Teoria Building Information Modeling

Il settore delle costruzioni AECO e il BIM

Il settore delle costruzioni AECO in tutte le sue declinazioni ha subito cambiamenti enormi negli ultimi trent’anni. Questi cambiamenti sono stati legati all’evoluzione tecnologica, e l’approccio BIM può essere considerato il culmine di tutti questi cambiamenti: gli racchiude, li implementa e li facilita, ed è un aspetto chiave della digitalizzazione complessiva del settore edilizio.

Il BIM è un processo, un’attività umana, definita come il processo di progettazione, costruzione e gestione di un edificio o di un’infrastruttura basata sull’uso di informazioni computazionali orientate agli oggetti. Un modello BIM è composto dalle informazioni geometriche degli elementi costruttivi e da tutti i documenti e le informazioni che servono per progettare, costruire e gestire un edificio.

Il BIM è un insieme di tecnologie, processi e politiche che consentono a più soggetti di progettare, costruire e gestire in modo collaborativo un edificio o un’infrastruttura all’interno di uno spazio virtuale. Le novità del BIM sono due: l’introduzione di informazioni e la condivisione del progetto tra i vari attori che interagiscono sulla stessa piattaforma.

I significati dell’acronimo BIM

L’acronimo BIM ha tre differenti significati che ne mettono in evidenza i principi base:

• Building Information Modelling: indica il cambiamento metodologico ove il processo permette la creazione di relazioni causa-effetto tra i cambiamenti apportati e le conseguenze. Si mette in evidenza la descrizione dei processi collaborativi per realizzare, gestire, ricavare e comunicare informazioni tra i soggetti.
• Building Information Model: indica una rappresentazione digitale delle caratteristiche fisiche e funzionali di un edificio. Essa serve come risorsa di conoscenze condivise delle informazioni di una costruzione. È in evidenza l’utilizzo di oggetti digitali corrispondenti a tutti gli elementi tecnici; il modello è l’edificio virtuale che può essere esplorato e gestito digitalmente.
• Building Information Management: indica l’organizzazione e il controllo del processo aziendale. I vantaggi includono: comunicazioni centralizzate visive, esplorazione iniziale di alternative, sostenibilità, efficienza nella progettazione, integrazione di discipline, controllo del cantiere. Si evidenzia l’uso del BIM come tecnologia per la gestione del ciclo di vita dell’edificio, per agevolare flussi di lavoro e procedure.

Normativa internazionale e nazionale per la digitalizzazione del settore delle costruzioni

I riferimenti normativi per i processi BIM riflettono lo sviluppo che hanno avuto questi metodi negli ultimi anni.

Art. 22c4: per gli appalti pubblici di lavori e i concorsi di progettazione, gli Stati membri possono richiedere l’uso di strumenti elettronici specifici, quali gli strumenti di simulazione elettronica per le informazioni edilizie e, in tali casi, le amministrazioni aggiudicatrici offrono modalità alternative di accesso.

Il codice dei contratti pubblici stabilisce che: le stazioni appaltanti possono richiedere per le nuove opere o per opere di recupero e riqualificazione l’uso dei metodi e strumenti elettronici specifici. Le stazioni appaltanti possono richiedere per i lavori complessi l’uso dei metodi e strumenti elettronici specifici, tali per cui utilizzano piattaforme interoperabili a mezzo di formati aperti non proprietari al fine di non limitare la concorrenza tra i fornitori di tecnologie e il coinvolgimento di specifiche progettualità tra i progettisti. L’uso dei metodi e strumenti elettronici può essere richiesto soltanto dalle stazioni appaltanti dotate di personale adeguatamente formato.

Importante è la ISO 19650-6:2018, che riguarda salute e sicurezza del progetto in tutte le fasi e si compone di:

1. 19650-1:2018, propone un framework per la gestione informativa, include informazioni riguardo allo scambio, registrazione, gestione delle versioni e organizzazioni tra gli attori del processo. Essa è concepita per essere applicabile all’intero ciclo di vita di qualsiasi asset costruito, includendo progettazione, costruzione, sviluppo, documentazione, manutenzione e fine vita.
2. 19650-2:2018: specifica i requisiti per la gestione informativa durante il processo di gestione della consegna di un bene.

