Innovazione nella progettazione, realizzazione e gestione di infrastrutture critiche

La Direttiva Europea 114/08 CE definisce infrastruttura critica ogni “elemento, sistema o parte di questo, ubicato negli stati membri ed essenziale al mantenimento delle funzioni vitali della società, della salute,

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della sicurezza e del benessere economico e sociale dei cittadini, il cui danneggiamento o la cui distruzione avrebbe un impatto significativo”. Sono infrastrutture critiche ad esempio³⁹ gli impianti e le reti energetiche, i sistemi di comunicazione e le reti informatiche, la finanza, il sistema sanitario, l’approvvigionamento alimentare e idrico, i trasporti, l’amministrazione pubblica soprattutto nell’erogazione dei servizi pubblici essenziali.

Per la progettazione, realizzazione e gestione di tali infrastrutture critiche (quali ad esempio ospedali, aeroporti, data center, …) occorrono edifici/strutture con impianti complessi, il cui design è tale da garantire la continuità operativa 24/7/365. E’, ad esempio, necessaria la resilienza operativa e impiantistica, realizzata tramite la ridondanza dei sistemi di alimentazione energetica, in modo da evitare che il blocco della funzionalità di parti di impianto possa causare danni alla salute e alla sicurezza pubblica o importanti perdite economiche.

Si tratta inoltre di edifici ad alta complessità tecnologica, che necessitano di sistemi di controllo avanzati per gestire e monitorare con continuità lo stato degli impianti e il loro funzionamento, prevedere eventuali malfunzionamenti, e gestire in modo previsionale e in anticipo le emergenze senza conseguenze sulla regolare operatività.

Ad alti costi di investimento ed operativi si affiancano anche alti consumi energetici e quindi la necessità di ottimizzazione delle performance. Infine, la realizzazione di tali edifici complessi richiede l’impiego di personale altamente specializzato in tutte le fasi (progettazione, costruzione, collaudo, messa in esercizio, facility management).

Lo sviluppo di competenze e know-how nella realizzazione e gestione di questo tipo di strutture in Emilia-Romagna risulta particolarmente strategico per:

● la connessione con le azioni strategiche mirate a supportare lo sviluppo di infrastrutture per il supercalcolo in Emilia-Romagna, a partire dall'insediamento dei Data Centre di ECMWF e di CINECA-INFN presso il Tecnopolo di Bologna;

● la rilevanza economica, sociale ed ambientale delle infrastrutture critiche: tali strutture infatti sono fondamentali all’erogazione di servizi essenziali, possono stimolare una occupazione altamente qualificata e richiedono significativi consumi energetici;

● la considerevole infrastrutturazione regionale: la Regione è un importante nodo trasportistico e logistico e sono presenti importanti infrastrutture energetiche;

● la significativa presenza manifatturiera: settori produttivi come la ceramica devono gestire processi industriali complessi e particolarmente energivori, nei quali l’innovazione digitale e il monitoraggio della qualità risultano essenziali per la realizzazione di prodotti altamente competitivi;

● la significativa presenza di grandi imprese main-contractor per la realizzazione (anche a livello internazionale) di infrastrutture rilevanti e di impianti produttivi chiavi in mano - ad esempio impianti per la ceramica).

Si riscontrano d’altra parte alcuni punti di debolezza strutturali che impediscono ad oggi un pieno sviluppo di questa filiera specialistica:

● filiera dell’edilizia e costruzioni poco ricettiva rispetto all’innovazione tecnologica, già matura in molti altri settori;

● limitata disponibilità di competenze specialistiche per la gestione di tutto il ciclo di vita delle infrastrutture complesse a partire dagli studi di ingegneria ed architettura e dalle PMI operanti nel settore della progettazione impiantistica e certificazione; la crescita di competenze implicherebbe anche un rinnovamento degli strumenti IT a supporto, costi non sempre sostenibili da parte di piccole realtà imprenditoriali;

● limitata capacità nella PA di gestire appalti di infrastrutture complesse per via di una scarsa competenza nella gestione digitalizzata dei processi e nella gestione di attività specialistiche quali la verifica di impianti complessi;

39Fonte: Ministero dell’Interno

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● scarso coordinamento all’interno della filiera, che impedisce una reale interoperabilità digitale nelle diverse fasi dalla progettazione alla gestione operativa e manutenzione delle opere.

