Scuola di Ingegneria
Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale
Corso di Laurea Magistrale in
Ingegneria Edile e delle Costruzioni Civili
Tesi di Laurea Magistrale
Adeguamento alle norme di prevenzione incendi e
progettazione delle vie di esodo con software BIM
dell'Ist. Prof. Alberghiero G. Minuto
Anno Accademico 2018/2019
Relatori: Candidato:
Prof. Ing. Nicola Marotta Matteo Sanzeni
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SOMMARIO
1. ABSTRACT ... 7
2. INTRODUZIONE ... 7
3. DESCRIZIONE DELL’OPERA ... 8
4. NORMATIVA ANTINCENDIO NELL’EDILIZIA SCOLASTICA ... 17
5. IL BUILDING INFORMATION MODELING ... 19
5.1 Che cos’è ... 19
5.2 Il BIM nella progettazione ... 23
5.3 BSI: BRITISH STANDARD INSTITUTION ... 25
5.4 LOD e LOI ... 29 5.4.1. LOD 100 ... 30 5.4.2. LOD 200 ... 30 5.4.3. LOD 350 ... 31 5.4.3. LOD 400 ... 31 5.4.4. LOD 500 ... 31
5.5.5. Esempio di una fondazione in acciaio ... 32
5.5. Il formato IFC ... 36
5.5.1. Formati dei file ... 38
5.5.2. Architettura ... 38
6. BIM TO CFD ... 44
6.1. FDS ... 44
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6.3. PYROSIM ... 46
6.4. PROCEDURA ... 47
CONCLUSIONI ... 52
BIBLIOGRAFIA ... 55
Figura 1: Vista satellitare ... 9
Figura 2: Vista aerea Nord Est ... 10
Figura 3: Vista aerea Sud Est ... 10
Figura 4: Vista aerea Sud Est ... 11
Figura 5: Vista aerea Sud Ovest ... 11
Figura 6: Vista aerea Sud Ovest ... 12
Figura 7: Vista aerea Sud Ovest ... 12
Figura 8: Vista aerea Nord Ovest ... 13
Figura 9: Vista aerea Sud Ovest ... 13
Figura 10: Vista aerea Sud Ovest ... 14
Figura 11: Vista interna - aula magna ... 14
Figura 12: Vista interna - reception ... 15
Figura 13: Vista interna - palestra ... 16
Figura 14: Vista interna - spazio di accesso alle aule ... 16
Figura 15: Tempi di sicurezza antincendio ... 19
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Figura 17: Elementi primordiali ... 20
Figura 18: Il modello BIM ... 21
Figura 19: Digitalizzazione delle informazioni ... 21
Figura 20: modello coordinato ... 22
Figura 21: Alcune Discipline del BIM ... 23
Figura 22: il BIM per tutto il ciclo di vita della struttura ... 24
Figura 23: Esempio di file .rfa ... 34
Figura 24: Esempio di file .rfa ... 35
Figura 25: Il formato IFC ... 36
Figura 26: Struttura del file IFC ... 39
Figura 27: Rilievo aereo ... 47
Figura 28: Rilievo aereo ... 48
Figura 29: Dal rilievo al modello BIM ... 48
Figura 30: Elemento "muro" LOD 350 ... 49
Figura 31: Materiale completo di scheda informativa ... 50
Figura 32: Definizione della burning surface ... 51
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ALLEGATI
AR-01 - INQUADRAMENTO TERRITORIALE
AR-02 - PIANTE - DESTINAZIONI D'USO
AR-03 - PIANTA DESTINAZIONI D'USO E PIANTA DELLA COPERTURA
AR-04 – PROSPETTI
AR-05 – SEZIONI
AI-01 - PLANIMETRIA ACCESSIBILITÀ DEI MEZZI DI SOCCORSO
AI-02 - VIE DI ESODO
AI-03 - VIE DI ESODO
AI-04 - RILEVAZIONE INCENDIO
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1. ABSTRACT
La progettazione di entità complesse, quali edifici o singoli oggetti, è oggi sempre più affidata al BIM (Building Information Modeling), che si conferma essere una metodologia di gestione intelligente dei processi del settore AEC.
Il Building Information Modeling è una delle tecnologie di management che sta alimentando il dibattito nel settore dell’architettura, dell’ingegneria e delle costruzioni (definito anche come AEC).
La tecnologia BIM consente di costruire digitalmente modelli virtuali di un edificio a supporto di tutte le fasi del processo edilizio permettendo un’analisi e un controllo più efficienti rispetto ai processi tradizionali. Una volta completati, questi modelli racchiudono in modo preciso la geometria e i dati necessari alle fasi di progettazione, scelta del committente, di realizzazione e successivamente di gestione del ciclo di vita dell’edificio.
Grazie al formato di interscambio IFC è possibile inoltre creare un’interoperabilità tra software di natura molto diversa, un esempio è riportato in questo elaborato, dove si dimostra il processo di BIM to CFD, software per la modellazione e simulazione di incendi e vie di esodo.
2. INTRODUZIONE
Con questo elaborato si vuole studiare e conoscere il processo BIM per comprendere il suo funzionamento e le sue potenzialità rapportandole al processo costruttivo attuale nell’ambito della prevenzione incendi.
Un modello parametrico costantemente aggiornato può essere impiegato per valutazioni regolari della sicurezza generale degli edifici e degli occupanti. Tale modello fornisce inestimabili informazioni per simulare le azioni di soccorso che possono coinvolgere gli utenti ed i gestori delle strutture, i vigili del fuoco e le forze di polizia, per garantire e ridurre i tempi di intervento, riducendoli al minimo, in un vero evento di emergenza, considerando questo aspetto uno dei più importanti, per
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superare efficacemente le situazioni anomale che possano coinvolgere gli edifici ad elevato sviluppo verticale e ad architettura complessa.
3. DESCRIZIONE DELL’OPERA
La struttura, di proprietà dell’Amministrazione Comunale di Massa, oggi utilizzata come Istituto Alberghiero, rappresenta una delle scuole più grandi della Provincia di Massa-Carrara e gode di un notevole prestigio sia nazionale che internazionale per la qualità dell’insegnamento e del personale che vi viene formato.
Il plesso scolastico si compone di n° 3 edifici e n° 2 corpi di collegamento disimpegnati su tre livelli con sottotetto non praticabile per tutti gli edifici.
La struttura nasce come istituto elioterapico per una fruizione continua durante l’anno, dotata di tutti gli impianti necessari ed era funzionalmente diviso in tre parti: le due ali laterali, destinate ai dormitori per maschi e femmine, con il corpo centrale utilizzato come refettorio e le strutture di collegamento come spazi comuni.
Negli ultimi anni la spiaggia è stata notevolmente erosa fino a scomparire, rimane una semplice scogliera a proteggere l’area e su questo lato è stata ricavata una strada mentre la situazione di degrado della struttura ha portato ad un ribaltamento funzionale tale che l'ingresso ora avviene in via esclusiva dal cortile retrostante (lato monti). La struttura è caratteristica dell'edilizia del tempo, quando la tecnologia del cemento armato stava prendendo piede ma non si sostituiva ancora completamente alla tecnica della muratura portante, quindi il complesso è caratterizzato da una tipologia costruttiva mista muratura-cemento armato completamente diversa rispetto a quella delle colonie vicine, costruite anche solo qualche anno dopo.
