Rilievo digitale e BIM per la sicurezza delle infrastrutture: il modello integrato di Eucentre

La conoscenza geometrica e dello stato di conservazione delle opere rappresenta oggi un passaggio fondamentale per garantire la sicurezza di ponti, viadotti ed edifici esistenti. In questo scenario, Eucentre ha sviluppato il servizio Advanced Surveying & Digital Modelling (ASDM), che integra droni, laser scanner, fotogrammetria e sensori diagnostici. I dati raccolti vengono trasformati in nuvole di punti e modelli BIM interoperabili, utilizzabili per le successive analisi strutturali e sismiche. Un processo digitale che consente di collegare rilievo, monitoraggio e gestione del ciclo di vita dell’opera, aprendo anche alla realizzazione di Digital Twin e a sistemi di manutenzione predittiva.

Il contesto: un patrimonio da conoscere per proteggere

Un sistema integrato di tecnologie di rilievo

L’attuale stato del patrimonio infrastrutturale italiano, caratterizzato da marcata anzianità e da carichi di traffico spesso superiori a quelli previsti in fase di progetto, richiede un cambio di paradigma nella gestione della sicurezza. L’Italia dispone infatti di uno dei patrimoni strutturali e infrastrutturali più estesi d'Europa e, al tempo stesso, uno dei più vulnerabili. Ponti, viadotti, rampe portuali, edifici storici, strutture industriali e strategiche richiedono una conoscenza approfondita della geometria, dello stato di conservazione e delle proprietà dei materiali, oltre a ispezioni periodiche e, ove le condizioni dell'opera lo richiedano, a un monitoraggio strumentale continuativo: condizioni imprescindibili per qualsiasi attività di valutazione della sicurezza strutturale e sismica.

In questo scenario, le "Linee guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti" — adottate con D.M. 578 del 17 dicembre 2020 — e le successive istruzioni operative per la loro applicazione definiscono un approccio multilivello rigoroso, che pone la conoscenza come base imprescindibile per ogni azione di tutela. Tale percorso si articola a partire dal censimento delle opere (Livello 0) e dalle ispezioni visive (Livello 1), finalizzati a ricostruire la storia morfologico-evolutiva dei manufatti e a identificarne lo stato di conservazione attuale. L'efficacia di questo sistema di gestione "risk-based" trova oggi un potente acceleratore normativo nel nuovo Codice dei Contratti Pubblici (D.Lgs. 36/2023), il quale, all'articolo 43, prevede che dal 1° gennaio 2025 le stazioni appaltanti adottino metodi e strumenti di gestione informativa digitale (BIM) per le opere di nuova costruzione e per gli interventi su costruzioni esistenti sopra i 2 milioni di euro. La digitalizzazione non è più solo un'opzione, ma un requisito per garantire l'interoperabilità dei dati e la trasparenza nel ciclo di vita dell'opera.

In questo contesto normativo e tecnico, la Fondazione Eucentre si configura come un partner d’eccellenza, offrendo il servizio di Advanced Surveying & Digital Modelling (ASDM), sviluppato per rispondere alle nuove sfide della gestione della sicurezza infrastrutturale. Tale servizio si basa su un sistema integrato che combina l’impiego sinergico di droni ad alta risoluzione, laser scanner e sensori diagnostici con competenze scientifiche consolidate in decenni di ricerca nel campo dell’ingegneria sismica.

Attraverso queste tecnologie, Eucentre è in grado di trasformare il rilievo geometrico in modelli informativi parametrici (BIM), strumenti digitali avanzati in grado di assorbire e mettere in relazione fra loro gli esiti delle ispezioni, i dati dei sistemi di monitoraggio e gli algoritmi di intelligenza artificiale per il riconoscimento automatico dei difetti, a supporto della valutazione della sicurezza strutturale e della programmazione degli interventi di manutenzione. In questo modo, si contribuisce a garantire la resilienza delle infrastrutture rispetto ai rischi naturali e antropici.

L’attività di Eucentre rappresenta quindi una risposta concreta e tecnologicamente avanzata per la salvaguardia del patrimonio strutturale italiano, coniugando la ricerca scientifica nell’ingegneria della sicurezza con le più moderne esigenze di gestione informativa digitale.

Un sistema integrato di tecnologie di rilievo

Il servizio ASDM non è un semplice rilievo topografico: è un processo multi-tecnologia che parte dall'acquisizione dei dati sul campo e giunge alla produzione di modelli digitali interoperabili, modulabili per livello di dettaglio, quest’ultimo selezionato in base alle successive fasi di analisi strutturale, valutazione sismica o gestione del ciclo di vita dell'opera.

