SCUOLA DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA DIPARTIMENTO DI ARCHITETTURA
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA EDILE - ARCHITETTURA
TESI DI LAUREA in
Recupero e conservazione degli edifici
Chiesa di San Paolo in Monte a Bologna:
un criterio di classificazione BIM come ausilio alla
progettazione della messa in sicurezza.
CANDIDATO RELATORE:
Chiar.mo Prof. Ing. Giovanni Mochi CORRELATORI:
Anno Accademico 2015/16 Sessione III
d el se gue nt e lav oro , guidandol o c on s apienz a . Un s entit o ri ngraziame nt o anch e all’Ing . Simon e Garagnan i pe r tutt o l’ aiut o f orni t o dur ant e l e fas i di l avoro , pe r l’ ent usias m o dimost rat o e p e r l a grandi ssi m a disponi bilit à mostr at a dur ant e t utt o il p e rcors o di st udi . Un ri ngraziame nt o particola re all’ A rch . Cate rin a Poggi oli , c h e h a i nizi at o que st o l avo ro, p er averm i dat o ac cess o a tutt a la doc umentazion e d a le i r acc olt a e prodotta , c onsi gliat o dur ant e il lavo ro e s eguit o c o n coinvolgi mento .
Un r ingraziament o v a anch e ai fr at i de l convent o
dell’Osservanza, in particolar modo a Frate Daniele e Frate Franc o , i quali c i hann o s emp re accolt o cal o ros ame nt e durant e i nume rosi s oprall uogh i e d aiutat o nel l a r ice rc a press o il l o ro a rchivi o storico .
Pros egu o c o n i l pers onal e dell’ A rchi vi o d i St at o d i Bol ogna , dell a Bi bli otec a dell’ A rc higi nnasi o e de ll a Bibliote c a d i Sa n Gio rgi o i n Poggiale .
De side ro ri ngrazia re i nolt re i mie i tutt i i mi ei compagn i d i c ors o , spe cial mente : Sara , Silvia , Marti , Val e S . , Anna , Bonn y, Flos . Un ringr azi ame nt o particola re va a Val e R. e Ricky co n i qual i ho c ondivis o l e ulti m e fatich e d i Scie nz a e Te cnic a . Un e nor me ri ngr azi ame nt o v a a quell o ch e è st at o re centement e defini t o l o “Zocc ol o d u ro ” (cit .): Deme , Fe de e Franc e . Gr azi e a l oro ai ut o s on o r ius cit o a d arriva re fin qu a e spe ro ar rive re mo be n olt re.
Ringr azi o t utt i gl i ami ci d i s emp re , assie m e ai qual i s on o c resci uto : Ni co , Riky, Boni , Pill o , Daddy, Mir ro, Giamma , Giaka , Paccia , Gi orgia, Giulia , Val e B., Val e F., Alessia , Silvia , Alice,
qual i c i siam o divertit i negl i ann i de l l ic e o e , nonostant e siam o un p o ’ s parsi , continuiam o a farlo .
Pros egu o ri ngraziand o l e amici zi e pi ù rec enti , ma n o n per que st o men o i mportanti : Ste , Sof y, M arti , Tas o , Gi uli a , Al bert o , Totta, Gi o, Sofi , Luca , Eli .
De side ro ri ngrazia re l a mi a fi danzat a M ary, c o n t utt a l a sua f amigli a Aurora , Santi no , Carl o e Gabriell a . Le i h a conti nuat o a d incoraggiar m i i n quest i ulti mi , et erni , ann i d i studi o e pazi ente me nt e aspettato .
Ringr azi o l a mi a f amigli a tutta . L a “zi a Ni na” , gli zi i M aria , M assi mo , Pat rizi a e Dante , i n par ticol a r mod o que st’ulti m o p er i l c ost ant e support o str umental e e soprattutt o d i conos cenze . I mie i genit or i che , c ome h an dett o lo ro st essi , mi hann o “supportat o e sopportato”, spronato, educato, amato e mai fatto mancare null a .
Infin e r i ngrazi o i miei nonni , i n particola re l a “nonn a Nora ” e “i l n o n no (Giovanni)” , ai qual i dedic o quest o lavoro .
Indic e
Elen c o d ell e imma g in i x ii i
Ab s t ra c t x ix
Parte 1
Ca p ito l o 1 - I nt r o d u zio n e 3
1 .1 - De finizion e del problema 4
1 .2 - Obietti v i 5
1 .3 - Met odol ogi a 7
1 .4 - Si ntes i dei ca pit ol i 8
Ca p ito l o 2 - Bu ild in g I nfo rma t io n Mo d elin g 1 3
2 .1 - Panoramic a d el capitol o 1 4
2 .2 - Introduzion e 1 4
2 .3 - Definizion e Buildin g Informatio n Modelin g 1 7
2 .4 - Evoluzion e dell a modellazion e digital e 2 0
2 .5 - Modellazion e parametric a d i edifici 2 5
2 .6 - Classificazion e d ei softwar e BI M 2 9
2 .7 - Punt i d i forz a e criticit à dell’approcci o BI M 3 0
2 .8 - Applic azion i d el proces s o BI M a l pat ri moni o edilizi o
esistent e 3 4
Capi tol o 3 - S a n Paol o in Mon te 3 9
3. 2 - Prime presenz e francescan e a Bologn a 4 0
3. 3 - Insediament o d ei Frat i Minor i Osservant i 4 3
3. 4 - I l Cinquecent o 5 2
3. 5 - I l Seicent o e i l Settecent o 5 3
3. 6 - Invasion e Napoleonic a e ricostruzion e 5 8
3. 7 - Architettur a dell a Chies a d i Sa n Paol o i n Mont e 6 3
Capi tol o 4 - Te c nich e di riliev o
7 1
4. 1 - Panoramic a d el capitol o 7 2
4. 2 - Laser scanne r 7 2
4. 3 - Fotogrammetri a digital e 7 7
Capi tol o 5 - Au t o d es k R evi t
8 1
5. 1 - Panoramic a d el capitol o 8 2
5. 2 - Caratteristich e d i Autodes k Revi t 8 2
5. 3 - Fl uss o d i lavor o 8 5
5. 4 - Famigli e 8 6
5. 5 - Or ganizzazion e d el fil e d i progett o 8 9
5. 6 - Concett i d i tip o e istanz a 9 2
5. 7 - Vincol i 9 3
Part e 2
Ca p ito l o 6 - Mo d ella zi o n e S ema n t ic a
9 7
6. 1 - Panoramic a d el capitol o 9 8
6. 2 - Definizion e 9 8
6. 3 - Modellazion e semantic a 1 0 1
7 .1 - Panoramic a d el capitol o 1 06
7 .2 - Modellazion e degl i element i principal i 1 06
7 .3 - Creazion e delle famigli e 110
7 .4 - Modellazion e d ei decor i 1 30
7 .5 - Ulterior i di f ficolt à incontrat e 1 32
Ca p ito l o 8 - Do c u men t a zio n e d el mo d ell o
1 3 5
8 .1 - Panoramic a d el capitol o 1 36
8 .2 - Individuazion e ed inseriment o delle informazion i 1 36
8 .3 - Realizzazion e dell e vist e d i disegn o 1 42
Parte 3
Capi tol o 9 - Rili ev o d ell o s t a to di d a n no
1 4 7
9 .1 - Panoramic a d el capitol o 1 48
9 .2 - Teoria d ei macr oelement i 1 48
9 .3 - Linee g u i d a p er l a valutazion e d el rischi o sismic o 1 55
9 .5 - Riliev o dell o stat o d i dann o 1 84
Ca p ito l o 1 0 - I n s erimen t o d el ril iev o d ell e les io n i 1 8 7
10. 1 - Panoramic a d el capitol o 1 88
10. 2 - Proc ess o d i creazion e dei macroelement i 1 88
10. 3 - Inseriment o dell e lesion i 1 93
10. 4 - Creazion e degl i abach i 2 00
10. 5 - De fi nizion e dell’ indic e di vul ner abilit à static a 2 11
Capi tol o 11 - Co n clu s io n i
2 1 9
11 .1 - Panoramic a d el process o propost o 220
11. 3 - Criticit à e svilupp i futur i 2 2 3
Bibliog r afi a
2 2 7
All eg a t o A
I
Elenc o dell e immagin i
Fig. 1 - Una serie di funzioni per la generazione di forme regolari (Eastman, 2011, pag. 33) 21 Fig. 2 - Struttura concettuale della famiglia di un oggetto muro (Eastman, 2011, pag. 41) 23 Fig. 3 - Tabella delle famiglie standard disponibili nei software BIM (Eastman, 2011, pag. 47) 27 Fig. 4 - Principali formati di interscambio (Eastman, 2011, pag. 109) 34 Fig. 5 - Foto della facciata della chiesa di San Paolo in Monte (Arch. Poggioli, 2016) 40 Fig. 6 - Disegno della città di Bologna, 1773 (A.S.B. 2/6064, n°1) 41 Fig. 7 - “La vecchia chiesa dell’Osservanza”, collezione d’arte Cassa di Risparmio (G. Fancelli 1795) 46 Fig. 8 - Pianta di tutta la clausura del convento (Archivio S. Paolo in Monte, Lib. VI, Vol. I, n. 7) 49 Fig. 9 - Interno della chiesa di S. Paolo in Monte, Museo dell’Osservanza (N. Descarani, 1836) 52 Fig. 10 - Pianta del piano terra del covento, anno 1773 (A.S.B. 11/6073, n. 9) 54 Fig. 11 - Pianta del piano primo del convento, anno 1773 (A.S.B. 11/6073, n. 7) 55 Fig. 12 - Pianta esplicativa degli ampliamenti e ricostruzioni (Poli, 1999, Pag. CXI) 57 Fig. 13 - Ricostruzione assonometrica del convento prima dell’800 (Poli, 1999, Pag. CXIV) 59 Fig. 14 - Veduta della nuova chiesa di S. Paolo in Monte, museo dell’Osservanza (G. Termanini) 61 Fig. 15 - Particolare della decorazione originale (Arch. Poggioli, 2016) 69 Fig. 16 - Particolare della decorazione originale (Arch. Poggioli, 2016) 69 Fig. 17 - Esempio di Laser Scanner, Faro Focus3D X330 HDR (www.faro.com) 73 Fig. 18 - Nuvola di punti ottenuta dal rilievo (Ing. Garagnani, Arch. Poggioli, 2016) 74 Fig. 19 - Registrazione della nuvola di punti 77 Fig. 20 - Logo Autodesk Revit 2016 (Autodesk) 83 Fig. 21 - Esempio di griglia strutturale e livelli 86 Fig. 22 - Ambiente di lavoro dell’editor di famiglie 88 Fig. 23 - Opzioni disponibili per la configurazione delle viste 91 Fig. 24 - Grafico 3D per la descrizione semantica di un edificio (De Luca, 2007) 100 Fig. 25 - Esempio di suddivisione semantica di alcuni elementi della facciata 103 Fig. 26 - Griglie e livelli realizzati per la costruzione del modello 107 Fig. 27 - Volumetria iniziale del modello, con famiglie “segnaposto” 109
