3 1.1 Origini e significato
Il termine Building Information Modelling (BIM) è usato per descrivere un processo collaborativo per la produzione e gestione di informazioni elettroniche strutturate. Il BIM è anche una tecnologia, con cui è possibile costruire un modello virtuale dell’edificio in maniera digitale. Questo modello contiene una geometria precisa, nonché i dati necessari per supportarne la costruzione in tutte le sue fasi1. Il modello, interfaccia comune a tutti gli attori partecipanti alla vita dell’edificio, costituisce una fonte di informazioni per tutto il ciclo di vita dell’edificio.
Il Building Information Modeling va inteso come processo, anche se spesso viene confuso con un software di modellazione parametrica o una rappresentazione geometrica tridimensionale. La definizione fornita dal NBIMS2 (National BIM Standard
negli USA) descrive il Building Information Modeling come una rappresentazione digitale delle caratteristiche fisiche e funzionali di un edificio, che costituisce una risorsa per la conoscenza condivisa delle informazioni riguardanti un edificio e una affidabile base decisionale da consultare durante il ciclo di vita, a partire dalla sua creazione in avanti.
Non si tratta esattamente di una tecnologia nuova, dato che le sue origini sono legate ad applicazioni di modellazione parametrica object-oriented per il progetto di sistemi meccanici negli anni 1980. Esistono diverse teorie sulla paternità del termine BIM: alcuni sostengono che sia stato usato per la prima volta da Phil Bernstein della Autodesk3, altri sostengono che sia stato coniato dal professor Charles Eastman, che lo ha usato estensivamente dalla fine degli anni ‘70. La prima implementazione del BIM è avvenuta con l’idea di edificio
virtuale dalla compagnia Graphisoft nel 1987 con la piattaforma ArchiCAD. Il BIM è stato utilizzato per almeno vent’anni nell’industria dell’Architettura, dell’Ingegneria e delle Costruzioni (AEC Industry), ed è oggi ampiamente applicato a livello internazionale per gli edifici di nuova costruzione.
Cosa non è il Building Information Modeling: • non è un software, Revit ( ArchiCAD,
AllPlan, o Microstation). I software sono solo strumenti;
• non è un modello 3D. Nel modello BIM i componenti si collegano tra loro e contengono informazioni;
• non è un singolo modello di edificio o un unico database: sarebbe più corretto descrivere l’approccio come una serie di modelli interconnessi e database di informazioni collegate da relazioni;
5 4
• non può sostituire il progettista: realizzare un processo BIM richiede un grane impegno da parte del progettista e anche una formazione continua;
• non è un percorso perfetto: i dati inseriti nei modelli possono essere errati o male interpretati, così come le informazioni scambiate tra ambienti e professioni diversi possono essere degradate nei singoli passaggi; • non è uno standard, un protocollo
o una norma, ma può essere tutto questo, configurandosi come un processo coordinato atto a raggiungere una migliore qualità di progetto e costruzione4.
1.2 Oggetti parametrici
La tecnologia BIM prevede l’uso di oggetti parametrici, i quali assemblati forniscono una rappresentazione dell’edificio. Questi sono tutti gli elementi architettonici, strutturali, impiantistici e gli spazi. Gli oggetti sono creati tramite definizioni geometriche, associazioni di dati e regole che ne stabiliscono il comportamento: ad esempio come devono interagire con gli altri elementi o rispondere a cambiamenti dei loro parametri. Gli oggetti parametrici sono portatori “intelligenti” di informazioni5: ad essi sono legati dati, mediante l’utilizzo di una serie di parametri. Tali parametri possono descrivere le caratteristiche sia fisiche che funzionali degli oggetti, (proprietà termiche, costo, produttore, garanzia, utilizzo, datazione etc.). Il
1.3 Multidimensionalità
Il BIM favorisce un approccio multidisciplinare, cioè fornire una rappresentazione 3D tradizionale unita alla quarta, quinta, e addirittura sesta e settima dimensione6 (vedi figura). I modelli 4D, tengono in considerazione il tempo e permettono la costruzione virtuale e l’identificazione di conflitti spaziali. Nei modelli 5D sono integrate le informazioni relative ai costi. Nei modelli 6D sono integrate informazioni su aspetti legati al ciclo di vita dell’edificio e alla sostenibilità. Il modello 7D è supportato dagli altri e sviluppa l’ambito della manutenzione e del supporto tecnico. Questi modelli multidimensionali costituiscono il BIM, nella sua accezione di hub centrale di informazioni.
contenuto del modello digitale non si limita quindi alle tradizionali rappresentazioni bidimensionali di piante, prospetti, sezioni e rappresentazioni di viste 3D, ma è un modello semanticamente arricchito con informazioni che possono essere di tipo eterogeneo. Il processo va quindi oltre i confini della mera rappresentazione, spostandosi su un problema di gestione dei dati.
fig.1 Organizzazione del processo BIM
fig.2 https://www.nationalbimlibrary.com/about-bim-objects
Note:
1
Eastman, C., Teicholz, P., Sacks, R., Liston, K., BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers and Contractors, John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2011, pp.1
2
https://www.nationalbimstandard.org/faqs
3
Logothetis, S., Delinasiou, A., and Stylianidis, E., 2015. Building Information Modelling for Cultural Heritage: A review, In: The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, II-5/W3, 177-183
passaggio da team di progettazione, a costruttore, a proprietario o gestore dell’edificio.
Altri importanti vantaggi a breve e lungo termine nell’utilizzo del BIM sono:
• Migliore controllo di tempi e costi; • Miglioramento della qualità e delle
performance dell’edificio;
• Generazione di disegni 2D accurati e coerenti in qualunque fase della progettazione;
• Correzioni automatiche a basso livello, a seguito di modifiche progettuali; • Collaborazione, fin dalle fasi iniziali, di
differenti discipline di progettazione, che porta alla riduzione di errori e omissioni;
• Estrazione delle stime di costo durante la fase progettuale;
• Individuazione di errori e omissioni prima della costruzione;
1.4 Vantaggi
Il modello BIM quindi può contenere informazioni utili per tutta la vita dell’edificio, a partire dal design iniziale, durante la fase di costruzione, fino alla gestione e manutenzione dell’edificio. Inoltre, se con il sistema CAD 2D/ 3D è possibile produrre solamente gli elaborati grafici, con l’utilizzo di software di tipo BIM si riesce ad estrarre un quadro documentale completo: disegni 2D, 3D e documenti (come l’elenco prezzi unitari, il computo metrico estimativo, il piano di sicurezza e coordinamento ecc.). Le viste e gli abachi creati sono un’interrogazione del modello tridimensionale, che costituisce una rappresentazione in scala reale dell’edificio.
La raccolta delle informazioni in un unico hub centrale permette di evitare quella perdita di informazione che avviene nel
• Riduzione dei costi di costruzione; • Riduzione della durata complessiva
del progetto;
• Miglioramento della messa in
funzione e della trasmissione delle informazioni sull’edificio (per esempio le informazioni sugli impianti);
• Miglioramento dell’immagine
aziendale;
• Offerta di nuovi servizi; • Maggiori profitti;
• Cicli più rapidi di approvazione della clientela;
• Miglioramento della sicurezza. L’adozione del BIM è quindi preferibile a quella di un CAD in quanto le informazioni vengono gestite e aggiornate durante tutto il processo di progettazione/gestione rendendo il lavoro facilmente modificabile e condivisibile. Questo vale sia per gli edifici di nuova costruzione che per quelli esistenti. fig.4 http://www.cadtobim.com/what-is-bim.html 4 http://www.bim.foundation/?p=conoscere-il-bim 5
Op. cit. n.1, pp.VII
6
Megahed, N. A., Towards a theoretical framework for hbim approach in historic preservation and management, 2015, Archnet-IJAR, International Journal of Architectural Research, Vol.9/Issue3 pp.130-147
2.1 Perché HBIM?
A differenza del settore delle nuove costruzioni in cui il BIM è stato ampiamente applicato per un certo numero di anni a livello internazionale, il BIM per il patrimonio storico architettonico è un campo relativamente nuovo della ricerca accademica1 e sembra essere meno
popolare in termini di adozione da parte dei professionisti. Recentemente si è iniziato a considerare che il BIM possa essere vantaggioso anche per l’edilizia storica, sia per la documentazione storica, che per l’analisi, la progettazione e la manutenzione.