Le tecnologie impiegate includono:

• Rilievo aerofotogrammetrico con drone (UAS): impiego di sistemi a pilotaggio remoto con piloti certificati ENAC per l'acquisizione di immagini ad alta risoluzione della struttura o infrastruttura oggetto di rilievo, con generazione di nuvole di punti dense tramite elaborazione fotogrammetrica Structure-from-Motion (SfM).
• Laser scanner 3D: scansioni ad alta precisione per la generazione di nuvole di punti georeferenziate, con livelli di accuratezza adeguati alla progettazione esecutiva e compatibili con i principali software di elaborazione (Autodesk ReCap, CloudCompare, ecc.).
• Fotocamere 360° e sistemi di ispezione visiva: documentazione fotografica per la compilazione delle schede di difettosità secondo le Linee Guida MIT, con acquisizione di immagini piane e sferiche ad alta risoluzione anche in zone non raggiungibili dal drone e possibilità di sviluppare virtual tour di strutture ed infrastrutture.
• Sensori diagnostici e tecnologie satellitari: integrazione di dati strumentali acquisiti in situ con osservazioni da satellite per il monitoraggio territoriale e la valutazione dell'evoluzione del danno, con applicazioni che spaziano dalla singola opera all'analisi a scala urbana.

Dalla nuvola di punti al modello BIM: il processo di restituzione digitale

Il processo di restituzione BIM si articola in fasi consolidate.

Fase 1 – Pianificazione e sopralluogo preliminare

Prima di ogni campagna di rilievo si effettua una ricognizione dell'infrastruttura per valutare dimensioni, altezze, accessibilità degli interni e la presenza di ostacoli che potrebbero interferire con l'acquisizione (vegetazione, sottoservizi, barriere, impianti ed elementi accessori). Nel caso siano effettuati rilievi con droni, questa fase consente di adottare le misure necessarie per operare secondo normativa ENAC ed EASA, di ottimizzare il piano di volo e la strategia di scansione.

Fase 2 – Acquisizione dati in campo

Nel rilievo con laser scanner terrestre (TLS), l’acquisizione dei dati avviene mediante emissione di impulsi laser e misura del tempo di volo (o dello sfasamento di fase) del segnale riflesso dalle superfici indagate; ciò consente di determinare con elevata precisione le coordinate tridimensionali di milioni di punti nello spazio, generando una nuvola di punti ad alta densità georifereibili in datum (sistemi di riferimento) locali o globali. Nel caso di rilievi tramite UAS (droni), invece, i dati grezzi consistono in immagini digitali acquisite secondo schemi di volo (manuali o pianificati), con adeguate sovrapposizioni longitudinali e trasversali.

Fase 3 – Elaborazione dei dati e generazione della nuvola di punti

Nel caso di rilievi tramite UAS (droni), le immagini acquisite vengono elaborate mediante algoritmi di Structure-from-Motion (SfM) e Multi-View Stereo (MVS), che consentono la ricostruzione tridimensionale della scena attraverso l’individuazione di punti omologhi, la stima dei parametri di orientamento interno ed esterno delle camere e la triangolazione fotogrammetrica. Il processo genera nuvole di punti dense e quindi ortofoto georeferenziate, metricamente coerenti, geometricamente corrette e riferite tramite punti di controllo a terra (GCP) o sistemi GNSS/IMU integrati.

Nel caso di rilievi con laser scanner terrestre, l'elaborazione consiste invece nella registrazione delle singole scansioni e nella verifica degli scarti di allineamento, nel filtraggio del rumore e degli elementi estranei (vegetazione, veicoli, personale) e nell'eventuale decimazione, fino alla produzione di un'unica nuvola di riferimento per le fasi successive.

Le nuvole dense e i modelli tridimensionali texturizzati da esse derivati vengono successivamente ottimizzati e resi disponibili in formati compatibili con i principali software di elaborazione (ReCap, CloudCompare, Revit),

Fase 4 – Modellazione BIM e restituzione degli elaborati

A partire dalla nuvola di punti viene costruito il modello informativo dell'infrastruttura nei formati RVT (Autodesk Revit) e IFC (standard aperto per l'interoperabilità). Il modello consente di estrarre geometrie, sezioni, volumetrie e quotature, effettuare clash detection tra elementi strutturali e non strutturali, ed esportare elaborati CAD (DWG) per i workflow di progettazione tradizionale. Tali modelli risultano idonei per analisi geometriche, strutturali e di monitoraggio. Il livello di dettaglio è modulabile in funzione degli obiettivi, variando da valutazioni volumetriche preliminari fino a rilievi ad alta precisione per la progettazione esecutiva.

Esempi applicativi: ponti, infrastrutture portuali e non solo

A titolo esemplificativo, si riportano di seguito alcune applicazioni del servizio ASDM su diverse tipologie di infrastrutture, a illustrazione della versatilità del processo e della sua capacità di adattarsi alle specificità di ogni opera.

