Università di Pisa
Scuola di Ingegneria
D.I.C.I
Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Edile
e delle Costruzioni Civili
A. A. 2015-2016
Progettazione con software BIM
di villaggio turistico a Vada
e studio termoigrometrico
dell’involucro in regime statico
e dinamico
Relatori:
Prof. Ing. Fabio Fantozzi Arch. Massimiliano Martino
Collaboratore esterno:
Ing. Markus Anesa
Candidato:
i
Indice
1. Introduzione ... 5
2. Progettare BIM ... 6
2.1 Introduzione ... 6
2.2 I vantaggi del BIM ... 7
2.3 Gli obiettivi del BIM ... 9
2.3.1 Direttiva Europea ... 10
2.3.2 Il BIM per la progettazione architettonica ... 13
2.3.3 Il BIM per la progettazione strutturale ... 14
2.3.4 Il BIM per la progettazione energetica ... 15
2.3.5 Controllo e validazioni del progetto ... 16
2.3.6 I protocolli BIM ... 17
2.3.6.1 Piano di esecuzione di un progetto BIM ... 19
2.3.6.2 Ruoli e responsabilità ... 20
2.3.6.3 Denominazione file ... 21
2.3.6.4 Condivisione ... 22
2.4 Gli standard IFC ... 24
2.4.1 Come funzionano gli IFC ... 25
2.4.1.1 La struttura degli IFC ... 26
2.4.2 IFC nel BIM ... 29
2.4.2.1 Definizione di una MVD ... 29
2.4.2.2 Entità e attributi IFC ... 31
2.5 Il software Autodesk™ Revit ... 33
2.5.1 L’organizzazione del software ... 36
ii
2.5.2.1 Workset secondo protocollo BIM UK ... 41
2.5.3 Workflow: il flusso di lavoro... 41
2.5.4 Considerazioni circa l’utilizzo futuro ... 43
3. Progettazione energetica e problemi ambientali ... 45
3.1 Introduzione ... 45
3.1.1 Da prima crisi energetica agli edifici ad energia quasi zero ... 46
3.1.2 Lo sviluppo sostenibile ... 48
3.1.3 La sostenibilità applicata all’edilizia ... 49
3.1.4 L’efficienza energetica ... 51
3.1.5 Risultati ottenuti in Italia ... 54
3.1.6 Passivhaus ... 56
3.1.6.1 Le caratteristiche tecniche ... 56
3.1.6.2 Requisiti obbligatori ... 58
3.2 Riferimenti di Normativa ... 59
3.2.1 Normativa nell’Unione Europea ... 59
3.2.1.1 Direttiva Europea 2010/31/UE ... 60
3.2.1.2 Direttiva Europea 2009/28/CE ... 62
3.2.1.3 Direttiva Europea 2012/27/UE ... 63
3.2.2 La legislazione Italiana... 64
3.2.2.1 Decreto Legislativo 19 agosto 2005, n. 192 ... 66
3.2.2.2 Decreto Ministeriale 26 giugno 2009 ... 67
3.2.2.3 Decreto Legislativo 28/2011 ... 68
3.2.2.4 Analisi della legge: edifici a energia quasi zero (D Lgs 192/05 Art. 4-bis modificato dalla L 90/2013) ... 68
3.2.2.5 Decreto interministeriale 26 giugno 2015 ... 69
3.2.3 Norme tecniche di riferimento ... 73
iii
3.3.1 Cenni teorici ... 78
3.3.1.1 Trasmittanza termica ... 78
3.3.1.2 Fenomeno di condensa ... 80
3.3.2 Trasmittanza e condensa in Normativa ... 85
3.3.3 Il rischio muffa ... 91
3.3.4 Il modello di Glaser ... 93
3.3.4.1 Costruzione del diagramma ... 94
3.3.4.2 I limiti del modello di Glaser ... 97
3.3.5 Igroscopia in regime variabile (UNI EN 15026) ... 100
3.3.5.1 Materiali igroscopici ... 102
3.3.5.2 Vantaggi della UNI EN 15026 ... 104
3.3.5.3 Condizioni climatiche esterne ed interne ... 106
4. Il progetto ... 111
4.1 Introduzione ... 111
4.1.1 Parametri climatici della località ... 114
4.2 Definizione del lotto ... 115
4.3 Moduli abitativi ... 117 4.3.1 Bilocale unifamiliare ... 118 4.3.2 Bilocale bifamiliare ... 119 4.3.3 Trilocale bifamiliare ... 120 4.3.4 Trilocale quadrifamiliare ... 121 4.3.5 Elementi di involucro ... 122 4.3.5.1 Pareti esterne ... 123
4.3.5.2 Pareti divisorie interne ... 126
4.3.5.3 Solaio controterra ... 128
4.3.5.4 Copertura piana ... 129
4.4 Bar-ristorante ... 131
iv
4.5.1 L’aggettivo “parametrico” ... 135
4.5.2 Elemento muro ... 137
4.5.3 Elemento solaio ... 141
4.5.4 Famiglia finestra ... 142
4.5.5 Famiglia caricabile ripiegatura del cappotto ... 145
4.5.6 Famiglia caricabile davanzale ... 149
4.6 Workset su Revit ... 152
4.6.1 Workset involucro unità ricettiva ... 154
4.6.2 Condivisione nel Progetto Centrale ... 159
4.6.3 Modifiche e aggiornamento del progetto ... 162
4.7 Workflow su Revit ... 166
4.7.1 Informazioni IFC ... 168
4.7.2 Esportazione file IFC ... 173
5. Analisi termoigrometrica dell’involucro ... 176
5.1 Logical Soft Termolog EpiX 7, analisi in regime stazionario ... 177
5.1.1 Inserimento informazioni e Zone Climatizzate ... 178
5.1.2 Definizione involucro ... 180
5.1.2.1 Importazione IFC ... 180
5.1.2.2 Controllo strutture importate ... 182
5.1.2.3 Stratigrafia parete esterna ... 183
5.1.2.4 Verifica termoigrometrica ... 184
5.1.2.5 Analisi risultati ... 185
5.2 Wufi® Pro 6, analisi in regime dinamico ... 190
5.2.1 Introduzione al software ... 190
5.2.2 Elemento costruttivo da analizzare ... 191
5.2.2.1 Stratigrafia parete ... 192
v
5.2.2.3 Orientamento ... 197
5.2.2.4 Coefficienti di trasmissione superficiale ... 198
5.2.2.5 Condizioni iniziali ... 199
5.2.3 Impostazioni temporali di calcolo ... 200
5.2.4 Condizioni climatiche esterne ... 201
5.2.4.1 Estrapolazione dati climatici da Meteonorm ... 202
5.2.4.2 Analisi climatica ... 203
5.2.5 Condizioni climatiche interne ... 205
5.2.5.1 Secondo UNI EN ISO 13788 ... 206
5.2.5.2 Limiti algoritmo nel caso di studio ... 207
5.2.5.3 Secondo UNI EN 15026 ... 208
5.2.5.4 Confronto con dati reali ... 209
5.3 Analisi risultati ... 210
5.3.1 Contenuto d’umidità totale ... 212
5.3.2 Contenuto d’umidità per strato ... 213
5.3.3 Analisi critica della superficie interna ... 216
5.3.4 Analisi formazione muffa su superficie interna ... 217
5.3.5 Animazione Wufi ... 218
6. Confronti e considerazioni ... 220
7. Conclusioni ... 227
Bibliografia ... 230
1
Abstract
Lo scopo del presente lavoro consiste nel riprogettare con software BIM (in particolare Autodesk™ Revit 2015) un complesso turistico nel Comune di Vada (LI), denominato “Vada Village” ed eseguirne una verifica termoigrometrica dell’involucro edilizio mantenendo per quanto possibile un flusso di lavoro “BIM-oriented”, più fluido e avanzato.
La costruzione del villaggio turistico è affidata all’azienda Wolf Haus ed il lotto è così composto: sorgerà su un’area di circa 30.000 m2 distante dal mare circa un chilometro in linea d’aria, sarà in grado di ospitare fino a 200 clienti in 52 appartamenti con metratura variabile tra 40 e 55 m2, suddivisi in bilocali e trilocali, costruiti su un solo piano per omogeneizzarsi con la natura ed il paesaggio circostante e in 36 camere disposte in un ostello su due piani.