La digitalizzazione dei dati relativi al patrimonio storico consiste nella creazione di un modello che rappresenti la copia virtuale dell’esistente e costituisca un database di informazioni nel modo più verosimile possibile. Lo scopo è quello di preservare il significato culturale del bene
e definire in maniera ottimale le strategie di intervento.
Il termine Historic Building Information Modeling o Heritage Building Information Modeling, abbreviato in HBIM, è stato usato per la prima volta nel 2009 in un articolo scientifico del professore Maurice Murphy e dei suoi colleghi del Dublin Institute of Technology2. Esso indica l’applicazione
del processo BIM agli edifici storici. Questi hanno sviluppato il primo HBIM, una sorta di nuovo sistema BIM, che prevede la modellazione di elementi storici come oggetti parametrici in una libreria database. Questi elementi vengono modellati in 2D e 3D e contengono informazioni su metodi costruttivi e materiali. Le informazioni sono ricavate sulla base di nuvole punti 3D, utilizzando metodi automatici e semiautomatici3.
Sicuramente anche per l’architettura storica, il BIM mantiene la sua validità: i
progettisti di restauri conservativi, riusi, ampliamenti, manutenzioni possono trarre beneficio da tale processo di lavoro collaborativo. Applicandolo si può migliorare l’efficienza, ridurre considerevolmente i costi e migliorare le performance, nonché promuovere la valorizzazione degli edifici storici. Il BIM può essere molto utile in questo settore, dove non si parla solo di costruzione, ma anche di pianificazione, gestione, manutenzione preventiva, documentazione e ricerca, sicurezza, grazie alla possibilità di:
• integrare dati eterogenei; • utilizzare fasi e modellazione 4d; • potersi interfacciare con altri sistemi
come GIS, database e archivi; • creare opzioni di progetto multiple per
analizzare i diversi interventi proposti (cosa molto importante per gli edifici storici per cui ogni intervento deve essere ben misurato);
13 12
• fare clash detection, per coordinare nuovi interventi in fabbriche esistenti; • migliorare l’interoperabilità (sia tra le
personalità coinvolte che in termini di formato di scambio);
• monitorare e gestire lo stato di conservazione di strutture e materiali; • poter valutare nuovi interventi prima di
aver stabilito la strategia progettuale o prima di aver preparato l’intera documentazione progettuale;
• facilitare la comprensione a un numero maggiore di persone (meglio un edificio 3D rispetto ad un disegno 2d)4.
Inteso come hub centrale di informazioni sull’edificio storico, il modello HBIM potrebbe essere utilizzato per applicazioni come:
• deposito di informazioni per la documentazione;
• fonte di dati per i progetti di conservazione;
• manutenzione programmata; • gestione dell’edificio; • gestione dei visitatori;
• simulazione delle fasi costruttive; • piani di sicurezza e antincendio; • preparazione ad eventi eccezionali; Per capire come intervenire, conservare e gestire un bene storico è necessario comprenderne il valore ed il significato e ciò si raggiunge mediante una base di conoscenze multidisciplinari. La qualità
delle informazioni sul bene è quindi cruciale per qualsiasi progetto. Attualmente le informazioni riguardanti gli edifici storici ed i siti archeologici sono rappresentate da una serie di singoli documenti come relazioni, disegni, CAD 2D o 3D e altri set di dati di natura eterogenea, provenienti da diversi professionisti. Le informazioni sono contenute in database o archivi fisici, e in diversi formati, cartaceo o elettronico. Lo stato e la qualità dei diversi pezzi di informazione può essere sconosciuta, non coordinata, datata o incompleta. Questa gestione lascia molto a desiderare e nel caso di edifici di pubblico interesse determina perdite di tempo (e perdite economiche) per le amministrazioni o gli enti che sono responsabili degli edifici. In questo senso il modello BIM potrebbe essere una buona soluzione per la gestione di questo tipo di informazioni, essendo in grado di incorporare dati sia quantitativi che qualitativi di un certo bene in maniera strutturata, che all’occorrenza possono essere estratti facilmente5. Inoltre il fatto
che molti tipi di informazioni siano contenuti in un unico modello fa sì che diverse figure professionali possano lavorare sullo stesso file (storici, archeologi, architetti, ingegneri, etc.). In questo modo ognuno può aggiungere il proprio contributo, senza dover ripetere lavori già fatti da altri (per esempio ripetere un rilievo se ne esiste già uno appropriato).
In una ricerca italiana6 è stata proposta
la creazione di una piattaforma web con un sistema di informazioni sul patrimonio culturale. Il sistema consentirebbe diversi livelli di accesso, persone che possono modificare i dati e persone che possono solo visualizzarli. Questa piattaforma dovrebbe essere in linea con i principi di interoperabilità BIM, lasciando che gli utenti possano accedere al modello tridimensionale e a tabelle di dati. La piattaforma sarà integrata con informazioni territoriali, creando un GIS georeferenziato 3D dove i modelli degli edifici possono essere facilmente collocati.
Possiamo dire che il BIM, inteso come modello coerente con la realtà e collettore di tutte le informazioni su un certo manufatto, può rappresentare un’opportunità per la progettazione e la gestione dell’esistente, soprattutto per l’Italia che possiede un immenso patrimonio di edilizia storico-architettonica.
2.2 In cosa consiste l’Historic Building Information Modeling
Sostanzialmente l’HBIM consiste nel processo di illustrare digitalmente le componenti di un edificio esistente, attraverso una modellazione object oriented. Il modello ottenuto contiene informazioni geometriche 2d e 3d, informazioni non geometriche e documenti/ dati collegati.
Nel caso degli edifici esistenti è possibile legare ai diversi oggetti che compongono il modello molteplici informazioni come ad esempio quelle che riguardano l’evoluzione storica, la composizione dei materiali, la stratigrafia, lo stato di conservazione,
le tecnologie, il comportamento fisico, meccanico e strutturale. Altre possono essere quelle relative alla manutenzione, aziende produttrici, codici dei prodotti utilizzati e relative garanzie, istruzioni per la riparazione e la manutenzione, qualifica richiesta, manuali, date di ispezione, costi di sostituzione e requisiti di sicurezza. Per gli edifici storici si possono aggiungere anche informazioni più astratte sul significato culturale o storico-architettonico, lo stile, l’epoca, ecc. Il tutto in riferimento a singoli oggetti o a vani. Ancora, altre informazioni utili che si possono legare al modello sono: i dati catastali, l’ente pubblico competente, i riferimenti normativi, le soprintendenze
etc. Caso per caso si valuta quali parametri inserire, in base alle esigenze del progetto. Oltre alle informazioni contenute nel file del modello, si possono collegare documenti ed immagini esterne, come schede tecniche, documenti d’archivio, manuali, relazioni, file audio e video o qualsiasi altro tipo di file.
Il processo HBIM comporta una soluzione di ingegneria inversa (reverse-engineering): si crea infatti una rappresentazione di tutte le informazioni riguardanti un edificio esistente a partire da dati di rilievo7. Questo
processo si puo’ dividere in tre fasi: • Acquisizione dei dati
• Elaborazione dei dati • Fusione dei dati fig.1 Ricostruzione BIM della Torre pendente,
liber-amente tratto da: https://www.modlar.com/blog/ the-leaning-tower-of-pisa-italy-remodeled-in-bim-us-ing-archicad/
2.2.1 Acquisizione dei dati
Quando si ha a che fare con edifici storici il primo passo da fare è raggiungere una conoscenza approfondita dell’edificio, a prescindere da quello che sarà il processo di gestione delle informazioni. Nel caso del processo HBIM questo si traduce in un input di informazioni per il modello, che sono di diverso tipo e hanno fonti diverse. Fondamentale innanzitutto è l’acquisizione di informazioni documentali d’archivio e di disegni esistenti del manufatto.
Per quanto riguarda l’acquisizione di dati di tipo geometrico, si possono utilizzare metodi di rilievo di tipo tradizionale (utilizzando la classica rotella metrica, filo a piombo, distanziometro ecc) e metodi di rilievo ad alta definizione. Le tecniche più diffuse prevedono l’utilizzo di metodi di modellazione tridimensionale “non image based” e “image based”. Sono stati pubblicati molti studi sul confronto e l’integrazione di queste due metodologie e molti di questi si focalizzano su applicazioni per edifici storici8.
