Il Building Information Modeling Introduzione

Il Building InformationModeling

Introduzione

INTRODUZIONE

Il BIM (Building Information Modeling) rappresenta uno dei più promettenti sviluppi per i settori dell'architettura, dell'ingegneria e dell'industria delle costruzioni.

Mediante la tecnologia BIM, uno o più modelli virtuali di un edificio vengono costruiti digitalmente.Si può così supportare il progetto attraverso tutte le sue fasi, consentendo un miglior controllo rispetto ai consolidati processi manuali.

Attualmente, la procedura di trasmissione dei dati rimane frammentata e dipende da una serie di comunicazioni cartacee tra gli attori del processo edilizio.Errori e omissioni, nei documenti cartacei, sono spesso causa di costi imprevisti, ritardi e controversie legali tra le parti.

INTRODUZIONE

I problemi più frequenti, con comunicazioni basate su dati 2D in fase progettuale, sono il tempo e la spesa necessari per generare informazioni relative alle analisi su una certa proposta progettuale, come ad esempio analisi dei costi, dell'energia impiegata, dell'efficienza strutturale, ecc.

Queste analisi sono normalmente fatte alla fine, quando è ormai troppo tardi per proporre cambiamenti importanti: il progetto originario è ormai compromesso.Per progetti di importo consistente (10 milioni di euro o più), i numeri in gioco possono arrivare a:- numero di società coinvolte: 420 (compresi fornitori e subappaltatori)- numero di partecipanti (singole persone): 850- numero delle diverse tipologie di documenti generati: 50- numero di pagine dei documenti: 56.000

INTRODUZIONE

Non è semplice gestire un numero così elevato di persone e documenti, a prescindere dall'approccio contrattuale.

Fonte: C. Eastman et al., BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers and Contractors

Inefficienza documentata degli approcci tradizionali

I componenti prefabbricati hanno visto una diffusione via via maggiore, con vantaggi derivanti dalle condizioni di fabbrica e attrezzature specializzate per la loro realizzazione.Naturalmente, tutto ciò ha consentito miglior qualità e più bassi costi di produzione.

L’efficienza raggiunta nell’industria manifatturiera, attraverso l’automazione e i sistemi informativi, una migliore gestione della catena di approvvigionamento e strumenti di collaborazione efficienti, non è stata ottenuta nel campo delle costruzioni.

Costi aggiuntivi legati all’inadeguata interoperabilità

Ciò riguarda lo scambio e la gestione delle informazioni, in cui i singoli sistemi non sono in grado di accedere e utilizzare le informazioni importate dagli altri sistemi.

Nell’industria delle costruzioni, l’incompatibilità tra sistemi spesso impedisce ai membri di una squadra di progettisti di condividere le informazioni rapidamente e accuratamente. Questo può causare numerosi problemi, tra i quali costi aggiuntivi.

Le conseguenze sono:- Sovrastruttura del sistema (sistemi informatici ridondanti, ecc.)- Ridondanza del sistema (reinserimento manuale dei dati, ecc.)- Inefficienza del sistema (costi per dipendenti inattivi, ecc.)

Cosa non è metodologia BIM?

È utile descrivere tipologie di modellazione che non usano la metodologia di progettazione BIM:

- Modelli che contengono dati 3D senza (o con pochi) attributi degli oggetti. Ad esempio Google SketchUP, utilizzato solo per visualizzazione grafica.- Modelli senza alcun supporto per il comportamento parametrico. Nessuna possibilità di modifiche al posizionamento o alle proporzioni. Rischio di creazione di viste del modello incoerenti o poco accurate.- Modelli composti da file multipli di riferimento CAD 2D, che devono essere combinati per definire l’edificio. E’ impossibile assicurare che il modello 3D risultante sia coerente.- Modelli che consentono variazioni dimensionali in una vista senza che esse siano automaticamente riportate nelle altre viste.