Enti normatori e di standardizzazione

UNI: Ente Nazionale Italiano di Unificazione. Organizzazione senza scopo di lucro, incaricata dello sviluppo e della pubblicazione di normative tecniche in diversi settori così da migliorare l’efficienza del sistema socio-economico. Le norme UNI sono strumenti per aiutare l’innovazione e la competitività e sono sviluppate da progettisti ed esperti nel settore. Esse sono sottoposte a un esame pubblico prima di essere pubblicate. Non hanno valore di legge, il loro carattere è volontario, tranne quando vengono richiamate in una norma cogente, la quale rimanda a norme tecniche, le quali a loro volta sono adottate in sede ispettiva.

CEN: Comitato Europeo di normazione. Lo scopo è quello di produrre, pubblicare e promuovere la normativa tecnica a livello europeo così da facilitare gli scambi tra paesi armonizzando le normative tecniche nazionali. È riconosciuto come ente regionale che opera in più di uno Stato.

ISO: Organizzazione Internazionale per la normazione e svolge funzioni consultive per l’ONU e l’UNESCO.

I sistemi di classificazione del progetto e la sua disarticolazione

L’obiettivo è l’individuazione dei subsistemi edilizi che dovranno essere realizzati in ogni singolo progetto.

ISO 12006-2
OmniClass
Uniclass
UNI 8290

OmniClass

OMNICLASS: o OmniClass Construction Classification System. È un sistema di classificazione per le costruzioni, dagli edifici alle infrastrutture. È uno standard aperto, utilizzabile liberamente ed è implementabile. Il suo scopo è quello di mantenere una coerenza nel sistema informativo del progetto, in tutte le fasi, quindi sia un’identificazione strutturata dell’entità del progetto sia un’individuazione e gestione delle relazioni.

OmniClass comprende le specifiche di MasterFormat 2004, per le lavorazioni, UniFormat II, per gli elementi, ed EPIC per i prodotti. Ogni tabella individua un carattere generale del sistema informativo:

• 11-22: Tabelle per l’entità del sistema costruttivo, classificate per funzioni o forma, definiscono gli spazi ed elementi, organizzazione dei risultati.
• 31-32: Rappresentano le fasi e i servizi del progetto o del suo appalto, rappresentazione dei procedimenti costruttivi.
• 23/33-36, 41, 49: Sono finalizzati all’organizzazione delle risorse.

Un esempio di tabella è la numero 31, dove si possono distinguere le fasi di progetto: dettaglio, costruzione e chiusura. Queste fasi sono diverse dalle fasi di appalto, che a loro volta si possono suddividere in altre fasi ancora.

I vantaggi di OmniClass sono 4: è pubblico e integrabile, personalizzabile ed espansibile.

Inoltre si adottano delle procedure che siano in grado di correlare gli oggetti e le risorse a un codice univoco; si ha un’integrazione tra il sistema informativo e il sistema di classificazione.

Uniclass

UNICLASS 2015: classificazione unificata per l’industria britannica, copre tutti i settori di costruzioni, dall’infrastruttura fino ai serramenti, e contiene tabelle coerenti in grado di classificare gli elementi di tutte le scale.

È l’evoluzione di Uniclass 2 e comprende 14 tabelle, ma con la nuova versione le tabelle specifiche degli oggetti sono state ridotte a 7. È un sistema:

• Di classificazione unico per l’industria delle costruzioni. Edifici, paesaggi e infrastrutture possono essere classificati sotto un unico schema.
• Una suite gerarchica di tabelle che supportano le classificazioni di infrastrutture ed edifici.
• Di numerazione flessibile per raccogliere i futuri requisiti di classificazione.
• Mantenuto aggiornato da NBS.
• Usa un linguaggio familiare al settore delle costruzioni per i titoli di classificazione.