Da una parte si hanno metodi di acquisizione 3D tramite tecnologia laser scanner (airborne o terrestrial), che consentono di rilevare nuvole di punti di milioni di punti con una accuratezza del millimetro. Questi prevedono di effettuare diverse scansioni da punti diversi e danno come output un modello tridimensionale, che può essere sezionato con diversi piani per ottenere
piante e prospetti. È possibile rilevare punti anche su superfici perfettamente piatte anche se a volte si hanno dei problemi con spigoli e vertici. L’accuratezza è influenzata dalle condizioni ambientali, dall’oggetto stesso e dall’esperienza dell’operatore. Il maggiore inconveniente è legato agli elevati costi dello strumento.
Dall’altra parte si hanno metodi basati sulla fotogrammetria, che prevedono l’uso di immagini per la ricostruzione di un modello 3D e sfruttano algoritmi di Structure from motion(SFM). La fotomodellazione viene eseguita tramite la correlazione di set d’immagini scattate con l’ausilio di comuni fotocamere digitali. Questa tecnica, nata nell’ambito delle scienze della computer vision, si sta proponendo in sostituzione o integrazione della metodologia laser scanner. La tecnica Structure from motion consente la ricostruzione della geometria della scena tridimensionale all’atto dello scatto (posizione dell’oggetto e posizione della camera) grazie ad una serie di fotogrammi in sequenza. Gli algoritmi SFM individuano i punti caratteristici delle singole foto e poi rintracciano gli stessi punti nelle altre immagini. I software, seppur di facile utilizzo, necessitano di una elevata potenza di calcolo. La ricostruzione dell’oggetto può essere ottenuta seguendo un approccio composto dalle seguenti operazioni: calibrazione della camera, estrazione dei punti, orientamento delle immagini
(appaiamento dei punti), ricostruzione della superficie, interpolazione della superficie, texture mapping, archiviazione digitale, visualizzazione. Il consolidamento di queste tecniche avanzate di 3D Imaging che consentono il rilievo di dati geometrici e di dati relativi alla tessitura (textures) è proprio uno degli aspetti che ha recentemente spinto la ricerca sull’uso del BIM per gli edifici esistenti. L’accuratezza è minore rispetto a quella che si ha col metodo con laser scanner, quindi è opportuno valutare caso per caso quale delle due metodologie sia preferibile, tenendo in considerazione anche costi e tempi, che per la fotomodellazione sono in genere minori.
Altri aspetti da tenere in considerazione nel confronto tra i due metodi sono la dimensione dell’oggetto, i limiti ambientali del sito, la portabilità e utilizzabilità della strumentazione, le caratteristiche delle
superfici, il lavoro di gruppo, e lo scopo del rilievo9. È da tenersi in considerazione
anche che il rilievo di un accurato e completo modello 3D texturizzato a partire da immagini può essere difficoltoso, in particolare se l’oggetto è molto ampio e complesso e se le immagini sono molto distanziate e non calibrate10.
I risultati migliori sono stati ottenuti nei casi in cui sono stati integrati i diversi tipi di rilievo, per esempio utilizzando il metodi basati su immagini e acquisendo dettagli tramite il laser scanning e rilievi tradizionali. Il rilievo geometrico diretto può essere molto utile per integrare il rilievo digitalizzato, in particolare per avere conferme, riferimenti e rilievi di dettaglio di oggetti di piccole dimensioni.
I metodi ad alta definizione danno una rappresentazione accurata dell’edificio, ma nel caso della conservazione, se l’output è un modello BIM 3D, molte delle
informazioni vengono necessariamente perse durante la conversione in oggetto parametrico11.
Altra acquisizione di dati è quella tematica, legata alla necessità di partenza e quindi alle finalità del HBIM. Nel caso della conservazione si può per esempio svolgere un rilievo tematico relativo alle condizioni di degrado e patologie dei materiali, un rilievo del quadro fessurativo etc.
fig. 4 Rilievo di Piazza dei Miracoli a Pisa con laser scanning dell’archivio online Cyark
fonte: http://www.cyark.org/projects/piazza-del-duo-mo-pisa/overview
fig. 3 Rilievo mediante tecniche Structure from Motion fonte: http://www.agisoft.com/index.php?id=33
17 16
2.2.2 Elaborazione dei dati
Il passo successivo è la creazione del modello, che generalmente inizia con la geometria.
La disponibilità di dati 3D sotto forma di nuvole di punti è un vantaggio rilevante per la produzione di modelli BIM. L’espressione “Scan to BIM” è usata per descrivere questo processo di creazione, manipolazione e posizionamento di componenti BIM nativi su riferimento diretto a una sottostate nuvola di punti.
Questa fase prevede la progettazione e la costruzione di una libreria parametrica di oggetti, basata su dati che possono derivare dalla trattatistica e manualistica esistente sull’architettura oppure dalle informazioni acquisite dal mondo reale (dati d’archivio e rilievi)12. A partire da questi
dati avviene la creazione di una libreria di oggetti parametrici che rappresentano i diversi componenti del manufatto. Questi
elementi modellati saranno poi fusi insieme per ottenere una rappresentazione virtuale unica dell’edificio storico13. Per
la modellazione di edifici parametrici esistenti, che sono unici e possono avere un certo grado di complessità, è opportuno valutare caso per caso la possibilità di utilizzare librerie esistenti o implementarne di nuove14.
Per esempio in uno studio di Murphy del 201315 si tratta di come si possibile generare
a partire da opere come “De architectura” di Vitruvio o il “De re aedificatoria dell’Alberti un numero elevato di oggetti parametrici contenenti una serie di proporzioni e regole geometriche definite secondo una certa semantica. Questi essendo parametrici possono essere adattati e riutilizzati in tutti i modelli di edifici esistenti con caratteristiche simili. Altri studi hanno dimostrato l’utilità di creare delle librerie di oggetti parametrici16.
Per fare una panoramica delle modalità di modellazione, possiamo dire che le forme geometriche possono essere create nel modello BIM in modo manuale, semi automatico o automatico, sulla base della nuvola di punti o della mesh triangolata17.
Il metodo manuale consiste nel modellare forme e volumi sulla traccia della nuvola di punti.
Ancora in via di sviluppo sono le ricerche su metodi e software che permettano un riconoscimento automatico o semiautomatico degli elementi architettonici.
In alcune ricerche si studia come poter individuare delle superfici, a partire dalla nuvola di punti, che corrispondano ad elementi edilizi ben distinguibili (pareti, pavimenti e soffitti) mediante regole geometriche come la direzione delle normali dei punti, l’ortogonalità e il parallelismo.
Un’altra metodologia di modellazione semiautomatica consiste nel ricorrere a librerie di componenti architettonici dell’edilizia storica, che tramite algoritmi possano essere combinati in automatico per generare facciate e modelli. Dopodiché il modello viene rifinito ed adattato sulla base del rilievo geometrico eseguito con laser scanner o fotogrammetria18.
Alcuni esempi di strumenti di aiuto alla modellazione sono i software Redstack ScantoBim, Kubit Pointsense, Pointfuse, 3d Rashaper, integrabili con software come Autodesk Autocad/Autodesk Revit.
Per la modellazione di forme semplici si possono usare le funzionalità disponibili dei software BIM; per creare forme complesse si possono creare oggetti parametrici a partire dalla nuvola i punti; mentre per creare forme uniche si possono importare geometrie complesse, generate via NURBS o algoritmi B-rep19.
Il passaggio dai dati acquisiti non strutturati a oggetti semantici BIM che contengano il più elevato numero di informazioni è un compito difficile: il processo di modellazione finisce spesso per essere fatto manualmente e col richiedere molto tempo. Questo avviene in parte perché gli strumenti del BIM sono stati pensati per modellare edifici di nuova progettazione. Per questo si stanno cercando nuove procedure per rendere il passaggio sempre più automatico e veloce, senza perdita di
dettaglio e di informazioni.
