Abstract
Per attuare efficaci azioni di adattamento climatico in ambito urbano risulta particolarmente appropriato un approccio ecosistemico al progetto che consenta di attuare strategie progettuali resilienti ed evolutive. Il contributo propone una metodologia sperimentale con con un approccio ambientale al progetto architettonico che, utilizzando strumenti di simulazione digitale, induce nella progettazione una modalità innovativa capace di gestire i livelli di informazione necessari per comprendere le relazioni tra ambiente e impatti climatici alle diverse scale. Keywords: Tecnologie digitali, Servizi ecosistemici, Adattamento climatico, Vulnerabilità ambientale
1 DiARC - Dipartimento di Architettura, Università Federico II di Napoli, simonamascolino@gmail.com 2 DiARC - Dipartimento di Architettura, Università Federico II di Napoli, sara.verde@unina.it
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IntroduzioneL’attuale complessità dell’ambiente urbano e l’insorgere di fenomeni climatici di sempre maggiore rilevanza richiedono l’utilizzo di avanzati processi di trasformazione e gestione delle risorse all’interno di una progettazione innovativa. A fronte dei conseguenti problemi di criticità sociale ed economica, l’obiettivo della rigenerazione urbana è orientata allo sviluppo di strategie tese al superamento delle criticità della città contemporanea. Il tema dell’adattamento agli impatti del climate change in ambito urbano necessita di un diverso approccio al progetto che miri da un lato alla salvaguardia degli habitat antropici e naturali, dall’altro a una loro possibile co-evoluzione eco-sistemica, alla trasformazione dei processi economici di tipo consumistico e alla modificazione degli stili di vita degli abitanti. Il progetto si sposta, quindi, da una dimensione meccanicistica e deterministica ad una dimensione “generativa” nella quale trova spazio l’aspetto ecologico dei sistemi insediativi in cui l’approccio eco-sistemico consente di attuare strategie progettuali resilienti ed evolutive.
La scelta di soluzioni innovative caratterizza linee operative che non limitino il tema della rigenerazione alla sola determinazione di assetti fisici e prestazionali, ma che integrino processi di programmazione e progettazione in relazione ad un efficace uso delle risorse. Per lo sviluppo di progetti finalizzati a ridurre sia il fabbisogno di risorse che l’impatto ambientale, si rende necessaria una progettazione ambientalmente orientata che faccia riferimento alle condizioni hazard specific e site specific. Ciò comporta, tuttavia, la gestione di una grande quantità di dati che devono essere amministrati in maniera adeguata nei processi di conoscenza della realtà fisica e dell’ambiente costruito nonché nella gestione nel processo progettuale. In questi nuovi scenari, l’innovazione tecnologica svolge un ruolo fondamentale in quanto consente di includere nel processo progettuale i livelli di informazione necessari alla sua gestione, in particolare per il controllo degli interventi che incidono sulla relazione complessa tra ecosistema, ambiente costruito e variabili climatiche. Per trovare una risoluzione a queste questioni, l’approccio EbA (Ecosystems based Approaches) mette a sistema le funzioni della natura, de-codificate attraverso i servizi che essa eroga, con le strategie adattive ecosistemiche e un approccio nature- based apportando benefici innanzitutto di carattere ambientale ma anche sociale, culturale ed economico. L’EbA si configura, dunque, come un approccio strategico, flessibile e potenzialmente conveniente sotto l’aspetto economico. Le questioni ambientali sono, difatti, problemi compositi poiché fanno riferimento a una nozione sistemica di ambiente e ciò fa sì che sia possibile affrontarli da molteplici angolazioni aumentando le probabilità di giungere a una «soluzione corretta» (Chiapponi, 1990). Nell’ambito dell’approccio ecosistemico ciò si traduce nell’applicazione di metodologie scientifiche appropriate che comprendano le strutture essenziali, i processi, le funzioni e le interazioni tra gli organismi e il loro ambiente (Padovani, Carrabba and Mauro, 2003).
Il progetto architettonico si arricchisce, dunque, dell’apporto delle tecnologie digitali che possono migliorare le città, grazie all’uso e alla gestione di big data come punto di partenza per un utilizzo intelligente di una tecnologia capace di essere un efficace sistema di supporto alle decisioni nelle politiche degli enti locali.
Il contributo si propone di affrontare tali questioni suggerendo un approccio metodologico nel quale è definito un set di strumenti computazionali (come gli strumenti di elaborazione GIS based e parametrici) che permettono la gestione dei dati per
l’individuazione delle zone più vulnerabili in ambito urbano e, quindi, l’applicazione di strategie per l’adattamento climatico. La cultura tecnologica per la progettazione ecosistemica
Nello scenario della progettazione architettonica tecnologica il “progetto eco-sistemico” assume un ruolo centrale nella evoluzione degli approcci al progetto, capace di interagire in termini ecosistemici con l’ambiente. Influenti, per perseguire tale approccio, sono le strategie di adaptive design per la riduzione della vulnerabilità ambientale delle città.
