPFea sulla modellazione informativa di elementi costruttivi di ponti

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