Fig. 29 - Posizionamento dei muri con Linea di ubicazione: Superficie di finitura esterno 114 Fig. 30 - Foto della porta delle navate laterali (Arch. Poggioli, 2016) 116 Fig. 31 - Famiglia dell’anta, modello generico basato su superficie 117 Fig. 32 - Piani e linee di riferimento per l’apertura parametrica dell’anta 118 Fig. 33 - Famiglia completa della porta delle navate laterali 119 Fig. 34 - Differenza di comportamento tra pilastro strutturale (a) ed architettonico (b) 120 Fig. 35 - Famiglia della colonna interna, livello di dettaglio: basso (a), medio (b), alto (c) 121 Fig. 36 - Famiglia della volta a botte, modello generico basato su linea 122 Fig. 37 - Foto della volta in corrispondenza delle aperture (Arch. Poggioli, 2016) 123 Fig. 38 - Famiglia della volta in corrispondenza delle aperture. Sono evidenziati i solidi di
sottrazione 124
Fig. 39 - Famiglia dei cassettoni, modello generico basato su superficie 124 Fig. 40 - Famiglia della volta a cassettoni 125 Fig. 41 - Estrusione su percorso errata 126 Fig. 42 - Famiglia del catino absidale 127 Fig. 43 - Famiglia della voltina della navata laterale 127 Fig. 44 - Modello dell’arco trionfale isolato 128 Fig. 45 - Famiglie delle capriate palladiana (a), composta (c) e delle travi rinforzate (b) 129 Fig. 46 - Famiglia del decoro dell’abside. In blu la mesh ottenute per fotogrammetria 130 Fig. 47 - Famiglia delle mensole del presbiterio. In celeste la mesh ottenuta per fotogrammetria
131 Fig. 48 - Localizzazione del progetto 138 Fig. 49 - Finestra di gestione dei materiali 139 Fig. 50 - Confronto tra la nuvola di punti ed il modello tridimensionale 140 Fig. 51 - Esploso assonometrico dei macroelementi della chiesa 151 Fig. 52 - Ribaltamento della facciata (D.P.C., 2011) 161 Fig. 53 - Meccanismi in sommità della facciata (D.P.C., 2011) 162 Fig. 54 - Meccanismi nel piano della facciata (D.P.C., 2011) 163 Fig. 55 - Protiro (D.P.C., 2011) 163
Fig. 56 - Risposta trasversale dell’aula (D.P.C., 2011) 164 Fig. 57 - Meccanismi di taglio nelle pareti laterali (D.P.C., 2011) 165 Fig. 58 - Risposta longitudinale del colonnato (D.P.C., 2011) 166 Fig. 59 - Volte della navata centrale (D.P.C., 2011) 166 Fig. 60 - Volte delle navate laterali (D.P.C., 2011) 167 Fig. 61 - Ribaltamente delle pareti del transetto (D.P.C., 2011) 168 Fig. 62 - Meccanismi di taglio nelle pareti del transetto (D.P.C., 2011) 169 Fig. 63 - Volte del transetto (D.P.C., 2011) 170 Fig. 64 - Archi trionfali (D.P.C., 2011) 170 Fig. 65 - Lanterna - Tamburo (D.P.C., 2011) 171 Fig. 67 - Ribaltamento dell’abside (D.P.C., 2011) 172 Fig. 66 - Lanterna (D.P.C., 2011) 172 Fig. 68 - Meccanismi di taglio nell’abside (D.P.C., 2011) 173 Fig. 69 - Volte dell’abside (D.P.C., 2011) 174 Fig. 70 - Elementi di copertura dell’aula (D.P.C., 2011) 175 Fig. 71 - Elementi di copertura del transetto (D.P.C., 2011) 176 Fig. 72 - Elementi di copertura dell’abside (D.P.C., 2011) 177 Fig. 73 - Ribaltamento delle cappelle (D.P.C., 2011) 178 Fig. 74 - Meccanismi di taglio nelle cappelle (D.P.C., 2011) 178 Fig. 75 - Volte delle cappelle (D.P.C., 2011) 179 Fig. 76 - Irregolarità plano-altimetriche (D.P.C., 2011) 180 Fig. 77 - Aggetti (D.P.C., 2011) 181 Fig. 78 - Torre campanaria (D.P.C., 2011) 182 Fig. 79 - Cella campanaria (D.P.C., 2011) 183 Fig. 80 - Assonometria della chiesa a colori falsati per l’evidenziazione dei macroelementi 191 Fig. 81 - Macroelementi isolati come ausilio all’analisi delle lesioni 192 Fig. 82 - Lesione realizzata utilizzando lo strumento decalcomania 193 Fig. 83 - Lesione realizzata tramite la modifica del profilo del muro 194 Fig. 84 - Lesione realizzata utilizzando lo strumento dividi superficie 195
Fig. 85 - Famiglia di una lesione su muro, con andamento differente tra interno ed esterno del muro 198 Fig. 86 - Famiglia di una lesione su superficie curva, in blu sono evidenziati i solidi di sottrazione 199 Fig. 87 - Estratto dell’abaco delle lesioni relativo al macroelemento ME02 facciata principale
203 Fig. 88 - Abaco dei macroelementi 204 Fig. 89 - Abaco dei meccanismi di danno di tipo sismico 206 Fig. 90 - Abaco di calcolo per l’indice di vulnerabilità sismica. Sono mostrati tutti i prametri 209 Fig. 91 - Abaco di calcolo dell’indice di vulnerabilità sismica 211 Fig. 92 - Abaco dei meccanismi di danno di tipo statico-geotecnico 212 Fig. 93 - Abaco di calcolo dell’indice di vulnerabilità statica-geotecnica 212
Allegati
Fig. 94 - Pianta della Chiesa II Fig. 95 - Pianta della Chiesa con sezioni III Fig. 96 - Pianta dell’orditura della copertura IV Fig. 97 - Pianta ipografica delle volte V Fig. 98 - Prospetto Est, facciata della chiesa VI Fig. 99 - Prospetto Nord, facciata laterale della chiesa VII Fig. 100 - Prospetto Ovest, abside della chiesa VIII Fig. 101 - Sezione AA’ IX Fig. 102 - Sezione BB’ X Fig. 103 - Sezione CC’ XI Fig. 106 - Sezione DD’ XII Fig. 105 - Sezione EE’ XIII
Fig. 107 - Sezione FF’ XIV Fig. 108 - Sezione GG’ XV Fig. 109 - Sezione HH’ XVI Fig. 110 - Sezione II’ XVII Fig. 111 - Sezione LL’ XVIII Fig. 112 - Vista assonometria della chiesa XIX Fig. 113 - Spaccato assonometrico dall’alto XX Fig. 114 - Spaccato assonometrico longitudinale XXI Fig. 115 - Vista prospettica dell’interno dall’altare XXII Fig. 116 - Vista prospettica dell’interno dall’ingresso XXIII Fig. 117 - Vista prospettica della facciata della chiesa XXIV Fig. 118 - Pianta della chiesa con le lesioni evidenziate XXVI Fig. 119 - Pianta ipografica delle volte con le lesioni evidenziate XXVII Fig. 120 - Prospetto Est, facciata della chiesa con le lesioni evidenziate XXVIII Fig. 121 - Prospetto Nord, facciata laterale della chiesa con le lesioni evidenziate XXIX Fig. 122 - Prospetto Ovest, abside della chiesa con le lesioni evidenziate XXX Fig. 123 - Sezione AA’ con le lesioni evidenziate XXXI Fig. 124 - Sezione BB’ con le lesioni evidenziate XXXII Fig. 125 - Sezione CC’ con le lesioni evidenziate XXXIII Fig. 126 - Sezione DD’ con le lesioini evidenziate XXXIV Fig. 127 - Sezione EE’ con le lesioni evidenziate XXXV Fig. 128 - Sezione FF’ con le lesioni evidenziate XXXVI Fig. 129 - Sezione GG’ con le lesioni evidenziate XXXVII Fig. 130 - Sezione HH’ con le lesioni evidenziate XXXVIII Fig. 131 - Sezione II’ con le lesioni evidenziate XXXIX Fig. 132 - Sezione LL’ con le lesioni evidenziate XL
L’ utiliz z o d i pr oces s i legat i a l Bui ldi n g Infor ma tio n M odelin g ( BIM ) è d i grand e a ttualità . La s u a applicazion e a r ea lt à come quell a it alia na , caratt erizz at a princi palme nt e da e di fic i storic i e monume ntali , è a ncor a t utt a da espl orare . Si vuol e qui nd i proporr e u n me t odo p e r l a re alizz azion e d i modell i BIM d e l patri moni o st oric o , a i qual i intr odurr e l e i nfor mazi on i r elativ e all o stat o d i dann o rilevat o p er l a valutazion e d el rischi o sismico .