La progettazione eco-sistemica individua, inoltre, nell’efficienza ecologica un fattore in forte relazione con la tecnologia e con le più recenti tematiche ambientali. Il fine è quello di far sviluppare gli ecosistemi in linea con gli aspetti di governance socio-economica e di ripensare la loro relazione con gli aspetti tecnologici e ambientali.
Al riguardo, la progettazione ambientale può, ulteriormente, fornire adeguate risposte a specifiche esigenze di salvaguardia ambientale per la riduzione della vulnerabilità degli ecosistemi e agire attraverso molteplici modalità di intervento sull’ambiente attribuendo una notevole importanza alla relazione con il contesto. Nella cultura tecnologica della progettazione ambientale, infatti, «coincidono i nodi della storia dei luoghi, della qualità, della materialità, della strumentalità, del benessere» (Giuffrè, 2001).
La cultura tecnologica della progettazione pone, infatti, al centro dell’architettura la gestione ed il controllo della qualità del processo progettuale e della produzione edilizia. Oggi, con la progressiva industrializzazione e digitalizzazione del settore, questo processo vede l’introduzione di nuove procedure. Il progetto resiliente agli impatti sulla città si configura all’interno di una questione cruciale che investe la cultura, la scienza e la tecnologia. La tecnologia digitale, nella contemporaneità attraverso una progettazione resiliente, supporta la costruzione di un rapporto innovativo tra individui, spazi urbani, edifici e nuove tecnologie, all’interno del quale l’elaborazione e la trasmissione delle informazioni giocano un ruolo fondamentale. Lo sviluppo urbano nell’era digitale definisce una nuova visione dell’ambiente costruito in cui l’infrastruttura urbana integrerà i luoghi fisici e le interfacce con dati e le informazioni, evolvendo verso un nuovo concetto di ecosistema in cui la percezione e la fruibilità, con il controllo e il funzionamento efficiente dell’infrastruttura in regime di cambiamento climatico, si modificano in maniera innovativa (Tucci, 2009).
Approccio metodologico interscalare e tecnologie digitali Nei nuovi scenari definiti dagli impatti derivanti dal cambiamento climatico, l’approccio eco-sistemico al progetto architettonico è emerso come una promettente strategia per incrementare la resilienza degli ecosistemi e supportare stili di vita sostenibili. La progettazione eco-sistemica può indurre molteplici benefici in quanto in essa si affrontano i legami cruciali tra cambiamento climatico, biodiversità e gestione sostenibile delle risorse che consentono, preservando e potenziando gli ecosistemi, di attuare azioni di mitigazione e adattamento ai nuovi impatti ambientali. Nel campo della progettazione si richiede, dunque, un approccio in grado di gestire la molteplicità dei fattori che entrano in campo in modo unitario e sinergico.
Le tecnologie digitali e, in particolar modo, gli strumenti di simulazione contribuiscono a gestire in maniera adeguata i processi di conoscenza e gli scenari di intervento della realtà fisica e dell’ambiente costruito.
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Technology and Evolution of the Eco-Systemic Approach to the Design
La metodologia proposta è stata sperimentata nell’ambito del Progetto di Ricerca “SIMMCITIES_NA1”, svolto presso
il Dipartimento di Architettura dell’Università degli Studi di Napoli “Federico II”, ed è orientata alla definizione di un quadro di strumenti per la progettazione resiliente ai cambiamenti climatici incorporando metodologie di analisi originali e workflow processuali di supporto alla progettazione tesi a misurare i molteplici benefici derivanti dall’applicazione di strategie climate-adaptive alla scala locale. L’approccio proposto dalla ricerca è stato testato in maniera sperimentale nella periferia orientale della città di Napoli, con particolare riferimento al Piano di Recupero Urbano del Distretto di Ponticelli (Leone and Tersigni, 2018). Il risultato, che le sperimentazioni progettuali svolte all’interno del Progetto di Ricerca hanno prodotto, è stato lo sviluppo di un progetto pilota esito di strategie di riqualificazione urbana per l’adattamento climatico con il supporto di strumenti IT (Information Technology). La sperimentazione si è articolata in fasi sequenziali e iterative che hanno portano allo sviluppo del progetto attraverso un approccio multi-disciplinare e multi- scalare (Leone and Tersigni, 2018).