Soprintendenza, vincolo monumentale, Immobili ed aree di notevole interesse pubblico
Sull’edificio e su tutta l’area pertinenziale, dato che l’edificio ha più di 90 anni, si è costituito il vincolo ai sensi della seconda parte del Codice dei Beni Culturali e del Paesaggio di cui al D.lgs 42/04, art. 136. Data anche la rilevanza stessa dell’edificio,
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a prescindere dalla datazione storica, è previsto che qualsiasi intervento edilizio inerente ad aspetti formali, estetici, storici e culturali, siano preventivamente autorizzati da parte della Soprintendenza di Lucca prima del rilascio del successivo titolo edilizio amministrativo.
Rappresentazione fotografica del contesto paesaggistico e dell’area di intervento.
10 Figura 2: Vista aerea Nord Est
11 Figura 4: Vista aerea Sud Est
12 Figura 6: Vista aerea Sud Ovest
13 Figura 8: Vista aerea Nord Ovest
14 Figura 10: Vista aerea Sud Ovest
15 Figura 12: Vista interna - reception
16 Figura 13: Vista interna - palestra
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4. NORMATIVA ANTINCENDIO NELL’EDILIZIA
SCOLASTICA
Col Decreto 3 agosto 2015 viene approvato il nuovo Codice di Prevenzione Incendi (Norme Tecniche di Prevenzione Incendi), che ha avviato il processo di semplificazione e razionalizzazione del corpo normativo precedentemente in vigore con un nuovo approccio metodologico più aderente agli standard internazionali e al progresso tecnologico odierno. La metodologia di progettazione prestazionale, dall’illustrazione delle fasi principali in cui si articola il processo sino agli aspetti tecnici più ingegneristici, è descritta nella sezione M del nuovo Codice di Prevenzione Incendi. Tale sezione è suddivisa in tre capitoli: M1, M2, M3 di cui si illustrano brevemente i contenuti. Il capitolo M1 descrive le principali fasi in cui deve essere articolato il lavoro, insieme ai contenuti della documentazione (sommario tecnico, relazione tecnica e programma per la gestione della sicurezza antincendio) che deve essere affiancata agli usuali elaborati di progettazione. Ad un’analisi preliminare di individuazione delle condizioni di rischio più realistiche per l’attività in esame, degli obiettivi di sicurezza da raggiungere e delle soglie di prestazione da verificare, deve seguire un’analisi quantitativa degli effetti dell’incendio che fornisca risultati da confrontare con le soglie precedentemente individuate. Nel capitolo M2 sono fornite indicazioni per l’applicazione della progettazione prestazionale per scenari di incendio, ovvero per l’individuazione degli scenari di progetto da impiegare per l’analisi quantitativa. Si inizia considerando tutti i possibili scenari di incendio che possono avere luogo durante la vita utile dell’attività, tenendo conto delle reali condizioni di esercizio e degli eventi di incendio che hanno interessato attività con caratteristiche simili. Il professionista antincendio sviluppa, a partire da un evento iniziatore, un albero degli eventi: a questo punto, tra tutti gli scenari possibili che tengono conto di propagazione dell’incendio, caratterizzazione degli occupanti e azione degli impianti tecnologici si selezionano gli scenari di incendio di progetto (i più gravosi per l’obiettivo di sicurezza che si vuole raggiungere). Parametro chiave per la descrizione quantitativa dell’incendio è la curva RHR (Rate of Heat Release), che indica la potenza termica prodotta dal focolare nel tempo. Tale curva, insieme alla produzione di CO (monossido di carbonio) e particolato (soot), influenza fortemente le temperature raggiunte e lo sviluppo dei fumi all’interno degli ambienti. La curva e deve quindi essere scelta con particolare attenzione: può essere stimata secondo quanto
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riportato nel paragrafo M.2.6 (fase crescente quadratica, fase stazionaria costante e fase di decadimento lineare) oppure, se ritenuta non rappresentativa della reale evoluzione dell’incendio, può essere calcolata valutando la propagazione dell’incendio da un oggetto all’altro per irraggiamento termico, sebbene in tale caso occorra conoscere i parametri che governano l’ignizione a distanza dei materiali presenti.
Nel capitolo M3, invece, sono presenti i dettagli per l’approccio prestazionale per la salvaguardia della vita. Il criterio prestazionale consiste nel verificare che il tempo disponibile per l’esodo ASET (Available Safe Egress Time) sia maggiore del tempo richiesto per l’esodo RSET (Required Safe Egress Time) per tutti gli occupanti. In particolare, ASET è l’intervallo di tempo calcolato tra l’innesco dell’incendio ed il momento in cui le condizioni ambientali nell’attività diventano tali da rendere gli occupanti incapaci di porsi in salvo raggiungendo un luogo sicuro: tale valore può essere stimato mediante modelli di fluidodinamica computazionale (CFD) come, ad esempio, Fire Dynamics Simulator (FDS), con i quali è possibile stimare l’evoluzione di temperature e concentrazioni tossiche per tutta la durata dell’incendio nel dominio attraversato dagli occupanti. Alternativamente, si può utilizzare un metodo di calcolo semplificato “zero exposure” con soglie di prestazione molto conservative (strato di fumi caldi superiore con temperatura media inferiore a 200°C e altezza minima dei fumi stratificati pari a 2m). RSET è invece l’intervallo di tempo calcolato tra l’innesco dell’incendio ed il momento in cui gli occupanti dell’attività raggiungono un luogo
sicuro: tale
intervallo può essere valutato con l’ausilio di modelli di esodo. Definito lo scenario comportamentale di progetto, il valore di RSET può essere espresso come la somma di tempo di rivelazione dell’incendio, tempo di allarme, tempo di attività premovimento e tempo di movimento (Figura 15).
19 Figura 15: Tempi di sicurezza antincendio
Il tempo di movimento è fortemente dipendente dalla geometria dell’edificio e dagli effetti dell’incendio sulle persone (diminuzione della velocità di esodo), mentre per il tempo di attività di pre-movimento influiscono numerosi altri aspetti, alcuni legati alla destinazione d’uso della costruzione (tipologia di occupanti e familiarità con l’ambiente) altri legati alle passate esperienze e all’indole della singola persona (più difficili da modellare). La differenza “ASET – RSET=tmarg” costituisce il margine di
sicurezza, che dovrà essere più o meno elevato a seconda dell’affidabilità dei dati di input disponibili. Il Codice, a meno di specifiche valutazioni assume tmarg≥ 100% ·
RSET. In caso di specifiche valutazioni sull’affidabilità dei dati di input impiegati nella progettazione prestazionale è consentito assumere tmarg≥ 10% · RSET.
5. IL BUILDING INFORMATION MODELING
5.1 Che cos’è
“Il BIM è uno tra i più promettenti sviluppi che consentono l’accurata creazione
digitale di uno o più modelli virtuali di un edificio, facilitandone le attività di
progettazione, costruzione, fabbricazione ed approvvigionamento che portano alla sua realizzazione.” (BIM handbook: A guide to building information modeling for owners, managers, designers, engineers, and contractors, Chuck Eastman et al, 2011,).