I l pr oce ss o comi nci a dall o studi o d i un rilie v o tradizi onal e , c ompost o d a r apprese ntazi on i bidi mensionali , nonc h é dall o st udi o dell’edificio da documentare, tramite sopralluoghi e ricerca d’archivio. Prosegue con un’analisi di tipo semantico della c ostr uzi one , util e a c omprender e l e compone nt i d a modell are . A quest a se gu e la real izzazion e del modell o tri di me nsi onal e dell’edificio. Parallelamente alla modellazione del fabbricato, s i i nser isc on o all’intern o del model l o t utt e le i nfor ma zion i rile vat e , o gi à di sponibil i pres s o gli ar chi v i dell e pubblich e a mmi nist ra zioni . È i n quest o mod o possi bil e r accogli er e tutt e l e c onosc enze , d i qualunqu e ambito , all’intern o de l modell o . Infi n e s i c ostr uisc on o l e fami gli e necessari e all’i nseri me nt o dell e le sion i rile vat e , re ndend o possi bil e un’analis i p i ù accurat a , e d i l c alcol o dell’indice di vulnerabilità definito dalle linee guida del Ministero dell e Infrastruttur e e d ei Trasporti .
I l ri sult at o d el proce ss o è quind i u n modell o tridimensi onal e c h e r acc ogli e a l suo i nter no , oltr e all e infor ma zi on i ri guar d a l a geome tri a dell’e di fici o , dett agl i ri guard o i material i , i met od i di c ostr uzi one , infor mazion i st orich e e riguar d o l o s tat o di danno . Sar à qui nd i possi bil e utili zzarl o come “i ndi ce ” di a cce ss o a tali i nfor ma zioni ; sar à possi bil e anche generar e l a documentazion e necessari a (disegn i ortografici , assonometrici , tabelle , ecc.)
all’analisi e conservazione dell’edificio. Il modello risultante è st at o confr ontat o con la nuvol a d i punt i otte nut a d a l rili ev o p er verificarn e l a precision e geometrica .
1 . 1 - Def in izio n e d el p r o b lem a
La pres ent e Tes i ha come oggett o l’ applicazi on e de l metod o BI M p er la c onos cenz a e document azion e d i un edi fici o e sist ente , ossi a l a Chies a d i Sa n Paol o in Mont e all’Osservanza .
Lo sc op o dell o studi o qui condott o e il lustrat o è quindi quell o d i applic ar e il proce ss o de l Bui ldi n g Infor matio n M odeling , nat o negl i Stati Unit i d’ Amer ic a i n u n conte st o cultural e e co n u n patri moni o e diliz i o t otal ment e d i f ferent e d a quell o i taliano , s u un e di fici o d i c arat ter e monumental e . La particolari t à d el BIM , come p i ù compi uta me nt e i llustrat o successivame nte , è l a pos sibilit à d i ge stir e a t utt o tond o l’inter o cicl o d i vit a di un e di fici o . I l s u o li mit e per ò è c he è stat o ideat o pe r l a progetta zion e di nuov e c ostr uzi on i di ti p o pre fa bbri cat o e ri peti bili . L’a ppli cazi on e ad e di fic i d el patri moni o esi stente , si a monume ntal e c o n u n rilie v o st oric o -artist ico , si a d i edili zi a popolare , è un a branc a di st udi o a nc or a a pert a e l’applic azion e de l metod o BIM s i rivel a mol to c ompli cata . Quest o a c ausa s i a dell a c omplessit à geometri c a degl i e di fic i di tip o monumentale , si a dell e tras for mazi on i c h e l e costruzion i storich e hanno subit o n el tempo , rendendol e uniche .
Si vuole far e ril evar e ch e la ricer c a condott a part e d a u n rili ev o architett onic o g i à es eguito ; si hann o quindi a dis posizi on e t utt e l e ra ppr ese nta zion i bi di mensi onal i tradizional i qual i piant e pros pett i e s ezi oni , u n det tagliat o archivi o fotogra fi c o e d i l ri liev o dell o stat o d i danno .
Perta nt o lo s tudi o in question e p e r prima c osa s i proporr à d i a ppr ofondir e il material e disponi bil e trami t e s oprall uogh i e ric erc a d’archivio per comprendere lo sviluppo storico dell’edificio in analisi . Seguir à quind i l a modellazion e d el fabbricato , p er mezzo
d el softwar e Autodes k Revi t 2016 , i n tutt e l e s u e componenti . Suc ces siva ment e s i aggiunger à a l modell o l a part e di doc ume nta zion e ch e re nd e i l met od o BI M t ant o pote nte , in mod o d a far e compre nder e al lettor e tutt e l e potenzi alit à d i ques t a tecnologi a ancor a i n fas e d i sviluppo .
Nell’ultima parte della tesi, si inseriranno all’interno del modell o le le sioni rile vat e sull’edi ficio . si a a li vell o purame nt e gra fic o , in mod o d a pote r inter pret ar e pi ù a gevol ment e le ca us e s cate nant i tal i le sioni grazi e a d u n a vi sualiz zazi on e tri di me nsional e i nteratti va , si a i nsere nd o t utt e l e informa zion i necess ari e a l lor o st udi o . Infi ne , gr azi e all e infor mazi on i i nse rit e all’i ntern o d el modell o BIM , s i c alc oler à l’indic e d i vul nera bilit à s is mica , così c ome de finit o da lle li ne e gui da de l Minist er o dell e Infrastruttur e e d ei Tras porti , e s i proporr à un indic e d i vul nera bilit à stati ca - geotecnica .
1 .2 - Ob iet t iv i
I l fin e dell a present e tesi è quell o di pr oporr e u n met od o BIM p er la modellazi on e e l a generazion e d i doc ume nta zion e d i e di fic i st oric i a partir e d a u n riliev o architett oni co . I l met od o vien e ill ustra t o tra mi t e l a s ua applicazion e all a Chies a d i Sa n Paol o i n M ont e d i Bologn a dett a dell’ Osser va nza , ma è te oric a ment e a ppli cabi l e a qualunqu e edifici o d i c aratter e st oric o . Si dev e te ner e pres ent e c he , s pecial ment e ne l c as o dell’e dilizi a storica , ogn i edi fici o h a l e propri e caratt eristi ch e ch e l o rendon o unic o, co n l e problematich e ch e n e d erivano .
• Sviluppare un flusso di lavoro che permetta una modell azion e sema ntic a ( cap. 4 ) dell’e di fici o oggett o di studio .
• Costruire gli oggetti tridimensionali necessari, come fa mi gli e pers onalizzate , analizzand o d i volt a i n volt a se si a ne ces sari o re nderl e parametri ch e e fi n o a c h e punto , i n funzi on e dell a lor o possibilit à d i ri utiliz z o e d i para me tr i necessar i ad u n corrett o funzionament o dell a famiglia . • Sviluppare un flusso di lavoro per una modellazione
accurat a e rapida .
• Inserire all’interno del modello informazioni che vadano oltr e l a pur a rappresentazion e geometrica .
• Analizzare l’edificio e suddividerlo in macroelementi (cap . 9) .
• Inserire all’interno del modello tutte le informazioni rilevat e riguard o l e lesion i present i nell’edificio .