Vantaggi nella fase di progettazione

- Correzioni automatiche se gli oggetti usati nel progetto sono controllati da regole parametriche che assicurano coerenza tra le parti

- Generazione di disegni 2D accurati e coerenti in qualunque fase della progettazione

- Collaborazione, fin dalle fasi iniziali, di differenti discipline di progettazione. Si riducono i tempi di progettazione così come il rischio di errori e omissioni.

- Facile verifica della coerenza ai fini progettuali.Il BIM fornisce rapide visualizzazioni 3D insieme a quantificazione di spazi e materiali, consentendo accurate stime iniziali dei costi.

Vantaggi nella fase di progettazione

- In qualunque fase della progettazione, la metodologia BIM consente di estrarre calcoli sulle quantità e sugli spazi in modo da stimare i relativi costi.

- Il collegamento del modello dell’edificio a strumenti di analisi energetica consente, sin dalle fasi iniziali di progettazione, una valutazione delle prestazioni energetiche della costruzione.

Strumenti BIM diprogettazione e

modellazione parametrica

L’evoluzione verso la modellazione parametrica basata sugli oggetti

- Passaggio evolutivo dal CAD alla modellazione parametrica: capire che più forme possono condividere determinati parametri. Ad esempio, i confini di un muro sono definiti dalla pavimentazione, dagli altri muri e dal soffitto che lo delimitano. Se viene mosso un singolo muro, tutto ciò che è ad esso collegato deve essere aggiornato di conseguenza.

- Diverse applicazioni per la progettazione BIM supportano relazioni parametriche per curve e superfici complesse: spline e B-spline non uniformi (Non-Uniform Rational Basis-Splines, NURBS).

L’evoluzione verso la modellazione parametrica basata sugli oggetti

- Nel caso di una facciata continua, i punti di intersezione della griglia vengono impiegati per collocare e orientare la forma e i relativi parametri.


Modellazione parametrica di edifici basata su oggetti

La generazione attuale di strumenti di progettazione BIM è stata sviluppata a partire dalle funzionalità della modellazione parametrica per oggetti, inizialmente orientata alla progettazione di sistemi meccanici.- Nella progettazione parametrica, invece di progettare l’istanza di un elemento di un edificio (una porta o un muro specifico), un progettista inizialmente definisce una categoria o una famiglia di elementi (porte, muri), ovvero una serie di relazioni e regole che permettono di generare le diverse istanze degli elementi (porte e muri specifici).- In un CAD tradizionale ogni aspetto delle geometria di un elemento deve essere modificato manualmente dall’utente. In un modellatore parametrico, la forma e la geometria d’insieme vengono automaticamente adeguate ai cambiamenti che l’utente esegue con controlli ad alto livello.


- Esempio di definizione di un muro parametrico:

a) porte e finestre non devono sovrapporsi o estendersi oltre i confini della parete

b) la linea di controllo di una parete può essere retta o curva, in modo da avere forme diverse in pianta

c) una parete può intersecare solai, altre pareti, scale, rampe, e l’intersezione dell’insieme può dar luogo a una forma più complessa della parete iniziale

d) muri composti da più tecnologie costruttive potrebbero variare all’interno dei segmenti che compongono il muro stesso


- L’esempio suggerisce che servono tante regole anche per definire un semplice muro: è comune avere, per definire una tipologia di elementi in una costruzione parametrica, servono oltre 100 regole


Generazione del disegno

- Nonostante un modello di edificio abbia al suo interno un gran numero di informazioni, i disegni sono attualmente richiesti per molteplici adempimenti.- Con la modellazione BIM, tutti i disegni vengono estratti in maniera coerente dal modello dell’edificio: in caso di modifiche al progetto, vengono modificati in maniera automatica i relativi disegni. I dettagli costruttivi sono collegati al modello, ma devono essere ancora aggiornati manualmente.