Gli strumenti IT utilizzati nell’ambito della sperimentazione sono stati:
- gli strumenti GIS (Geographic Information Systems) che costituiscono sistemi informativi multilivello che permettono di catalogare e relazionare informazioni riferite ad ambiti urbani estesi a partire da molteplici tipologie di dati (dati aerofotogrammetrici, dati da telerilevamento LIDAR, serie climatiche, rilevamenti in situ, ecc.), finalizzate alla conoscenza del sistema urbano (D’Ambrosio, 2018); - gli strumenti per la progettazione parametrica (Grasshopper
Ladybug/Honeybee) che permettono di effettuare simulazioni energetico-ambientali così da poter indagare il comportamento termo-fisico di edifici e spazi aperti, calcolando parametri quali l’irraggiamento, i flussi d’aria, il comfort termico o le emissioni di inquinanti (Leone and Tersigni, 2018).
L’approccio metodologico sviluppato nella ricerca “SIMMCITIES_NA” è di tipo processuale e si è sviluppato in più fasi. La prima fase è stata relativa alla conoscenza del sistema urbano attraverso l’elaborazione di carte tematiche a livello distrettuale urbano. Le carte tematiche realizzate sono attinenti sia all’analisi funzionale-spaziale che all’analisi ambientale. L’analisi ambientale è stata realizzata a partire da un database descrittivo del sistema edifici-spazi aperti e individuando indicatori i cui coefficienti sono strettamente collegati alle proprietà dei materiali. Determinati i coefficienti, è stato possibile associare, tramite l’utilizzo dei software GIS, i poligoni di base del database di partenza ai corrispondenti valori degli indicatori tramite un’attenta elaborazione dei dati. Al fine di valutare l’impatto sul sistema urbano di strategie di adattamento e mitigazione sono stati impiegati modelli per la simulazione ambientale tramite l’utilizzo di software per la progettazione parametrica. Tali software (Grasshopper, LadyBug, HoneyBee) permettono la modellazione e la simulazione ambientale tramite la costruzione di algoritmi generativi al cui interno siano stati opportunamente inseriti i dati climatici della zona di riferimento per l’intervento. La progettazione parametrica, inoltre, permette di controllare gli indicatori al variare delle condizioni al contesto in modo dinamico così da poter quantificare l’efficacia di differenti categorie di opere rispetto alle specifiche condizioni
1 Il contributo si inserisce all’interno della ricerca “SIMMCITIES_NA, Scenario Impact Modelling Methodology for a Climate change-Induced hazards Tool for
Integrated End-users Strategic planning and design – NAPOLI”, sviluppata da un Gruppo di ricerca del DiARC-Dipartimento di Architettura coordinato da
Mario Losasso, Giulio Zuccaro e Mattia Leone. Il progetto di ricerca costituisce una componente di una proposta di ricerca presentata all’interno del programma
Horizon 2020 (H2020), finanziato per il periodo 2017-2019 dall’Università degli Studi di Napoli Federico II.
contestuali. Questo tipo di approccio ha consentito, dunque, l’analisi di differenti variabili parametriche al fine di comprendere il comportamento del sistema urbano o di sue parti e ha permesso di misurare, attraverso il riferimento a un set di indicatori, le prestazioni e gli effetti sugli hazard di differenti alternative progettuali al variare delle specifiche condizioni contestuali. Questa conoscenza può essere utilizzata per elaborare strategie di risposta del sistema urbano alle condizioni ambientali e ai fenomeni metereologici estremi.
Risultati
La metodologia proposta ha determinato come risultato lo sviluppo di un progetto pilota che tenesse conto della crescente complessità delle realtà urbane, tramite l’utilizzo di strategie di riqualificazione edilizia e urbana per l’adattamento climatico con il supporto di tecnologie avanzate IT. Gli strumenti digitali hanno permesso, inoltre, un aumento della comunicazione e della cooperazione intersettoriale definendo un approccio multidisciplinare e multiscalare. L’obiettivo è stato quello di migliorare la conoscenza e la comprensione da parte di amministrazioni pubbliche e progettisti circa gli impatti climatici e i possibili effetti di azioni o di scelte operative attuate in diversi settori strategici, decifrando ed elaborando la crescente mole di dati relativa al contesto urbano traducendola in informazioni che possano essere incorporate in modo efficiente nei processi di pianificazione e progettazione.