Il villaggio sarà dotato anche di un bar/ristorante, una beauty farm ed una reception, (tutti costruiti su un solo piano) per offrire al cliente numerose attività di ricreazione, attività sportive e relax.
La struttura innovativa e la contemporaneità del progetto permettono di proiettarsi nello studio di sistemi ecologici e ad alto risparmio energetico, analizzando il funzionamento dell’involucro edilizio composto da struttura portante prefabbricata in legno con isolante verso l’interno e un cappotto in EPS prodotto dall’azienda Sto Italia, nella quale ho effettuato il tirocinio formativo curricolare.
L’apprendimento dell’avanzata tecnologia offerta dal cappotto termico e dell’ausilio di una progettazione grafica di mentalità più all’avanguardia, mi ha permesso di sfruttare ad ampio raggio le potenzialità dei moderni software BIM, con i quali verrà simulata una condivisione del progetto in Workset, suddividendo le fasi di progettazione e gestione in base alle competenze dei professionisti che vi partecipano, nel rispetto degli AEC (UK) BIM Protocols.
Altra importante fase di questa tesi è stata la simulazione di un moderno flusso di lavoro Workflow, che rispetta la continuità di un Processo BIM, partendo dal progetto di massima fino ad arrivare nel dettaglio delle scelte progettuali.
2 Contestualmente con le fasi di progettazione, il professionista è chiamato a validare le scelte attraverso verifiche costantemente aggiornate, in grado di fornire un’idea precisa circa l’evoluzione del progetto, screditando quindi l’esecuzione di verifiche solo dopo la realizzazione dell’immobile.
In particolar modo si è posta particolare attenzione verso l’involucro edilizio, elemento indispensabile per garantire un adeguato controllo dei livelli energetici e del comfort sia nel periodo invernale sia in quello estivo. Un involucro ben isolato e stagno all’aria permette infatti di ridurre le necessità di energia per riscaldamento e raffrescamento, diminuendo notevolmente il carico dell’impianto, che risulterà essere più semplice e, di conseguenza, meno costoso.
Le verifiche igrotermiche effettuate riguardano il valore della trasmittanza, la condensa superficiale e quella interstiziale. In particolar modo si è cercato di includere la verifica dell’involucro in un normale iter progettuale, possibile grazie all’interoperabilità tra software con diversa funzione per mezzo di un processo all’insegna della tecnologia BIM e della condivisione di file neutro IFC.
Questo è stato possibile per verifiche sull’involucro a regime statico, nel rispetto della Norma UNI EN ISO 13788, tramite modello di Glaser. E’ stato però opportuno tenere di conto di numerose semplificazioni imposte da questa metodologia che ne limitano il campo di applicazione e forniscono risultati meno accurati.
Si sono introdotte quindi le caratteristiche igroscopiche dei materiali che danno luogo a differenti meccanismi di migrazione di vapore, per passare a simulazioni a regime dinamico secondo le indicazioni della Norma UNI EN 15026.
Di notevole importanza è stato valutare le condizioni climatiche esterne ed interne che, per via delle numerose variabili che le contraddistinguono, incidono fortemente sull’andamento del profilo del carico d’umidità all’interno della parete. Un doveroso confronto è stato fatto tra i dati climatici proposti nella Norma UNI 10349, basati sulla suddivisione del territorio nazionale in zone corrispondenti ad uno stesso valore di Gradi Giorno e i dati climatici necessari secondo la UNI EN 15026 per eseguire una corretta simulazione a regime dinamico.
3 Si sono analizzate delle misurazioni realistiche ottenute con termoigrometro registratore per capire l’importanza della gestione dell’utenza su riscaldamento e ricambi d’aria, al fine di proporre per lo studio dinamico un profilo di condizioni climatiche interne quanto più corrispondente alla realtà e alla tipologia edilizia progettata.
L’analisi a regime dinamico mi ha infine portato a innovative analisi riguardanti il rischio di formazione muffa, che possono essere implementate da ulteriori software bioclimatici e di analisi dei ponti termici.
Nello specifico sono stati affrontati e sviluppati i temi sopra descritti con l’ausilio dei seguenti software:
la progettazione mediante software BIM quale Autodesk™ Revit 2015, con simulazione di Workset multiplo, inserimento di informazioni circa gli elementi costruttivi e la gestione di un flusso di lavoro tramite esportazione di file con formato aperto IFC;
l’integrazione dei software BIM con altri software di analisi energetica e termoigrometrica quali Termolog EpiX 7 (Logical Soft), che utilizza già da qualche anno un approccio OpenBIM, garantendo una comunicazione diretta tra progettazione e verifiche, senza perdita di informazioni;
le stratigrafie costruttive del sistema involucro, le caratteristiche igroscopiche dei materiali e il raggiungimento di uno stato dinamico stazionario dopo l’asciugatura dell’umidità di cantiere mediante software di simulazione dinamica quali WUFI® Pro 6 (Fraunhofer), secondo la Norma UNI EN 15026.
5
1. Introduzione
Negli ultimi anni si stanno sempre più affermando sistemi di modellazione degli edifici in grado di interfacciarsi con software che curano svariati aspetti tecnici, tra cui quello energetico, così da fornire al progettista uno strumento più completo, evitando il comprovato rischio di perdita di informazione nel passaggio da un ambito all’altro. E’ facilitata così l’ottimizzazione delle possibili soluzioni progettuali, al fine di rispettare le limitazioni energetiche imposte dalla Normativa.
Inoltre, contestualmente con le dinamiche del mondo lavorativo, questi software si sviluppano sempre di più verso una predisposizione al team work, impostando una condivisione del lavoro che fa fede ad un modello centrale (Workset) e concentrando il flusso di lavoro in un’unica applicazione che accompagna il progettista dalla fase concettuale alla realizzazione (Workflow).
Questa tesi, applicata ad uno specifico caso di studio di progettazione, modellazione e studio energetico, ha come scopo quello di valutare le potenzialità di uno dei più utilizzati software BIM e soprattutto le compatibilità con programmi di analisi termica; nello specifico caso si studieranno le capacità di Workset di Autodesk™ Revit e le sinergie che completano il flusso di lavoro con i software Termolog (Logical Soft) e WUFI® per l’analisi energetica degli involucri edilizi.
Il progetto si svilupperà inizialmente con la modellazione su Revit di unità abitative tipo e del bar/ristorante in file singoli e la loro condivisione in una rete che farà fede ad un modello centrale. Con semplicità verranno redatte tutte le tavole relative alle singole costruzioni fino ad entrare nel dettaglio della stratigrafia del “cappotto termico”, principale argomento di studio.
In seguito i file verranno esportati all’interno del programma di calcolo energetico Termolog per verificare la compatibilità e la completezza delle informazioni riportate, valutando infine la correttezza delle risposte energetiche riguardanti l’isolamento termico con un confronto diretto tra diagrammi di Glaser e risposta dinamica da software WUFI®.
6
2. Progettare BIM
2.1 Introduzione
La terminologia BIM è l’acronimo di “Building Information Modeling” ovvero Modello di Informazioni di un Edificio, un termine coniato dal professor Charles M.Eastman verso la fine degli anni ‘70.
Il NIBS (National Institutes of Building Science) definisce il BIM come la “rappresentazione digitale di caratteristiche fisiche e funzionali di un oggetto”.
Difatti la sua peculiarità sta nel fatto che il modello tridimensionale che si andrà a realizzare non è solamente una rappresentazione in termini puramente geometrici dell’edificio, anche se potrebbe essere confuso con il 3D generato da un qualunque applicativo, ma piuttosto di una ricostruzione/progettazione virtuale dell’edificio attraverso l’utilizzo di componenti tecnici che contengono una serie di informazioni. Queste riguardano gli aspetti più disparati, tra cui la localizzazione geografica, la geometria, le proprietà dei materiali e degli elementi tecnici, le fasi di realizzazione, le operazioni di manutenzione.
In questo modo, compatibilmente con un input di dati accurato ed esaustivo, il modello BIM consente di integrare nel sistema le informazioni utili per ogni fase della progettazione, da quella architettonica a quella esecutiva, (strutture, impianti, sicurezza, manutenzione, prestazioni energetiche ed illuminotecniche, ecc.) e gestionale (computi metrici, distinte fornitori, ecc.).