• Sviluppare un metodo di lavoro che semplifichi le oper azion i d i anal is i dell o st at o di danno e s i a di ausili o al calcol o dell’indice d i vulnerabilit à sismic a LV 1 (cap . 9 ) .
• Introdurre un indice di vulnerabilità statica-geotecnica, a nal og o a quell o di vul nerabilit à sis mi ca , ch e t eng a c ont o d ei me ccanis mi di dann o attivati , o atti vabil i , di ori gin e geotecnica .
1 .3 - M e t o do lo gi a
La me todologi a utilizzat a è vari a . Si part e dall o s tudi o dell e te cnic h e utili zzat e ne l rili ev o per comprender e l’af fi dabil it à e d il li vell o d i detta gli o ra ggi unti , anch e co n alc un i soprall uogh i i n loco. Si ef fett uer ann o ric erch e d’ar chi vio , i n part icola r mod o pre ss o l’Archivio di Stato di Bologna, la Biblioteca dell’Archiginnasio, e l a Bi bliote c a di Sa n Gi or gi o in Poggiale , cons ultand o test i storici , i dise gn i c atal ogat i e l e fot o d’ar chi vi o prese nti . Di par i pa ss o si ef fe tt uerann o studi s u l met od o BI M e su i ri sultat i ra ggi unt i fin o a d o ra dall a ric erca , s ull’applicazi on e del suddett o met od o agl i e di fic i storici , ovver o i l metodo dell’ Hist ori c Buildin g I nforma ti o n Modelin g ( HBIM ) sviluppat o da C. Dor e e M . Murph y (c ap. 2) . Si
proc eder à quindi a lla modell azion e tr ami t e soft war e e
all’inserimento di informazioni documentarie. Infine si procederà all’analisi del sistema costruttivo dell’edificio, scomponendolo i n pa rti da l comporta ment o unitar io , dett e macr oele menti , fa se nece ssari a al l o studi o dell e vul nerabilit à dell a c ost ruzione . Si i nserir ann o poi , all’i nter n o d e l modello , le ra ppr esentazi on i gra fic h e dell e le sion i i n mod o tal e d a pote r perme tt er e un’analis i att ent a e d i ma ggi or compiutezz a grazi e a d u na visualizz azi on e tri di me nsional e i nteratt iva . Ogn i l esion e sar à corredat a da t utt e l e infor ma zion i racc olt e i n fase di ril ie vo , c he pos san o ai utar e a c ompr ender n e l e caus e scatenanti . I nfin e si c alcoler à l’indic e di vul nera bilit à si s mica , seguend o l e di retti v e dell e li ne e guid a per l a valuta zi on e e riduzion e de l ri schi o sis mi c o de l Mi nist er o dell e I nfrast ruttur e e Tra sporti , e , analogamente , s i i ntr odurr à u n i ndic e d i vulnerabilit à statica - geotecnica .
1 . 4 - S in t es i d ei ca p ito l i
Capit ol o 2 - Buil din g I nform atio n Modelin g
Lo scop o d el pr ese nt e capit ol o è quell o di for nir e a l lettor e u n a br ev e pres ent azi on e de l metod o BIM . Si inizi a a naliz zand o l a situa zion e attual e dell’industr i a edilizi a e vi denziandon e l e crit icità . Suc ces siva me nt e s i defi nisc e il conc ett o d i BI M, i nte s o c ome acroni mo d i Buil din g Infor mati o n M odeli ng , usat o p e r descr iver e un’atti vit à pi uttost o ch e un modell o o u n s oftar e ( BI M c ome Buil din g Infor mati o n Model) . Il BI M i nfatt i ra ppresent a un’attività umana, lungo tutto il processo edilizio, che coinvolge tutt i g l i attor i ch e ad e ss o prendon o parte.
Si des criv e p oi l ’evoluzi on e dell a modell azion e digita l e fin o all’applicazione dei sistemi BIM, evidenziandone pregi e criticità. I nfin e s i des criv e bre ve ment e l o stat o att ual e dell a ric erc a sull’applicazione del metodo BIM al patrimonio esistente.
Capitol o 3 - La chies a di San Paol o i n Mont e
Suc ces siva me nt e si for nisc e un i nquadra ment o st oric o
dell’edificio oggetto di studio. Si illustra la fondanzione del pri mo nucle o conventual e da part e dei frat i mi nori , se guendon e l’evoluzione attraverso i secoli fino alla distruzione in età napole onic a . Si c ontinu a po i l a tratt azi on e co n l a ricostr uzione , a vvenut a grazi e a bene fat tori , e la descrizi on e dell a c hies a nell a s u a configurazion e attuale .
Capitol o 4 - Tecnich e di riliev o
Ne l pre sent e ca pit ol o s i vogli on o de scri von o breveme nt e gli str ume nt i utilizzat i p er ef fettuar e i l rili ev o del l’edi fic io , nonosta nt e que st o foss e gi à stato e se guit o quand o s i s on o c ominciat i i l avor i p er l a pre se nt e tesi . Son o de scritt i qui nd i st rume nt i e pr oces s i nec essa r i a d ef fett uar e u n rilie v o tramit e lase r sca nne r e fot ogra mmetria . I n partic olare , co n quest a second a tecnol ogia , s i son o r ilevat i alc un i el e ment i di dec or o d i parti colar e i nteresse , i quali , durant e il rilievo dell’edificio , eran o stati solament e abbozzati .
Capit ol o 5 - Lo strume nt o Autodes k Re vi t
Si pas sa quindi a descriver e le car atteri stic h e e l e funzi onalit à d el s oft war e adottat o pe r l a modell azione , os si a Autodes k Re vit . Si forni sc e ini zial me nt e un a panorami c a del softwar e i n quant o tal e e d ei re qui sit i necess ar i al s u o funziona me nt o . Pe r arrivar e a descr iver e i l fl uss o d i lavor o necessari o a d u n su o c orre tt o utilizz o e all e pec uliari t à de gli oggett i in ess o modella bil i e degl i strume nt i disponibili .
Capit ol o 6 - Modell azion e Sem antic a
La pri ma oper azi on e necessari a all a modella zion e d i un e di fici o trami t e u n s oft war e BI M è l a s u a scomposizi on e i n c omponent i ele me ntari . Quest a fase , p er quand o sottinte s a e d ef fe ttuat a ma gar i s ol o mental ment e , ri sult a fonda me ntal e p er u n a modella zion e acc urat a e men o s oggett a a d err ori . Si de scri v e qui nd i c os a si gni fic a s comporr e semantica me nt e u n edi fici o , pe r p o i most rar e come que st o concett o si a sta t o applic at o al c as o i n esame.
Capit ol o 7 - Reali zza zi on e de l model l o BI M
Scompost o l’e di fici o i n t utte le s ue c omponenti , è qui nd i possibil e pr oce der e c o n l a s u e modella zion e t ri di mensional e . Ne l pres ent e capit ol o vien e descr itt o l’a ppr occ i o utili zzat o e d il fl uss o di la vor o scelt o pe r otti mi zzar e i te mp i nece ssar i a d u na modell azion e ch e ris ult i accurata . Vengon o i noltr e illustrat e l e te cnic h e a dott at e pe r reali zzar e alcun e dell e fami glie , pre se a d e se mpi o tr a tutt e quell e costr uite , ritenut e pi ù si gni ficativ e all a c ompr ension e del pr oces so . Si è analizzat o l a costruzion e d i un mur o , u na porta , un a c ol onna , un a volt a e d u na ca priat a . I nfi ne s i c hiude c o n l a de scrizi on e de l lavor o s volt o p e r realizzar e i modell i dei de cor i tra mit e fot ogrammetri a e al cune t ra l e d i f fic olt à maggior i incontrate .
Capit ol o 8 - Doc ume nt azi on e
Si è po i descr itt o c ome all’intern o d i u n modell o BI M sia possibil e i nse rir e d i f ferent i tip i d i i nfor mazion i ri guar dant i l’edificio, descrivendo anche il procedimento utilizzato. Si è i notlr e mostrat o come s i a pos sibil e all’i nter n o di soft war e BIM generar e i dise gn i architett onic i tradizi onal i di pia nta , prospett o e s ezione , tutt’or a all a bas e dell o scambi o d i infor mazi on i tr a i s oggett i coinvolt i nel proces s o edilizio .
Capitol o 9 - Analis i dell e lesion i
Ne l prese nt e ca pit ol o vengon o introdott i i c oncett i d i
mac roel eme nt o e di mecc anis m o di dann o , ne ces sar i p er l’analis i
d ei danni ca usat i da l sis ms a e a d u n corrett o progett o di me s s a i n si cure zz a . Vengon o anch e descr itt e le linee gui da emanat e da l Mi nist er o dell e Infrastrutt ur e e dei Trasport i pe r la val utazion e e
ri duzi on e d el ri schi o s is mi c o del patri moni o cult ural e , i llus trand o i n parti colar e l a l or o a ppli cazion e all e chie se . Defi nend o i 28 me c ca nismi d i dann o pos sibili , e , da que sti , l a possibilit à di calcolar e l’indic e d i vulnerabilit à sismic a ( LV1) .