Ambienti, piattaforme e strumenti BIM

Le applicazioni BIM possono essere collocate nella seguente gerarchia:- Strumento BIM: un’applicazione con un compito specifico che produce un risultato specifico.Sono strumenti BIM le applicazioni utilizzate per la generazione del modello, la produzione di disegni, la scrittura di specifiche, la stima dei costi, la verifica delle interferenze, l’analisi energetica, il rendering, la programmazione dei lavori.L’output dello strumento è spesso un file autonomo (report, disegni, ecc.).

- Piattaforma BIM: un’applicazione, generalmente destinata alla progettazione, che genera dati per usi molteplici. La maggior parte delle applicazioni BIM incorpora funzionalità per la produzione di disegni e il rilevamento delle interferenze, oltre ad interfacce per numerosi altri strumenti.

Ambienti, piattaforme e strumenti BIM

- Ambiente BIM: sistema di gestione dei dati di una o più sequenze di informazioni che integrano le applicazioni (strumenti e piattaforme) all’interno di un’organizzazione.Utilizzato per la generazione automatica e la gestione di più database degli strumenti BIM.

Interoperabilità

INTEROPERABILITÀ

L’interoperabilità è la capacità di scambiare dati tra le applicazioni, facilitandone i flussi di lavoro e la loro automazione.

- L’interoperabilità deve almeno eliminare il bisogno di copiare manualmente dei dati generati in un’altra applicazione (evitando errori e perdite di tempo).

- Il più comune e importante scambio di dati è tra una piattaforma BIM e un set di strumenti da essa supportati (analisi strutturale o termica, computo metrico, cronoprogramma e documenti di appalto).

- Tradizionalmente, l’interoperabilità dipendeva da formati di file legati alla geometria, quali DXF (Drawing eXchange Format) e IGES (Initial Graphic Exchange Specification).

Interoperabilità

- Successivamente, si è passati ai collegamenti diretti basati sulle API (Application Programming Interfaces).- A partire dagli anni ‘80 sono stati sviluppati i data model che supportano l’interscambio tra prodotti e object model tra differenti aziende.- Due dei principali product data model per gli edifici sono Industry Foundation Classes (IFC), legato alla pianificazione della costruzione, alla progettazione, alla costruzione e al management, e CIMsteel Integration Standard Version 2 (CIS/2), legato all’ingegneria e alla fabbricazione dell’acciaio strutturale.- Mentre i sistemi basati su file e XML facilitano lo scambio di dati tra coppie di applicazioni, sta diventando necessario coordinare i dati in più applicazioni tramite un building model repository (permettono di gestire i progetti a livello dell’oggetto dell’edificio piuttosto che a livello di file).

Interoperabilità

- La conversione è ottenuta definendo i dati del modello (model data) necessari sulla piattaforma (chiamata model view), inserendo i dati nel formato richiesto dallo strumento e immettendo altre informazioni non modellate. Di solito tale procedura viene eseguita dalla piattaforma allo strumento (a senso unico): lo strumento ricevente, infatti, non dispone dei dati o delle regole di progettazione necessari per aggiornare correttamente il modello di edificio nativo della piattaforma.

- Lo scambio di dati dalla piattaforma allo strumento può essere complesso.Ad esempio, estrarre il modello a fil di ferro per l’analisi strutturale e determinare i carichi rilevanti non è ancora una procedura completamente automatizzata, in quanto richiede l’intervento di un operatore esperto.

Interoperabilità

- Gli scambi da strumento a strumento sono più lineari ma risultano limitati, a causa dell’esiguo numero di dati disponibili nello strumento di esportazione.Un esempio è costituito dalla conversione di un computo metrico (quantity takeoff) in un'applicazione per la stima dei costi. Vengono estratti i dati BIM per la stima dei costi, per l'acquisto e per il tracciamento dei materiali.