Il BIM presenta inoltre un metodo di progettazione collaborativo e basato sull’interazione tra professionisti di diversi settori: può essere utilizzato infatti dagli impiantisti e dagli ingegneri strutturisti, dagli architetti e dai contabili, dal costruttore, dai montatori, dai revisori/collaudatori, tutto questo contemporaneamente e senza perdita di informazioni.
Vladimir Bazjanac, Professore emerito del Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California afferma che “il processo di progettazione e realizzazione delle strutture è cambiato rapidamente. Il cambiamento è dovuto soprattutto all’emergere del metodo BIM e alla sua intrinseca capacità di garantire la validità dei dati inseriti nel
7 manufatto in ogni momento del suo ciclo di vita, permettendo una realizzazione integrata della commessa impossibile fino ad ora”.
Ovvero, progettare in modalità “BIM oriented” significa poter comunicare e condividere il proprio progetto, senza perdita qualitativa, con colleghi e partner che usano altri software.
2.2 I vantaggi del BIM
Figura 1: Le potenziali dimensioni del BIM FONTE: www.bim360team.it
L’aspetto primario che riassume il grande punto di forza della tecnologia BIM è la capacità di racchiudere numerosi aspetti prima analizzati solo individualmente, così da incrementare notevolmente efficienza, produttività, riducendo errori e tempi morti nel passaggio di consegne da un professionista ad un altro.
Questo ha un’immediata ripercussione sui costi, che risultano essere più bassi, e garantisce una massima condivisione delle informazioni ed un controllo più puntuale e coerente del progetto.
Grazie a tutte queste informazioni contenute nel progetto, la funzione del modello BIM non si esaurisce con la progettazione dell’edificio, ma prosegue fino alla fase di realizzazione e accompagna la gestione del manufatto per tutto il suo ciclo di vita contribuendo ad esempio ad una più efficace e razionale pianificazione delle
8 operazioni di manutenzione, nella quale sono investite risorse economiche spesso molto superiori a quelle di costruzione.
Una grande innovazione, figlia del BIM, è la possibilità di estrapolare e riportare in forma tabellare, attraverso specifici abachi, una serie di dati numerici quali quantità, volumi, superfici per i quali non esiste una rappresentazione grafica, così da velocizzare notevolmente il processo di stima dei costi e computo metrico.
Altro aspetto sicuramente importante riguarda l’ “intelligenza” dei modelli BIM. Tutto è interconnesso in un database1 integrato dove risiedono il modello di costruzione e tutti i relativi documenti di progettazione: disegni, viste, pianificazioni,ecc. rappresentano direttamente il modello 3D sottostante.
Non è richiesto alcuno sforzo aggiuntivo per mantenere sincronizzati i dati di progetto e nessun intervento manuale per eseguire la stessa operazione con disegni e documentazione di progetto, poiché i disegni sono viste variabili del modello di costruzione e si aggiornano autonomamente assieme al modello stesso. In parole povere, gli elementi architettonici o strutturali, come ad esempio i pilastri, "sanno" di essere tali, conoscono la loro funzione e il modo di interagire con il resto del modello. Questa "intelligenza" consente ai modelli di essere visualizzati e analizzati come composti da elementi con caratteristiche e relazioni funzionali reali, consentendo così un’importante analisi pre-cantiere delle possibili interferenze a vantaggio di tempi e oneri per la costruzione.
Per voler fare un elenco dei già citati e degli altri possibili vantaggi a breve e a lungo termine nell’utilizzo del BIM, si ha:
riduzione di duplicazioni, errori e omissioni;
condivisione della progettazione in un gruppo di lavoro;
generazione automatica di disegni;
aggiornamento simultaneo degli elaborati;
miglioramento dell'immagine aziendale;
riduzione delle rielaborazioni;
abbattimento della perdita di informazioni durante i passaggi di consegne;
1
In informatica, archivio di dati strutturato in modo da razionalizzare la gestione e l'aggiornamento delle informazioni e da permettere lo svolgimento di ricerche complesse.
9
riduzione dei costi di costruzione;
migliore controllo dei costi/prevedibilità;
riduzione dei tempi complessivi di progetto;
offerta di nuovi servizi;
aumento dei profitti;
fidelizzazione della clientela;
cicli più rapidi di approvazione della clientela;
aumento della sicurezza, in cantiere e non;
pieno rispetto dei requisiti di Normativa e cicli più rapidi di approvazione.
Figura 2: Confronto tra livelli di conoscenza in software BIM e non BIM FONTE: P. Bernstein, Autodesk AEC Solutions
2.3 Gli obiettivi del BIM
La mentalità BIM, con i suoi protocolli e vantaggi operativi, sta indubbiamente e inevitabilmente modificando le pratiche progettuali, i contesti ed il business delle aziende che fanno parte dei settori dell’architettura, dell’ingegneria e delle costruzioni. Uno dei principali motivi del cambiamento che sta avvenendo è dovuto alla crescente collaborazione e condivisione, questo grazie anche alle nuove tecnologie nonché
10 all’utilizzo dei social, mobile e cloud2 che stanno trasformando le relazioni tra professionisti. L’obiettivo legato a ciò, si rispecchia nella precisione e nell'intelligenza di workflow3 BIM che forniscono un collegamento tra idea progettuale ed edificio, mettendo in relazione fornitori e costruttori.
Altro motivo di evoluzione è l'utilizzo della costruzione modulare per migliorare la produttività: è stato stimato che nel 90% dei progetti in Nord America realizzati nell’anno 2013 sia stata utilizzata, completamente o in parte, la prefabbricazione basata sul modello BIM.
Infine, è doveroso parlare dello standard che è ormai previsto per tutti i maggiori progetti architettonici odierni: la sostenibilità. Obiettivo dei workflow basati sull’intercomunicazione tra modello e strumenti di analisi, è quello di consentire alle aziende di valutare approcci di progettazione sostenibile così da anticipare le operazioni di previsione e realizzazione di edifici eco-compatibili, a vantaggio di prezzi e costi.
I trend di settore, le prescrizioni dei titolari e i tassi di adozione BIM descritti evidenziano palesemente che il settore delle costruzioni sta abbandonando le forme aziendali tradizionali per sfruttare nuove tecnologie e nuovi metodi. Tutto ciò solleva l’importante questione sulla sopravvivenza dell’azienda che fa ancora affidamento su procedure e tecnologie 2D vecchi di decenni. Prima di dare una risposta, uno sguardo alle direttive riguardanti il BIM.
2.3.1 Direttiva Europea
A livello mondiale, i governi e le organizzazioni richiedono il BIM per i nuovi progetti architettonici. L'utilizzo di modelli virtuali per progettazione, costruzione e condivisione, sta diventando oramai lo standard.
Ad esempio negli Stati Uniti, l'agenzia governativa GSA (General Services Administration) dove è la maggior titolare di spazi commerciali, ha iniziato a richiedere già dal 2006 la consegna di modelli BIM per i principali progetti edili federali e, dal
2
Tecnologia che consente di usufruire, tramite server remoto, di risorse software e hardware (come memorie di massa per l'archiviazione di dati), il cui utilizzo è offerto come servizio da un provider.
3
Il workflow è quindi la descrizione di un processo ed è costituito da una serie di attività elementari (task), eventualmente cicliche o alternative, da eseguire per ottenere un preciso risultato
11 2008, la U.S. Army Corps of Engineers ha richiesto il BIM con lo scopo di migliorare tempi e costi per tutti i progetti di costruzione militare. A livello europeo, nel 2011, il governo inglese ha fatto un’importante richiesta con il fine di adottare il BIM, entro il 2016, per i progetti governativi: essi rappresentano circa il 40% degli investimenti di capitali del Regno Unito4. Inoltre, per far in modo che gli enti pubblici considerino l'utilizzo del BIM nei lavori pubblici e pongano l’attenzione sull'opportunità e i vantaggi che ciò può portare, nei primi mesi del 2014, il Parlamento europeo ha approvato una Direttiva sugli appalti pubblici (Direttiva Europea 2014/24/EU). Essa esprime chiaramente l’indicazione di introdurre per gli Stati Membri il Building Information Modeling all’interno delle procedure di Procurement5.