Nel caso applicativo del distretto urbano di Ponticelli, infatti, gli strumenti GIS based hanno permesso di stimare il comfort outdoor alla scala urbana tramite la misura del valore degli indicatori ed i tool per la progettazione parametrica hanno consentito di comparare differenti scenari progettuali e di verificare la valutazione del comfort termo-igrometrico dell’ambiente costruito. Nella prima fase di conoscenza del sistema urbano, strumenti di elaborazione GIS based hanno permesso, tramite l’elaborazione di mappe alla scala distrettuale, di individuare le aree più vulnerabili rispetto agli hazard di heat wave e pluvial flooding. Nella fase progettuale i tool per la progettazione parametrica sono stati, in seguito, utilizzati per una valutazione del comfort outdoor tramite la definizione di algoritmi generativi che hanno consentito l’analisi di differenti variabili al fine di comprendere , da un lato, il comportamento del sistema urbano e, dall’altro, di misurare le prestazioni degli spazi aperti (tramite il controllo di specifici indicatori come il RIE – Riduzione dell’Impatto Edilizio che punta a limitare la quantità di superfici impermeabili, e l’UTCI – Universal Thermal Climate Index rappresentativo del comfort outdoor percepito) anche al variare delle condizioni al contesto. Ciò ha permesso, inoltre, di poter quantificare l’efficacia di differenti categorie di opere rispetto alle specifiche condizioni contestuali. È stato possibile, per esempio, verificare che, agendo solo sulle alberature, in tessuti con una superficie coperta superiore al 10% al fine di ottenere effetti migliorativi significativi è necessario attuare un aumento della superficie evapotraspirante non solo sugli spazi pubblici ma anche nelle corti private. In tessuti con una superficie coperta inferiore al 10 %, invece, la strategia più efficace è quella di distribuire il numero delle alberature negli spazi aperti in maniera compatta e densa (Fig. 1).
I processi sperimentati hanno permesso una migliore conoscenza delle variabili che caratterizzano l’ambiente e,
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Fig. 2essendo replicabili, possono giocare un ruolo potenziale ed essere incorporati all’interno dei processi di pianificazione gestiti dalle amministrazioni pubbliche.
Il principale esito è stato la definizione di fasi processuali che utilizzino strumenti di design computazionale al fine di supportare processi decisionali e progettuali complessi, attenti alle specifiche condizioni del contesto in termini di vulnerabilità e incidenza del microclima urbano sulle variabili climatiche.
Le tecnologie digitali costituiscono, dunque, degli strumenti complementari alla progettazione ecosistemica per affrontare gli impatti del cambiamento climatico, permettendo di gestire la quantità di informazioni che caratterizza questi processi. Questo metodo può risultare più efficace se, per analogia, gli strumenti individuati possono essere trasferiti in condizioni urbane analoghe. Ne consegue una progettazione eco-sistemica omogenea in cui si individuano miglioramenti delle prestazioni, delle caratteristiche e delle condizioni dovute alle azioni di mitigazione, adattamento e miglioramento rispetto agli impatti causati dal cambiamento climatico.
Conclusioni
Superando alcuni limiti imposti da approcci di tipo deterministico che, nella nuova realtà definita dal cambiamento climatico, forniscono con maggiore difficoltà risposte adeguate alla complessità dei contesti sottoposti alla rilevanza degli impatti, risulta efficace una progettazione ambientale basata su un approccio eco-sistemico che non vede più gli edifici come entità distinte inserite nell’ambiente ma come nodi di un sistema complesso dotato di un articolato ciclo di vita. La ricerca ha contribuito a fornire una prospettiva di un’architettura basata sui concetti di un processo rigenerativo in continuo divenire che coinvolge l’ambiente antropico e naturale, capace di esplorare strategie innovative grazie all’utilizzo di strumenti tecnologici, quali, ad esempio, i software per la simulazione ambientale. L’uso delle tecnologie di simulazione digitale e l’attenzione ai temi ambientali, ecologici e climatici, definisce le caratteristiche più evidenti di una nuova visione della progettazione eco- sistemica in cui la progettazione ambientale si configura nel suo
apporto ad una trasformazione della realtà, in grado di attivare nuove relazioni tra gli elementi che costituiscono l’ambiente naturale e antropico.
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Technology and Evolution of the Eco-Systemic Approach to the Design
Fig. 3
Fig. 1 - Ponticelli - Comparto PSER realizzato nell’ambito del Programma Straordinario nel quartiere 167 di Ponticelli, vista da Via Martiri della Libertà. Fonte: Verde, S., 2018
Fig. 2 - Caso applicativo di Ponticelli, Napoli - Analisi ambientali rispetto agli indicatori run off, albedo ed emissività per l’individuazione delle aree più vulnerabili rispetto agli hazard di heat wave e pluvial flooding elaborate con strumenti GIS based. Fonte: Verde, S., 2019
Fig. 3 - Caso applicativo di Ponticelli, Napoli – Valutazione delle prestazioni dello spazio pubblico in seguito all’applicazione di soluzioni climate- adaptive rispetto agli indici RIE e UTCI elaborata con Grasshopper e i plugins open source Ladybug e Honeybee. Fonte: Verde, S., 2019