Altri approcci consistono nella modellazione BIM a partire da disegni CAD 2D e non da nuvole di punti o nell’eseguire un rilievo tradizionale e restituire direttamente sul software BIM. Queste possono essere scelte appropriate, per esempio, se la geometria dell’edificio è semplice e adeguatamente documentata in CAD, oppure se l’uso di una nuvola di punti non risulta essere un’opzione valida. Con questo metodo può verificarsi che il livello di dettaglio raggiunto sia inferiore rispetto al metodo basato su nuvole di punti20.
La creazione dei diversi componenti BIM è la fase più delicata del processo, in quanto l’operatore traduce il manufatto reale in una serie di elementi, stabilendo dove porre soluzioni di continuità e adoperando una semantica.
Una volta creata la geometria di tutti i componenti del manufatto e averne definito la semantica, è possibile aggiungere altri dati e informazioni rilevanti, sempre in maniera strutturata, associandoli al corretto elemento BIM.
Questo si può fare attraverso parametri che si riferiscono ad aspetti particolari e variano a seconda delle esigenze del progetto. Per quanto riguarda le informazioni inserite, è utile stabilire una gerarchia che permetta di sfruttare al meglio le informazioni nel processo BIM e permetta l’ottimizzazione dell’utilizzo dei dati. Predisponendo fig.5 Processo HBIM, fonte: Murphy et al. 2013
fig.6 Creazione di elementi parametrici storici a partire dalla manualistica, fonte: Murphy et al. 2013
adeguatamente i dati si facilita l’estrazione successiva di informazioni e si possono ottenere correttamente i dati per eventuali analisi successive come ad esempio i calcoli strutturali, illuminotecnici, la gestione dei locali, etc.21
In quest’ottica è importante rappresentare i dati inseriti nel modello in funzione del livello di sviluppo (LOD) del progetto, di cui parleremo successivamente nel paragrafo 3.5.
Alla fine di questa fase a ogni componente BIM saranno legate le informazioni su geometria, identità, significato e tutte le altre caratteristiche che si desidera includere, configurandosi come contenitore di qualsiasi tipo di informazione.
Un aspetto da considerare è anche la necessità di contenuti personalizzati: infatti a differenza delle nuove costruzioni caratterizzate da ripetitività e uniformità, i beni storico-architettonici sono costituiti da elementi non standard, fatti ad hoc, a volte unici ed irripetibili. Edifici con particolari stili (per esempio gli stili classici/ neoclassici) possono essere parametrizzati e andare a formare una libreria di contenuti BIM. Inoltre negli edifici storici le superfici non sono spesso perfettamente verticali e orizzontali e hanno profili irregolari o deformate. La modellazione diviene ancora più difficile se si considera il deterioramento nel tempo dell’oggetto.
Altra caratteristica che differenzia l’HBIM
dal BIM per le nuove costruzioni è il fatto che molto spesso alcune informazioni non sono disponibili. Per esempio, i materiali contenuti in un certo elemento possono essere nascosti dietro un rivestimento superficiale e le caratteristiche strutturali ed energetiche possono essere sconosciute. Questa è una grande differenza rispetto al BIM per le nuove costruzioni, dove tutte le informazioni sono conosciute attraverso tutte le fasi del progetto. Comunque, le informazioni inserite nel modello devono essere validate e verificate. Se una certa parte del modello è basata su assunzioni questo deve essere esplicitamente segnalato per evitare ambiguità.
2.2.3 Fusione di dati
Nell’ultima fase del processo HBIM si ha la fusione di dati in un modello BIM comprensivo di informazioni non grafiche relative al manufatto, dal quale è possibile produrre tutti i tipici elaborati 2D, elaborati 3D e la documentazione per lo scopo finale (che sia esso un progetto o la gestione). Questo include la documentazione 3D (viste assonometriche, prospettiche, spaccati) le proiezioni ortografiche, (piante prospetti, sezioni) i dettagli e gli abachi. È da notare come il modello e qualsiasi sua visualizzazione siano collegati e ogni modifica apportata ad un singolo elemento (a livello di geometria o di informazione) venga automaticamente applicata al modello “live”, modificando tutte le altre visualizzazioni (anche sotto forma di tabelle/abachi).
Tutte le informazioni sono contenute nel database del modello e uno degli aspetti più importanti è la possibilità di interrogare il modello, il quale fornisce importanti informazioni sugli oggetti ed aiuta a definire i tipi di interventi da realizzare.
Note:
1
S. Fai, K. Graham, T. Duckworth, N. Wood and R. Attar, Building Information Modelling and heritage Documentation, in CIPA International Symposium., Prague, 2011
2
M. Murphy, E. McGovern e S. Pavia, Historic building information modelling (HBIM) in Structural Survey 2009 27:4, pagine 311-327
3
op. cit. n.2. Cfr. anche Murphy M., Mcgovern E. & Pavia, S. Historic Building Information Modeling – Adding intelligence to laser and image based surveys of European classical architecture. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 2013 Vol. 76, pp. 89–102.
4
Maddigan, J., Application of BIM to Heritage field, HCF National Heritage Summit – October 11-13, 2012, https://www.scribd. com/document/233086305/BIM-Heritage
5
Antonopoulou S., BIM for Heritage: Developing a Historic Building Information Model, Historic England Guidance Document, 27.01.2017
6
I. Bianco, M. Del Giudice, M. Zerbinatti, A Database for the architectural heritage recovery between Italy and Switzerland, International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume XL-5/ W2, 2013, p.106
7
Dore, C., Murphy, M., Integration of Historic Building Information Modeling and 3D GIS for Recording and Managing Cultural Heritage Sites, 18th International Conference on Virtual Systems and Multimedia: “Virtual Systems in the Information Society”, 2-5 Settembre 2012, Milano, pp. 369-376.
8
A tal proposito si può confrontare: Arayici, Y., 2008: Towards Building Information Modelling for Existing Structures. Structural Survey, Vol. 26(3), pp. 210–222. Cfr. anche Oreni, D., Brumana, R., Georgopoulos, A. e Cuca, B., 2013: HBIM for conservation and management of built heritage: Towards a library of vaults and wooden bean floors. ISPRS Ann. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci., Vol. II(5/W1), pp. 49–54.
21 20
9
F.Remondino, Heritage Recording and 3D Modeling with Photogrammetry and 3D Scanning, Remote Sens. 2011, 3(6), 1104-1138
10
Handbook of research on emerging technologies for architectural and Archaeological Heritage. A cura di Ippolito, Alfonso, IGI Global, 2016, p.35.
11 Op.cit. n. 9
12
Handbook of research on emerging technologies for architectural and Archaeological Heritage. A cura di Ippolito, Alfonso, IGI Global, 2016, p.36
13
Guarnieri, A., Remondino, F., Vettore, A., 2006. Digital photogrammetry and TLS data fusion applied to Cultural Heritage 3D modeling. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, ISPRS Commission V Symposium, Dresden, Germany, 36(5), 6 pages,
14
Oreni, D., Karimi G., Barazzetti L. Applying BIM to built heritage with complex shapes:
the ice house of Filarete’s ospedale maggiore in Milan, Italy. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume XLII-2/W5, 2017
15
Murphy, M., Mcgovern, E. & Pavia, S. (2013). Historic Building Information Modeling – Adding intelligence to laser and image based surveys of European classical architecture. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. 76, pp. 89–102
16
Oreni, D., Brumana, R., Georgopoulos, A. and Cuca, B., 2013: HBIM for conservation and management of built heritage: Towards a library of vaults and wooden bean floors. ISPRS Ann. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci., Vol. II(5/W1), pp. 49–54
17
Z. Lari, A. Habib, E. Kwak, An adaptive approach for segmentation of 3D laser point cloud. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences (2011), pp. 103-108 (XXXVIII-5)
18
C. Dore, M. Murphy (2015), Historic Building Information Modelling (HBIM), in
S. Brusaporci (ed.), Handbook of Research on Emerging Digital Tools for Architectural Surveying, Modeling, and Representation, vol. I, pp. 239-280. Hershey, PA: IGI Global
19
Chiabrando, F., Sammartano, G., and Spanò, A.: Historical building models and their handling via 3D survey: from points clouds to user-oriented HBIM, Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci., XLI-B5, 633-640, https://doi.org/10.5194/ isprs-archives-XLI-B5-633-2016, 2016.
