Rendere operativo l’openBIM per le infrastrutture stradali: un esempio di implementazione software in IFC 4.3

L’introduzione di sistemi digitali BIM nelle infrastrutture lineari sta definendo notevoli cambiamenti procedurali nella loro progettazione e gestione. Sia da un punto di vista normativo sia operativo la trasformazione di paradigma in corso è in continuo aggiornamento, per questo la comprensione e l’implementazione concreta di standard, anche se in sviluppo, deve essere attivata. L’articolo presenta un esempio di implementazione IFC4.3 RC2 nel software di progettazione stradale SierraSoft Roads.

La trasformazione openBIM delle infrastrutture stradali 

La strutturazione di processi BIM nel mondo delle costruzioni ha evidenziato notevoli vantaggi in termini di gestione delle informazioni. Senza addentrarsi in effimere considerazioni ormai condivise dalla comunità dei professionisti, è da evidenziare come tutto questo sia possibile solamente se si associano delle buone pratiche espresse in termini teorici con la loro effettiva applicazione nelle dinamiche professionali.

Per quanto riguarda nello specifico la definizione dei sopracitati processi in ambito infrastrutturale, siano esse opere puntuali o infrastrutture lineari, essi sono ancora allo stato embrionale: a meno di personalizzazioni aziendali e di isolate esperienze virtuose, si è ancora lontani dalle caratteristiche di standardizzazione proprie di efficaci processi BIM. La fase che, chi opera nel settore infrastrutturale, sta affrontando in questo momento è sicuramente un’occasione per poter migliorare quelle che sono le pratiche attuali. 

Le trasformazioni in questo ambito sono nutrite da esperienze pregresse sviluppate nel mondo edile che possono essere elaborate e integrate con le peculiarità proprie del mondo delle infrastrutture. Inoltre, i cambiamenti che muovono verso l’introduzione di modelli e strumenti digitali informativi per infrastrutture puntuali e lineari sono molto repentini. Il motivo di ciò risiede sia alle indicazioni normative italiane, che per la loro strutturazione economica e temporale ricadono inizialmente su appalti di queste opere, sia per i vantaggi in ambito di aggiudicazione delle gare stesse. 

Le aziende e i committenti stanno investendo nella formazione e nell’acquisto di strumentazione BIM-based, necessaria e imprescindibile per lo sviluppo di progetti basati sul BIM. Questo però avviene molto spesso in mancanza di un’attenta analisi del proprio flusso procedurale e quindi in assenza di una consapevolezza di come le proprie attività possano essere supportate o integrate con modelli BIM, attivando quello che non è altro che un decentramento interno all’azienda volto alla produzione del modello BIM. In tal modo si riesce ad ottemperare solo superficialmente a quanto stabilito in fase contrattuale dimostrando la produzione di modelli BIM, ma senza che siano realmente utilizzabili nelle attività di progettazione in essere o di gestione future.

A prescindere dall’introduzione dei processi BIM in ambito aziendale, il tema centrale dell’applicazione di standard openBIM su progetti infrastrutturali ha sempre più largo spazio nelle discussioni accademiche e professionali. La sua concreta e critica implementazione sia dalle stazioni appaltanti che dai produttori di software è fondamentale al fine di consentirne la reale attivazione e usabilità nei progetti. 

Figura 1 – Schema del progetto di implementazione software in IFC4.3 condiviso tra LIM.lab (UNIPD) e Sierrasoft 

L’importanza di una corretta e aggiornata esportazione IFC nei software

Attualmente lo scenario openBIM e più in generale BIM per le infrastrutture è rappresentato da una serie di standard in progress, resi disponibili pubblicamente per la validazione da parte della comunità internazionale da buildingSMART International, l’ente internazionale preposto per la sua stesura. Questi standard sono un’estensione su una struttura presente ormai da molti anni che permette di garantire l’interoperabilità dei modelli BIM.

Uno di questi standard è rappresentato da IFC (Industry Foundation Classes), che nelle sue versioni ufficiali permette di definire esaustivamente strutture edili. Il suo sviluppo è però in atto per poter rappresentare completamente anche le infrastrutture puntuali e lineari. Nonostante non sia ancora uno standard codificato ufficialmente, quindi, le case software non siano ancora chiamate ad implementarlo nei propri flussi di export e import, si assiste a livello internazionale ad una spinta per conoscerlo ed utilizzarlo attivamente. A seguito di tali considerazioni e per soddisfare la necessità dei progettisti infrastrutturali di iniziare ad implementare metodologie BIM-based e consegnare ai gestori dei modelli openBIM infrastrutturali, è stato sviluppato il progetto IFC 4.3 for SierraSoft Roads.