Capit ol o 10 - I ns erime nt o del riliev o dell e le sioni nel m odell o BI M
Si desc rivon o qui ndi l e str ategi e utiliz zat e pe r ri usci r e a d i nserir e le infor ma zi on e acquisit e durant e i l riliev o dell o stat o d i dann o all ’i ntern o d el modell o BIM . I n particolar e s i a nalizzan o i l mod o co n c ui s i s on o r ealizzat e l e fa mi gli e dell e le sion i (c o n t utte l e pr oble matic h e incontrat e durant e i l la voro ) e gl i a ba ch i ria ss unti v i de l rilievo . I nfin e s i calcol a l’i ndic e d i vulnerabilit à si s mic a e s e n e propon e uno , tot al ment e anal ogo , d i vul nera bilit à statica - geotecnica .
Capitol o 11 - Concl usi on i
I nfin e s i valut a s e i l l avor o s volt o ha ra ggi unt o gli obi ettiv i c h e ci si er a pr efiss ati , andand o a d esporr e pregi e di fett i d i tal e me t odologia . Si descri von o alcun e dell e pote nzial it à e de i vantagg i otteni bil i da un a pien a applicazi on e d el proc ess o BIM . Pe r ulti mo s i analizza n o l e principal i d i f fi colt à inc ontr at e suggere nd o a lcun e i mple me nta zioni , a li vell o de l s oft ware , per s empli ficar e que st o procedimento .
2 . 1 - Pa n o ra mic a d el ca p ito l o
Lo scop o d el pr ese nt e capit ol o è quell o di for nir e a l lettor e u n a br eve pres enta zion e de l met odo BIM . I nizial me nt e s i a naliz za , i n si ntesi , l a situazi on e att ual e dell’i ndustr i a e dilizia , s ucc essi vame nt e s i vuol e defi nir e i l concett o di proces s o BIM . Si proc ed e poi co n u na sint etic a esposizion e dell ’evol uzion e dell a modell azion e di gital e p er arri var e all’a ppl icazi on e dei si ste mi BI M nella modell azion e d i edi fici , evi denzi andon e preg i e critici tà . I nfin e si analizz a l o st at o att ual e dell a ricerc a s ull’a ppli cazi on e de l BI M al patri moni o esi stente , present and o il met od o dell’Hist ori c Buildin g Informatio n Modeling , HBIM .
2 . 2 - I n t r o d u zio n e
I l settor e dell a progett azion e ediliz ia , nonosta nt e il grand e s vilupp o te cnologic o a vvenut o negl i ulti mi sec oli , no n s i è e vol ut o i n ma nier a si gni ficativ a quant o altr e i ndustrie , si pensi all’informatica. Dai progetti realizzati disegnando su carta si è pass at i a d u na ra ppre sentazi on e digit al e tr a mit e i sis te mi CAD, grazi e alla d i f fusi on e de i persona l compute r. I l s ettor e edilizi o dagl i a nn i ‘6 0 a d ogg i non è riuscit o a goder e a pie n o dei vantagg i generat i dall o s vil upp o t ecnol ogico , s pec ialme nt e i n a mbit o i nfor ma tico . St ud i di produttività , ef fett uat i da i stit ut i a meric an i ( CI FE , 2007 ; Gallahe r e t al . , 2004 ) i ndica n o che quest a è ri ma st a pratic a ment e cos tant e ne l t empo , mentr e negl i altr i sett or i si è vist o u n aument o quasi esponenziale . Quest o p er numeros i motivi :
d i 5 per sone , r endend o così d i f fi cil i g li i nvesti me nt i in nuov e tecnol ogi e sia a caus a dell’el evat o c ost o d’i ngr ess o s i a p er l a specializzazion e ch e s pes s o richiedono .
• Meno della metà dei progetti si occupa di nuova costruzione, p er l a ma ggi or part e s i tr att a d i manutenzion e o intervent i sull’esistente, rendendo più dif ficile l’utilizzo di metodi ad alt o impieg o d i capitale .
• L’impiego di nuove metodologie sia nella progettazione sia nell e cost ruzion i è molt o l ent o e li mitat o i nizial me nt e sol o all e gra nd i az iende . Inoltr e s i hann o t ecnol ogi e frammentat e e s pes s o pe r comunicar e tr a s ogge tt i d i f fere nt i ser v e pass ar e tra mit e fil e di i nter scambi o o doc ume nt i car tacei . E’ il c as o dell e ammi nistrazion i pubblic he , le qual i ha nn o l a necessit à d i ottener e un archivi o uniforme .
• Mentre nelle altre industrie si fissano obiettivi a lungo ter mi ne , nell’e dilizi a spes s o g li att or i coi nvolt i i n un progett o s i i ncontran o pe r il t emp o s tretta ment e nec essa ri o a d e se guirl o , s enz a ult erior i c ontatt i futuri , rendend o impossibil e u n a programmazion e a l u n go termine .
Att ual me nt e il process o dell a pr ogett azion e e dilizi a è princi palme nt e bas at o s u si stemi CAD, spe ss o framme ntat o i n qua nt o ogn i aziend a pr oduttric e di s oft war e ut ilizz a u n fil e proprietari o . Inoltr e è a ncor a dipendent e da mod i d i comunicazion e s u cart a o tra mi t e file di int erscambi o , i qual i pe r ò n on contengon o i nfor ma zion i aggi untiv e all a geometri a de i dis egn i stampa ti . L’ utiliz z o d i quest o si stema comport a spe ss o err or i e d omi ssioni , i qual i di ventan o s pes s o caus a d i i mprevist i come cost i aggiunti vi , ritardi , che posson o port ar e a i n caus e tr a l e parti . Gl i sfor z i compiut i p er evitare quest o gener e d i imprevist i s on o stati :
c a mbia r e l’o r gani zza zion e s truttural e de l met od o d i progetta zione , l’uso di tecnologia real-time, come spazi web per la condivisione d i di segni e doc ume nti , e l’ impl ementazion e di str ument i 3 D n e i s oft war e CAD. Nonost ant e quest e tecnologi e abbian o mi gli orat o l e te mpistic h e pe r lo s ca mbi o d i i nforma zioni , hann o fatt o po c o p er ridurr e l e problematich e descritt e prima .
Uno d ei pi ù comun i problem i associat i all a comunicazion e 2 D dur ant e la fa se d i pr ogettazi on e è l a gra nd e quantit à d i te mp o e ris ors e nec essa ri e pe r generar e l e i nfor mazion i c hia ve ric hie st e p er u n deter mi nat o progett o (l a sti ma de i cos ti , analis i ene r getic he , detta gl i str utturali , ecc.) perch è c he p er ef fett uar e u n a progetta zion e di qualit à s arebb e necess ari o ef fe ttuar e quest e a nalis i all’i nizi o dell a fas e progett uale , i n mod o da poter e a pportar e l e corr ezi on i necessari e , innescand o un proce di me nt o iter ativo . Tuttavi a dat a l a compl essit à d i ef fett uar e gi à nell e fa si preli mi nar i dell a pr ogett azi on e l e analis i i n questi one , que st e vengon o es eguit e solta nt o a pr ogett azi on e conclus a . I l ris ultat o è c h e s pes so bisogn a a dott ar e dei comprome ss i ri spett o a l pr ogett o original e p er contener e temp i e costi .
L’i ntr oduzi on e della met odol ogi a BIM produc e numeros i vant aggi . Per ò p er otte ner e un vero be ne fi ci o dall ’utiliz z o d el proc es s o BI M è nec essari o ri pensar e tutt o i l ci cl o di vit a dell’edificio, dalla progettazione alla manutenzione, includendo t utt i gli att or i ne l proc esso . Il BI M per mett e u n a ri valutazi on e dell’utilizzo dell’informatica nel settore delle costruzioni, facendo c ompi er e quell o s tep e volutiv o c he è ma ncat o fin o a d ora . I s oggett i intere ssat i s on o tutt i quell i c h e appa rtengon o all ’industri a e dilizi a : immobili ari , pr oprietari , fi nanziari e , architet ti , ingegneri , costruttori , manutentori , ecc. I l BI M muov e i l settor e d a u n a
for ma d i c omunic azi on e basat a s u cart a ( modell i 3D, dis egn i CAD 2 D, re nder, fogli d i calcol o ecc ) ver s o u n fluss o int egrat o e i nteroper abil e dov e i compit i d ei di ver s i attor i c oi nvolt i vengon o c onfl uit i in un pr oce ss o collaborati v o coor dinat o . Si c reano de i modell i reali stic i tr ami t e u n pr ocess o ripetibi l e e veri fic abil e c he ri duc a i ris ch i e per met t a di ef fett uar e i n u n qual sias i mome nt o dell a pr ogettazi one , a nalis i e si mulazi on i tes e a mi gliorar e la qualit à dell e scelt e progettuali .