20
Antonopoulou S., BIM for Heritage: Developing a Historic Building Information Model, Historic England Guidance Document, 27.01.2017
21
Patrimonio e Siti UNESCO: Memoria, Misura e Armonia. A cura di Antonio Conte, Monica Filippa, Gangemi Editore, 2013, p.995
3.1 Verso l’interoperabilità
L’interoperabilità può essere declinata in più aspetti: quello sociale, cioè l’abilità a operare e collaborare di tutte le figure coinvolte nel processo BIM, e quello informatico, cioè lo scambio dati/ informazioni tra programmi. L’elemento fondamentale è lo scambio di informazioni, che devono essere significative (non ridondanti), accurate, affidabili e riutilizzabili dai diversi membri del team di progetto. Poiché non esiste uno strumento BIM che permetta di gestire tutti gli aspetti di progettazione, analisi, costruzione e gestione, è molto importante che i diversi specialisti possano contare su un formato digitale che permetta di interfacciare i software utilizzati durante il flusso di lavoro. Segue una panoramica degli standard aperti più utilizzati per il BIM.
BuildingSMART
L’iniziativa per la creazione di standard che consentissero l’interoperabilità è nata 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” poi diventata la “International Alliance for Interoperability”. La nuova Alleanza fu ricostituita come organizzazione no profit, con l’obiettivo di sviluppare e promuovere l’IFC come modello di dati neutro, utile a raccogliere informazioni relative a tutto il ciclo di vita di un edificio. Dal 2005 l’Alleanza porta avanti le proprie attività tramite buildingSMART a livello mondiale. Questo guida lo sviluppo di uno standard internazionale di strumenti e formazione per sostenere l’ampio uso
del BIM. Lo Standard è stato riconosciuto e registrato dalla ISO come norma internazionale ISO 16739:2013.
L’attività svolta da BuildingSMART si focalizza su tre standard, evidenziati anche nella seguente immagine presente nella home del sito www.buildingsmart-tech.org: • Industry Foundation Class (IFC),
• International Framework for Dictionaries Library (IFD Library)
• Information Delivery Manual/Model View Definition (IDM/MVD)
fig.1 standard di Building Smart, fonte: www.buildin-gsmart-tech.org
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IFC
Lo standard Industry Foundation Class (IFC) è un formato dati aperto, non controllato da una singola software house, nato per facilitare l’interoperabilità tra i vari operatori. Il principale vantaggio offerto dal formato IFC è la possibilità di consentire la collaborazione tra le varie figure coinvolte nel processo di costruzione, permettendo loro di scambiare informazioni attraverso un formato standard, indipendentemente dal software utilizzato dai membri del team di progettazione. Questo comporta maggiore qualità, riduzione degli errori, abbattimento dei costi e risparmio dei tempi, con dati e informazioni coerenti in fase di progetto, realizzazione e manutenzione. IFC è specificamente indirizzato allo scambio di dati tra diverse fasi del progetto, dalla progettazione alla costruzione alla Facility Management. La maggior parte dei software BIM proprietari supporta questo formato di scambio aperto. L’IFC si basa sull’assunzione che il modello è costituito da oggetti e che a questi sono associate diverse proprietà. L’IFC è un modello strutturato di dati, un sistema di classificazione e descrizione riferito non solo alle componenti fisiche del manufatto quali muri, porte, solai, etc. o loro attributi come trasmittanze, masse, etc. (grandezze fisiche), ma anche a concetti astratti quali quantità, costi, sequenze temporali delle lavorazioni.
IFD
Lo standard IFD (International Framework for Dictionaries, successivamente denominato da BuildingSmart anche Data Dictionary) è essenzialmente un dizionario internazionale volto a definire univocamente termini e relativi significati di entità, prodotti e processi del mondo delle costruzioni. Se, infatti, lo standard IFC descrive gli oggetti (entità e processi), come sono collegati e come devono essere scambiati e archiviati i dati, IFD fornisce il dizionario con le definizioni di tali oggetti, delle relative proprietà, etc. Tale standard IFD deriva da standard internazionali aperti sviluppati da ISO, in particolare la ISO 12006-31.
IDM
Infine lo standard relativo alla metodologia per la definizione dei processi prende il nome di IDM (Information delivery manual). Questa metodologia è stata sviluppata per definire i processi e i relativi flussi di informazioni durante l’intero ciclo di vita di una costruzione, oggi standard internazionale ISO 29481-1, che delinea quando deve avvenire lo scambio di informazioni e cosa è necessario scambiare. In pratica questo standard mira a migliorare l’efficienza nello scambio delle informazioni, che nel processo BIM possono essere una grossa mole, talora non tutte sufficienti o necessarie, con lo scopo
di rendere più chiaro quali informazioni devono essere scambiate.
Naturalmente questa metodologia può essere utilizzata per documentare processi nuovi o esistenti, descrivendo le informazioni che dovranno essere scambiate tra le parti, anch’esse univocamente definite2.
COBie
Altro formato di scambio è il COBie (Construction Operation Building Information Exchange), formato standard usato nei paesi anglosassoni, ideato da William East, il quale nel 2007 ha creato uno standard pilota per migliorare il processo di consegna delle informazioni. Nel 2008 è diventato COBie quando è stato rivisto per soddisfare gli standard internazionali per i dati e la classificazione. Questo standard si riferisce alla fase di handover e gestione post-realizzazione del manufatto edilizio. Si tratta fondamentalmente di una esportazione in foglio di calcolo XML del modello. Le informazioni possono essere visualizzate e memorizzate su qualsiasi dispositivo che supporti il formato XML e possono essere importate in software per il facility management.
L’uso del COBie, soprattutto per la sua semplicità, si è diffuso negli USA e il suo successo è probabilmente uno dei motivi che ha spinto il governo britannico a rendere obbligatoria la consegna dei Cobie dal 2016 per il BIM Livello 2, per tutti i progetti di costruzione del Regno Unito.
3.2 Potenziale del BIM
Bew e Richards (2008) hanno introdotto il Diagramma di maturità BIM (in figura) che identifica le tecnologie, i processi e le policies BIM mediante diversi livelli. Questi si basano sull’uso e la condivisione di file e sui tipi di dati presenti durante il processo di progettazione, realizzazione e gestione di un’opera:
Livello 0: questa, la forma più semplice di BIM, è un CAD, probabilmente con disegni 2D e testo, con uno scambio di informazioni di tipo cartaceo, gestito senza standard e processi comuni. Questo livello non è ancora BIM, ma è un punto di partenza. Livello 1: il CAD comincia ad essere formalmente gestito, con la crescente introduzione di funzioni di coordinamento spaziale, strutture e formati standardizzati. Il BIM di livello 1 comprende CAD 3D/ 2D e le informazioni di produzione. Nel livello 1 i modelli non sono ancora condivisi tra i membri del team di progetto.
Livello 2: è probabilmente il primo ad essere realmente BIM. La collaborazione si presenta sotto forma di modalità di scambio delle informazioni tra le varie parti. Le indicazioni per la progettazione sono condivise attraverso un formato di file comune che consente a qualsiasi organizzazione di essere in grado di combinare i dati usati con loro e di effettuare controlli interrogativi su di esso. Il Livello 2 del BIM è un ambiente 3D gestito con
dati integrati, ma creato mediante modelli relativi a discipline diverse. I dati possono includere informazioni sulla programma di costruzione (4D) e sui costi (5D). Nel Regno Unito, uno dei paesi dove il BIM è più utilizzato sin dalle sue origini, il Governo ha varato un programma di sviluppo nel luglio 2011 focalizzato sull’adozione di questa tecnologia sia nel settore pubblico che in quello privato. Il livello 2 di Maturità BIM è stato reso obbligatorio negli appalti pubblici dal 2016.
Livello 3: rappresenta la piena e completa collaborazione tra tutte le discipline, in cui si utilizza un unico modello progettuale condiviso che si tiene in un repository centralizzato, che dovrà essere conforme al formato IFC. Con il Livello BIM 3 entrano in gioco anche le informazioni sul progetto del ciclo di vita (6D) e il modello unico a cui tutti lavorano diventa il vero luogo di condivisione delle competenze. Il processo è migliorato dall’uso di librerie di oggetti comuni che contengono i dati dei produttori. I vantaggi sono quelli di avere un controllo della costruzione e dei costi, un’ottimizzazione generale del progetto per tutte le performance previste.