Infatti, all’art. 22 c.4 della Direttiva abbiamo:
“For public works contracts and design contests, Member States may require the use of specific electronic tools, such as of building information electronic modelling tools or similar.” Lo stesso paragrafo, nella traduzione italiana, non restituisce a pieno il concetto espresso nella versione inglese e si limita a riportare:
“Per gli appalti pubblici di lavori e i concorsi di progettazione, gli Stati membri possono richiedere l’uso di strumenti elettronici specifici, quali gli strumenti di simulazione elettronica per le informazioni edilizie o strumenti analoghi.”
Ovviamente, se si parla di “strumenti di simulazione elettronica”, si rimane su una traduzione abbastanza vaga e poco strutturata. Il riferimento al Building Information Modeling implica invece l’utilizzo di tecniche, strumenti e metodologie che, mettendo in relazione ogni parte del processo e del progetto, obbligano di fatto alla collaborazione nonché al coordinamento di progettisti, imprese e committenti.
Nella stessa Direttiva, all’art. 52, viene sottolineata l’importanza dell’utilizzo di queste metodologie e strumenti BIM per quel che riguarda l’appalto:
“I mezzi elettronici di informazione e comunicazione possono semplificare notevolmente la pubblicazione degli appalti e accrescere l’efficacia e la trasparenza delle procedure di appalto. Dovrebbero diventare la norma per la comunicazione e lo scambio di informazioni nel corso delle procedure di appalto in quanto aumentano
4
Dati riportati su “Briefing su soluzioni aziendali BIM 04 – Restare Competitivi” dell’Autodesk.
5
Neologismo di lingua inglese con cui si intende il processo di "approvigionamento elettronico", cioè di procacciamento e acquisizione di beni e servizi attraverso Internet.
12 enormemente le possibilità degli operatori economici di partecipare a procedure d’appalto nell’ambito del mercato interno.”
Si tratta quindi di una metodologia di verifica e gestione dei dati attraverso tutte le fasi del processo edilizio e non solo di strumenti elettronici. Ed infatti, citando nuovamente la Direttiva: “A tal fine, è opportuno introdurre l’obbligo di trasmissione di bandi e avvisi per via elettronica e l’obbligo di rendere disponibili in forma elettronica i documenti di gara nonché, trascorso un periodo di transizione di trenta mesi, l’obbligo della comunicazione integralmente elettronica, ossia la comunicazione tramite strumenti elettronici, in tutte le fasi della procedura, compresa la trasmissione di richieste di partecipazione e, in particolare, la presentazione (trasmissione per via elettronica) delle offerte.”
La preferenza della procedura di affidamento, per garantire il rispetto dei principi di trasparenza, è indicata con l’offerta economicamente più vantaggiosa e, tra i criteri di aggiudicazione, il miglior rapporto qualità/prezzo.
All’ art.90 troviamo: “L’aggiudicazione dell’appalto dovrebbe essere effettuata applicando criteri obiettivi che garantiscano il rispetto dei principi di trasparenza, di non discriminazione e di parità di trattamento per garantire un raffronto oggettivo del valore relativo delle offerte al fine di determinare, in condizioni di effettiva concorrenza, quale sia l’offerta economicamente più vantaggiosa. Occorre stabilire esplicitamente che l’offerta economicamente più vantaggiose dovrebbe essere valutata sulla base del miglior rapporto qualità/prezzo, che dovrebbe sempre includere un elemento relativo al prezzo o al costo.”
L’indicazione di una valutazione costo/efficacia dell’intervento, cioè il mettere in relazione costi di costruzione e vantaggi portati dagli investimenti durante il ciclo di vita dell’edificio (come ad esempio risparmio energetico, di sicurezza, di gestione, di manutenzione, ecc.) rappresenta la grande novità introdotta.
Sempre all’art.90: “Analogamente occorre precisare che tale valutazione dell’offerta economicamente più vantaggiosa potrebbe essere effettuata anche soltanto sulla base del prezzo o di un approccio costo/efficacia. È inoltre opportuno ricordare che le amministrazioni aggiudicatrici sono libere di fissare norme di qualità adeguate utilizzando le specifiche tecniche o le condizioni di esecuzione di un appalto.”
13 I criteri prestazionali, in merito al rapporto costo/efficacia, che permettono una valutazione comparativa delle offerte sono indicati come preferenziali. Infatti, il progetto a base di gara, dovrà contenere parametri quantitativi e prestazionali che permettano di definire puntualmente ciò che deve essere realizzato. Viene posta attenzione sulla valutazione dei costi di costruzione ma anche sulla valutazione dei costi di tutto il ciclo di vita, che comprendono quindi anche quelli per la gestione e per la manutenzione ordinaria. Ciò permette alla Committenza e in particolare alle amministrazioni, di avere un maggior controllo delle spese da prevedere e quindi poter meglio pianificare gli interventi futuri e la gestione delle risorse.
All’art.92: “Nel valutare il miglior rapporto qualità/prezzo, le amministrazioni aggiudicatrici dovrebbero determinare i criteri economici e qualitativi connessi all’oggetto dell’appalto che applicheranno a tal fine. Tali criteri dovrebbero pertanto permettere una valutazione comparativa del livello di prestazione che ciascuna offerta presenta rispetto all’oggetto dell’appalto quale definito nelle specifiche tecniche. […] I criteri qualitativi dovrebbero pertanto essere accompagnati da un criterio basato sui costi che potrebbe, a scelta dell’amministrazione aggiudicatrice, basarsi sul prezzo o su un approccio costo/efficacia, come ad esempio la determinazione dei costi del ciclo di vita.”
Detto ciò, oltre al fatto che il progettare tramite la metodologia BIM può rappresentare un’innovazione, possiamo considerarlo anche come valido strumento contro le logiche largamente ricorrenti in Italia. Logiche che il presidente dell’Autorità Nazionale Anticorruzione ha espresso all’Art. 37 D.L. 24/06/2009 n.90, “Misure urgenti per la semplificazione e la trasparenza amministrativa e per l’efficienza degli uffici giudiziari”.
Vediamo quindi come si sviluppa la tecnologia BIM per i vari settori legati all’edilizia.
2.3.2 Il BIM per la progettazione architettonica
Nel settore architettonico il progetto BIM dimostra la sua maggiore efficienza rispetto ai pacchetti informatici “non BIM” proprio nella facilità di dialogo e integrazione con
14 tutti quegli strumenti che riguardano il computo metrico, l’elaborazione di rendering fotorealistici, i documenti catastali e la certificazione energetica.
Essere in grado di trasferire velocemente il progetto senza perdite qualitative, permette a chi lavora in modalità BIM di fornire ai propri referenti, che siano progettisti piuttosto che committenti, tutte le informazioni necessarie per la prosecuzione del progetto.
La facilità con cui, con un unico processo di modellazione si ottengono tavole in 2D, modello tridimensionale per la renderizzazione, tabelle di computo e abachi, disegni quotati e collegamenti (link) ad altri progetti, fa del BIM l’indiscutibile risorsa attuale e futura da impiegare nell’ambito architettonico.
Il modello tridimensionale è ricco di informazioni (da quelle più semplici riguardanti volume e dimensioni a quelle più complesse riguardanti materiale, aspetto, caratteristiche tecniche) che non vengono perse nel passaggio di consegne perché sono proprie degli elementi che compongono il modello. È evidente quindi il vantaggio di questo approccio progettuale.
2.3.3 Il BIM per la progettazione strutturale
Il BIM in ambito strutturale dimostra i suoi vantaggi nel drastico calo dei tempi di comunicazione tra pacchetti di modellazione e programmi di calcolo strutturale. In pratica si evita di modellare nuovamente la struttura, riducendo possibili errori umani, trasferendo informazioni sulle sezioni usate, sui materiali e sulle caratteristiche dei collegamenti.
La progettazione strutturale avviene secondo la Tecnica delle Costruzioni che prevede l’applicazione del metodo agli elementi finiti. La logica fondamentale di questo tipo di analisi è la riduzione di travi e pilastri in elementi lineari, schematizzati dall’asse longitudinale, ed elementi superficiali come piastre, gusci, membrane, schematizzati dai piani medi relativi. Inoltre, per garantire la continuità strutturale tra i vari elementi, devono essere necessariamente definiti i nodi di collegamento in cui questi convergono. Per ottenere queste condizioni tassative è necessario quindi rielaborare gli oggetti provenienti dal modello architettonico apportando le modifiche necessarie.