E’ indubbio che l'attuale sviluppo delle soluzioni digitali per la progettazione, la simulazione, la pianificazione di processo, il supporto alle decisioni e l’analisi dei rischi, la gestione documentale, la co-progettazione, anche con le necessarie personalizzazioni, potrebbe supportare una positiva evoluzione nell’efficienza e nella riduzione dei costi, nonché nei tempi associati alla realizzazione.

Il contesto regionale

La realizzazione di impianti complessi per infrastrutture critiche necessita di un’integrazione efficace di componenti (tecnologiche, settoriali, di mercato) diverse tra loro per natura e specializzazione, ma che trovano nella qualità di tale integrazione il carattere distintivo per la competizione nel contesto internazionale. L’utilizzo di tecniche basate sui dati, di metodologie di simulazione di processo e di logiche di funzionamento e di gestione della conoscenza possono diminuire i tempi di realizzazione, incrementare la qualità del risultato finale e, in ultima analisi, offrire un prodotto qualitativamente più elevato e quindi migliorare la competitività della catena del valore completa.

Tale catena del valore è costituita da system integrators che offrono soluzioni “chiavi in mano” per infrastrutture critiche e, più in generale, per impianti complessi (ad esempio stabilimenti produttivi dei più svariati settori merceologici, per processi continui e discreti) partecipando a bandi pubblici e privati anche internazionali.

Ai system integrators si affiancano quindi le più tradizionali imprese del settore costruzioni, che in Regione contano circa 65.000 unità, delle quali il 77,5% è costituito da imprese artigiane (50 mila unità). Di queste il 21,7% si occupa di installazione di impianti elettrici, idraulici ed altri lavori di costruzione e installazione.

E’ possibile quindi individuare alcuni settori di interesse per questo ambito:

● progettazione, testing dei sistemi impiantistici e certificazione ambientale: si tratta di attività prevalentemente affidate a studi di progettazione ingegneristica e architettonica o singoli professionisti;

● costruzione di infrastrutture ed edilizia specialistica quali aeroporti, ospedali, data center, stazioni, porti, etc.;

● costruzione e gestione di impianti oil&gas;

● tecnologie e sistemi per la gestione informatizzata di infrastrutture critiche, compresa la programmazione di software per la gestione informatizzata dei processi;

● produzione di sistemi impiantistici complessi: sistemi di raffreddamento, riscaldamento, ventilazione e trattamento aria in generale;

● gestione reti energetiche ed idriche;

● facility management per la gestione operativa delle strutture in condizioni standard, di manutenzione ed emergenza;

● gestione della qualità, definizione di standard e protocolli.

E’ rilevante considerare anche il ruolo delle amministrazioni che affidano appalti di lavori pubblici (in Emilia-Romagna sono 263 quelle che affidano appalti con importi superiori a 40.000 euro): questi soggetti ricoprono una funzione importante di traino e innovazione per il settore, supportando l’introduzione di tecnologie innovative sul mercato.

Lo sviluppo di competenze digitali applicate alle infrastrutture critiche e ai processi industriali è tema di interesse da parte di PMI e laboratori di ricerca regionali, in particolare il monitoraggio intelligente delle infrastrutture (CIRI Edilizia e Costruzioni) e lo sviluppo di tecnologie digitali BIM (Università di Ferrara -Teknehub).

I Clust-ER regionali raccolgono trasversalmente molte delle competenze necessarie allo sviluppo di questa nuova filiera. Il Clust-ER BUILD sostiene progetti di applicazione di tecnologie digitali ai processi di intervento e gestione del costruito esistente, verso un concetto di cantiere intelligente e 4.0, supportando

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tra l’altro la fiera biennale Digital&BIM Italia, momento di confronto nazionale a Bologna tra professionisti e progettisti, aziende produttrici, investitori, funzionari e decisori pubblici e privati, sulle tecnologie digitali applicate al settore delle costruzioni quali BIM, digitalizzazione, Intelligenza artificiale e Digital Twins. Il Clust-ER Greentech, d’altra parte, ha tra i suoi obiettivi strategici lo sviluppo di smart energy systems: il Clust-ER ha al suo interno multiutility e imprese con competenze nell’ambito dell’ottimizzazione delle reti energetiche e dell’efficienza energetica in ambito industriale, e nella gestione di impianti in ambito ospedaliero. Il Clust-ER MECH, tra i propri ambiti di azione, identifica competenze nella manifattura avanzata e sensoristica intelligente, oltre che nell’ambito dei sistemi energetici anche avanzati e dei materiali innovativi.