Nell’amibito dell’HBIM, lo scopo è di proporre delle soluzioni per passare da un livello 0 a livelli più avanzati (2 o 3). La maggior parte del mercato è ancora al livello 1 e i soggetti più “maturi” hanno ricavato sostanziali benefici nel Livello 23.
3.3 Sistemi di Classificazione
I sistemi di classificazione per le informazioni sulle costruzioni (incluse attività, sistemi, componenti e prodotti) sono fondamentali per processi come l’interrogazione di dati e l’estrazione di informazioni. L’uso coerente di un sistema di classificazione permette che le informazioni relative a un particolare componente dell’edificio possano essere recuperate all’interno dei un grande set di dati e interrogati velocemente e in maniera efficiente.
Esistono diversi tipi di sistema di classificazione che vengono preferiti a seconda del settore industriale o del paese. Nella creazione di sistemi di classificazione per l’edilizia, la linea guida che bisognerebbe seguire è quella proposta nella ISO 12006-2 della International Organization for Standardization. La ISO non fornisce le tabelle, ma i criteri per crearle. Questa classificazione non viene attualmente utilizzata negli standard BIM, se non come base4.
UniClass/UniClass2
L’UniClass (Unified Classification for the Construction Industry) è un sistema di classificazione utilizzato nel Regno Unito, sviluppato dal National Building Specification e promosso dal Construction Industry Project Information Committee (CPIC), che rappresenta quattro organizzazioni: la Construction Confederation, il Royal Institute of British Architects, la Royal Institution of Chartered Surveyors e la Chartered Institution of Building Services Engineers. Esso costituisce la risposta britannica alla ISO 12006-2, ufficialmente citata nel Building construction – Organisation of information about construction works. Il sistema è composto da diverse tabelle organizzate gerarchicamente, suddivise in:
• Complexes, cioè il progetto nel suo insieme;
• Entities, ovvero i singoli blocchi che fig.2 BIM Matury levels extended to Asset
Informa-tion Management, fonte: BSI_PAS_1192_3_2014 fig.3 Quadro per classificazione delle costruzioni del ISO 12006-2, fonte: https://bimundumbimherum. wordpress.com/tag/iso-1200/
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costituiscono il progetto;
• Activities, Spaces e Elements, gli Spaces sono i locali in cui è suddiviso l’edificio, le Activities sono le attività che vengono effettuate all’interno di quegli spazi mentre gli Elements sono i singoli componenti principali di un edificio;
• Systems, ovvero l’insieme di componenti che concorrono a creare un elemento.
Le sette tabelle Uniclass sono incrociate e discendono a cascata al contrario di altri sistemi, quindi è possibile identificare, dal singolo codice dell’elemento, l’entità e lo spazio di appartenenza.
OmniClass
Il sistema OmniClass comprende al suo interno le specifiche di MasterFormat per il prodotto delle lavorazioni e UniFormat II per gli elementi.
MasterFormat
Sistema di classificazione americano, specifico per progetti di costruzioni a uso commerciale e istituzionale, ed è prodotto dal Construction Specifications Institute (CSI) insieme al Construction Specifications Canada (CSC). Esso classifica gli elementi sulla base della loro funzione e non sulla base di ciò che sono. Il Master Format completo è a pagamento e nel 2014 ha ampliato la sua classificazione passando da una divisione a 16 a una divisione a 48.
UniFormat
Classificazione che individua gli elementi del sistema edilizio facendo riferimento alla loro funzione, con una sintassi organica utilizzabile fin dallo studio di fattibilità (preliminare).
Autodesk Revit implementa il sistema di codifica Omniclass, ma solo per le famiglie caricabili (componenti). Per le famiglie di sistema non esistono opzioni per assegnare i valori Omniclass e neppure per le stanze. Naturalmente si può aggiungere un parametro condiviso per indicare il codice, ma non si ha il link alla stessa tabella per la scelta del valore (vedi immagine). Per le famiglie di sistema, ci vengono incontro i parametri del tipo Assembly Code e Assembly Description, che rimandano alla tebella dall’UniFormat.
Nel progetto è stato utilizzato il sistema Uniformat, sia per la sua praticità, sia per la sua implementazione all’interno del software.
fig.4 Struttura delle tabelle della classificazoine Uniclass
fig.5 (pagina seguente) Tabella della classificazione Uniformat II
3.4 Protocolli BIM di riferimento
L’uso di standard e protocolli universalmente accettati è un passo essenziale per assicurare la coerenza e il controllo qualità, specialmente in caso di un processo di lavoro collaborativo. É necessario che tutti i membri del team di progetto seguano delle procedure prestabilite, per eliminare qualsiasi ambiguità nella produzione e nell’interpretazione delle informazioni. Tutto ciò comprende una serie di specifiche sulla nomenclatura, la modellazione, gli standard CAD, i templates, i processi per lo scambio di informazioni. Esistono svariati standard internazionali che definiscono l’uso del BIM nell’industria delle costruzioni. É utile aprire una parentesi sulla creazione di protocolli nei paesi in cui il BIM è stato più utilizzato sin dalle sue origini.
consentire ai dipartimenti governtivi di trarre ulteriori vantaggi dalla BIM, consentendo il passaggio graduale al livello 3 di BIM. Ciò comporterà che i membri del team possano accedere e modificare un unico modello di progetto, condiviso e centralizzato. Sarà sviluppata una nuova generazione di standard digitali per facilitare il livello BIM 3.
Altro punto ribadito nella Construction Strategy 2016-2020 è l’importanza della formazione: il governo intende infatti sostenere la fornitura di 20.000 apprendistati durante questo periodo. Parlando ora degli standards, nel passaggio dal CAD al BIM, è stato sicuramente molto utile il contributo dell’AEC (UK) committee che ha imposto come suo obbiettivo quello di realizzare degli standard unificati per le due tecnologie. I documenti prodotti inerenti il BIM sono:
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 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;
• AEC (UK) BIM Protocol For Nemetschek Vectorworks v1.
Gli ultimi tre documenti sono protocolli BIM basati sul documento principale e adottano un linguaggio specifico del software per cui sono stati redatti.
Per quanto riguarda l’ambito BIM, il British Standards Institution (BSI)6 ha istituito
un comitato, il BSI B/555 committee, la cui priorità è stata quella di consegnare un programma completo di norme e documenti di orientamento riguardanti la nuova tecnologia.
Gli Standards emanati dal BSI sono stati e saranno di fondamentale importanza per lo sviluppo del BIM nel Regno Unito e in tutti i Paesi che intendono seguire questa direzione. Di seguito l’elenco degli standard e dei documenti prodotti dal BSI: • BS 1192:2007 + A2:2016 Collaborative
production of architectural, engineering and construction information;
• BIP 2207 Building information management. A standard framework and guide to BS 1192;
• PAS7 1192-2:2013: Specification for
information management for the capital/delivery phase of construction projects using Building Information Modelling;
• PAS 1192-3:2014: Specification for
information management for the operational phase of assets using building information modelling;
• BS 1192-4:2014: Collaborative production of information – Fullfilling employers information exchange requirements using COBie – Code of practice;
• BS 7000-4:2013: Design management systems. Guide to managing design in construction;
• BBS 8536-1:2015 Briefing for design and construction – Part1: Code of practice for facilities management (Buildings infrastructure);
• BS 8541-1:2012: Library objects for Architecture, Engineering and Construction – Part 1: Identification and classification;
• BS 8541-2:2011: Library objects for Architecture, Engineering and Construction – Part 2: Recommended 2D symbols of building elements for use in Building Information Modelling; • BS 8541-3:2012: Library objects
for Architecture, Engineering and Construction – Part 3: Shape and measurement;
• BS 8541-4:2012: Library objects for Architecture, Engineering and Construction – Part 4: Attributes for specification and assessment;
• BS 8541-5:2015: Library objects for architecture, engineering and
3.4.1 Standard e protocolli nel Regno Unito
Nel Regno Unito, il Governo ha riconosciuto i vantaggi del processo di lavoro digitale collaborativo e del BIM per il settore delle costruzioni inizialmente attraverso la Construction Strategy pubblicata nel 2011 ed in seguito con la Construction 2025/ Industrial Strategy, pubblicata nel 2013. La Construction Strategy del 2011 afferma la cruciale importanza di avere un settore delle costruzioni efficiente per l’economia del paese, per questo è stata richiesta entro il 2016 il passaggio ad una completa progettazione BIM per il settore pubblico, dove tutte le informazioni del progetto, la documentazione e i dati sono in formato elettronico5. Naturalmente questo mandato
mira a incoraggiare l’adozione del BIM anche da parte del settore privato.