20 Figura 16: Processo informativo delle costruzioni
Un modello BIM è un repository digitale centralizzato di informazioni relative agli
aspetti fisici e funzionali di un progetto. Il repository di tali informazioni computabili
si evolve lungo il ciclo di vita del progetto. Le informazioni sono utilizzate in diversi modi nel processo BIM, sia direttamente che in modo derivato, e sono oggetto di calcoli e analisi. Ad esempio, la rappresentazione 3D di un progetto costituisce l’estrapolazione visiva più comune di queste informazioni. Piante e prospetti sono a loro volta un’altra espressione delle stesse informazioni estratte dal repository.
21 Figura 18: Il modello BIM
Le modalità di raccolta, memorizzazione, modifica, gestione, estrapolazione e utilizzo di queste informazioni sono importanti ai fini del successo del processo BIM. Per tale motivo, un progetto di ambiente costruito può essere considerato come una grande
raccolta di oggetti interconnessi (p.e. muri, porte, travi, tubazioni, pompe, ecc.).
Anche la tecnologia ICT sottostante su cui si fonda la metodologia BIM esegue i già menzionati compiti con un orientamento di tipo object-based. In sintesi, il metodo BIM può essere considerato una raccolta di oggetti “smart” in un database “‘intelligente”.
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Affinché sia sviluppato appieno il suo potenziale, è essenziale che il BIM sia utilizzato
in tutto il processo di realizzazione del progetto in modo sistematico, integrato e
senza soluzione di continuità – obiettivo in pratica piuttosto complesso da raggiungere. Ciò richiede infatti un nuovo modo di pensare ed un cambiamento piuttosto radicale a livello di workflow e prassi di lavoro. È inoltre necessario che le organizzazioni coinvolte nel progetto comprendano le implicazioni dell’uso del BIM sia a livello di progetto che a livello organizzativo.
23 Figura 21: Alcune Discipline del BIM
5.2 Il BIM nella progettazione
Empiricamente è chiarissimo che l’utilizzo del BIM solo nelle prime fasi del ciclo di vita di un progetto limita le sue potenzialità e non assicura la redditività dell’investimento auspicata dalle organizzazioni. L’uso del BIM lungo l’intero ciclo
di vita di un progetto edilizio; comprendere il processo BIM nelle diverse fasi del ciclo
di vita del progetto, “dalla culla alla culla”, è pertanto essenziale per i professionisti che lavorano nell’ambito di team impegnati nella realizzazione di progetti di diverso tipo e dimensioni. È inoltre essenziale comprendere che l’uso del BIM è applicabile sia alle nuove costruzioni che al patrimonio immobiliare in essere.
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Figura 22: il BIM per tutto il ciclo di vita della struttura
Di seguito un elenco delle potenzialità della modellazione BIM nell’ambito della progettazione:
modellazione dettagliata, integrazione e analisi per disciplina;
finalizzazione del modello dello stadio progettuale per tutte le discipline; coordinamento finale del modello;
pianificazione pre-costruzione con metodo BIM, ivi inclusa la pianificazione della sicurezza, la definizione delle fasi e la prototipizzazione, la pianificazione delle attività di approvvigionamento e di gestione della filiera e così via;
analisi strutturale; analisi dei servizi;
analisi energetica, ambientale e di sostenibilità; analisi dei costi;
altre analisi dettagliate come l’analisi dell’area, l’analisi illuminotecnica, l’analisi acustica, l’analisi degli scarichi, l’analisi dell’ombreggiatura, l’analisi della sicurezza e così via;
finalizzazione di specifiche a livello di singoli elementi dell’edificio in base alla creazione di oggetti parametrici a livello di produzione per tutti i principali elementi del progetto;
verifica dei codici ed esportazione di dati per l’analisi del controllo dell’edificio; rilievo quantitativo e pianificazione costi;
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esecuzione di attività di gestione del rischio associate al progetto; elaborazione documentale basata sulla strategia di approvvigionamento; revisione e approvazione definitiva del modello;
finalizzazione e accesso al modello per il/i costruttore/i.
5.3 BSI: BRITISH STANDARD INSTITUTION
La British Standard Institution (BSI). Fondato nel 1901 in Inghilterra come primo ente di normazione al mondo, il Gruppo BSI ha attualmente circa 80.000 clienti ed è presente in 120 Paesi. La prima serie di norme ISO 9000 è stata sviluppata sulla base dello standard BSI, BS 5750, pubblicato per la prima volta nel 1979. Nel 2008 BSI è stato tra i primi enti ad ottenere l'accreditamento globale per la certificazione secondo lo standard BS 25999 sulla business continuity e ha rilasciato il primo certificato al mondo sulla stessa norma.
1901 – 1914 Agli inizi
Sir John Wolfe-Barry, progettista del Tower Bridge di Londra esortò il Consiglio dell'Istituzione degli Ingegneri civili a formare un comitato per prendere in considerazione la standardizzazione delle sezioni di acciaio e ferro il 22 gennaio 1901.
Successivamente, il 26 aprile 1901, ebbe luogo la prima riunione del comitato per le norme di ingegneria. Di conseguenza, la varietà delle dimensioni delle sezioni strutturali di acciaio fu ridotta da 175 a 113 ed ebbe inizio la standardizzazione.
Nel 1903 la necessità di indicare agli acquirenti che le merci non erano "a livello standard" condusse alla creazione e alla registrazione del Marchio di normazione britannico (British Standard Mark) che in seguito diventò famoso con il nome di Kitemark®. Quando fu applicato ai binari dei tram, il numero degli scartamenti fu ridotto da 75 a 5.
1914 – 1945 La standardizzazione cresce
Durante la Prima guerra mondiale, i British Standard furono utilizzati dall'Ammiragliato, dall'Ufficio della guerra, dal Consiglio del Commercio, dal
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Registro dei Lloyd's, dall'Home Office, dal Consiglio per le Strade, dal Consiglio comunale di Londra e da molti governi coloniali.
Durante gli anni '20 la standardizzazione si diffuse a Canada, Australia, Sudafrica e Nuova Zelanda. Stava anche nascendo un certo interesse negli Stati Uniti e in Germania.
Il 22 aprile 1929, l'Engineering Standards Committee (dal 1918 denominato British Engineering Standards Association) ricevette il Royal Charter. Un ulteriore Charter le fu assegnato nel 1931, anno in cui assunse il nome definitivo di British Standards Institution.
Allo scoppio della Seconda guerra mondiale, le norme ordinarie furono interrotte e gli sforzi si concentrarono sulla produzione di "norme d'emergenza per la guerra" con il riconoscimento ufficiale del governo britannico di BSI come unico ente per la pubblicazione di norme nazionali nel 1942.
Tra il 1939 e il 1945 sono state prodotte oltre 400 norme per le emergenze di guerra.
1946 – 1975 Consolidamento internazionale e preoccupazioni dei consumatori
Nel 1946 vi fu la prima Conferenza sulle norme del Commonwealth, svoltasi a Londra e organizzata da BSI, che ha portato alla creazione dell'Organizzazione internazionale per la normazione (ISO).
Verso la fine degli anni '50 e negli anni '60 il mercato fu inondato di merci per i consumatori, molte delle quali di dubbia qualità. Di conseguenza, nel 1953 il marchio Kitemark® fu applicato ad arredamento domestico, pentole a pressione e caschi da motocicletta per aiutare i consumatori a capire se la merce era stata prodotta correttamente.
Furono anche pubblicate norme su temi quali il controllo dell'inquinamento dell'aria, l'energia nucleare, la sicurezza dei colori per uso industriale, l'arredamento per uffici e scuole e per il trasporto aereo di animali vivi.
