BIM oltre il 3D. Analisi comparativa dei flussi di lavoro e della gestione informativa nella progettazione edilizia

Dipartimento di ingegneria e architettura

Corso di laurea in costruzioni, infrastrutture e territorio

Il BIM oltre al 3D

Analisi comparativa dei flussi di lavoro e della gestione informativa nella progettazione edilizia

Relatrice: Chiar.ma Prof.ssa Nazarena Bruno

Laureanda: Giulia Malfatto

Matricola: 344066

Anno accademico 2024 – 2025

A mia nonna, andata via troppo presto. Non ti ho vissuta, ma ti porto con me.

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Indice

Introduzione ........................................................................... 3

1. L’innovazione digitale nelle costruzioni ................ 3

1.1 L’evoluzione storica del disegno tecnico e della progettazione architettonica.................................................................................................. 3

Dal disegno manuale al CAD.............................................................................................................. 3

L’evoluzione del CAD ..................................................................... 4

Limiti e vantaggi dei software CAD tradizionali ................................................... 5

1.2 Introduzione al Building Information Modeling (BIM).......................................................................... 5

Definizioni e principi fondamentali del BIM......................................................................................................................... 7

Il modello BIM ........................................................................... 10

La normativa tecnica nel mondo e italiana............................................................................... 12

Metriche di riferimento nel BIM (LOD) ....................................................................... 14

Le dimensioni del BIM (3D, 4D, 5D, 6D, 7D) .................................... 15

I vantaggi dell’approccio BIM nell’intero ciclo di vita del progetto................................................................................................................... 18

L’interoperabilità ................................................................................................................. 20

1.3 I software BIM ............................................................................................................... 21

Graphisoft Archicad .................................................................... 22

La logica del programma Graphisoft Archicad........................................................................................................................ 30

Autodesk Revit ............................................................................. 31

La logica del programma Autodesk Revit..................................................................................... 40

La realizzazione di immagini render....................................................................................... 43

2. Caso studio 1 – villetta in legno .................................................................................... 43

2.1 Descrizione generale del progetto ..................................................... 43

Caratteristiche architettoniche e funzionali del progetto........................................................................................................ 44

La tecnologia costruttiva .......................................................... 45

Utilizzo di AutoCAD per gli elaborati bidimensionali......................................................................................................................... 46

Architettonico............................................................................................................................... 48

Strutturale ......................................................................................................... 49

Barriere architettoniche.......................................................................................................... 49

Ricostituzione del verde ..................................................................................... 52

Impaginazione elaborati in AutoCAD ......................................................................... 52

Utilizzo di Archicad per la modellazione 3D ..................................................... 54

Problematiche riscontrate con l’uso del workflow ibrido............................................................. 55

2.3 Ricreazione del progetto in Autodesk Revit......................................................................................................................... 55

Architettonico............................................................................................................................... 62

Strutturale .......................................................................................................... 64

Ricostituzione del verde .................................................................................................. 69

Utilizzo di Revit per i render ................................................................................. 71

3. Caso studio 2 – Casa del commiato.................................................................................... 71

3.1 Descrizione generale del progetto ..................................................... 71

Caratteristiche architettoniche e funzionali del progetto.............................................................. 72

3.2 Processo di progettazione originale in tirocinio .......................................................... 72

Utilizzo di AutoCAD per gli elaborati bidimensionali......................................................................................................................... 72

Architettonico .................................. 73

Utilizzo di Excel per la generazione del computo metrico estimativo............................................................. 73

3.3 Ricreazione del progetto in Autodesk Revit......................................................................................................................... 73

Architettonico .............................................................. 75

Creazione del computo metrico con l’aiuto di Join................................................................ 77

4. Comparativa: AutoCAD e BIM a confronto............................................................................. 77

4.1 Efficienza del workflow e produttività ................................................. 77

Tempo impiegato e risorse necessarie in ciascun ambiente.................................................. 79

Gestione delle revisioni e degli aggiornamenti progettuali ............................................. 80

4.2 Capacità di gestione delle informazioni ed estrazioni dati................................................ 80

Dettaglio e completezza delle informazioni in ogni modello.................................................... 80

Estrazione di computi metrici, distinte materiali e abachi............................................................................. 81

4.3 Limiti e criticità di ciascun approccio.............................................................................................................. 81

Criticità di AutoCAD ................................................................. 82

Caratteristiche e punti di forza dei software BIM................................................................................................................................ 85

Conclusioni ............................................................................................................ 89

Bibliografia e sitografia ........................................................................................................ 92

Normativa di riferimento.......................................................................................................................... 95

Ringraziamenti

Introduzione

Il processo di progettazione edilizia è intrinsecamente legato agli strumenti utilizzati per rappresentare e gestire l’informazione. Il passaggio dal disegno manuale alla progettazione assistita da computer (CAD), avvenuto negli ultimi decenni del XX secolo, ha rappresentato un importante passo avanti in termini di velocità di esecuzione e precisione geometrica.