Interoperabilità

- La vera sfida dell'interoperabilità è però lo scambio da una piattaforma all'altra (ArchiCAD, Revit, Tekla, ecc.).Per far derivare un modello strutturale da un modello fisico sono richieste molte considerazioni specifiche, derivanti dalle normative sui calcoli strutturali, le luci in gioco, la profondità delle travi, le connessioni e le condizioni di carico.È, appunto, richiesta un'esperienza nell'ambito dell'ingegneria strutturale.

- Per quale motivo architetti, ingegneri, appaltatori e costruttori dovrebbero essere interessati all'interoperabilità e ai modelli dei prodotti?Perché non semplicemente gli informatici e le società di software?Perché solo architetti, ingegneri, appaltatori e costruttori sanno esattamente cosa deve essere scambiato tra le varie piattaforme.

BIM per committenti eFacility Manager

INTRODUZIONE

I committenti possono usare la modellazione BIM per:

- Incrementare le prestazioni dell'edificio attraverso analisi energetiche e illuminotecniche, ad esempio.

- Ridurre il rischio finanziario associato al progetto: un modello BIM può aiutare a fornire una stima preventiva dei costi oltre a migliorare la collaborazione tra i componenti del gruppo di progettazione.

- Ridurre la tabella di marcia del progetto dall'approvazione al completamento, grazie ai modelli dell'edificio e alla capacità di velocizzare i tempi delle lavorazioni in cantiere (prefabbricazione, ecc.).

INTRODUZIONE

- Ottenere stime dei costi accurate e affidabili attraverso l'estrazione automatica dei computi metrici dal modello digitale, fornendo riscontri tempestivi già nelle fasi iniziali del progetto.

- Assicurare la conformità del progetto attraverso le analisi del modello dell'edificio nei confronti delle esigenze del committente e delle norme in vigore.

- Ottimizzare la gestione e la manutenzione della struttura, esportando dati rilevanti su quanto costruito, in modo da mettere in funzione gli impianti e gestirli lungo il ciclo di vita del complesso.

Analisi del progetto


La complessità delle infrastrutture e dell'ambiente di costruzione

Gli strumenti BIM possono supportare i committenti nel coordinare la complessità delle infrastrutture di un edificio mediante:

- Utilizzo di modelli integrati 3D dei sistemi architettonico, strutturale e impiantistico. Si possono così coordinare le infrastrutture di un edificio attraverso più discipline.

- Revisione interattiva di modelli coordinati. Si può virtualmente simulare l'accessibilità e la manutenibilità delle infrastrutture previste.

- Creazione di modelli collaborativi e riduzione del rischio di liti tra le parti.Intervenendo nelle fasi iniziali in maniera collaborativa, si evita che i progettisti lamentino dei cambiamenti da parte dei committenti (con relativi costi) o che i committenti rimproverino ai progettisti di non aver soddisfatto le loro esigenze.

Attendibilità e gestione dei costi

Il BIM aiuta a fornire rapidi riscontri sui costi in base alle modifiche progettuali.La capacità di influenzare i costi è maggiore nelle fasi iniziali.


BIM per architetti eingegneri

INTRODUZIONE

Il BIM ha impatto sulla progettazione per i seguenti aspetti:

- Il design concettuale, che riguarda l'organizzazione spaziale e concettuale del progetto. Viene semplificata e velocizzata la creazione di complesse geometrie sin dalle fasi preliminari di progettazione.

- L'integrazione di diversi servizi di ingegneria, attraverso l'uso di strumenti di simulazione e analisi da parte di vari consulenti.

- Modellazione della fase costruttiva, comprendente dettagli, specifiche e stime dei costi.

INTRODUZIONE

La metodologia BIM è capace di trasformare la rappresentazione architettonica, passando dai disegni tradizionali ai modelli digitali dell'edificio in 3D.

La progettazione è la fase nella quale la maggior parte delle informazioni sul progetto è inizialmente definita.

Il BIM, automatizzando le forme standard di rappresentazione, riduce significativamente la quantità di tempo richiesto per la produzione di documenti costruttivi.