Rilievo BIM del ponte sul fiume Piave – Longarone (BL)

Un ponte stradale in cemento armato/precompresso multi-campata è stato oggetto di un rilievo aerofotogrammetrico completo finalizzato alla ricostruzione tridimensionale della struttura e alla valutazione della sua volumetria. Il processo ha previsto l'acquisizione di fotografie aeree ad alta risoluzione tramite drone con pilota ENAC certificato, la generazione di una nuvola di punti densa tramite tecniche SfM e la successiva modellazione BIM con restituzione in formato RVT/IFC e DWG.

Rilievo e valutazione delle rampe del Porto di Genova

Un caso più articolato riguarda il rilievo di due rampe stradali e di un piazzale sopraelevato nell'area portuale di Genova. L'obiettivo era la redazione di un quadro conoscitivo completo funzionale a una verifica di Livello 4 secondo le Linee Guida MIT. Il processo ha integrato: rilievi ispettivi con drone in ambienti interni confinati; rilievi effettuati con laser scanner; fotocamere 360°; la predisposizione dei dati per la compilazione sistematica delle schede di difettosità; la realizzazione del modello BIM dell'opera.

Dalla conoscenza geometrica alla valutazione sismica: un processo integrato

Il modello BIM prodotto nell'ambito dei servizi ASDM non è un elaborato fine a sé stesso: è concepito per alimentare direttamente le fasi successive di analisi strutturale e valutazione della sicurezza. A valle del processo ASDM si colloca l'Advanced Seismic Assessment (ASA), la linea di servizi Eucentre dedicata alla valutazione della sicurezza sismica, fondata su metodologie sviluppate fin dal 2005 in collaborazione con il Dipartimento della Protezione Civile e messe alla prova nelle attività condotte in occasione dei principali eventi sismici italiani. Il team che esegue i rilievi e costruisce i modelli informativi è lo stesso che li utilizza per le valutazioni strutturali, garantendo continuità metodologica tra le fasi di acquisizione e di analisi e coerenza con le verifiche previste dalle normative vigenti (NTC 2018, EC8, Linee Guida MIT).

In una prospettiva di ciclo di vita, il modello BIM apre la strada alla creazione di gemelli digitali (Digital Twins) dell'opera. Un Digital Twin non è semplicemente un modello tridimensionale affiancato da sensori: richiede una rappresentazione geometrica e informativa accurata dell'opera come riferimento stabile a cui ancorare i dati acquisiti nel tempo. È questa la funzione del modello BIM prodotto con il processo ASDM — costituire lo scheletro digitale dell'infrastruttura a cui collegare i flussi di dati provenienti dai sistemi di monitoraggio strutturale. Eucentre dispone di competenze interne anche in questo campo, con piattaforme che integrano sensori tradizionali (accelerometri, estensimetri) con tecnologie wireless, fibra ottica e satellitari (GNSS), con elaborazione locale o su cloud.

Quando questi flussi vengono agganciati al modello informativo, il gemello digitale consente di seguire nel tempo l'evoluzione delle proprietà dinamiche della struttura, di individuare tempestivamente le anomalie e di riferirle agli elementi del modello, supportando le decisioni del gestore e affiancando alla manutenzione programmata una componente predittiva basata su dati acquisiti in continuo.

Sul versante della ricerca applicata, Eucentre sviluppa algoritmi di deep learning per il riconoscimento automatico del danno strutturale (damage detection) a partire da immagini acquisite con drone, con l'obiettivo di consentire la ripetibilità delle operazioni di monitoraggio e fornire supporto al giudizio esperto processando significative quantità di dati in tempi ridotti. L'analisi si integra con dati di osservazione satellitare, che permettono di scalare il monitoraggio dalla singola opera alla scala territoriale — ambito di particolare rilevanza nella valutazione dell'evoluzione del danno post-sisma. Queste attività si inseriscono in progetti di ricerca europei attivi quali U-Ainspect e 5G Brains, che alimentano un trasferimento metodologico continuo verso i servizi operativi.

Conclusioni

Il quadro normativo consolidatosi negli ultimi anni — dalle Linee guida MIT sui ponti al nuovo Codice dei Contratti Pubblici — ha reso la conoscenza digitale delle infrastrutture non più una scelta tecnica opzionale, ma un requisito di sistema. In questo contesto, disporre di metodologie di rilievo avanzato integrate con competenze di analisi strutturale e sismica rappresenta un presupposto fondamentale per rispondere in modo efficace alle crescenti esigenze di sicurezza e gestione del patrimonio costruito.

Il servizio ASDM della Fondazione Eucentre vanno in questa direzione, combinando strumentazione avanzata, processi consolidati e competenze scientifiche maturate nel campo dell'ingegneria sismica per offrire un percorso completo che va dal rilievo dell'opera alla sua valutazione strutturale.