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Il Women’s Advisory Committee fu fondato nel 1951 per fornire consulenza in merito alle norme relative al consumo domestico Fu precursore dell'attuale Consumer and Public Interest Network (Rete dei consumatori e di pubblico interesse) che coordina la rappresentanza dei consumatori in tutti i comitati tecnici di BSI per i prodotti di consumo.
Il 1959 ha visto l'apertura della Test House a Hemel Hempstead, una struttura destinata a testare le apparecchiature per l'esportazione in Canada, l'inizio della Healthcare and Testing Services. La legislazione governativa ha anche introdotto l'applicazione obbligatoria del Kitemark® per le cinture di sicurezza e i caschi da motocicletta che è stato realizzato a Hemel Hempstead.
1975 – 1997 Norme sui sistemi di gestione
La prima norma al mondo sulla qualità dei sistemi di gestione, la BS 5750, è stata pubblicata da BSI nel 1979. Nel 1987, fu sostituita dalla serie ISO 9000 di norme internazionali ispirate dalla BS 5750.
Rivista nel 1994, 2000 e 2008, la norma internazionale sulla qualità dei sistemi di gestione si è rivelata un successo mondiale con oltre un milione di certificati ISO 9001 (2000 e 2008 insieme) emessi in 178 Paesi ed economie entro la fine del 2009.
A seguito del felice percorso della BS 5750, BSI pubblicò la prima norma al mondo per i sistemi di gestione ambientale, la BS 7750, nel 1992.
Il suo successore, la ISO 14001, fu pubblicata nel 1996 e rivista nel 2004. Nei 13 anni dalla sua introduzione la norma è stata rapidamente adottata dalle aziende – alla fine del 2009 oltre 220.000 certificati ISO 14001:2004 erano stato emessi in 159 Paesi ed economie.
Anche il Gruppo BSI iniziò a espandersi, con sedi negli Stati Uniti a Reston, Virginia, nel 1991 e la prima sede asiatica a Hong Kong nel 1995.
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Dal 1998
BSI diventa globale nel 1998, dopo le modifiche al Royal Charter, e il Gruppo BSI acquista: CEEM, fornitore leader americano di servizi per la formazione, la pubblicazione di sistemi di gestione, e International Standards Certification Pte Ltd, un'azienda di certificazione con sede a Singapore.
A gennaio 2002, acquista l'azienda di registrazione ISO KPMG in Nord America, rendendo il Gruppo BSI il più grande organismo di registrazione del Nord America. Nel 2003, BSI ha acquistato il 100% di BSI Pacific Ltd, per consolidare la penetrazione del Gruppo nello sterminato mercato cinese della certificazione.
BSI acquista anche il 49% delle partecipazioni in British Standards Publishing Limited (BSPL) realizzando un nuovo accordo di vendita, distribuzione e licenza per aumentare la capacità del Gruppo di offrire norme a un ampio spettro di mercati industriali e commerciali nel Regno Unito e nel mondo.
Nel 2003, BSI ha anche celebrato il centenario del Kitemark ed è diventato un Superbrand del "business to business".
Nel 2004, il Gruppo ha acquistato l'azienda di certificazione KPMG in Olanda – KPMG Certification B.V. – per fornire una gamma maggiore di servizi alle aziende nella regione del Benelux e nel resto dell'Europa continentale.
Nel 2006, BSI ha acquisito:
l'azienda di certificazione tedesca NIS ZERT;
Entropy International Ltd, uno dei maggiori fornitori al mondo di soluzioni software per le performance e la sostenibilità;
Benchmark Entropy International Ltd Pty Ltd, il secondo maggiore organismo di certificazione australiano;
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e l'azienda Greenall Barnard Associates Ltd che lavora con ASI-QS, un'azienda del Regno Unito specializzata nella formazione e implementazione Six Sigma.
Nel 2008, il Kitemark® BSI si è aggiudicato di diritto lo stato di Superbrand partecipando al riconoscimento di BSI per la quarta volta consecutiva.
Ad aprile 2009, BSI ha acquistato la divisione sicurezza della catena di fornitura di First Advantage Corporation, Stati Uniti, e a maggio 2009 ha acquistato Certification International S.r.l., fornitori di valutazione e certificazione dei sistemi di gestione in Italia. Successivamente, ad agosto 2009, BSI ha acquistato EUROCAT, la società tedesca di certificazione e prova nel settore sanitario.
Nel 2010, BSI ha aperto nuovi uffici in Qatar e in Arabia Saudita. A marzo ha acquistato l'organismo di certificazione del gas GLCS, il certificatore leader delle attrezzature per consumatori relative al gas nel Regno Unito e uno dei primi tre in Europa. Alla fine dell'anno, BSI ha acquistato l'azienda di certificazione italiana BS Services Italia S.r.l (BSS) per rafforzare la sua posizione nel terzo mercato al mondo della certificazione di sistemi di gestione, e Systems Management Indonesia (SMI) per rafforzare la sua capacità di assistenza per i clienti asiatici.
5.4 LOD e LOI
È l’American Institute of Architects (AIA) a definire per la prima volta il Level of
Development (LOD) come “il livello di completezza a cui un elemento del modello è
sviluppato”.
A questa definizione se ne è avvicendata una seconda nel 2013, che ne ha ulteriormente precisato e rafforzato i contenuti: “Il Livello di Sviluppo (LOD) descrive i minimi dimensionali, spaziali, quantitativi, qualitativi, e altri dati inseriti in un Elemento del Modello per sostenere gli Usi Autorizzati associati a tale LOD”
L’intento che evidentemente traspare da tali definizioni è quello di dare un’accezione all’espressione “Livello di Sviluppo” più ampia possibile, comprensiva sia degli
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aspetti grafici che non grafici, volta a indicare con chiarezza la “completezza a cui un Elemento del Modello è sviluppato”.
Le LOD Specifications sono organizzate dal CSI Uniformat 20102, con le subclassi espanse al livello 4 (e in qualche caso al livello 5) atte a fornire il livello di definizione degli elementi. Le specifiche LOD definite dall’AIA vanno da LOD 100 a LOD 400 con l’aggiunta di un nuovo livello: LOD 350 aggiunto per affrontare meglio i livelli di informazione richiesti per un efficace coordinamento commerciale. Il LOD 500 non viene trattato perché tale LOD si riferisce alla verifica sul campo e non riguarda un’indicazione della progressione verso un livello superiore di geometria o informazione.
5.4.1. LOD 100
“The Model Element may be graphically represented in the Model with a symbol or other generic representation but does not satisfy the requirements for LOD 200. Information related to the Model Element (i.e. cost per square foot, tonnage of HVAC, etc.) can be derived from other Model Elements.”
Gli elementi con LOD 100 non sono rappresentazioni geometriche. Ad esempio, possono essere informazioni allegate ad altri modelli, elementi o simboli che mostrano l'esistenza di un componente ma non la sua forma, dimensione o posizione precisa. Qualsiasi informazione di un elemento LOD 100 deve essere considerata approssimativa
5.4.2. LOD 200
“The Model Element is graphically represented within the Model as a generic system, object, or assembly with approximate quantities, size, shape, location, and orientation. Non-graphic information may also be attached to the Model Element.”
La quantità, la dimensione, la forma, la posizione e l’orientamento dell’elemento possono essere misurati direttamente dal modello senza fare riferimento a informazioni non modellate come note o richiami sulle dimensioni. L’origine del progetto è definita e l’elemento è posizionato accuratamente rispetto all’origine del progetto.