INTRODUZIONE

Attualmente, l'impegno è spostato verso la progettazione esecutiva, mentre il BIM consentirebbe di spostarlo nelle fasi iniziali.


L'uso del BIM nei processi di progettazione

La progettazione parametrica e l'interoperabilità, insieme agli strumenti BIM legati a specifiche funzioni, offrono diversi benefici durante le fasi di progettazione.

- Il conceptual design (progettazione di massima) diventa un elemento fondamentale per la progettazione, definendo le masse, la struttura, la concezione spaziale, gli aspetti di sostenibilità, ecc.

- Uso del BIM per progettazione e analisi di tutti i sistemi dell'edificio (strutturale, energetico, ecc.).

- Sviluppo di informazioni a livello di fabbricazione, in modo da velocizzare le operazioni di generazione di documenti standard di costruzione.

Benefici per l’adozione del BIM nelle società di ingegneria

Il passaggio dal “cartaceo” al modello digitale di un edificio presenta dei potenziali benefici:

- Coerenza automatica dei disegni.

- Facile identificazione e rimozione dei conflitti nello spazio 3D.

- Preparazione automatica e potenzialmente accurata dei computi metrici estimativi.

- Miglior supporto per applicazioni che svolgano analisi (energetiche, strutturali), stime, pianificazioni.

BIM per appaltatori eproduttori

BIM PER IMPRESE APPALTATRICI

Gli appaltatori devono insistere per essere coinvolti nei progetti di costruzione fin dalle prime fasi, o cercare committenti che richiedano da subito la loro partecipazione attiva.

Il livello di dettaglio delle informazioni presenti in un modello di edificio dipende da ciò per cui devono essere impiegate.Per una stima dei costi, il modello deve essere sufficientemente dettagliato.Per una programmazione dei lavori mediante CAD 4D, può essere accettabile anche un modello meno dettagliato, ma deve contenere anche le opere provvisionali (ponteggi, scavi) e la descrizione delle fasi costruttive.

BIM PER IMPRESE APPALTATRICI

Un importante vantaggio per l'impresa appaltatrice si ha se tutti i subappaltatori usano il modello dell'edificio per la propria porzione di lavoro. Questo consente un'accurata gestione delle interferenze prima che queste diventino dei problemi in cantiere.

Un appaltatore che intende avvalersi della metodologia BIM non deve dimenticare che la curva di apprendimento è abbastanza ripida: la transizione dai disegni a un modello digitale dell'edificio non è semplice.

Le informazioni che gli appaltatori vogliono dal BIM

Anche se i progettisti redigono parte del progetto con CAD 2D o 3D, gli appaltatori sono costretti ad inserire tutti i dati manualmente, poiché le informazioni vengono ancora trasmesse in formato cartaceo.

Passando al BIM, lo scambio delle informazioni può cambiare radicalmente, fornendo agli appaltatori:- Informazioni dettagliate sull'edificio.- Opere provvisionali.- Informazioni specifiche associate a ogni componente dell'edificio.- Analisi dei dati relativi a livelli prestazionali e requisiti di progetto.- Stato di progettazione e costruzione.

Le informazioni che gli appaltatori vogliono dal BIM

Nessuno strumento BIM riesce ancora a soddisfare tutti questi requisiti.Normalmente, un appaltatore ha bisogno di aggiungere delle informazioni a un modello digitale per eseguire computi, pianificazione e approvvigionamento.

Processi per sviluppare un BIM per gli appaltatori

Anche se i progettisti non hanno creato un modello dell'edificio, gli appaltatori hanno la necessità di crearne uno (o di modellare componenti aggiuntivi), in modo da supportare il coordinamento, la clash detection, il computo metrico estimativo, la programmazione lavori CAD 4D, l'approvvigionamento, ecc.