2 .3 - Def in izio n e Bu ild in g I n f o rma t io n Mo d elin g
I l t er min e BI M è l’a cr oni mo di Bui ldi n g Infor ma tio n M odeling , a nc he s e s pes s o utiliz zand o l’espr essi on e BI M ci si ri fe ris c e a l modell o tri di mensionale , tras for mandol o ne ll’acr oni m o d i Buildi n g I nfor ma tio n Model . Tuttavi a i n tutt a l a narr ativ a co n i l t er mi n e BI M ci s i ri ferisc e no n a d un oggetto , un modell o tridi mensi onal e , o a d u no s peci fic o s oft war e , ma a l pr oc ess o uma n o ch e c oinvolg e p i ù attor i e pr ovoc a c a mbiament i nel l a pr ogett azi one , costruzion e e gestion e degl i edifici .
Di seguit o s i pr opongon o alcun e definizion i d i BIM:
• National Building Information Modeling Standard ( NBIM S) : BI M è mi glior ar e i proces s i d i pianific azi one , progetta zione , cos truzion e e ma nut enzion e usando modell i d i i nfor ma zion i standardi zzat i e ma chine - rea dable , ovver o proc ess abil i aut omatica ment e da u n c ompute r, p er ogn i edi fici o , nuov o o vecchio , ch e c onte ngan o t utt e l e infor mazion i appropriat e cr eat e o ottenut e ri guar d o l’edificio, in un formato utilizzabile lungo tutta la sua vita
utile.
• BIModeling Iso 29481-2: “Unire i diversi set di informazione usat i nel le costruzi on i i n un a mbie nt e d’i nformaz ion e c omune , ri duc endo , e s pess o eli minando , il bisogn o d i mol ti ti p i di doc umentazi on e cart ace a cor rent eme nt e i n uso”.
• BIM NBIMS (national building information model standard - US): “Ra ppr ese ntazion e di gital e dell e caratteri stic h e fis ich e e funzi onal i d i u n edi fici o , c he ser v a come r isors a d i conos ce nz a condi visa , c he funga da bas e af fidabil e per l e decision i necessari e durant e i l s u o cicl o d i vita”.
• BIM Australian national guidelines for digital modeling: “Ad un modello servono due caratteristiche fondamentali p er es ser e consi derat o BIM : la pri ma è ch e si a un a ra ppr ese nta zion e tridi mensional e d i u n e di fici o basat o s u oggetti ; l a se cond a è ch e i nclud a n el modell o infor ma zion i o pr opri et à degl i oggett i oltr e l a lor o r appres entazi on e grafica”.
I l pri nci pi o d e l Bui ldi n g Infor mati o n Modeli n g si è confi gur ato , dall a su a i ntroduz ione , come un process o nel qual e è central e l o s ca mbi o di infor mazi oni . I n generale , s i pu ò dire ch e l o sc a mbi o d i infor ma zion i c he a vvi en e c o n un’i nter azion e tr a di ver s i att or i deter mi n a u n pr oce di me nt o BIM ( Buildin g I nfor mati o n M odeli ng) . Quando , inve ce , un modell o computerizzat o contie n e un a geome tri a preci s a e dati util i a l support o dell a costruzione , fa bbricazi one , re alizz azion e dell’edi fici o e dell a s u a ma nut enzione , s i s uppon e si a u n modell o BI M ( Buildi n g Infor matio n Model) . I modell i così generat i di vent an o il moment o di att uazion e del process o BIM , lo strument o attravers o i l qual e avvien e l o scambi o d i informazion i tr a
i pr otagonist i coinvolt i nell a progett azion e e gestion e dell’e di fici o durant e i l s u o inter o cicl o d i vita.(Eastma n C., 2 0 11)
Quest a dic otomi a pr ocesso/ modell o p u ò per ò generar e
c onfusi one . Oggigiorn o il t er mi n e BIM è molt o popolar e e di grand e fas cino , BIM è un a espr essi on e d i grand e attratti v a e vien e utiliz zat a d a numer os e aziend e pr oduttric i di s oft war e p er des criver e e pubblici zzar e i lor o pr odotti . La de fini zion e di te cnologi a BIM come si è vist o è mol t o s oggetti v a e tend e a cr ear e c onfusi one . E’ ne ces sari o fare all or a u n p o ’ di c hiar ezz a indic and o cos a NON è u n modell o BIM:
• Modelli che contengono informazioni 3D ma nessuno, o pochi , at tri buti ; quest i son o modell i utiliz zat i pe r l a visualizz azi one , ma n o n dann o s uppor t o all’ inte grazi on e di i nfor ma zion i o analis i de l pr ogetto . Come pos son o esser e i modell i reali zzat i co n soft war e qual i Googl e Sketc hU p o Aut odes k 3 DS Max .
• Modelli non parametrici, rendendo così l’applicazione d i ca mbiame nt i molt o labori os a . Non da nn o i noltr e u na prote zion e c ontr o inesatt ezz e o ina cc urate zz e nell a ra ppr ese nta zion e d el modell o , dovut e all a ne ces sit à d i aggiornar e manual ment e ogn i disegn o a seguit o di modifich e al progetto .
• Modelli composti da riferimenti multipli a file 2D che devon o esser e combinati .
• Modelli che permettono di ef fettuare modifiche in una vista ch e n on vengon o automaticament e riportat e nell e altre. Tutti i sist e mi CAD gener an o fil e digital i c he c ons iston o pri maria ment e i n vett ori , stil i di line a e l aye r. M a n man o ch e quest i sistem i son o stat i sviluppati , s i son o aggiunt e informazion i
a ddi zional i a quest i file ; co n l’i ntroduzion e d ei modell i 3 D, s on o st at i aggiunt i strume nt i pe r l a defini zion e d i super fi c i c omple sse . Vi a via ch e i s istemi CAD son o diventat i pi ù i ntelli gent i e u n ma ggi o r nume r o di utent i chiedev a d i c ondivi der e i nfor ma zion i a ssociat e a d u n dat o progett o , i l problema s i è s postat o dai disegn i e dall e i mma gin i 3D ai dati stessi . Un modell o d i u n edi fici o prodott o da un o str ument o BI M pu ò s upport ar e di vers e vist e d ei dat i contenut i i n u n dis egno , c h e sian o 2 D o 3 D. Un mode ll o p uò e sser e descrit t o d al s u o c ontenut o (quell o c h e l’ oggett o de scri ve ) o dall e s ue c apa cit à (c h e tip o di requisi t i p u ò supporta re) . I l se cond o a ppr occi o è prefe ribil e i n quant o definis c e c os a s i p u ò far e c o n un modell o piuttost o che com e i l databas e è stat o costruito .
2 . 4 - Ev o lu zio n e d ell a m o d ella zio n e d ig it a l e
Si n da gli a nn i ‘60, l a modell azion e virtua l e di geome tri e tri di me nsional i è stat a un’important e ar ea di ricer ca . I l su o s vilupp o a ve va nume r os i camp i d’ applicazion e tr a c ui l’industri a ci ne mat ogra fica , quell a de i vi deogioch i e la progetta zion e i ndustriale , me cca nic a e d edilizia . Le pri me for me polie dric h e pote va n o e sser e c ompost e i n un’i mmagi n e co n u na seri e li mitat a di fi gur e para me trizz at e e s calabili , ma n el ca mp o dell a pr ogetta zion e er a nece ssari a l a capacit à di cr ear e e modi fi car e facil ment e for me complesse . Un grand e pass o i n avanti venn e fatt o negl i ann i ‘70 quando tre diversi gruppi di studio di altrettante università ( Ca mbridge , Stanfor d , Roc hester ) raggiunser o l’obiett iv o di crear e e modi fi car e solid i 3D ar bitrari , pr atic a ch e poi venn e chiamat a Modellazion e Solida.(Eastman , 1999 )
Inizialment e furono s viluppate due metodologi e di modellazion e s olid a e quest e entrar on o i n competi zion e p er dive ntar e il futur o st andar d . Que st e er an o l’appr occi o Boundar y Repr esentatio n ( B- Re p) , i n cu i l e for me venivan o rappr ese ntat e come s eri e di s uper fic i orient ate , li mit at e e chius e i n mod o d a for mar e u n vol ume . Ve nner o sviluppat i funzi on i computazional i per pote r crear e quest e fi gur e c o n di me nsi on i variabil i tramit e para me tri ; inizial ment e s i pote v a di sporr e di box , ossi a parall elepi pedi , c oni , s fere , pira mi di , cili ndri , ec c . ( Fi g . 1 ) . Inoltr e er a possi bil e crear e estr usi on i e ri vol uzi on i e c ombinar e l e for me tr ami t e uni oni , int ersezion i e s ottra zioni , ovver o l e cosiddett e operazion i booleane . I n quest o mod o er a possibil e crear e form e complesse .