15 Attraverso quindi i file IFC di importazione/esportazione, che analizzeremo in maniera più approfondita in seguito, si convertono gli elementi strutturali già inseriti nel modello architettonico in elementi finiti utilizzabili per i calcoli strutturali.
Questo permette inoltre di valutare con il team di progettazione la compatibilità del modello strutturale con quello architettonico, così da evitare errori di progettazione ed intersezioni altrimenti rilevabili solo in cantiere.
2.3.4 Il BIM per la progettazione energetica
In ambito energetico e impiantistico il progetto con software BIM dimostra la sua efficienza nella facilità di dialogo e implementazione con tutti quegli strumenti informatici che riguardano la verifica della Normativa (vecchia “legge 10”), verifiche di trasmittanza, il dimensionamento e il posizionamento degli impianti così come il computo metrico.
L'analisi energetica è un processo complesso e costoso che viene solitamente rimandato alla fase finale del progetto. Il BIM riveste in questo campo un ruolo centrale nell’ottimizzare la prestazione energetica dell'edificio e nel gestire l'intero processo di simulazione energetica. Infatti si è constatato che, attraverso l’utilizzo della metodologia e degli strumenti BIM, è possibile gestire ad un livello superiore la prestazione energetica degli edifici e migliorare sensibilmente gli aspetti di sostenibilità ambientale ed economica.
Le difficoltà legate alla complessità ed ai costi sono state superate con lo sviluppo dei software di calcolo energetico, molti dei quali sono gratuiti e di facile accesso con risultati rapidi ed un feedback immediato. Tuttavia, vi sono vari applicativi e diversi plug-in che generano risultati dissimili per uno stesso caso studio, problema che deve necessariamente portare l'utente a valutare l’affidabilità ed il metodo di calcolo del programma di simulazione scelto e il suo rispetto della Normativa.
Durante la fase di progettazione e quella di costruzione/riqualificazione, tutti i dati relativi ai materiali ed ai componenti tecnologici, alle informazioni geometriche e dimensionali, alle scelte impiantistiche ed agli spazi devono essere accessibili al fine di valutare le diverse prestazioni della costruzione, come ad esempio quella energetica.
16 In generale, l'analisi e la valutazione delle prestazioni energetiche dell'edificio hanno oggi grandi opportunità di sviluppo offerte dal diffondersi del BIM e dai relativi software; d’altro canto, secondo il tradizionale approccio CAD, la progettazione e valutazione della prestazione energetica è molto limitata e per lo più relegata ad una fase avanzata del processo progettuale, quando ormai le caratteristiche del progetto non possono essere modificate. In termini di tempo il processo è generalmente considerato oneroso, poiché richiede un intenso lavoro per rigenerare il modello dell’edificio. In questo senso un evidente beneficio che il BIM (andando quindi a dimostrare le potenzialità della M di Modelling) apporta al processo è l'opportunità di esportare i propri modelli verso software di analisi energetica attraverso l'interoperabilità tra i diversi applicativi, senza la necessità di doverli ricreare nuovamente.
Nel caso di studio affrontato, è stata modellata la parete esterna con la stratigrafia completa di dati tecnici e caratteristiche fisiche, così da poter condividere il modello con i software energetici ancora in fase di progettazione, in modo da poter fare una stima del comportamento termico e valutare da subito se le scelte progettuali sono state valide.
2.3.5 Controllo e validazioni del progetto
In un sistema tradizionale i diversi attori del team di progettazione e di costruzione nei diversi comparti, architettura, strutture, impianti meccanici, elettrici ed idraulici (MEP – Mechanical, Electrical and Plumbing), stato di avanzamento lavori, computi estimativi, energia, sviluppano i propri modelli specifici separatamente per poi integrarli in un’unica piattaforma. La premessa fondamentale per una metodologia diversa da quella appena descritta è quella basata sulla collaborazione multidisciplinare durante le diverse fasi del ciclo di vita della struttura per estrarre, inserire o sviluppare le informazioni del processo.
E’ evidente quindi come questa necessaria collaborazione non può esistere senza la disponibilità di un sistema di controllo finale: nel workflow BIM esistono passaggi di verifica della coerenza dei dati, sia che provengano dalla stessa azienda così come da
17 collaboratori esterni. L’interoperabilità è il concetto che permette di dialogare correttamente tra tutti, evitando sprechi economici e tempistici.
È fondamentale un controllo che evidenzi preventivamente incoerenze progettuali così come interferenze reali tra gli elementi costruttivi. Il Model Checking permette attraverso regole personalizzate e concordate di ottimizzare la procedura e di renderla facilmente comunicabile alle parti interessate.
2.3.6 I protocolli BIM
Rendere il BIM universale e comprensibile a tutti è stato da sempre l’obiettivo primario e ciò ha portato alla ricerca di protocolli standardizzati ed unificati. Per capire la motivazione e la filosofia che sta dietro alla creazione di questi protocolli è importante parlare, in tal senso, di uno dei Paesi dove il BIM è più utilizzato sin dalle sue origini: il Regno Unito.
Il programma di Governo è iniziato nel luglio del 2011 e si concentra sull’adozione della tecnologia BIM sia nel settore pubblico che in quello privato, in particolare nelle organizzazioni che si occupano di appalti e realizzazioni di edifici e infrastrutture. Il Construction Industry Council (CIC) è stato in prima linea nello sviluppo di questo programma con il governo: esso è l’organo rappresentativo degli organismi professionali, organizzazioni di ricerca e associazioni imprenditoriali specialistiche nel settore delle costruzioni. L’obiettivo di tutto ciò è quello di ottenere, entro il 2016, una progettazione BIM completa dove tutte le informazioni di progetto, la documentazione e i dati saranno in formato elettronico.
Per raggiungere questi obbiettivi, è stato creato un gruppo di lavoro, il BIM Task Group, che riunisce le competenze di industria, governo, settore pubblico, istituzioni e università, in modo da aiutare il Governo a sostenere e rispettare gli obbiettivi prefissati. Il Governo britannico, tramite il Cabinet Office, ha inoltre emanato un documento fondamentale, la Government Construction Strategy, che illustra la strategia che vuole seguire per l’adozione della nuova tecnologia BIM tramite un programma d’azione con scadenze definite: pubblicato nel maggio 2011; emanata una sua nuova versione nel luglio 2012 con progressi, obiettivi raggiunti e programma d’azione fino al 2014.
18 Il Cabinet Office coordina quindi gli sforzi del Governo per lo sviluppo di standard che consentano a tutti i membri della filiera delle costruzioni di lavorare in maniera collaborativa attraverso il BIM, in quanto ritiene che la mancanza di sistemi compatibili, norme e protocolli, e le diverse esigenze dei clienti e dei progettisti, abbiano inibito l’adozione diffusa di una tecnologia che ha invece la capacità di garantire che tutti i membri del team lavorino sugli stessi dati.
La strategia si propone anche di risolvere il problema della lentezza nell’accettazione dei dati digitali derivati dal BIM da parte degli enti locali e centrale, che potrebbe potenzialmente costituire un ostacolo alla diffusione e utilizzo della nuova tecnologia.
A fronte di quanto detto uno degli obiettivi più importanti da ottenere è quindi quello di realizzare degli standard unificati per il passaggio dalla tecnologia CAD alla tecnologia BIM: in tal senso è stato sicuramente molto utile il contributo dell’AEC (UK) committee. L’iniziativa dell’AEC (UK) CAD Standard è stata avviata nel 2000 per migliorare il processo di produzione delle informazioni di progetto, la loro gestione e scambio.
I documenti prodotti dal primo comitato riguardano il sistema CAD:
AEC (UK) CAD Standard for drawing management;
AEC (UK) CAD Standard for model file naming;
AEC (UK) CAD Standard for layer naming;
che riguardano la gestione dei file, la denominazione dei disegni e dei layer nei sistemi CAD.