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5.4.3. LOD 350
“The Model Element is graphically represented within the Model as a specific system, object, or assembly in terms of quantity, size, shape, location, orientation, and interfaces with other building systems. Non-graphic information may also be attached to the Model Element”
Vengono modellate le parti necessarie al coordinamento con elementi vicini o collegati. Queste parti includeranno elementi come supporti e connessioni. Direttamente dal modello è possibile ricavare quantità, dimensioni, forma, posizione e orientamento dell’elemento come progettato, senza fare riferimento a note o collegamenti esterni.
5.4.3. LOD 400
“The Model Element is graphically represented within the Model as a specific system, object or assembly in terms of size, shape, location, quantity, and orientation with detailing, fabrication, assembly, and installation information. Non-graphic information may also be attached to the Model Element.”
Un elemento LOD 400 è modellato con dettagli e precisione sufficienti per la fabbricazione del componente rappresentato. La quantità, le dimensioni, la forma, la posizione e l'orientamento dell'elemento progettato possono essere misurati direttamente dal modello senza fare riferimento a informazioni esterne come note o collegamenti.
5.4.4. LOD 500
“The Model Element is a field verified representation in terms of size, shape, location, quantity, and orientation. Non-graphic information may also be attached to the Model Elements.”
Poiché LOD 500 si riferisce alla verifica sul campo e non è un'indicazione della progressione a un livello superiore di modello geometria dell'elemento o informazioni non grafiche, questa specifica non viene definita né illustrata.
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5.5.5. Esempio di una fondazione in acciaio
LOD DESCRIZIONE MODELLO
100
I presupposti per le informazioni principali sono inclusi in altri elementi modellati come un pavimento architettonico o una massa volumetrica contenente le tracce per la modellazione del telaio strutturale.
Oppure, elementi schematici che non si distinguono per tipo o materiale. Profondità, spessore e posizioni sono ancora flessibili.
200
L’elemento deve includere: Dimensioni e forma
approssimativi
Le griglie strutturali dell’edificio che devono essere
approssimativamente coordinate con l’intorno dell’intervento
300
L’elemento deve includere: Dimensioni specifiche
dei principali elementi strutturali verticali modellato secondo una griglia avente un sistema di riferimento ben preciso
33 350
L’elemento deve includere: Prospetti e dettagli delle
connessioni all’elemento Principali elementi delle
connessioni tipiche delle strutture in acciaio come piastre di base, tirafondi, barre di ancoraggio ecc.
400
L’elemento deve includere: Saldature
Asolature Rondelle e dadi
Tutti gli elementi di assemblaggio
Il LOI invece è il Livello di informazione. Per informazione si intende un contenuto non grafico, ad esempio il grado di reazione al fuoco o l’isolamento acustico di una porta. Il LOI definisce il contenuto non grafico di un modello nelle fasi definite di un progetto. Man mano che il progetto avanza, aumentano i dettagli non grafici.
Per una porta ad esempio, all’inizio del progetto il parallelepipedo rappresentante la porta conterrà un numero molto limitato di dati non grafici come ad esempio la classificazione della stessa. Man mano che il progetto si sviluppa, allo stesso tempo lo farà il Livello di informazione, l’oggetto porta verrà arricchito con i dati riguardanti le prestazioni e successivamente con le schede tecniche fornite dal produttore.
34 Figura 23: Esempio di file .rfa
35 Figura 24: Esempio di file .rfa
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5.5. Il formato IFC
Figura 25: Il formato IFC
Il modello di dati Industry Foundation Classes (IFC) ha lo scopo di descrivere i dati dell’edilizia e dell’industria delle costruzioni.
Si tratta di un formato file neutrale e aperto che non è controllato da un singolo fornitore o gruppo di fornitori. Si tratta di un formato di file basato su oggetti con un modello di dati sviluppato da buildingSMART (International Alliance for Interoperability, IAI) per facilitare l’interoperabilità tra le discipline di architettura, ingegneria e costruzione dell’industria dell’edilizia. Il formato IFC consente agli operatori del settore delle costruzioni di condividere dati indipendentemente da quale applicazione software utilizzano rendendolo quindi strumento comunemente utilizzato in progetti basati sulla metodologia di Building Information Modelling (BIM). Il suo utilizzo è fondamentale soprattutto per i committenti che obbligatoriamente devono seguire il progetto a livello globale. È una considerazione importante per qualsiasi strategia di gestione. IFC è purtroppo soggetto di alcune incomprensioni e molteplici "varianti".
L'utilizzo del processo e degli strumenti BIM è in forte aumento. Uno dei prerequisiti di ogni protocollo BIM è garantire lo scambio delle informazioni. I Committenti dovrebbero essere i maggiori beneficiari di questo scambio, perché in questo modo sono in grado di esprimere e controllare il rispetto delle loro esigenze. Nel mercato
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sono presenti diversi importatori ed esportatori IFC con diverse qualità, la maggior parte dei quali richiede alcune impostazioni personalizzate.
IFC manca ancora di una vera e propria standardizzazione e pur rappresentando un passo avanti incredibile rispetto al "passato" ha punti di forza e di debolezza. In alcune aree e, in alcune impostazioni è veramente la soluzione, in altre aree IFC non è ancora una soluzione performante.
Praticamente tutti protocolli nazionali BIM e normative da cui derivano è probabile che richiedono l'uso di IFC a partire dalla richiesta (capitolato informativo) o l'offerta di gestione informativa. Quindi è necessario avere una base per comprendere lo standard IFC e tenersi aggiornati sui suoi sviluppi.
La specifica del modello dati IFC è stata riconosciuta e registrata dalla ISO come norma internazionale ISO 16739:2013.
Grazie alla capacità di facilitare l’interoperabilità tra tutte le piattaforme software che lo permettono, molti governi stanno imponendo l’uso di file IFC per progetti di costruzione di proprietà dell’amministrazione pubblica.
L’iniziativa IFC ha avuto inizio nel 1994, quando un consorzio industriale investì nello sviluppo di un insieme di classi C ++ in grado di supportare lo sviluppo di applicazioni integrate. Dodici società statunitensi aderirono al consorzio. Queste aziende inizialmente chiamarono il consorzio “Industry Alliance for Interoperability”, nel settembre 1995 l’Alleanza aprì l’adesione a tutte le parti interessate e nel 1997 cambiò il suo nome in “International Alliance for Interoperability”. La nuova alleanza fu ricostituita come organizzazione no-profit, con l’obiettivo di sviluppare e promuovere l’”Industry Fondation Class” (IFC) come modello dati neutro di prodotto dell’edilizia utile a raccogliere informazioni lungo tutto il ciclo di vita di un edificio/impianto. Dal 2005 l’Alleanza porta avanti le proprie attività tramite dei capitoli nazionali chiamati, buildingSMART.
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5.5.1. Formati dei file
IFC definisce più formati di file che possono essere utilizzati, sostenendo varie codifiche degli stessi dati sottostanti.
IFC-SPF è un formato di testo definito dalla ISO 10303-21 (“STEP-File“), in cui ogni riga consiste tipicamente di un singolo oggetto registrato e ha estensione “.ifc”. Questo è il formato IFC più utilizzato, con il vantaggio di avere dimensioni compatte ma con un testo ancora leggibile.