Il sistema si articola in una serie di tabelle utilizzate per diversi scopi come Layer CAD, definizione e oggetti di BIM, estrazione delle quantità, computi metrici, preparazione di documenti, gestione e manutenzione. La struttura gerarchica delle tabelle è ad albero in serie o in parallelo per via dei collegamenti tra le tabelle.

Ogni complesso, entità, attività, spazio, elemento, sistema o prodotto è codificato secondo il codice composto da quattro o cinque coppie di caratteri, le quali possono includere fino a 99 articoli per coppia.

1. Prima coppia: costituita da lettere e identifica quale tabella è usata.
2. Seconda coppia: costituita da numeri e identifica il gruppo.
3. Terza coppia: costituita da numeri e identifica il sottogruppo.
4. Quarta coppia: costituita da numeri e identifica la sezione.
5. Quinto gruppo: costituito da numeri e identifica l’oggetto.

Tabella complessi: descrive il progetto in termini complessivi, esempio: villaggio vacanze.

Tabella entità: sono parti discrete come edifici, ponti, gallerie. Forniscono le zone dove si verificano le diverse attività, ristorante del villaggio.

Tabella attività: definisce attività da svolgere all’interno del complesso, sala da pranzo, cucina.

Tabella spazi: definisce gli ambienti in cui vengono svolte le attività, servizio igienico.

Tabella elementi: definisce i principali componenti che delimitano gli spazi.

Tabella sistemi: è l’insieme di componenti che costituiscono un elemento o svolgono una data funzione. Possono essere sistemi impiantistici, aggregazioni di elementi quindi costruzioni edili, o aggregazioni di elementi per una specifica funzione.

Tabella prodotti: definisce i singoli prodotti utilizzati per costruire un elemento.

Esso presenta tre importanti vantaggi:

1. Un vantaggio semantico, la realizzazione del diaframma di ritegno realizzato in opera è complesso di quattro operazioni.
2. La codifica di ciascun oggetto permette di ricercare e filtrare per codice tutte le istanze a cui è stato attribuito.
3. La classificazione corretta permette di identificare facilmente gli spazi influenzati dal prodotto che ha raggiunto fine vita.

UNI 8290

UNI-8290: è la prima classificazione di massima delle opere da seguire. Si scompone secondo tre livelli:

1. Classi di unità tecnologiche, che comprendono la struttura portante, chiusura, partizione interna ed esterna, impianto di fornitura, servizi e sicurezza, attrezzatura interna ed esterna.
2. Unità tecnologiche.
3. Classi di elementi tecnici.

Obiettivo: individuare i tipi di elementi tecnici presenti nella documentazione di progetto.

Disarticolazione tecnologica

Ad una struttura portante possiamo associare diversi pilastri definiti P-01, P-02… a seconda della forma, dimensioni o materiale utilizzato, discorso analogo per le travi.

Disarticolazione spaziale

DISARTICOLAZIONE SPAZIALE: consiste in passaggi metodologici necessari per disarticolare l’intervento edilizio progettato in singoli elementi di lavoro successivamente gestibili. Si ha l’analisi puntuale del progetto grafico, la disarticolazione spaziale dell’intervento e l’individuazione dei subsistemi edilizi. L’obiettivo è quello di individuare delle macro aree operative nelle quali può essere diviso l’intervento.

• Es. Edificio con dimensioni ridotte: divisione per quote, piano terra, primo piano.
• Edificio con articolazione più estesa: divisione per orientamento, nord, sud, est, ovest, o per aspetto morfologico, corpo alto, corpo basso.

Disarticolazione ergoteconica

DISARTICOLAZIONE ERGOTECNICA: analisi delle stratigrafie di progetto.

Modellazione informativa: dalla teoria alla pratica

La modellazione informativa può essere applicata anche alla fase di progettazione operativa, ovvero la progettazione del cantiere.