Nel 2009 il comitato è stato ricostituito inserendo nuovi membri da aziende e società di consulenza altamente competenti in software e implementazione BIM, per far fronte alla crescente necessità del settore AEC del Regno Unito di uno standard per un ambiente di progettazione BIM pratico e unificato.
In questa seconda fase di lavoro, sono stati quindi pubblicati documenti riguardanti il sistema BIM, per aiutare le aziende britanniche nel passaggio dal CAD alla nuova tecnologia:
AEC (UK) BIM Protocol (prima versione del 2009, denominata AEC (UK) BIM Standard, sostituita con l’ultima del 2012): il documento, scritto facendo riferimento ai documenti prodotti per il sistema CAD e ai documenti citati nel
19 paragrafo successivo (British Standard), vuole essere un punto base di partenza per uno standard BIM unificato;
AEC (UK) BIM Protocol for Autodesk Revit;
AEC (UK) BIM Protocol for Bentley ABD;
AEC (UK) BIM Protocol for GRAPHISOFT ArchiCAD.
Gli ultimi tre documenti sono protocolli BIM basati sul documento principale e adottano un linguaggio specifico del software per cui sono stati redatti.
Per la progettazione in questa tesi è stato scelto di far riferimento ai protocolli inglesi, che nel panorama internazionale sono quelli meglio definiti ed organizzati. Si esporranno brevemente di seguito le tematiche e gli argomenti utili a questa tesi presi dai protocolli, accorpando i quelli che trattano l’argomento in termini generali ovvero gli “AEC (UK) BIM Protocol: Implementing UK BIM Standards for the Architectural, Enginnering and Construction Industry” e quelli specifici per Revit, il software di modellazione BIM utilizzato, ovvero gli “AEC (UK) BIM Protocol for Autodesk Revit: Additional detail and enhancements for implementation of the AEC (UK) BIM Protocol for Autodesk Revit users”.
2.3.6.1 Piano di esecuzione di un progetto BIM
Il Piano di Esecuzione del Progetto BIM definisce come deve essere l’aspetto della modellazione e in che modo, il modello e i dati devono essere registrati e revisionati. Nello specifico, esso deve individuare diversi elementi chiave, tra cui:
Goals and Uses: Definiscono gli obbiettivi, usi e aspirazioni nonché i flussi di
lavoro (Workset) per raggiungerli;
Standards: Lo standard BIM utilizzato nel progetto ed ogni variazione da esso;
Software platform: Definisce quale software BIM verrà utilizzato e come
saranno affrontati i problemi di interoperabilità;
Project Deliverable: Definisce come deve essere strutturato il progetto per
20
Project Characteristics: Numero di edifici, dimensione, posizione ecc. Divisione
del lavoro e calendario
Data segregation: Dare disposizioni delle strutture di organizzazione del
modello dove è rilevante attivare l’accesso muti-disciplina, multi-utente e la sincronizzazione del progetto così come il possesso dei dati del progetto BIM.
2.3.6.2 Ruoli e responsabilità
Nella realizzazione di un progetto BIM è di fondamentale importanza la suddivisione gerarchica che non solo regolamenta le determinate mansioni, ma l'obiettivo è quello di incoraggiare una miglior collaborazione con un pratico, facile da capire e facile da adottare linguaggio comune per figure lavorative, descrizioni e responsabilità. Per creare una chiara visione, le descrizioni hanno bisogno di essere concordate su componenti chiave del BIM e sulle loro responsabilità.
La griglia sottostante è stata realizzata sulle tre principali funzioni di ogni processo ben funzionante:
Strategica
Management
Produzione
Figura 3: Tabella dei ruoli e dei relativi compiti in un piano di esecuzione BIM FONTE: AEC (UK) BIM Protocols
21 Il BIM Manager non è semplicemente un CAD Manager, né lo può sostituire. Deve essere una figura responsabile in grado di identificare cosa può essere realizzato con la tecnologia BIM, coinvolgerne i collaboratori esterni, i partners di collaborazione e i team interni. Non è rilevante la dimensione del progetto: in ogni caso questo ruolo deve essere ricoperto da una sola figura.
Il Coordinatore è fondamentale in ogni progetto per l’impostazione dello stesso e appunto la coordinazione con tutti i collaboratori, interni ed esterni. E’ importante specificare che un coordinatore può avere la gestione di diversi progetti.
Il Modellatore è colui che si occupa della realizzazione grafica di una parte o di tutto il modello, tenendo conto dell’importanza delle capacità tecnologiche che possono essere sfruttate per la modellazione.
E’ importante che ogni figura si attenga alle sue mansioni, poiché esse sono pensate proporzionalmente alla preparazione tecnica di ogni elemento e permettono un processo di progettazione ben organizzato.
2.3.6.3 Denominazione file
Per una completa conformità tra tutti i modelli, dovranno essere utilizzati dei determinati format di denominazione file raccomandati.
Il nome di un file quindi dovrà rispettare il seguente schema:
Figura 4: Schema di denominazione file FONTE: AEC (UK) BIM Protocols
Vediamo ogni campo a cosa corrisponde:
Campo 1: Progetto
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Campo 2: Codice di origine (3 caratteri consigliati)
Un codice abbreviato identifica il collaboratore che ha preso parte al progetto dall’inizio.
Campo 3: Zona/Sistema (2 caratteri consigliati)
Identificativo di quella costruzione, area, fase o zona del progetto alle quali il modello si riferisce se il progetto è suddiviso in zone.
Campo 4: Livello (2 caratteri consigliati)
Identificativo di quel livello, o gruppi di livelli, ai quali il modello si riferisce se il progetto è suddiviso in livelli.
Campo 5: Tipo (2 caratteri consigliati)
Tipo di documento, che sarà M3 per i file di modello 3D.
Campo 6: Ruolo (2 caratteri consigliati)
2 caratteri disciplinano il codice identificativo. Riferirsi all’Appendice 11.1 degli AEC (UK) BIM Protocol
Campo 7: Descrizione
Campo descrittivo per definire il tipo di dati raffigurati nel file.
Questa denominazione da protocollo verrà utilizzata per tutti i file BIM creati nell’ambito della presente tesi.
2.3.6.4 Condivisione
Per ottenere un lavoro efficiente e coordinato, ciascun membro del team mette a disposizione i propri dati di progettazione, disponibili grazie ad un archivio condiviso posizionato in una posizione centrale o in un’area condivisa.
Prima della condivisione, i dati devono essere controllati, approvati e validati in linea. La condivisione dei modelli è effettuata con regolarità in modo che tutte le discipline lavorino sulle ultime informazioni convalidate.
I cambiamenti ai dati condivisi devono essere efficacemente comunicate alla squadra di lavoro attraverso un registro modifiche o avvisi adeguati (ad esempio via e-mail). Il protocollo UK fornisce il seguente schema che, come vediamo, ruota attorno alla condivisione:
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Figura 5: Ogni ramo della progettazione va a confluire centralmente in un meccanismo di condivisione FONTE: AEC (UK) BIM Protocols
24
2.4 Gli standard IFC
Figura 6: Logo file IFC FOTE: www.buildingsmart.org
Il progetto e la realizzazione di un edificio coinvolgono varie figure che operano ciascuna all’interno della propria area di interesse.
Assume dunque importanza strategica per i vari attori coinvolti la possibilità di scambiare informazioni al fine di collaborare efficacemente alla realizzazione di un progetto condiviso.
Ed ecco quindi la necessità di un formato standard, che consenta l’interoperabilità e l’interscambio dei dati in modo sicuro, senza errori e/o perdita di informazioni. E’ proprio questo lo scopo del formato IFC.
IFC, acronimo di Industry Foundation Classes, è un formato file neutro che rende possibile scambiare informazioni tra i diversi sistemi BIM e altri sistemi nel settore dell'edilizia e della gestione degli impianti. Il formato IFC è dotato di certificazione ISO (Norma ISO 16739) e può essere integrato in qualsiasi programma di garanzia della qualità adottato. Si tratta di un formato file aperto, neutrale, non controllato da singoli produttori software, nato per facilitare l’interoperabilità tra i vari operatori. L’IFC è stato progettato per elaborare tutte le informazioni dell’edificio, attraverso l’intero suo ciclo di vita, dall’analisi di fattibilità fino alla sua realizzazione e manutenzione, passando per le varie fasi di progettazione e pianificazione.