IFC-XML è un formato XML definito dalla ISO 10303-28 (“STEP-XML”), con estensione “.ifcXML”. Questo formato è adatto per l’interoperabilità di strumenti XML e lo scambio di modelli di edifici parziali. A causa delle grandi dimensioni dei modelli tipici di un edificio, questo formato è meno comune nella pratica.
IFC-ZIP è un formato ZIP compresso costituito da un file IFC-SPF incorporato e con estensione “.ifcZIP”.
5.5.2. Architettura
IFC definisce un modello entità-relazione basata su EXPRESS composta da diverse centinaia di enti organizzati in maniera gerarchica basati su oggetti. Esempi di entità sono elementi costruttivi come per esempio IfcWall, elementi geometrici, come IfcExtrudedAreaSolid e costrutti di base come IfcCartesianPoint.
39 Figura 26: Struttura del file IFC
Al livello più astratto, IFC divide tutte le entità in “radicate” e “non radicate”. Entità radicate divengono da IfcRoot e hanno un concetto di identità, insieme ad attributi di nome, descrizione, e controllo di revisione. Entità non radicate non hanno un’identità e le istanze esistono solo se si fa riferimento, direttamente o indirettamente, ad un’istanza radicata. IfcRoot è suddiviso in tre concetti astratti: definizioni di oggetti, relazioni e insiemi di proprietà:
IfcObjectDefinition cattura presenze e tipi di oggetti materiali; IfcRelationship cattura le relazioni tra gli oggetti;
IfcPropertyDefinition cattura proprietà dinamicamente estensibili sugli oggetti.
5.5.2.1. IfcObjectDefinition
IfcObjectDefinition è suddiviso in presenze di oggetti e tipi di oggetti. IfcObject descrive la presenza dell’oggetto come l’installazione del prodotto con il numero di serie e la collocazione fisica nello spazio edificio. IfcTypeObject incorpora le definizioni di tipo come il tipo di prodotto che ha un particolare numero di modello e comunemente quella determinata forma. Presenze e tipi sono ulteriormente suddivisi in sei concetti fondamentali: attori (“chi”),
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controlli (“perché”), gruppi (“cosa”), prodotti (“dove”), processi (“quando”), risorse (“Come”).
IfcActor rappresenta persone o organizzazioni;
IfcControl rappresenta regole di controllo tempi, i costi e qualità, come l’ordine delle lavorazioni;
IfcGroup rappresenta collezioni di oggetti per scopi particolari come i circuiti elettrici, o altro;
IfcProduct rappresenta la presenza nello spazio, come elementi costruttivi fisici e posizioni spaziali;
IfcProcess rappresenta occorrenze nel tempo quali attività, eventi e procedure. IfcResource rappresenta l’utilizzo di qualcosa con disponibilità limitata, come
materiali, manodopera, e le attrezzature.
5.5.2.2. IfcRelationship
IfcRelationship descrive le relazioni tra gli oggetti. Ci sono cinque tipi di rapporto fondamentali: la composizione, l’assegnazione, la connettività, l’associazione, e la definizione.
IfcRelDecomposes cattura un rapporto “parte-di-un-tutto” con contenimento esclusivo come la suddivisione di un edificio in piani e camere;
IfcRelAssigns cattura i rapporti di assegnazione in cui un oggetto consuma i servizi di un altro oggetto, come una risorsa di lavoro assegnata a un’attività, o di un compito assegnato a un elemento di costruzione;
IfcRelConnects indica la connettività tra oggetti come una soletta collegata ad una trave o un tubo collegato ad un lavandino;
IfcRelAssociates indica riferimenti esterni di un oggetto, per esmpio una libreria IFC esterna in cui è definito l’oggetto;
IfcRelDefines indica una relazione “caso-di”, come un segmento di tubo di un particolare tipo.
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5.5.2.3. IfcPropertyDefinition
IfcPropertyDefinition include insiemi di proprietà estensibili in modo dinamico. Un insieme di proprietà contiene una o più proprietà che può essere un valore singolo (ad esempio stringa, numero, unità di misura), un valore limitato (avendo minimi e massimi), una enumerazione, un elenco di valori, una tabella di valori o un dato strutturato. Mentre IFC definisce diverse centinaia di insiemi di proprietà per i tipi specifici, insiemi di proprietà personalizzate possono essere definite da fornitori di applicazioni o utenti finali.
IfcPropertySet rappresenta un insieme di proprietà associate a un evento oggetto o tipo di oggetto;
IfcPropertySetTemplate [IFC2x4] cattura definizioni delle proprietà ei relativi tipi di dati.
5.5.2.4. IfcProduct
IfcProduct è la classe base per tutti gli oggetti fisici ed è suddiviso in elementi
spaziali, elementi fisici, elementi di analisi strutturale, e altri concetti. I prodotti possono avere materiali associati, rappresentazioni di forma, e il posizionamento nello spazio. Elementi spaziali comprendono IfcSite, IfcBuilding, IfcBuildingStorey, e IfcSpace. Elementi fisici di costruzione possono includere IfcWall, IfcBeam, IfcDoor, IfcWindow, IfcStair, ecc elementi di distribuzione (Impianti di aerazione, elettrici, idraulici) hanno un concetto di porte in cui gli elementi possono avere collegamenti specifici per i vari servizi, e collegati tra loro con cavi, tubi, o condotti formano un sistema. Vari rapporti di connettività sono utilizzati per elementi costruttivi, per esempio pareti aventi aperture riempite da porte o finestre.
I materiali possono essere definiti per un insieme di prodotti, o per strati, profili, o loro costituenti per sole parti specificate.
IfcMaterial indica un materiale specifico, con caratteristiche opzionali (ad esempio meccanico, termico) e di stili (ad esempio colori, texture);
IfcMaterialLayerSet cattura un elenco di strati, ciascuno indica un materiale di spessore specificato;
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IfcMaterialProfileSet [IFC2x4] comprende un insieme di profili, ciascuno indica un materiale di una sezione specificata;
IfcMaterialConstituentSet [IFC2x4] coglie un insieme di componenti, ciascuna indicante un materiale utilizzato con un aspetto modellato nominalmente.
Le rappresentazioni possono essere definite esplicitamente in forma 3D, ed eventualmente con vincoli parametrici. Ogni rappresentazione è identificata da IfcShapeRepresentation con un nome ben definito.
‘Body’ indica una forma 3D. Essa può essere direttamente definita o ricavata dall’applicare definizioni di materiali a rappresentazioni già esistenti;
‘Axis’ indica un percorso per elementi lineari (ad esempio, muro, trave, tubo) per cui i profili dei materiali o gli strati sono allineati;
‘FootPrint’ indica un limite per elementi piani (per esempio lastra, scale) per le quali strati di materiale sono limitati;
‘Profile’ indica un profilo laterale per gli elementi di apertura (per esempio porte, finestre), ai quale i materiali costituenti vengono limitati;
‘SurveyPoints’ indica un insieme di punti per gli elementi di superficie (ad esempio, sito) per descrivere i contorni.
Posizionamento può indicare la posizione, l’angolo verticale, e l’angolo orizzontale.
IfcLocalPlacement indica il posizionamento rispetto ad una gerarchia di elementi di recinzione;
IfcGridPlacement indica il posizionamento rispetto ad una griglia con assi definiti dall’utente.