Per raggiungere l’obbiettivo, 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 Cabinet Office coordina 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. Il processo di passaggio alla nuova tecnologia è composto da più fasi e deve essere sviluppato a stretto contatto con i gruppi industriali, al fine di consentire alle industrie di prepararsi sia allo sviluppo dei nuovi standard, che alla formazione di una nuova generazione di professionisti. Il “mandato BIM” del governo è entrato ufficialmente in vigore il 4 aprile 2016. Da questa data sono necessari progetti centralizzati per l’attuazione del BIM al livello 2. Lo stesso giorno è stato lanciato un nuovo sito dedicato (www.Level2BIM. org) contenente guide, documentazione e materiale riguardante il BIM livello 2, per supportare l’industria. Il mandato non distingue tra edifici nuovi ed esistenti, quindi è applicabile a progetti per architetture storiche.
Nel 2016 è stata pubblicata la Construction Strategy 2016-2020. Nel documento sono definiti gli obbiettivi quardiennali: sarà sviluppato un insieme di misure per
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construction – Part 5: Assemblies – Code of practice;
• BS 8541-6:2015: Library objects for architecture, engineering and construction – Part 6: Product and facility declarations – Code of practice. Altri documenti utili per l’adozione di un BIM livello 2 sono quelli prodotti dal Construction Industry Council (CIC), l’organo rappresentativo degli organismi professionali, organizzazioni di ricerca e associazioni imprenditoriali specialistiche nel settore delle costruzioni, che è stato in prima linea nello sviluppo dei programmi di governo:
• CIC BIM Protocol;
• CIC Best Practice Guide for Professional Indemnity Insurance when using BIM;
• CIC Outline Scope of Service for the Role of Information Management; • CPIx Protocol;
• EIR Core Contents and Guidance. Anche il ministero della giustizia ha lanciato una serie di documenti su come definire e consegnare Livello 2 BIM nei loro progetti. Il National Building Specification (NBS) nel novembre 2011 ha annunciato lo sviluppo della National BIM Library, una libreria online accessibile per l’industria delle costruzioni del Regno Unito. La libreria rappresenta uno standard per gli oggetti BIM e contiene un database di informazioni che continuerà ad essere implementato, diventando la
fonte primaria da cui architetti, ingegneri, imprese, interior designers ed altri professionisti delle costruzioni potranno trovare e scaricare oggetti BIM per una grande varietà di sistemi e di prodotti, in formato IFC e in diversi formati alternativi come Autodesk Revit, ArchiCAD, Bentley, ecc.
3.4.2 Protocolli UK e HBIM
Per quanto riguarda l’HBIM, nel Regno Unito non esiste ancora uno specifico standard BIM per il settore del partimonio storico.
Per quanto riguarda gli standard sopra menzionati, la serie PAS 1192, si applica sia agli edifici nuovi che a quelli esistenti. Essa è incentrata sulla definizione di un processo efficiente di gestione e organizzazione delle informazioni. Il processo proposto parte con la definizione delle “employer’s inormation requirements” (EIR) a cui il fornitore delle informazioni (in genere il team di progettazione e l’appaltatore) risponde con il BIM Execution Plan (BEP), che sostanzialmente definisce la strategia per la realizzazione del progetto usando il BIM. Lo scopo ed i contenuti dei documenti usati per supportare il processo di gestione delle informazioni sono dettagliate nel 1192-2 per la fase capitale e poi sono sviluppati nel PAS 1192-3 per la fase di operatività. Il PAS 1192-2, incentrato sulla fase di consegna del progetto, descrive il processo
di produzione e scambio delle informazioni attraverso le fasi di progettazione e costruzione, con un eventuale passaggio nella fase di operatività (vedi immagine). Il processo di consegna delle informazioni inizia da una dichiarazione di necessità, con la richieste di informazioni da parte dell’”employer” (Inizio del Capex, capital expenditure, spesa associata all’acquisizione e costruzione del bene). A questa richiesta, i fornitori delle informazioni devono rispondere, prima che il progetto parta, con un BIM Execution Plan (Piano di Esecuzione BIM), che esprime la strategia per la consegna delle informazioni e dev’essere approvato da tutto il team i progettazione.
Il BEP è strutturato in base ai requisiti che devono essere soddisfatti dal team ed è sviluppato per: delineare l’approccio, pianificare le consegne del progetto, elencare i processi, evidenziare cosa è realizzabile e cosa no in base ai requisiti del datore di lavoro/società (EIR), descrivere capacità e competenze, specificare i benefit aggiuntivi.
Come sottolinea Historic England nel suo documento sull’Historic BIM, in caso di edifici storici è importante che il BEP dia informazioni dettagliate sulla strategia per condurre i rilievi necessari, delineando l’approccio scelto per l’acquisizione di tutti i tipi di dati. Inoltre dovranno essere incluse le informazioni su:
fig.6 Ciclo di consegna delle informazioni BIM, fonte: BSI_ PAS 1192-2:2013
• Gestione
• pianificazione e documentazione • metodi standard e procedure • soluzioni IT
Il processo descritto nella PAS 1192-2 va avanti con le diverse fasi di consegna delle informazioni, per culminare con un Asset information Model (AIM), cioè un modello che fornisce tutti i dati e le informazioni per l’operatività e la gestione del bene. Dopodichè si passa alla Opex, operational expenditure, nel momento in cui i cliente rientra in possesso del bene. In caso di edifici esistenti, il BIM parte con un processo di analisi (assessment), proprio in questa fase di operatività dell’edificio. Le informazioni per fare questa analisi vengono prese dall’Asset Information Model.
Questo approccio è descritto come “iniziare con la fine in mente”, identificando gli usi a valle delle informazioni iniziali, per assicurarne il riutilizzo durante tutto il ciclo di vita dell’edificio. Attraverso questo processo si propone l’adozione di pratiche collaborative e di tecniche di “costruzione lean”. PAS 1192-2 specifica in dettaglio i requisiti per cinque fasi di erogazione di informazioni: Procurement, post contract-award, mobilisation, production, asset information model maintenance8. Tale
standard può essere quindi utile anche per progetti di conservazione, ristrutturazione, estensione, conversioni d’uso o altri
3.5 Livello di Sviluppo e Livello di Dettaglio
Uno dei maggiori punti di forza del BIM è la creazione e la gestione di un database di informazioni riguardanti gli elementi di un modello. Andando a inserire una grande mole di informazioni di tipo diverso, è fondamentale definire quanti dettagli dovranno essere considerati nella modellazione e quante informazioni vengono fornite dal modello. A tal proposito si parla di LOD.
Bisogna innanzitutto fare una distinzione tra Level of Detail, Livello di Dettaglio, e Level of Development, Livello di Sviluppo. Il primo indica sostanzialmente quanti dettagli geometrici sono inseriti nell’elemento modellato (non la quantità di informazioni ad esso legate). Invece il Livello di Sviluppo rappresenta il grado al quale la geometria dell’elemento e le relative informazioni sono state approfondite in funzione della finalità del modello. Esso fornisce il grado di completezza a cui gli utenti del BIM
possono far affidamento.
Nei diversi protocolli internazionali riguardanti la gestione delle informazioni nei processi BIM, vengono date diverse definizioni dei livelli di approfondimento/ dettaglio dei dati. In comune c’è il fatto che i diversi livelli corrispondono a diverse fasi del processo costruttivo. Infatti nella creazione del modello si dovrà tenere conto dell’uso che verrà fatto del modello in una precisa fase del processo.