Processi per sviluppare un BIM per gli appaltatori

Nel caso dei costruttori di edifici residenziali, il BIM può tornare utile perché è in grado di fornire un rapido riscontro su quantità e costi legati a qualunque modifica progettuale.Quando un cliente richiede una variazione al progetto, si può stimare in poco tempo il relativo costo, permettendo rapidamente di raggiungere un accordo con il costruttore.

Riduzione degli errori di progettazione grazie alla clash detection

Il rilevamento automatico dei conflitti consente di individuare gli errori di progettazione nel caso in cui:

- più oggetti occupino lo stesso spazio (hard clash);

- più oggetti siano troppo vicini (soft clash);

- alcuni componenti ostacolano la costruzione o il montaggio di altri componenti (logical clash).

Riduzione degli errori di progettazione grazie alla clash detection

Ogni piccolo cambiamento nel progetto necessita di una clash detection.


Computi metrici e stima dei costi

Vi sono differenti tipi di computi metrici estimativi, a seconda del livello di progettazione nel quale vengono redatti.Durante le fasi iniziali si può avere solo un computo metrico estimativo parametrico.

Man mano che aumentano le informazioni del progetto, bisogna considerare che il BIM può, ad esempio, contenere il volume di calcestruzzo, ma non la quantità di armatura d'acciaio presente, a meno che non si impieghino strumenti BIM specifici.

Analisi e pianificazione edilizia

La pianificazione e la programmazione edilizia comportano il mettere in successione spazio-temporale una serie di attività e di risorse in funzione di vincoli spaziali e di processo.Attualmente si impiega il Critical Path Method (CPM) per tale scopo.


BIM PER SUBAPPALTATORI E PRODUTTORI

I costruttori, nel tempo, hanno iniziato a costruire sempre più componenti di un edificio fuori dal cantiere, per poi procedere all'assemblaggio in sito.Ne è derivato un sempre minor controllo, da parte dei progettisti, sulla progettazione nel suo insieme, in quanto le conoscenze specifiche si sono andate spostando verso gli stessi costruttori.

La comunicazione avviene tramite disegni tecnici e capitolati. I progettisti definiscono delle soluzioni, e i costruttori dettagliano il progetto tramite i “disegni costruttivi”, che vengono spediti ai progettisti per il coordinamento e l'approvazione, in un ciclo di comunicazione a due vie.

BIM PER SUBAPPALTATORI E PRODUTTORI

Tradizionalmente, i disegni cartacei e le specifiche preparati per i progettisti dai produttori costituiscono parte integrante dei contratti commerciali.Il BIM supporta tale processo collaborativo.

Inoltre, il BIM può garantire la gestione dell'enorme quantità di informazioni richieste per la “personalizzazione di massa” (nell'ambito della Lean Production), ovvero la capacità di fornire componenti edilizi prefabbricati e personalizzati a un prezzo che, precedentemente, era legato a produzioni in massa di elementi ripetitivi.

Requisiti di un sistema BIM per i produttori

- Capacità di automatizzare a un livello elevato le attività di progettazione: supporto per gli oggetti parametrici e gestione delle relazioni tra gli oggetti a tutti i livelli, come ad esempio nel caso di un nodo strutturale in acciaio.



- Generare automaticamente schede di produzione per ciascun componente engineered-to-order: preparazione di disegni costruttivi, compilazione di istruzioni per macchine CNC, ecc.

- Interfaccia verso i sistemi di gestione delle informazioni: una comunicazione a due vie per l'approvvigionamento, il controllo della produzione, il trasporto e i sistemi contabili di informazione.

- Interoperabilità.

- Automazione delle attività di produzione.


- Visualizzazione delle informazioni: uso di tecniche CAD 4D e uso di interfacce per indirizzare la fornitura di elementi prefabbricati in cantiere con una gestione just in time.


BIBLIOGRAFIA

G.M. Di Giuda e V. Villa (a cura di), Il BIM. Guida completa al Building Information Modeling, Editore: Hoepli, Milano

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