Le case software sono le prime a dover accelerare verso la definizione di standard BIM nei propri programmi per facilitare l’impiego della metodologia agli utenti. In particolare, l’obiettivo che è stato perseguito durante lo sviluppo del progetto è stato quello di armonizzare la produzione dei modelli in formato proprietario con la strutturazione delle informazioni in esso presente in formato aperto IFC. Questo perché a differenza di quanto si pensi la scrittura del file IFC – a metadati non attivi – non è uno step finale e chiuso del flusso di progettazione e gestione BIM-based. Gli utenti, infatti, che si approcciano al mondo BIM senza precedente formazione si rendono conto che, conosciuta e compresa la logica e il funzionamento di IFC, questi sono un prezioso supporto per la strutturazione del modello BIM, è ciò ovviamente prescinde dalla versione cui si fa riferimento. I progettisti infrastrutturali, perciò, hanno la fortuna di approcciare a un mondo ormai maturo per certi aspetti nella strutturazione di modelli informativi e di doverlo personalizzare per i propri scopi ed esigenze nei contenuti e negli utilizzi verso il miglioramento delle attività di ingegnerizzazione, cantierizzazione e gestione dell’opera.

La struttura gerarchica informativa del modello BIM, struttura di riferimento, tra gli altri, per la compilazione di computi metrici e cronoprogrammi operativi, è il nodo più complesso da risolvere parlando di BIM per le infrastrutture. Inoltre, è l’aspetto che più differenzia un progetto edile da uno infrastrutturale ed è anche quello su cui i software vanno analizzati e scelti per rispondere agli usi da soddisfare tramite il modello. Infine, la possibilità di strutturarla adeguatamente risulta molto spesso il tema cruciale attorno a cui si identifica un buon modello BIM da una semplice semantizzazione di geometrie tridimensionali. Su questi argomenti i progettisti stradali devono perciò essere resi consapevoli e indirizzati nel cambiamento a cui stanno prendendo parte, al fine di non identificare nel BIM una metodologia da rifiutare più che da impiegare.

L’intento è stato quello di uscire dalla comune prassi secondo cui solo se una pratica è cogente allora deve essere implementata, ma di coglierne invece i reali benefici, che risultano tali solo se supportati da tutti gli attori del processo di progettazione o gestione.

La sfida del progetto è partita inizialmente dallo studio del candidate standard IFC 4.3 RC2: una vivida discussione tra professionisti con competenze diversificate nel mondo BIM e infrastrutturale ha evidenziato i diversi punti di vista dello standard e le esigenze per coordinarli.

Il processo di implementazione dello standard IFC 4.3 RC2 in SierraSoft Roads

In quest’ottica si è strutturata la collaborazione tra il LIM.lab – laboratorio di modellazione informatizzata dell’Università degli Studi di Padova – e l’azienda SierraSoft, sviluppatrice di software per la progettazione stradale e ferroviaria. Nell’ottica di ottenere risultati operativi in tempi ridotti, è risultata fondamentale la possibilità di coordinare le peculiarità della ricerca, tra cui la conoscenza approfondita dello standard e la sua applicabilità, con quelle tecniche di una realtà aziendale conscia dell’importanza di definire progetti openBIM su progetti pubblici e privati. Il progetto si è infatti posto come obiettivo quello di dare una prima risposta rapida ed efficace alle domande di progettisti e gestori, permettere un’immediata pubblicazione degli output e avviare dei casi d’uso su progetti effettivi.

L’obiettivo è stato quello di declinare all’interno del software di progettazione stradale SierraSoft Roads la semantica, l’organizzazione di progetto nonché il sistema relazionale tra le parti, al fine di codificare uno schema informativo per l’utente corretto e allo stesso tempo personalizzabile che potesse essere esportato in conformità con il candidate standard IFC 4.3. 

Ciò non sarebbe stato possibile senza la preliminare definizione degli intenti comuni che potessero garantire da un lato l’integra applicabilità dei concetti di interoperabilità e strutturazione informativa del dato e dall’altro soddisfare le esigenze più pratiche degli utenti finali. A partire quindi dal software SierraSoft Roads, che già implementava al suo interno una struttura BIM-based ed esportabile nelle versioni ufficiali di IFC, sono state rimodulate in modo condiviso alcune logiche di struttura informativa ed esplicitati in fase di export i modelli in IFC 4.3.