Possono essere definiti le quantità per i computi metrici, come superficie lorda, volume lordo, peso lordo, peso netto, ecc IFC definisce varie quantità specifiche per ciascun tipo di elemento e il metodo di calcolo in base alla geometria e le relazioni.
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5.5.2.5. IfcProcess
IfcProcess è la classe base per i processi ed è suddiviso in attività, eventi e procedure. I processi possono avere una durata ed essere programmati per verificarsi in periodi di tempo specificato. Possono inoltre essere sequenziati in modo tale che un’attività successiva possa essere avviata solo dopo che un’attività precedente finisca, seguendo il metodo del Critical Path. I processi possono essere annidati in sotto-processi e possono essere assegnati ai prodotti indicandone l’output prodotto dal lavoro svolto.
5.5.2.6. IfcResource
IfcResource è la classe base per le risorse ed è suddiviso in materiali, manodopera, attrezzature, subappalti, equipaggi, e altro ancora. Le risorse possono avere vari costi e calendari di disponibilità, possono essere nidificate a loro volta in sotto-risorse. Le risorse possono essere assegnate ai processi indicando le funzioni svolte per conto di una risorsa.
5.5.2.7. IfcProject
IfcProject incapsula un progetto globale e indica il nome del progetto, descrizione,
unità di default, valuta, sistema di coordinate, e altre informazioni contestuali. Un file IFC valido deve sempre comprendere esattamente un’istanza IfcProject, da cui tutti gli altri oggetti hanno relazione diretta o indiretta. Un progetto può includere più edifici, più partecipanti, e/o più fasi secondo l’uso particolare.
Oltre alle informazioni specifiche di progetto, un IfcProject può anche fare riferimento a progetti esterni da cui condivide le definizioni o possono essere importati tipi di prodotto. Ogni progetto esterno è incapsulato con IfcProjectLibrary [IFC2x4] insieme a IfcRelAssociatesLibrary e IfcLibraryInformation per identificare la particolare versione della libreria di progetto importata.
I progetti supportano un controllo di revisione in cui qualsiasi entità radicata ha un identificatore univoco e può essere contrassegnato come aggiunto, modificato, cancellato, o nessun cambiamento. Tale capacità consente a più file IFC di unirsi in modo deterministico, garantendo l’integrità dei dati senza intervento umano.
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6. BIM TO CFD
Gli incendi sono fenomeni interessanti e pericolosi. Essi sono governati dalle leggi della termo-fluidodinamica, che dà origine a sistemi complessi. È difficile capire come un incendio si sviluppa in un determinato ambiente e come garantire la sicurezza delle persone presenti. A causa della sua complessità, lo studio degli incendi si è sempre basato su prove sperimentali o sullo studio di eventi precedenti. Recentemente, grazie allo sviluppo delle risorse computazionali si è trovato nella Fluidodinamica computazionale (CFD) un approccio efficace. L'approccio CFD consente di studiare le risorse in diversi ambienti risparmiando tempo e denaro rispetto ad un'analisi sperimentale. Dal 2000, Fire Dynamics Simulator (FDS), un software di simulazione di incendi sviluppato da NIST (National Institute of Standards and Technology), è stato rilasciato con licenza open source. FDS è basato su modelli allo stato dell’arte ed è in grado di simulare moti turbolenti dei fluidi e reazioni chimiche. Oggi FDS ha assunto un ruolo importante nella simulazione degli incendi ed è usato frequentemente per studiare diversi scenari come ad esempio la simulazione degli incendi dei treni nelle gallerie o lo sviluppo degli incendi e il grado di visibilità dovuto al fumo negli edifici.
6.1. FDS
I modelli di incendio basati sulla fluidodinamica computazionale sono lo strumento di calcolo più sofisticato per seguire l’evoluzione dell’incendio per tutta la sua durata, in fase pre e post flashover. Esistono diversi TIPI ma quello di gran lunga più utilizzato è FDS (Fire Dynamics Simulator). Tale software, sviluppato presso il NIST (National Institute of Standard and Technology) degli Stati Uniti, utilizza la formulazione LES (Large Eddies Simulation) per integrare la versione Low-Mach delle equazioni di Navier-Stokes e predire flussi di calore e fumo. Utilizza il metodo dei volumi finiti ed uno dei maggiori limiti del programma è l’impossibilità di mappare geometrie che non siano parallelepipedi: con il software di interfaccia Pyrosim però la discretizzazione di geometrie anche complesse e multipiano è notevolmente semplificata, così come risulta agevolata tutta la fase di pre-processing. L’onere computazionale dei modelli di campo può essere molto importante, soprattutto quando diventa necessario l’utilizzo di una mesh fitta. In una prima fase preliminare di selezione degli scenari potrebbe
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essere conveniente l’utilizzo dei modelli a zone (CFAST, Ozone), per poi approfondire il livello di dettaglio con modelli più avanzati come FDS. Le principali superfici ammesse in FDS sono:
Supply: questa superficie rappresenta un condotto che introduce aria nel dominio di simulazione. questo tipo di superficie permette la combustione di un flusso di sostanze chimiche, descritte in termini di massa partecipante dei seguenti gas: o Aria; o Diossido di carbonio; o Monossido di carbonio; o Azoto; o Ossigeno; o Particolato; o Vapore acqueo.
Il flusso può essere definito in termini di velocità, massa o entrambe. Inoltre, l’utente può specificare le condizioni termiche del flusso stesso se differenti dalle condizioni ambiente.
Layered: questo tipo di superficie descrive il numero e lo spessore degli strati degli ostacoli. Ogni layer può essere composto da uno o più materiali con precise specifiche chimiche e fisiche. In FDS è già presente una libreria di materiali base ma vi è la possibilità per l’utente di crearne di nuovi. Le proprietà fisiche che è possibile impostare sono: densità, calore specifico e conducibilità termica. Le caratteristiche chimiche comprendono tutti i parametri relativi alla pirolisi, in particolare il calore di reazione, la temperatura di reazione, il coefficiente cinetico, l’energia di attivazione, il calore di combustione ecc. L’utente può specificare la temperatura degli oggetti se differente dalla temperatura ambiente;
Burner: questo tipo di superficie fornisce il calore. Queste superfici sono definite in base all’HRRPUA (Heat reaction rate per unit area);
Exhaust: è il tipo di superficie che simula l’estrazione di gas dal dominio di simulazione.
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FDS può gestire solo una reazione per simulazione. L’utente può scegliere una reazione dalla libreria o definirne una nuova impostando la composizione chimica del prodotto, espressa dal numero di atomi di carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto che la compongono. La composizione chimica dei prodotti è calcolata in maniera automatica da FD ad eccezion fatta per la percentuale di monossido di carbonio e particolato che, se presente deve essere specificata. In maniera simile FDS calcola il calore della combustione generata dalla composizione chimica del combustibile. Conoscendo l’HRRPUA, specificata dalla superficie definita come “bruciatore”, FDS calcola la quantità del combustibile necessaria per il rilascio del calore. La pirolisi che coinvolge i materiali, produce diverse specie di gas e tra queste c’è il combustibile. Il combustibile rilasciato potrebbe reagire in seguito alla reazione precedentemente specificata. Prima di lanciare l’analisi è necessario definire la dimensione del dominio e la sua relativa griglia. Gli ostacoli che non sono inclusi nel dominio, vengono ignorati. È possibile definire anche le condizioni ambientali se necessario.