Poiché lo sviluppo della filiera richiede anche una crescita delle competenze tecniche specialistiche, è rilevante ricordare i percorsi di Istruzione e Formazione Tecnica Superiore IFTS, promossi nell'ambito della Rete Politecnica e incentrati sulla gestione della qualità dei processi industriali, sull’installazione e manutenzione di impianti civili e industriali, sulla gestione innovativa e BIM-based dei cantieri.

Perimetro

La grande sfida nella progettazione, realizzazione e gestione di infrastrutture critiche sta nell’ibridazione tecnologica e nel trasferimento di conoscenze tra settori fortemente innovativi e ad alta intensità di conoscenza e settori in cui tali innovazioni faticano a svilupparsi e radicarsi.

La trasformazione in corso dell'industria delle costruzioni si dovrà basare sempre più sugli strumenti digitali, richiedendo da un lato nuove competenze nel coordinamento dei processi, ma rendendo d’altra parte più capillare l'applicazione di tecnologie emergenti.

Il Building Information Modeling (BIM), ovvero l’informatizzazione digitale per l’ottimizzazione e il coordinamento dei processi può infatti contribuire alla diffusione dell’uso di droni, 3d scanner, ma anche dell’automazione dei processi e della prefabbricazione: ai sistemi di clash detection, per l’identificazione delle interferenze e la riduzione degli errori progettuali, si affiancano le tecniche di “optioneering”, ovvero di ingegnerizzazione delle alternative progettuali, per il controllo dei processi decisionali.

D’altra parte, i digital twins possono supportare le imprese nell’elaborazione di modelli di comportamento dinamico, permettendo di simulare, prima dell’effettiva realizzazione dell’impianto, scenari operativi in condizioni di regime e di emergenza.

La diffusione di una cultura del ciclo di vita dell’opera, sia da parte dei produttori di componenti impiantistiche, che da parte dei progettisti e delle stazioni appaltanti sarà sempre più importante per elaborare progetti costruttivi e processi industriali tenendo conto non solo delle esigenze e dei costi iniziali, ma anche dei costi operativi e di gestione (TCO - total cost of ownership): in questo senso è importante lo sviluppo di competenze di value engineering, ovvero di ottimizzazione dei costi in funzione delle prestazioni.

Per garantire alti standard di sicurezza, continuità operativa o un’elevata qualità delle condizioni ambientali indoor, edifici come i data centre hanno bisogno di sistemi di controllo avanzati, come i PMS - power management systems, per il contenimento dei costi e dei consumi energetici, e i BMS - building management systems: questi ultimi si compongono di sensoristica in campo e interfacce digitali per il monitoraggio e la gestione, in loco o in remoto, dell’intero edificio o parte di esso, in particolare di apparecchiature meccaniche ed elettriche. Un fattore competitivo chiave sta nella capacità di sfruttare appieno le performance delle singole componenti e, allo stesso tempo, nell’ottimizzazione della loro integrazione utilizzando tutte le possibilità di programmazione, simulazione, tracciamento e gestione offerte dalle tecnologie di acquisizione, visualizzazione e gestione dei dati e delle informazioni.

Oltre all’introduzione di nuove tecnologie, anche la crescita di capacità gestionale da parte dei project manager può contribuire al raggiungimento di migliori performance qualitative: tra queste si possono citare le pratiche di lean and safe construction management, l’analisi e gestione dei rischi, il monitoraggio di

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performance e costi, la gestione della qualità. Fortemente correlata a questo è l’attività di commissioning (o messa in servizio) ovvero l'insieme delle procedure che guidano la verifica del funzionamento di un sistema, dalla fase di installazione al pieno funzionamento in conformità con il progetto.

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