L’HBIM per il patrimonio edilizio

Il termine HBIM, acronimo di Historical o Heritage Building Information Modeling, si riferisce alla metodologia BIM applicata ai manufatti esistenti, monumentali e no, che possono far parte o meno del patrimonio culturale storico artistico. Il temine venne coniato nel 2009 dal professor Maurice Murphy del Dublin Institute of Technology, che fu il primo a definire ed introdurre tale concetto in un articolo scientifico. La sua applicazione comporta la realizzazione di modelli digitali tridimensionali appartenenti al patrimonio edilizio esistente, che, oltre alla riproduzione geometrica dei manufatti, contengono informazioni sugli stessi, determinando così un modello parametrico, intelligente, caratterizzato da una struttura informativa dettagliata e ben definita che è possibile implementare, modificare e aggiornare continuamente.

Seppur la metodologia BIM nasca rivolta allo sviluppo progettuale di manufatti di nuova costruzione, negli ultimi anni, vista la ricchezza e la numerosità del patrimonio storico artistico esistente, l’applicazione e la sperimentazione rivolta a questi aspetti è andata crescendo. L’obiettivo principale della metodologia BIM applicata al patrimonio esistente è quello di ottenere un digital twin, da sfruttare come modello e database in cui inserire informazioni geometriche e tecniche da utilizzare per prendere consapevolezza e conoscenza del manufatto in questione.

L’attività di progettazione per il recupero o il restauro di una struttura esistente, che si fonda sulla metodologia BIM, parte dalla approfondita conoscenza del manufatto: va indagata la storia e l’evoluzione, le stratificazioni costruttive che determinano lo stato dell’arte attuale, raggiungendo un elevato livello di conoscenza dell’edificio nella sua interezza e complessità. L’indagine storica e l’attività di rilievo portano alla conoscenza di caratteristiche architettoniche, strutturali, geometriche e materiche del sistema edilizio da preservare e conservare nella progettazione dell’attività di recupero. A monte, è dunque essenziale intraprendere una accurata e approfondita analisi e indagine storica che, tramite consultazione di documenti ed elaborati, fonti storiche, documenti d’archivio, disegni e descrizione delle tecniche e dei materiali impiegati, consentano di ricostruire l’intera vita del manufatto.

A questa va accompagnata l’attività di rilievo e misurazione sul campo, che avviene attraverso le strumentazioni e tecnologie offerte e messe a disposizione in base all’investimento e al budget economico del progetto. Per tale ragione la prima fase di conoscenza, raccolta dei dati e consapevolezza è una delle principali. Le informazioni raccolte pongono le basi che consentono di svolgere le analisi diagnostiche sull’edificio, di individuare e definire gli interventi di recupero da attuare e le successive attività di manutenzione. Le tecnologie adottate per la raccolta di dati e informazioni applicate nella metodologia HBIM possono essere molteplici: la fotogrammetria e la rilevazione laser scanner, che consentono di associare a loro volta informazioni geometriche a immagini, in maniera tale da fornire un modello virtuale altamente fedele alla realtà.

La fase successiva che va intrapresa è quella dell’elaborazione dei dati raccolti a seguito della campagna di rilievo. Nell’utilizzo del laser scanner e della fotogrammetria, solitamente, a seguito di una attività di postproduzione ed elaborazione dei dati, che richiede anche l’inserimento di coordinate georeferenziate, si arriva alla realizzazione di una nuvola di punti che costituisce la base per la modellazione del manufatto, definendo nel dettaglio volumetria, dimensioni e informazioni di carattere colorimetrico.

L’elaborazione dei dati di rilievo permette di ottenere una nuvola di punti dalla quale è possibile realizzare delle mesh che portano ad una prima definizione di modello 3D.

Il passaggio successivo è quello della vera e propria digitalizzazione e realizzazione del modello BIM tridimensionale e parametrico, che si appoggia e rispecchia su quanto è stato rilevato nelle fasi precedenti. Le informazioni e i dati inseriti riguardano notizie storiche, analisi del degrado o delle deformazioni, materiali utilizzati e livello di affidabilità dei dati presenti.

In tal modo si perviene alla realizzazione di un modello completo, che raccoglie tutti i dati relativi alla storia dell’edificio e che consentirà dunque di produrre tutti gli elaborati progettuali del caso: dai disegni tecnici, alle proiezioni ortografiche fino agli abachi.

Ovviamente, di relativa importanza è avere consapevolezza del fine per il quale il modello BIM del manufatto viene realizzato, in maniera tale da improntare lo sviluppo del gemello digitale sulla falsa riga dell’obiettivo finale, inserendo e raccogliendo dati più dettagliati in base all’intervento di recupero o restauro che si prevede di eseguire.

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L’HBIM, dunque, esplicita un metodo di lavoro che consente di progettare l’esistente dal punto di vista della modellazione, ovvero si realizza un modello che simula la costruzione del manufatto e che ne presenta la maggior parte delle caratteristiche. L’applicazione della metodologia al patrimonio esistente fornisce la possibilità di ottimizzarne la gestione, la manutenzione e la tutela, permettendo il monitoraggio del degrado, la pianificazione di interventi di restauro, l’attività di simulazione di eventi catastrofici.

Schema 1.1: HBIM – Fasi, obiettivi e usi – Fonte: Elaborazione propria

Un aspetto problematico che porta con sé un modello BIM riferito ad un edificio storico è l’affidabilità delle misure e delle informazioni riportate. Non sempre, infatti, l’attività di ricerca e rilievo forniscono risposte complete che consentono una accurata e sicura ricostruzione del manufatto; per tale ragione la tematica dell’affidabilità del modello e della sua trasparenza risulta fondamentale in maniera tale da fornire una precisa consapevolezza del fabbricato a chi poi dovrà intervenire. L’indicazione dell’affidabilità e del livello interpretativo dell’informazione nel modello diviene dunque un parametro di grande importanza e interesse nell’ambito dell’HBIM.