Figura 2 – Iniziale armonizzazione del progetto stradale con lo schema IFC 4.3 RC2

Lo sviluppo ha seguito le seguenti sotto-attività:

1. Esplicitazione delle nuove classi introdotte in IFC 4.3 RC2 utilizzabili per progetti stradali, tramite un’analisi delle classi specifiche di dominio e degli enumerativi inseriti.

2. Traduzione e allineamento del vocabolario inglese impiegato nel candidate standard IFC 4.3 RC2 con la normativa e la nomenclatura italiana stradale.

3. Declinazione della struttura spaziale e funzionale del software SierraSoft Roads secondo quella openBIM attraverso lo studio di possibili alternative di mappatura della gerarchia di progetto stradale e definendo possibili integrazioni e modifiche in fasi successive.  

4. Mappatura entità dello standard su caso studio tramite una ristrutturazione delle informazioni di scambio per scenari di nuova progettazione.  

È stato innanzitutto studiato e valutato criticamente il nuovo standard introdotto IFC 4.3 RC2, basandosi sulla competenza maturata negli anni da parte del LIM.lab di UNIPD nella conoscenza di IFC e più recentemente negli sviluppi dell’openBIM per ponti e viadotti, messa in campo anche nella stesura della ‘Linea Guida di applicazione dell’IFC a ponti e viadotti’ pubblicata da buildingSMART Italia. È stato possibile quindi validare sia le nuove classi e i rispettivi enumerativi introdotti specificatamente per il comparto stradale, sia le classi di utilizzo condiviso con le altre strutture. In seguito, è stata svolta una traduzione dei nomi e delle definizioni al fine di verificare la corrispondenza delle classi introdotte internazionalmente con quelle in uso nel mercato italiano e parallelamente individuare eventuali assenze di elementi indispensabili nella progettazione stradale. 

Figura 3 - Intersezione a T modellata in SierraSoft Roads

Evasa una prima indispensabile fase di allineamento della conoscenza delle novità introdotte, una particolare attenzione è stata poi data alle modalità di pianificazione e realizzazione tipiche del modello informativo infrastrutturale. A partire da una organizzazione teorica e generale del modello openBIM proposto nello standard IFC ne sono state declinate delle configurazioni possibili secondo casi d’uso reali e secondo delle organizzazioni di progetto definite dagli utenti di SierraSoft Roads stessi. Tutto ciò è assolutamente necessario per migliorare l’esperienza di progettazione stradale, garantendo la versatilità e la corrispondenza informativa tra il modello ottenuto nel software di authoring e il suo export IFC. 

Infine, relativamente alle nuove entità che costituiscono il contenuto del modello, alle quali sono definite la maggior parte delle informazioni, è stata effettuata una operazione di interpretazione delle definizioni e delle implicazioni pratiche di alcune scelte preferibili ad altre. Ne sono un esempio il ricorso ad assemblati o la scrittura di specifiche relazioni tra gli oggetti, con particolare riferimento al largo uso nei progetti stradali delle geometrie bidimensionali e del connesso ragionamento basato su profili longitudinali sezioni trasversali. Sono stati proposte le logiche su come trattare il modello tridimensionale derivato da questa impostazione, nonché gli stessi oggetti 3D derivati da polilinee di sezione.

A partire da questo processo di studio integrato è stato poi implementato, da parte di Sierrasoft, la struttura del candidate standard, in modo agile e allineandola alla struttura informativa di BIM autoring, portando alla luce come le due possano perfettamente coesistere e non limitarsi vicendevolmente se entrambe rispondono e definiscono la stessa corretta logica BIM. 

È emerso come una struttura di dati si possa perfettamente integrare nei modelli strutturati da progettisti stradali a meno di poche modifiche che non inficiano né l’uso del modello né l’esperienza dell’utente, cambiando solo parzialmente la modalità di accesso ad alcune informazioni. L’intento di validare più strutture gerarchiche del progetto e delle entità ha permesso di garantire l’elasticità della gestione propria dei modelli BIM tale da adattarsi a committenti ed operatori differenti, pur garantendo la medesima struttura informativa openBIM compliant.

Figura 4 - Intersezione a T esportata in IFC 4.3 da SierraSoft Roads e visualizzata in BIM Vision.