Il BIM è un’attività umana che coinvolge ampie modifiche dei processi nel settore delle costruzioni. È un approccio collaborativo alla progettazione, realizzazione e gestione dell’asset basato sull’adozione di flussi di lavoro comuni.

BIM: Building Information:

• Modelling -> METODOLOGIA: È l’insieme di tutti i processi collaborativi della creazione e utilizzo di un modello elettronico di un edificio. Essa presuppone di esplicitare le richieste informative collegate all’obiettivo finale.
• Model -> OGGETTO: rappresentazione digitale delle caratteristiche fisiche e funzionali di un edificio, costituito da oggetti digitali a cui sono attribuite tutte le relative informazioni.
• Management -> STRUMENTO DI GESTIONE E CONTROLLO DELL’EDIFICIO: utilizzo del modello digitale per la condivisione delle informazioni tra tutti i soggetti coinvolti nell’intero ciclo di vita di un bene.

Il processo BIM è costituito da quattro fasi: la pianificazione, la progettazione, la costruzione e la gestione.

Esso è la descrizione generica delle modalità per ottenere un BIM predefinito. Esso richiede un insieme di flussi di lavoro, ognuno dei quali include diverse attività che a loro volta sono costituite da compiti più piccoli. Il completamento di ciascuna attività richiede procedure documentate che illustrano i passaggi, gli strumenti e le tecniche necessarie. Nel processo BIM sono coinvolti architetti, ingegneri, geometri, periti edili, agenti immobiliari, avvocati…

Strumenti e software BIM

Questi strumenti per la progettazione hanno lo scopo di applicare compiti specifici che producono risultati specifici.

Tra questi troviamo:

• REVIT.
• ARCHICAD: scelto per il disegno in 2D, per esempio per dettagli costruttivi o annotazioni, ed è composto dall’unione di architettura, struttura e impianti, MEP; esso permette la modellazione di forme organiche, la progettazione collaborativa, l’analisi delle quantità e la possibilità di confronto tra modelli automatizzati.
• ALLPLAN: scelto per il disegno in 2D, per esempio per dettagli costruttivi, annotazioni o Visual Scripting, ed è composto dall’unione di componenti architettonici, strutturali e impiantistici, MEP. L’interfaccia utente basata sulle attività e i ruoli permette l’analisi delle quantità, delle armature e dei ferri e si focalizza sulle infrastrutture, terreno, urbanistica, mappe e paesaggistica.
• VECTORWORKS: scelto per il disegno in 2D, per esempio per dettagli costruttivi, annotazioni, è composto dall’unione di componenti architettonici e design degli interni. Si focalizza sui sistemi di illuminazione, analisi delle quantità, space planning, disegni, calcolo delle componenti meccaniche, viti, bulloni e dati.
• EDIFICIUS: scelto per il disegno in 2D e in 3D. È composto da componenti impiantistici e si focalizza sulla gestione temporale ed economica del progetto.
• TEKLA: scelto per il disegno in 2D, per esempio per dettagli costruttivi o annotazioni, ma anche per la modellazione in 3D. È costituito dall’unione di componenti strutturali in acciaio, cemento armato e legno per opere edili e civili. Si focalizza sull’analisi strutturale.
• MAGICAD: viene utilizzato in ambiente Revit o AutoCAD, ha un ampio accesso alla libreria di BIM MEP objects ed è inclusa la localizzazione per standard specifici dei diversi paesi.

Essi presentano compiti precisi come:

• Coordinamento di modelli: sono software di validazione dei modelli che danno la possibilità di aggregare dati e modelli e visualizzarli in un unico software. Tra questi troviamo SOLIBRI e NAVISWORD.
• Analisi energetica: analizzano le prestazioni energetiche complessive dell’edificio progettato e valutano aspetti come il calcolo termodinamico. Tra questi troviamo AUTODESK INSIGHT, IES, EDILCLIMA.
• Analisi strutturale: hanno il compito di calcolo e verifica strutturale dell’edificio. Devono valutare normative di riferimento per il calcolo strutturale. Tra questi troviamo MIDAS e AUTODESK ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS, SAP2000.