Queste tematiche legate all’affidabilità del dato, vennero introdotte facendo riferimento al concetto di trasparenza del modello dello stato dell’arte già a partire dal 2009 con la Carta di Londra e poi, integrate successivamente nel 2012 nei Principi di Siviglia, seppur questi fossero principalmente rivolti al mondo dell’archeologia. Le basi di tali argomentazioni vennero ad ogni modo poste già a partire dal 2003 con la Carta sulla Conservazione del Patrimonio Digitale dell'UNESCO.

L’obiettivo della Carta di Londra è quello di stabilire i principi metodologici per garantire una corretta visualizzazione digitale, divulgazione e comunicazione digitale all’interno del settore dei Beni Culturali. I Principi di Siviglia, invece, ne rappresentano una

implementazione pratica che pone le basi di tali tematiche all’interno del mondo dell’archeologia, tentando di renderle attuative.

Alcuni principi dettati dalla Carta di Londra riguardano:

 l’implementazione, che consiste nell’invitare a recepire le indicazioni proposte tramite lo sviluppo di una metodologia definita e determinata;

 le fonti di ricerca, legate al tema della trasparenza del modello digitale e delle sue informazioni;

 la documentazione, che tenta di determinare una definizione dell’organizzazione delle informazioni tramite un procedimento che parte dall’elaborazione dei dati fino alla visualizzazione degli stessi, tentando dunque di garantire un processo scientifico, ripercorribile e univoco per tutti quelli che intendono approcciarsi a questo ambito.

L’obiettivo, dunque, è quello di definire il processo con il quale l’immagine, il modello o l’informazione è stata rintracciata, divulgata e resa disponibile, si vuole pervenire ad una definizione scientifica ed univoca legata all’affidabilità e veridicità del dato, che sia di natura geometrica o informativa.

In particolare, nella Carta di Londra si parla di “trasparenza intellettuale” riferita al risultato visualizzabile tramite computer che riporta informazioni che vengono trasmesse a degli utenti, mentre, nei Principi di Siviglia si introduce la “trasparenza scientifica” rispetto la quale, le conclusioni raggiunte tramite la visualizzazione al computer da ricercatori e professionisti devono poter essere confermate, confutate o modificate da altri esperti nel corso del tempo.

Per tale motivo in tali documenti viene introdotto il concetto di paradata, ovvero dei metadata che riguardano informazioni di comprensione e interpretazione dovuta a processi umani che vengono raccolti all’interno di database ed hanno il fine di interpretare la lettura critica di un manufatto eseguita da esperti.

Risulta evidente come, per la metodologia BIM, riferita ai manufatti di interesse storico artistico, il tema della trasparenza e dell’affidabilità della visualizzazione del modello digitale sia di notevole importanza, sia per quanto riguarda l’aspetto geometrico dimensionale che quello informativo e di conoscenza del manufatto.

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Attualmente a livello normativo, riferendosi alla norma UNI 113337 viene definito il livello di dettaglio, il cosiddetto LOD, che consente una classificazione degli elementi presenti all’interno del modello sulla base della accuratezza e dettaglio geometrico e informativo. Risulta però attualmente assente una norma che definisca e ponga le basi per la determinazione e classificazione del livello di affidabilità delle informazioni inserite all’interno di un modello digitale che rappresenta la realità del costruito. Tale parametro prende il nome di LOR, Level of Reliability, che testimonia l’affidabilità del dato presente all’interno del modello digitale.

Figura 1.4: Esempio di digitalizzazione e modellazione – Fonte: slide corso BIM&InfraBIM for built heritage

La possibilità di conosce e gestire il patrimonio storico culturale attraverso le tecnologie digitali attuali porta all’instaurarsi di sfide propositive che hanno l’obiettivo di giungere ad una metodologia universalmente valida che consenta di operare in maniera valida e soddisfare le diverse esigenze che ricadono nell’ambito della conservazione, recupero e restauro di manufatti esistenti. L’acquisizione dei dati, la modellazione e le informazioni inserite all’interno dei modelli vanno intesi come un processo in continuo perfezionamento che ha il fine di porre e configurare una base scientifica comune che possa portare alla definizione di una procedura universale di approccio alla realtà dell’HBIM. L’obiettivo è quello di raggiungere un’attività di normalizzazione dei dati in maniera tale da strutturare modelli integrati e informatici che garantiscano un approccio multidisciplinare e che tangano conto delle esigenze dei successivi fruitori.

Con questo in mente, l'obiettivo principale di HBIM è quello di gestire gli edifici esistenti attraverso informazioni parametriche, per realizzare una ricostruzione architettonica tridimensionale incorporando l’edificio esistente in una metodologia sicura e valida.

Il vantaggio di avere un manufatto esistente digitalizzato, secondo la metodologia BIM, permette di avere una stima dei costi di manutenzione, una quantificazione dei materiali, una gestione dei dati e della documentazione storica, la possibilità di svolgere analisi costruttive e di redigere facilmente piani di intervento e recupero.

Tenendo conto che la maggior parte del patrimonio costruito è privo di gemelli digitali, l’implementazione di tale metodologia potrebbe garantire in futuro una maggiore e migliore gestione del patrimonio costruito, all’interno del quale entreranno a far parte tutte le opere costruite ed in via di realizzazione, che necessariamente prevedono una progettazione fondata sulla metodologia BIM.

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