Il livello di Sviluppo è stato sviluppato come protocollo standardizzato dall’American Institute of Architects e definisce il grado di approfondimento e di accuratezza delle informazioni fornite dal modello. Questo standard garantisce efficienza e chiarezza nella comunicazione finalizzata all’esecuzione del modello BIM, fondamentali per non correre il rischio di impegnare troppe o troppo poche risorse. Sul sito BIM Forum si possono trovare le Level of Development Specifications, che illustrano, per ogni tipo di elemento
o sistema di costruzione, le informazioni ad esso associate e le modalità di modellazione, per ciascun livello di sviluppo. Gli obbiettivi delle specifiche LOD sono:
• Aiutare i team a specificare il risultato finale del BIM e quali caratteristiche dovranno essere incluse;
• Aiutare i design manager ad illustrare ai propri team le informazioni e i dettagli che bisogna fornire durante il processo progettuale;
• Consentire agli utenti finali di fare affidamento sulle informazioni contenute nel modello ricevuto da altri;
• Fornire degli standard a cui fa riferimento il contratto ed il BIM Execution Plan.
I livelli sono descritti con estrema accuratezza nel documento LOD Specifications (BIMForum) per ogni elemento tecnico del sistema edilizio, ma macroscopicamente possono essere descritti come segue:
progetti che riguardino gli edifici storici. Altro documento da menzionare parlando di edifici esistenti è il PAS 1192-3:2014: Specification for information management for the operational phase of assets using building information modelling. Tale standard riguarda la fase operativa, specificando come un Asset Information Model (AIM) debba essere creato e mantenuto durante la vita della costruzione fino al suo ultimo smaltimento. Lo standard, è stato concepito con l’intenzione di rendere tale processo continuo e coerente, in vista di tutte le gli eventi che potranno avvenire durante l’operatività, la manutenzione e la gestione del bene.
L’AIM può essere creato prendendo informazioni da un Project Information Model sviluppato durante un progetto di costruzione e poi passato nella fase di operatività o/e incorporando informazioni da altre fonti come rilievi, dati legali, etc. Per fare in modo che l’AIM sia uno strumento utile per la gestione dell’edificio durante tutta la sua vita esso deve essere aggiornato continuamente per riflettere cambiamenti reali del bene.
C’è un dibattito in corso sul successo (o insuccesso) degli standard BIM esistenti per soddisfare le particolari richieste dei progetti per edifici storici. Questi standard descrivono tipici scenari di progetti di nuova costruzione, ma prevedono l’applicazione anche per edifici esistenti. Adottare questi
standard e specifiche in progetti per il patrimonio storico potrebbe non essere sempre così facile9.
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• LOD 100: Rappresentazione di tipo elementare, in cui gli elementi del modello possono essere rappresentati graficamente con simboli o rappresentazioni generiche.
• LOD 200: Gli elementi del modello sono rappresentati graficamente come sistemi, oggetti o componenti generici, arricchiti da quantità, dimensione, geometria, posizione e orientamento approssimativi. Informazioni non grafiche possono essere allegate agli elementi costituenti il modello, che può essere utilizzato per effettuare analisi preliminari sulle prestazioni globali date da diversi sistemi semplificati.
• LOD 300: Il modello presenta elementi che sono rappresentati graficamente come sistemi, oggetti o componenti specifici in termini di quantità, dimensione, geometria, posizione e
orientamento. Questi possono essere dotati di informazioni non grafiche. Con il termine specifico si intende che le informazioni in questione possono essere misurate direttamente dal modello senza dover far riferimenti ad altri modelli o a note esterne. L’utilizzo di questo LOD permette di eseguire simulazioni prestazionali di specifici sistemi modellati appositamente per il progetto.
• LOD 350: Questo livello di dettaglio intermedio aggiunge agli elementi con un LOD 300 la complessità di interfacciarsi con altri sistemi all’interno del modello.
• LOD 400: Vi è inoltre l’aggiunta delle informazioni riguardanti i particolari costruttivi, il processo di produzione, l’assemblaggio e l’installazione. Possono essere allegati dati non grafici quali le schede tecniche dei
singoli prodotti e codici di pratica. (modello per la costruzione)
• LOD 500: Gli elementi del modello sono verificati e controllati in loco e rappresentano correttamente ciò che è stato costruito in termini di dimensioni, geometria, posizione, quantità e orientamento. Anche in questo caso possono essere allegate informazioni non grafiche. Il modello è utilizzato nella fase di gestione dell’opera in quanto è una copia virtuale dell’opera arricchita di tutte le informazioni necessarie per la manutenzione (As built).
Per quanto riguarda i protocolli del Regno Unito, il LOD viene definito in due diversi protocolli: L’AEC (UK) BIM Technology Protocol definisce sei livelli di Definizione (Level of Model Definition), che sostanzialmente corrispondono a quelli del protocollo USA (da simbolico a As built).
Il problema con un singolo codice LOD è che la rappresentazione grafica di non tutti gli elementi è legata direttamente alle informazioni che essi devono contenere. In base alla fase progettuale in cui ci si trova, modellare un oggetto visivamente accurato potrebbe essere controproducente e sovraccaricare per modellare con dettagli non necessari. Per questo è stata introdotto un approccio per distinguere gli attributi grafici da quelli non grafici: il il PAS 1192-2:2013 definisce il Level of Model Definition, dato dalla combinazione di Level of Detail, riferito alle informazioni grafiche legate ad un oggetto e Level of Information, le informazioni non grafiche.
LOMD = LOD + LOI
La codifica della rappresentazioni grafiche, il livello di dettaglio, è abbastanza intuitiva. I protocolli BIM AEC (UK) definiscono l’aspetto grafico come:
• G0 simbolico. Non in scala, semplicemente per “suggerimento” di dove l’oggetto esisterà. In termini di porte, questo potrebbe essere semplicemente un rettangolo nero in un muro 2D.
• G1 Segnaposto. Mentre può essere in scala, l’oggetto potrebbe non rappresentare l’aspetto del componente finale. In termini di porte questo sarebbe semplice, oggetto semplice senza cornici, pannelli di visione o hardware.
• G2 Adatto per la costruzione. Qui è dove si fornisce la geometria rappresentativa del componente finale. Potrebbe non includere ancora l’hardware (come sarebbe specificato nel caso) ma potrebbe essere un oggetto scaricato dalle fabbriche. • G3 Oggetto ad alta risoluzione,
completamente dettagliato. Solitamente utilizzato solo per la visualizzazione, o di fatto, per la produzione.
Il livello di informazioni è più difficile da codificare in quanto ogni progetto può essere drasticamente diverso e varia notevolmente per componente o sistema durante le fasi di lavoro. Il modo più accurato per gestire gli attributi da includere è elencarli in un formato tabulare, indentificando quali informazioni sono necessarie in ogni fase, per razionalizzare il lavoro e facilitare la collaborazione degli stakeholders.
Naturalmente anche nel caso si operi su edifici esistenti è opportuno indicare il LOD. Tutte le informazioni che si aggiungono nel caso di edilizia esistente come i dati del rilievo, i dati di analisi compiute sull’edificio, caratteristiche meccaniche o fisiche, concorrono all’arricchimento del modello e determinano un il livello di sviluppo più elevato.
fig.7 Livelli di sviluppo, fonte: Level of Development Specification, Version: 2017, http://bimforum.org/lod/ fig. 8 Livelli di dettaglio, fonte: AEC (UK) BIM Proto-col, 2012.
Note: 1 h t t p : / / b i b l u s . a c c a . i t / b i m e i f c - linteroperabilita-tra-i-software-e-il-buildingsmart-international/ 2 Ibidem 1 3
Megahed, N. A., Towards a theoretical framework for hbim approach in historic preservation and management, 2015, Archnet-IJAR, International Journal of Architectural Research, Vol.9/Issue3 pp.130-147 4 http://www.shelidon.it/?p=3627 5 Cabinet Office, 2011, p. 14 6
uno dei principali enti di normazione e certificazione mondiale. La sua missione è quella di promuovere in tutto il mondo norme a supporto del business.
7
Publicly Available Specifications
8
Per ulteriori dettagli consultare il documento scaricabile da: https://shop.bsigroup.com/ forms/PASs/PAS-1192-2-2013/
9
Antonopoulou S., BIM for Heritage: Developing a Historic Building Information Model, Historic England Guidance Document, 27.01.2017