Fi g . 1 - Un a se r i e d i f unz io n i p e r l a ge ne razi o n e d i f o r me reg ola r i ( Ea st m an , 2 011 , pag . 3 3 )
L’ approcci o alternati v o è chiamat o Constr ucti v e Soli de Ge ometr y ( CSG) ; in quest o cas o l e fi gur e s ono r appresentat e c ome u n se t di funzi on i c he defi nis c e il polie dr o pri mitiv o si mi l i all’approccio B-Rep. Queste funzioni sono poi combinate in e spre ssi on i al ge briche , ancor a tramit e operazion i booleane . La princi pal e di f fere nz a tr a l’approcci o CSG e l’approc ci o B- Re p è c h e c ol met od o CSG vie ne memorizzat a u na formul a algebric a per defini r e l a figura , mentr e nel B- Re p si memor izz a il ris ultat o come l a definizion e d i u n a seri e d i operazion i t r a oggetti . La d i f ferenz a
è s osta nzial e : n el CSG g li element i pos son o es ser e modi ficat i e ri generat i s u richiest a . Quest a modalit à d i rappres enta r e l e for me tra mi t e una stri ng a d i tes t o er a molt o compatta , ma neces sitav a d i qualc h e se cond o d i cal col o sull e macchi n e dell’e poca . D’alt r a part e l e B- Re p e rano ec cellent i per l’i nter azion e diret ta , re ndering , animazion i e p er controllar e conflitt i spaziali .
I n u n a pri ma fas e i du e metod i eran o i n competi zion e per deter mi nar e qual e foss e l’ appr occi o migliore , ma pr est o c i si re se c ont o c he dovevan o e sser e combi nati . Unend o i du e approc c i er a quindi possibil e e ditar e le for me tra mi t e l’appr occi o CSG e utilizz ar e l’ approcci o B- Re p per la vis uali zzazi one . Oggi gior n o mol t i degli strume nt i d i modellazion e par ametric a a dis posizi on e incorporan o entramb i gl i approcci .
Con l’e vol vers i dei si stemi di modell azion e e l’ aume nt o dell a pote nz a di calc ol o a dis posizione , s i i nizi ò a se ntir e l a ne ces sit à di pote r a ssoci ar e ma terial i e d altr e pr opriet à all e for me . ci ò avrebb e per me ss o di ef fettuar e analisi , o deter mi nar e volumi e pe si . M a a ggi unge nd o propriet à agl i oggett i s i pr esent ò u n problema c oncettuale : quand o u na for ma è compost a da più s oli di , trami t e oper azion i bool eane , ma c o n mat erial i diver si , come c i si s arebb e dovut i comporta re ? Quest o dilemma port ò alla c onsapevole zz a c h e i l pr incipal e utiliz z o dell e operazion i boolea n e er a quell o d i inc or porar e funzi onalit à a d una figur a pri mari a . Un oggett o de fini t o come funzionalit à , inserit o i n u n oggett o principale , è posi zionat o rela tivame nt e a quell’oggett o ; l’ oggett o - funzi on e pu ò qui nd i ess er e i n se guit o rinomi nat o , refere nziat o e modi ficato . Anch e que st a è divent at a una caratteris tic a fonda me ntal e dell a modellazion e parametrica , s i pens i a port e e finestr e i n un muro .
p er la prima vol ta tr a gli ann i ‘7 0 e ‘8 0 c o n l’introduzi on e d e i si ste mi CAD; la modell azion e s oli da ne i sist e mi CAD a ve v a u n grand e pote nzial e , ma e r a limi tat a dall a potenz a d i calc ol o d ei c ompute r e da l lor o c ost o . Inoltr e pr ogettar e i n tr e di mension i er a c oncett ual me nt e ali en o a molti , s e no n a t utti , i pr ogetti st i dell’epoca, abituati a lavorare in due dimensioni. Le industrie me c ca nich e e ae ros pazi al i compr eser o s ubi t o l a pot enzi alit à d i ques t i nuov i s tr ument i , mentr e l ’i ndustri a e dilizi a pre fer ì a dott ar e de i se mplic i disegnat or i bidi me nsi onal i qual i AutoCAD, Microstation , Mini CAD .
Un ulteri or e pas s o nell’ evoluzi on e da l CAD a ll a modell azion e para me tric a è stat a la comprensi on e ch e figur e mul tipl e poss on o c ondivi der e i par ame tr i . Ad es empi o i confi n i d i u n mur o s on o de fini t i da pa vi mento , so f fitt o e d altr i mur i c h e l o limi ta no , qui nd i c ome ve ngon o c onness i gl i oggett i ne deter mi n a l a for ma ( Fig . 2) ; in a ltr i casi l a for ma non è generat a dall a rela zion e c o n altr i oggett i ma global mente , come può acc ader e co n l e grigli e str utt urali . Ini zial me nt e quest a capaci t à venn e inserit a sol o a livell o d i generazion e dell e forme , m a n o n er a ancor a u n a complet a
modell azion e par ame tr ica . Sol o s ucces siva me nt e i par ametr i c he de fini sc on o u na forma poter on o es ser e automa ticame nt e rivalutat i e l a for ma ri generata . Sicc ome un cambiame nt o i n u n a for ma pot ev a i nflue nz arn e altr i i n altr e forme , s i r ese neces sari o l o s vilupp o d i u n “ris olut ore ” ca pac e di analizzar e i ca mbia me nt i e d applicarl i nell’ordine più ef ficiente. Questa abilità è la normalità negli odier n i siste mi BIM . Infin e molt i si stemi BI M modern i s upportan o rel azi on i para me trich e c o n super fic i e curv e poli gonal i compless e , com e spline s e B- Spline s non uniform i ( NURBS) .
I s oft war e di modella zion e parametric a pos son o es ser e tal i a diver s i livelli . Al livell o pi ù sempli c e c’ è la defi nizion e di for me c ompl ess e trami t e qual ch e par ametr o . Quest a è s pess o chiamat a
modell azion e s olid a parametr ica ; l e modi fich e consist on o
nell’apportare cambiamenti ai parametri e rigenerare l’oggetto s u ric hiest a dell ’utente . Un pri mo s vil upp o è l’aggi or nament o a utoma tic o degl i oggett i ogn i volt a c h e i para me tr i vengon o modi fi cati , c o n gli aggi ornament i ef fettuat i i n u n or din e prefis sato . I nfin e se l’or din e d i aggiornament o vi en e automat icame nt e deter mi nat o i n ba se all a di sposi zion e e all a rela zion e de gl i oggetti , s i pu ò parlar e d i pien a modellazion e parametrica .
Rica pit olando , c i son o numer os e ca ratteris tich e d i modell azion e para metri ca , al cun e compre s e nei modell ator i BI M , altr e no :
• Generalità delle relazioni parametriche, che supportano idealment e tutt e l e funzion i algebrich e e trigonometriche . • Supporto a condizioni di ramificazione e scrittura di regole
ch e poss on o associar e divers e funzion i ad u n oggetto . • Fornire collegamenti tra gli oggetti e la capacità di creare
• Utilizzo di parametri globali o esterni per controllare la disposizion e o l a selezion e degl i oggetti .
• Abilità di estendere o aumentare le esistenti classi di oggetti para metrici , i n modo c h e possan o a ss umer e c omporta ment i n on fornit i i n origine .
La modella zion e parametric a è u n metod o molt o potent e d i cr ear e e modi fi car e l a geometri a degl i oggetti . Senz a d i e ssa , la generazi on e d i modell i sar ebb e estremame nt e scomod a e soggett a a d errori . Progetta r e u n edi fici o che , pe r quant o sempl ice , contien e c enti nai a o mi gliai a d i oggett i pu ò esser e qua si impos sibil e s enz a u n siste ma ch e perme tt a un ef fi cient e modi fi c a e d aggiorna me nt o a utoma tic o delle modi fich e apportat e in u n oggett o a t utt e le s ue istanz e present i n el disegno .
2 .5 - Mo d ella zio n e p a ra met ric a d i ed if ic i
I l c oncett o d i oggett o par ametri c o è quindi central e pe r la c ompr ension e de l BI M e l a s u a di f fer enzi azi on e dagl i oggett i tri di me nsional i tra dizi onali . Un oggett o BI M para metric o p er esser e definit o tale, dev e aver e l e seguent i caratteristiche :
• Consistere di definizione geometrica con informazioni e re gol e associate ;
• La geometria è integrata in maniera non ridondante e non per mett e i ncongr uenze ; piant e e prospett i dell’ oggett o ris ulta n o s e mpr e coerenti , le vist e no n poss on o ess er e “falsificate”;
• Le regole parametriche dell’oggetto automaticamente modifican o l a geometri a associata ;
• Gli oggetti possono essere definiti a diversi livelli di a ggr ega zione , i n mod o c he si poss a ad esempi o de fi nir e u n mur o come i nsieme d e i suo i component i ( cambiand o il pes o di u n strat o cambi a i l pes o d el muro) ;
• Le regole applicate agli oggetti possono identificare quando u na part ic olar e modi fic a rend e l ’oggett o i mpossi bil e d a generare ;
• Gli oggetti hanno la capacità di collegarsi, ricevere, tra s metter e o esportar e s eri e di attr ibut i a d a ltr e applic azion i o modelli .