L’iniziativa IFC nasce nel 1994, quando un consorzio industriale investì nella realizzazione di un apposito codice informatico (insieme di classi C++) in grado di supportare lo sviluppo di applicazioni integrate; dodici società statunitensi aderirono al consorzio, che prese il nome di “Industry Alliance for Interoperability”.
Nel settembre 1995 l’Alleanza aprì l’adesione a tutte le parti interessate e nel 1997 cambiò il suo nome in “International Alliance for Interoperability” (IAI).
25 La nuova Alleanza fu ricostituita come organizzazione no profit, con l’obiettivo di sviluppare e promuovere l’Industry Foundation Classes (IFC) come modello di dati neutro, utile a raccogliere informazioni relative a tutto il ciclo di vita di un edificio e dei suoi impianti.
Dal 2005 l’Alleanza porta avanti le proprie attività tramite buildingSMART6.
Il BIM rappresenta uno dei più importanti progressi nei metodi di lavoro dell'industria edilizia dopo l'introduzione del software CAD. Il BIM e i progetti in 3D non sono la stessa cosa. La rappresentazione geometrica tridimensionale è solo una parte dei suoi prodotti digitali. I progetti comprendono anche informazioni non grafiche, come i calcoli utilizzati nelle perizie, la gestione degli impianti e i calcoli energetici. Un prerequisito per il successo dei progetti BIM è che sia possibile scambiare informazioni in modo intelligente tra i diversi software e anche tra diversi sistemi operativi nel corso di tutte le fasi del processo edilizio. Questa interoperabilità esige la presenza di un formato file neutrale con uno standard aperto in grado di supportare i diversi sistemi. L'IFC è uno di questi sistemi e ci consente di sincronizzare i modelli degli edifici tra le diverse discipline con una facilità maggiore.
2.4.1 Come funzionano gli IFC
L’architettura IFC basa la propria struttura su:
semantica
relazioni
proprietà
Gli elementi sono pensati per descrivere i componenti di un edificio, come ad esempio impianti, spazi, zone, arredo, elementi strutturali (pilastri, travi, pareti, solai, etc.), includendo le proprietà specifiche di ogni oggetto. Grazie a questa suddivisione ad ogni oggetto è possibile associare determinate grandezze come ad esempio:
forma costo richiesta di manutenzione posizione 6
BuildingSMART è oggi un’alleanza a livello mondiale che guida lo sviluppo di uno standard internazionale di strumenti e formazione per sostenere l’ampio uso del BIM.
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prestazione energetica
connessioni con altri oggetti
sicurezza
caratteristiche fisiche e meccaniche
Tutti questi dati sono in genere codificati su uno dei tre formati disponibili:
ifc: il formato di scambio IFC predefinito che utilizza la struttura file fisica STEP
ifcxml: file di dati IFC che utilizzano la struttura dei documenti XML. Questo formato si raccomanda per gli architetti che collaborano con partner le cui applicazioni non possono leggere il formato ifc originale, ma possono gestire i database xml (come quelli per il budget, i calcoli energetici, ecc.). Questo formato fornirà le stesse informazioni sul modello come il semplice formato .ifc, ma gli elementi e le loro proprietà sono memorizzati in una struttura più informativa. Un file .ifcXML normalmente ha normalmente dimensioni superiori del 300_400% rispetto ad un file .ifc.
ifczip: file di dati IFC che utilizza l'algoritmo di compressione ZIP. È la versione compressa del formato .ifc o .ifcXML. Un file .ifcZIP normalmente comprime un .ifc del 60_80% e un file .ifcXML del 90_95%.
Nota: il formato .ifcZIP è per esempio compatibile con le cartelle compresse di Windows, WinZip, ecc. Pertanto se il destinatario non può leggere i file .ifcZIP, un'applicazione di decompressione ZIP può aprire il file convertendolo in formato .ifc o .ifcXML.
2.4.1.1 La struttura degli IFC
Il formato IFC è composto dalla una struttura gerarchica illustrata in seguito, divisa in quattro grandi livelli, ognuno dei quali contiene a sua volta diverse categorie grazie alle quali sono definite le entità.
La struttura funziona in modo che un’entità di un dato livello può relazionarsi o fare riferimento solamente ad un’altra entità dello stesso livello o un livello inferiore. Questa configurazione è predisposta ad una crescita continua e permette alle entità di
27 un livello basso di essere combinate per realizzare definizioni di livello superiore. Inoltre in questo modo è implementata la distinzione per disciplina delle singole entità, rendendo possibile la fruizione del modello da parte degli strumenti propri di ogni disciplina.
Figura 7: Struttura a livelli di un IFC FONTE: www.buildingsmart.org
I quattro livelli sono:
Resource layer: contiene categorie di entità che rappresentano le proprietà di
base come ad esempio geometria, materiali, costo in modo da essere generali e non specifiche per gli edifici. Queste sono utilizzate come risorsa per definire le entità di livello superiore.
Core layer: Questo livello contiene entità astratte anche non relative al mondo
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Interoperability layer: comprende entità facenti parti dell’edificio denominate
Shared Object. Ad esempio ci sono gli shared building elements, come pilastri, travi porte ecc. oppure gli shared facilities elements che sono proprietà relative alla manutenzione.
Domain layer: Costituiscono le discipline di afferenza delle varie entità come
architettonico, strutturale, manutenzione ecc.
Per capire meglio l’organizzazione di un’entità IFC si espone l’esempio di un muro e di un locale, definito come spazio chiuso tra muri perimetrali. Di interesse è capire sia come è rappresentato l’elemento singolo ma soprattutto come sono rappresentate le relazioni con il resto delle entità.
Un muro (IFCWall) è un elemento che rientra nella categoria degli elementi della costruzione (IFCBuildingElement), che a sua volta rientrano nella categoria degli elementi (IFCElement) e così via fino alla più grande categoria che comprende gli IFCRoot, le entità di base che costituiscono entità e non relazioni. Gli attributi della singola istanza sono collocati al livello dell’IFCElement.
Figura 8: Organizzazione di un'entità IFC FONTE: www.buildingsmart-tech.org
Alla base della struttura ci sono 26 definizioni EXPRESS generiche, adattabili ad ogni tipo di prodotto. Le entità base sono poi combinate tra loro per generare gli oggetti appartenenti all’industria delle costruzioni, denominati Share Object. Questi oggetti sono poi suddivisi in sottocategorie in base anche alla disciplina di competenza.
L’IFC predispone una struttura ad albero per ogni entità. Ogni livello rappresenta le proprietà dell’elemento e le relazioni con altre entità. Originariamente l’IFC è stato creato per trasferire entità geometriche parametriche semplici come ad esempio muri,
29 solai, coperture ecc. Con le successive versioni, IFC è ora in grado di codificare forme complesse, come solidi estrusi o superfici parametriche.
Molta cura è stata inoltre impiegata per fare in modo che IFC codificasse tutti i variegati tipi di relazioni che intercorrono tra gli oggetti di un edificio.
2.4.2 IFC nel BIM
Il miglioramento dell’interoperabilità in ambito BIM, permette di snellire di molto il flusso di lavoro (detto anche Workflow) all’interno di un progetto. Per ottenere questo miglioramento non è sufficiente solamente il corretto scambio di informazioni. La chiave sta nel poter determinare di volta in volta le specifiche informazioni da scambiare, in base alle esigenze.
Ad esempio un ingegnere strutturale ha bisogno di estrapolare da un modello edilizio solo le informazioni che riguardano la struttura. Questo particolare insieme di informazioni viene definito Model view e fa parte della struttura di un file IFC.
Una Model view Definitions (MVD) identifica le precise informazioni da trasferire in uno specifico tipo di scambio. Conoscere in modo preciso le Model view permette di snellire il flusso di lavoro. Esiste una specifica prassi per la definizione delle Model view.
2.4.2.1 Definizione di una MVD
Come detto prima gli IFC sono dati aperti e neutrali di openBIM. I software BIM, come Revit (o anche ArchiCAD) utilizzato per la trattazione di questa tesi, supportano l'importazione, l'esportazione e la struttura dati dell'ultima versione di IFC: IFC2x3 (terza release della piattaforma IFC 2x), più specificamente, la sua ultima versione, il cosiddetto Technical Corrigendum 1, pubblicato nel luglio 2007.