6.2. SMOKEVIEW
Smokeview è il software progettato per la visualizzazione dei calcoli numerici generati dai simulatori di incendi come Fire Dynamics Simulator (FDS). Smokeview permette la visualizzazione del fumo e altre caratteristiche del fuoco usando metodi tradizionali come la visualizzazione di un flusso di particelle, contorni sfumati 2D o 3D rappresentanti il flusso di gas del quale è possibile estrapolare temperatura e velocità di propagazione. Questo è possibile sfruttando dei piani di sezione suddivisi in griglie a maglia quadrata o rettangolare dove in ogni nodo FDS è in grado di computare la densità del particolato. Smokeview ad oggi è l’unico software disponibile in grado di restituire una rappresentazione visiva degli output di FDS. La qualità del rendering è piuttosto buona e riesce a gestire geometrie abbastanza complesse.
6.3. PYROSIM
Pyrosim è un software di terze parti sviluppato da Thunderhead Engineering. La sua funzione è semplice: semplificare le operazioni di modellazione e di estrapolazione dati. Pyrosim è infatti un preprocessore. Esso consente all’utente di modellare
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geometrie solide, impostare le condizioni al contorno e sfruttare tutte le funzioni di FDS rispettandone i limiti e le specifiche.
6.4. PROCEDURA
Di seguito viene descritto come affrontare un caso studio con Pyrosim. Si possono distinguere quattro macro-fasi:
Raccolta dei dati;
Modellazione del problema; Simulazione;
Valutazione dei risultati.
L’utente prima si deve procurare tutti i dati necessari. Nel caso in esame è stato fatto un rilievo geometrico e materico della struttura tramite laser scanner e drone. Una volta generata la nuvola di punti è stata ricreata la geometria della struttura a LOD 500 sul software BIM Autodesk Revit. È stata quindi modellata la parte strutturale, architettonica e impiantistica su tre file diversi che sono stati poi collegati in un unico file centrale di coordinamento.
48 Figura 28: Rilievo aereo
A livello informativo sono state inserite nelle famiglie le schede tecniche dei prodotti, come le porte tagliafuoco e parametri utili alla modellazione. Gli oggetti di sistema come muri e pavimenti contengono la stratigrafia degli stessi con le caratteristiche fisiche e termiche dei materiali che li compongono.
Figura 29: Dal rilievo al modello BIM
Per lo scambio termico, i parametri che entrano in gioco sono: densità, coefficiente termico, calore specifico ed emissività, parametro molto importante poiché a bassa temperatura è dominante, ma a temperature elevate è la radiazione a diventare rilevante. Il calore specifico e la densità, insieme alla geometria, costituiscono l’inerzia
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termica. Questo tipo di informazioni possono essere facilmente determinate da tabelle e schede tecniche una volta definiti e conosciuti i materiali.
50 Figura 31: Materiale completo di scheda informativa
Completata la modellazione in Autodesk Revit è stato esportato il modello in formato IFC, che verrà importato in Pyrosim per condurre le analisi.
L’analisi dei parametri coinvolti durante la reazione di combustione è più complicata. L’utente deve valutare che tipo di materiale brucia e quali sono i prodotti della combustione. Per esempio, la maggior parte dei metalli non prende parte alle reazioni di combustione, ma se la temperatura raggiunge livelli elevati, i metalli potrebbero fondersi, ma nella nostra analisi questo fatto può essere trascurato. A questo punto si rende necessario individuare qual è il materiale soggetto a innesco e successivamente valutare il calore di combustione rilasciato e i prodotti che si vengono a formare dalla reazione. Il fuoco è prodotto dalla burner surface, che deve essere modellata e posizionata dall’utente nel posto di innesco desiderato.
51 Figura 32: Definizione della burning surface
Per quanto riguarda le condizioni di contorno, è necessario dare ad ogni ostacolo (oggetto modellato) il materiale corretto e definire le aperture in modo da poter simulare il corretto flusso del calore e dei fumi.
Altro aspetto importante sono le condizioni ambientali che concorrono alla reazione definita come, temperatura e pressione dell’aria. Di default sono inseriti dei valori standard. Prima di lanciare la simulazione bisogna impostare quanti secondi simulare. Solitamente la parte di calcolo da parte del software è quella più lunga. Può arrivare a durare più di una settimana se nel modello ci sono celle nell’ordine di 105. A fine simulazione è possibile passare alla valutazione dei risultati, visualizzabili sia con i piani di analisi (slices) sia con i dispositivi (devices). I piani di analisi sono piani dove è possibile visualizzare i parametri scalari (temperatura, pressione ecc.) o vettoriali (velocità).
52 Figura 33: Andamento tridimensionale della temperatura
CONCLUSIONI
Le strategie antincendio e di gestione integrata della sicurezza, in una visione evoluta e moderna, non possono prescindere dall’utilizzo di strumenti di gestione innovativi che riescano, anche virtualmente, a rendere fruibile sia la conoscenza dello spazio sia gli attributi, nonché gli scenari incidentali pre-analizzati e compensati nel contesto della loro evoluzione. Questa conoscenza non è rivolta solamente agli utilizzatori del bene ma anche agli attori della sicurezza pubblica.
I modelli digitali e l’utilizzo evoluto degli strumenti di modellazione ampliano le opportunità di attuazione del Nuovo Codice di Prevenzione incendi [D.M. 03.08.2015].
Si prevede, quindi, un modello organizzativo-gestionale, finalizzato alla valorizzazione sistemica degli aspetti relativi alla sicurezza, che responsabilizzi contestualmente sia il progettista sia il titolare dell’attività quale futuro gestore dell’opera [contenuto – contenitore – funzioni all’interno dello stesso svolte], introducendo allo stesso tempo la figura del responsabile tecnico della sicurezza antincendio.
A fronte di questo contesto, si ricerca nel Building Information Modeling (BIM) un supporto sia metodologico sia tecnico per impostare un modello gestionale che integri
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pienamente le discipline del Fire Engineering e del Safety Management nell’ambito di un processo ottimizzato, che introduca elementi utili per la gestione integrata della sicurezza a partire dalle prime fasi del ciclo di vita di un immobile.
Il BIM affiancato dai modelli di fluidodinamica computazionale per le simulazioni di incendio e dai modelli di esodo, costituiscono ad oggi uno strumento avanzato per applicare i principi dell’approccio ingegneristico alla progettazione della sicurezza antincendio per le strutture.
Nel caso studio oggetto della presente tesi si è voluto dimostrare l’efficacia della tecnologia BIM insieme a quella CFD pur facendo fronte alle difficoltà che incorrono nella fase di Data Acquirement, problema non ancora risolto completamente nonostante il passaggio dal formato IFC.
La progettazione integrata BIM e CFD aiuta il progettista nella valutazione dei rischi legati all’innesco di un incendio e di ciò che ne consegue, per esempio la propagazione dei fumi nelle stanze adiacenti al punto di innesco o l’andamento della temperatura della stanza ma ancora più importante può aiutare progettisti e forze dell’ordine a migliorare i piani di intervento e di evacuazione degli edifici.
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https://www.cadlinesw.com/sito/blog/cos-e-ifc-e-cosa-e-necessario-conoscere
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Testo coordinato_Scuole v6.3
Testo coordinato_Alberghi v5.5
UNI 11337 – 1: Modelli, elaborati e oggetti informativi per prodotti e processi
UNI 11337 – 4: Evoluzione e sviluppo informativo di modelli, elaborati e oggetti