Qui nd i i l fatt o di crear e e pote r di sporr e di oggett i parametric i è u n gr ande va ntaggi o a l i vell o d i ris par mi o di temp o dura nt e la progetta zione . Si pos son o i nfatt i cr ear e li breri e di oggett i adatt abil i a numer os e situazion i e quindi riuti lizzabili . Di li breri e n e esi ston o d i gi à pront e i n dota zi on e co n i vari s oft war e , ma , p er quant o possa n o a ndar e ben e i n una pri ma fas e di approcci o a l BI M e p er i l s u o a ppr endi me nto , succ essi vament e si render à ne cessari o l’us o d i oggett i creat i ad h oc p er i singol i progetti .
Tutti gl i str ume nt i d i pr ogettazion e BI M attual i ( Autodes k Re vit , Bentle y Architect ure , Gr aphisof t Archi CAD , Ne met sche k Ve ctor works , Gehr y Te c hnology ’s Di gita l Project , Te kl a Struct ures , e cc. ) derivan o dall e c apacit à d i modell azi on e d i oggett i pa rame tric i
s viluppat a dall’industria meccanica . Nell a modellazion e
para me tric a , invece di progettar e un’istanz a di u n el ement o dell’edificio, come una particolare porta o muro, il progettista deve pri ma de finir e l a cl as se o famigli a di quell’ ele ment o compost o d a u n mi st o di ge ometri e fi ss e e par ametriche , un a seri e di relazi on i e regol e ch e contr ollan o i parametr i ch e per mett on o l a generazion e degl i elementi . Mentr e n ei tradizional i modellator i tridimensional i
CAD ogni a spett o del la geometri a degl i ele me nt i de ve ess er e c ontr ollat o ma nualme nt e dall’ utente , l a for ma e l a ge ometr i a risultant i d i u n oggett o parametric o s i adattan o automaticament e ai cambiament i d el contest o e all e scelt e dell’utente .
Fi g . 3 - Tabe ll a del l e fa mi gl i e sta n da r d di s po n ibi l i n e i s of tw a r e B IM ( E a st ma n , 2 0 11 , pag . 4 7 )
Concet tual me nt e i soft war e di modellazion e BIM s on o una variaz ion e de i sistemi d i mo dellazi on e para me tric a basat i s ugl i oggetti . Son o di f ferent i per ché hann o l e l or o seri e d i cla ss i di oggett i prede finite , ognun a c o n d i f ferent i possi bilit à di c omportame nt o progra mmat e al suo i nter no . I n aggiunt a alle fami gli e fornit e dall o s vil uppator e , numeros i sit i we b rendon o disponibil i fa mi gli e d a sca ricar e pront e all’uso , come moder n o equi val ent e dell e libreri e di blocc hi 2 D. I comportame nt i prei mpostat i de gl i oggett i BIM i denti fic an o come posson o esser e collegat i i n gr uppi e automaticament e ad attar e l a lor o struttur a quand o cambi a i l
c ont est o in cu i s ono i nse riti . E’ qui nd i i mportant e c he gli ute nt i possan o este nder e que st a li breri a d i cl ass i d i oggetti , e ve ntualme nt e cr eandon e d i nuove , pe r ri sponder e a d esi genz e no n previst e dagl i sviluppator i d el software .
Esist e u na disti nzion e tr a quegl i oggett i c he intera gisc on o c o n altr i , c ome muri , tr avi , col onne , s olett e , i qual i hann o un c omportame nt o c ompl es s o e son o i l cuor e di u no s trume nt o BIM , e g li altri oggett i p er i quali no n è neces sari o u n c omportame nt o para me tric o . Quest a s ec onda categori a può ess er e cre at a pi ù fa cil me nt e e vien e spess o res a di sponi bil e c ome un’aggre gazi on e d i li breri e est ern e i ndi pendent i da altr i oggett i caricabil i n el modell o pe r fasi s uc cess ive . Una t erz a cla ss e d i oggett i è quell a d ei prodott i comme r ci al i ch e son o r ealizz at i s u mi s ur a pe r i l l or o c ont esto . Quest i pos son o esser e oggett i para me tric i se mplic i o c ompl essi , ma l a cu i re alizzazi on e necessit a dell a st ess a cura c o n c ui ve ngon o de finit i g li oggett i pri nci pal i di un o str ument o BI M. Progetti st i e costrut tor i spess o reali zzan o l e lor o propri e c la ss i di oggett i o s i af fi da no a d oggett i pi ù sempl ic i non para metric i ch e per ò devon o d i continu o essere adattat i manualmente .
Un’ulteriore dif ferenza funzionale tra un modellatore BIM e u n modellat or e para me tric o d i terz e part i è l a neces sit à d i ra ppr ese ntar e es plicita me nt e g li spaz i ra cchi us i da gl i ele ment i dell’edificio. Fino a poco tempo fa, con i soli sistemi CAD, non s i era n o in grad o di ra ppresentar e gli spazi , s e n o n utilizz and o poli gon i dis egnat i dall’ ute nt e a c ui veniv a a sse gnat o u n nome . Ogg i l a ma ggi or part e dei soft war e BI M r appresent a automat icame nt e g li s paz i ge nerand o u n soli d o definit o dall’inters ezion e d ei mur i co n i l pavi mento . Quest o poligon o vien e po i estr us o fin o a raggiunger e l’altezz a d el s o f fitto . I l vecchi o metod o CAD h a
l e soli t e de bol ezz e g ià descritte , i l nuov o me t od o n o n è per fe tto , ma è c omunqu e u n e voluzione . Ad esempi o funzi on a p er paret i vertic al i e s olet t e piatt e , ma i gnor a le variaz ion i i n alt ezz a d ei mur i e n on p u ò adattars i a s o f fitt i inclinati .
I nfin e è nece ssari o c h e i soft war e BI M i nc or pori n o uno str ume nt o di esporta zion e dei disegn i tec nic i tr adizi onal i di proie zion e ortogonale , i n quant o quest i son o ancor a a l c entr o dell’industria costruttiva. Le rappresentazioni architettoniche, c h e sia n o pia nte , pros pett i o s ezi oni , n o n s ono dell e semplic i proie zion i ortogonali , ma si basan o s u u na pr ecis a e compless a s eri e di convenzion i grafiche ; i noltr e ogn i azie nd a spe ss o a dott a dell e su e c onve nzioni . Quest e devon o e ss er e impl eme ntat e ne i si ste mi BIM , c o n l a pos sibilit à d i esser e pers ona lizz ate , pe r fornir e u n buo n strument o d i esportazion e d i disegni .
2 .6 - Cla s s if ica zi o n e d ei s o ft wa r e BI M
La ma ggio r part e de i soft war e BI M h a a nc he i nter facc e per altr e ope ra zion i oltr e l a modellazi one , come r enderi ng , a nalis i ener getic he , sti ma d e i cost i e cos ì via ; si fa quindi u n a di stinzion e gerarchic a t r a i var i tip i d i softwar e BIM :
• STRUMENT O BIM: un’applicazione con un compito s peci fic o c h e pr oduc e u n pr ecis o ris ultat o ; pos son o e ss erl o g li str ument i p er l a gener azion e del modell o , produzion e d i dise gni , st i ma dei costi , analis i ener geti ca , re ndering . I l risultat o ottenut o è s pess o autonomo .
• PI ATTAFORMA BIM: un’applicazione, di solito per l a progettazione , ch e gener a dat i p er scop i multipli .
For nisc e u n modell o c he os pit a l e i nfor ma zion i sull a piatta for ma . Solita ment e l e piatt afor m e BI M incor pora n o p i ù funzionalit à dat e dagl i strumenti .
• AMBIENTE BIM: la gestione dei dati di una o più flussi d i infor ma zion i ch e integran o le a pplicazion i all’i nter n o d i un’ or ga niz zazi one . Spess o gli a mbient i BI M no n s on o progett ati , ma crescon o i n funzion e dell e nec essit à dell’azienda. Gli ambienti BIM danno l’opportunità di gestir e u na va riet à mol t o pi ù ampi a d i infor ma zion i ris pett o a l s ol o modell o , come video , i mma gini , registr azi on i audio , emai l ecc.
M entr e gli str ument i BIM mancan o dell a strutt ur a e dell e re gol e pe r i l c orrett o aggior nament o e gesti on e di u n progett o , le piatta for m e BI M hann o l e caratt eristi ch e s u f fi cie nt i a r egger e l e oper azion i tipi ch e dell a progettazione , come creazi on e d i oggett i para me trici , modi fic a e aggiornamenti . Vengon o s pes s o ut iliz zat e al post o degl i ambient i BIM .
2 . 7 - Pu n t i d i f o r za e cri t icit à d e ll’a p p r occi o BI M
Nonosta nt e i l modell o BI M incor por i la ge ometri a c omplet a dell’edificio e dei suoi sistemi, e gli oggetti che lo compongono a bbi an o pr opri et à ed i nfor mazi on e c h e va nn o be n a l d i là dell a s e mpli c e ra ppr esentazi on e bidi mensional e o tridimensionale , i dise gn i te cnic i c ontinuerann o a d esser e neces sar i a ncor a pe r qual ch e te mpo . L’att ual e process o costr uttiv o è t utt’or a centrat o sull e ra ppresentazi on i principal ment e bi di mensionali , c he si an o cartace e o digitali . Se u no strument o BI M no n supportass e