Il primo passo è quello di determinare nel dettaglio il contenuto di informazioni che sono scambiate in una particolare Model view. Questi requisiti sono poi dettagliati in modo da essere implementati nello schema IFC e quindi trasferiti.
30 Una Definizione Vista IFC, o Definizione Vista Modello, nel suo acronimo MVD, definisce un sottoinsieme legale dello schema IFC e fornisce la guida d'implementazione o accordi per tutti i concetti IFC (classi, attributi, relazioni, set di proprietà, definizioni di quantità, ecc.) usati entro questo sottoinsieme. In tal modo questo rappresenta la specifica del requisito software per l'implementazione di un'interfaccia IFC per soddisfare i requisiti d'interscambio. Le MVD sono definite o in buildingSMART International, o da altre organizzazioni e gruppi d'interesse.
BuildingSMART ha adottato un sistema per la modellazione dei flussi di lavoro chiamato Business Process Modeling Notation (BPMN) che permette di realizzare Process map, cioè delle vere e proprie mappe concettuali nelle quali sono specificate le interazioni fra le varie parti che interagiscono in un determinato flusso di lavoro.
Per ogni scambio di informazione sono specificate nel dettaglio le informazioni oggetto di trasferimento. Il risultato finale è un rapporto, chiamato Information Delivery Manual (IDM), che identifica le interazioni tra le varie parti coinvolte e ne specifica il contenuto informativo.
Il passo successivo sta nel codificare questi requisiti di informazioni specificate nell’IDM nello schema IFC.
Il terzo passo consiste nell’implementazione delle Model view all’interno dei software, che devono essere in grado compiere l’esportazione e l’importazione rispettando l’IDM. Il processo di controllo dei software prevede un primo test di alcune specifiche strutture del file IFC e poi una verifica su un intero modello informativo, per confermare la corretta esecuzione del trasferimento. Questa operazione viene chiamata Model view Validation.
Il processo si conclude infine con una convalida chiamata Model view Certification che attesta che una Model view è stata efficacemente testata e può essere utilizzata dagli utenti. L’utilizzo delle Model view deve essere consapevole e supportato da specifiche Linee guida. In questo modo l’utente è a conoscenza di come realizzare il modello informativo e quali informazioni sono richieste nella Model view.
Ecco quindi l’elenco di tutti quei software BIM-oriented per cui è stata testata e certificata la Model View e che sono in grado quindi di trasmettere correttamente informazioni grazie ai file IFC:
31
Figura 9: Elenco dei software certificati IFC FONTE: www.buildingsmart-tech.org
2.4.2.2 Entità e attributi IFC
In un modello IFC, le informazioni di progetto sono rappresentate da un insieme di Entità IFC come gli elementi, le superfici, e le loro interrelazioni. Ogni entità IFC (per esempio, un IfcWall) include un numero di attributi fisso, più un numero qualsiasi di proprietà aggiuntive IFC. Lo schema IFC comprende diverse centinaia di entità, tra le quali gli elementi di tipo edilizio (come IfcWall e IfcColumn) assommano a solo 25 elementi.
Gli Attributi IFC sono i principali identificatori delle Entità IFC. I nomi degli Attributi IFC sono fissi, essendo stati definiti da buildingSMART nel contesto del codice standard IFC.
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GlobalID: Identificatore Globale Univoco dell'IfcWall nel modello IFC (non editabile);
OwnerHistory: l'assegnazione delle informazioni sulla proprietà corrente dell'IfcWall;
Nome: il suo valore 'predefinito di fabbrica' è l'ID ArchiCAD IfcWall;
Descrizione: un testo descrittivo opzionale;
Tipo oggetto: un testo opzionale per la definizione del sottotipo di un elemento o per aggiungere ad esso informazioni sul tipo;
Tag: il suo valore derivato dalle preimpostazioni di fabbrica è l'“ID unico” (non identico a IdGlobale IFC);
Figura 10: Attributi IFC di un elemento muro FONTE: software ArchiCAD
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2.5 Il software Autodesk™ Revit
Figura 11: Logo del software Autodesk Revit FONTE: www.autodesk.it
Nel mondo della progettazione architettonica il termine BIM viene sempre più spesso associato ad Autodesk™ Revit, uno dei più evoluti software parametrici che permettono di adottare in modo completo l’innovativa filosofia di lavoro. A molti sarà capitato di sentire espressioni come: “Autodesk Revit è un software parametrico” oppure “Autodesk Revit è un software basato su una tecnologia BIM”. Cerchiamo di capire meglio il senso di queste affermazioni spiegando il significato di questi termini. Tutti i concetti precedentemente trattati riguardo la mentalità BIM sono stati ripresi e perfettamente integrati all’interno di Autodesk™ Revit che d’ora in avanti chiameremo semplicemente come Revit.
Revit è un programma CAD e BIM per sistemi operativi Windows, creato dalla Revit Technologies Inc. e comprato nel 2002 dalla Autodesk per 133 milioni di dollari.
Nel corso degli ultimi anni ha subìto inevitabilmente profondi cambiamenti e miglioramenti. Prima di tutto, esso è stato modificato per poter supportare in maniera nativa i formati DWG, DXF e DWF, che rimangono sempre i file più utilizzati almeno in Italia per la rappresentazione grafica. Inoltre, è stato migliorato in termini di velocità ed accuratezza di esecuzione dei rendering: a tal fine infatti, nel 2008 il motore di rendering esistente, AccuRender, è stato sostituito con Mental Ray, già presente e ben consolidato su piattaforme come 3ds Max e simili.
Tramite la parametrizzazione e la tecnologia 3D nativa è possibile impostare la concettualizzazione di architetture e forme tridimensionali. Questo nuovo paradigma comporta una rivoluzione nella percezione progettuale, poiché questa si sostanzia in termini non più cartesiani ma spaziali e in termini di elementi e famiglie, portando notevoli vantaggi alla progettazione
34 Revit, come programma BIM, è da intendersi come un approccio della progettazione verso una visualizzazione più vicina alla realtà così come percepita dagli esseri umani. Uno dei punti di forza di Revit è appunto il fatto che l’edificio viene completamente ricostruito in modo virtuale, ed i canonici elaborati che lo descrivono vengono ricavati a partire da esso. Sviluppando un progetto con Revit significa creare un modello intelligente di edificio, che simula e mantiene relazioni uguali a quelle dell’omologo reale, consentendo al tempo stesso di poter generare con estrema facilità viste prospettiche o assonometriche, che richiederebbero notevoli sforzi e tempi più lunghi nel disegno manuale.
Altra caratteristica di estrema importanza è quello di costruire il modello utilizzando elementi costruttivi, in grado di interagire tra di loro grazie alle informazioni che essi contengono.
Elemento portante di Revit è lo sfruttamento della "quarta dimensione", cioè il tempo. Si possono infatti impostare le fasi temporali: ad esempio, Stato di Fatto e Stato di Progetto. Ogni elemento del modello può essere creato in una fase e demolito in un'altra, avendo poi la possibilità di creare viste di raffronto con le opportune evidenziazioni “gialle e rosse”.
Facciamo un esempio per chiarire meglio il concetto: quando si disegna un oggetto architettonico, per esempio una finestra, con un software vettoriale (come AutoCAD), si traccia un insieme di linee, o meglio vettori, a cui per convenzione grafica si assegna lo “status di finestra”. In un certo qual modo quindi, si attribuisce un’informazione al progetto di cui quella finestra è un componente. Compiendo la medesima operazione con Autodesk™ Revit, viene realizzato un “alter ego” virtuale, di una finestra reale. Questo significa che, a differenza di quanto avviene con altri CAD, in Autodesk Revit si comporterà all’interno del progetto come nella realtà: il suo collocamento potrà avvenire solo all’interno di un muro, e se successivamente lo stesso muro fosse cancellato, anche la finestra scomparirebbe, invece di fluttuare per il modello, come accadrebbe in software vettoriali. Espandendo il concetto all’intero progetto possiamo affermare che al termine dello stesso si ottiene l’alter ego, o modello digitale, di un edificio reale dal quale è possibile estrapolare tutte le informazioni necessarie alla