Tuttavia, l’approccio CAD tradizionale ha evidenziato alcuni limiti significativi, soprattutto nella gestione delle informazioni e del flusso di lavoro. Il CAD è infatti uno strumento di disegno e progettazione basato su primitive geometriche elementari (punti, linee, archi, poligoni), attraverso le quali gli elementi del progetto vengono rappresentati come semplici entità grafiche, prevalentemente bidimensionali, prive di caratterizzazione semantica e di dati associati. Il progetto è quindi articolato in piante, sezioni e prospetti, che vengono gestiti come elaborati separati e indipendenti tra loro. Questa frammentazione rende la gestione delle modifiche un processo manuale e potenzialmente soggetto a errori e incongruenze, specialmente nelle fasi avanzate del progetto.

In risposta a queste criticità, il settore delle costruzioni ha visto emergere il Building Information Modeling (BIM), una metodologia che supera la semplice modellazione tridimensionale introducendo un approccio orientato all’informazione. Il BIM si basa sulla creazione di un modello digitale integrato e generalmente parametrico, in cui ogni componente edilizio (muro, finestra, solaio) è rappresentato come un oggetto intelligente dotato di proprietà e dati specifici. Il modello diventa così un vero e proprio database informativo, capace di integrare non solo la geometria (3D), ma anche dimensioni aggiuntive come il tempo (4D), i costi (5D) e la gestione del ciclo di vita dell’edificio.

Questo elaborato di tesi si propone di analizzare e confrontare in modo critico il flusso di lavoro tradizionale basato su CAD con la metodologia BIM. L’obiettivo è valutare, in termini concreti, l’impatto dei due approcci sull’efficienza del workflow, sulla gestione delle informazioni e sull’estrazione dei dati.

L’analisi non si basa su un solo confronto teorico, ma sull’applicazione pratica a due casi studio affrontati durante l’esperienza di tirocinio: il progetto ex-novo di una villetta in legno (Capitolo 2) e la ristrutturazione di una casa del commiato (Capitolo 3). Per entrambi i progetti, è stato inizialmente esaminato il processo originale, caratterizzato da un approccio tradizionale (AutoCAD per il 2D, Excel per i computi) e, nel primo caso, da un uso parziale del software di BIM authoring Archicad, limitatamente alla 1 modellazione 3D. Successivamente, entrambi i progetti sono stati interamente ricreati in ambiente BIM (utilizzando il software Autodesk Revit), permettendo un confronto diretto e misurabile tra le due metodologie.

Il percorso della tesi è strutturato in quattro capitoli. Il primo capitolo definisce il contesto teorico, tracciando l’evoluzione dal CAD al BIM e analizzando i principi normativi e software. I capitoli due e tre presentano i casi studio, documentando sia il processo originale sia la fase di modellazione in BIM. Il quarto capitolo, infine, sviluppa l’analisi comparativa, traendo conclusioni operative basate sulle criticità e sui vantaggi emersi dall’applicazione pratica.

1. L’innovazione digitale nelle costruzioni

1.1 L’evoluzione storica del disegno tecnico e della progettazione architettonica

Dal disegno manuale al CAD

L’introduzione del Computer-Aided Design (CAD, progettazione assistita da computer) è stato il momento più importante della storia della progettazione e della costruzione. Si è passati definitivamente dal disegno manuale a quello digitale. Sino ad allora, il processo progettuale è stato svolto in modo artigianale, con architetti e ingegneri che lavoravano sui tavoli da disegno, usando righe, squadre e matite. Nonostante questo metodo garantisse un’ottima qualità estetica, allo stesso tempo era inefficiente e richiedeva molto tempo e risorse. Ogni revisione effettuata al progetto, anche se minima, richiedeva uno sforzo considerevole: la modifica di un singolo elemento poteva comportare il ridisegno manuale di intere sezioni o tavole, perdendo di conseguenza ore di lavoro e aumentando il rischio di errore. Con l’introduzione dei primi sistemi CAD, il processo di disegno è stato completamente digitalizzato, permettendo ai professionisti di raggiungere livelli di precisione geometrica e velocità di esecuzione che erano precedentemente inimmaginabili. Il CAD ha portato all'inizio di una nuova metodologia di lavoro, molto più produttiva e con meno rischio di avere gli errori tipici del lavoro manuale.

L’evoluzione del CAD

I primi sviluppi del CAD iniziano a prendere forma negli anni ’60, infatti il primo sistema di progettazione assistita dal computer fu sviluppato da Ivan Sutherland nel 1963 1 con il suo programma “Sketchpad”. Questo software pionieristico permetteva agli utenti di disegnare direttamente sullo schermo del computer con l’uso di una penna ottica, un’innovazione straordinaria per l’epoca. Negli anni ’70, il CAD inizia a diffondersi in ambito commerciale e nel 1971, il sistema “ADAM” (Automated Drafting and Machining) sviluppato da Applicon segna uno dei primi utilizzi del CAD nell’industria. Nel 1977, la ComputerVision è stata lanciata, uno dei primi sistemi CAD 3D che ha 1 Sutherland, I. (1963). Sketchpad: A Man-Machine Graphical Communication System. 3 rivoluzionato il modo in cui i progettisti potevano visualizzare e manipolare i modelli. Negli anni ’80 arriva il CAD sui personal computer, rendendolo più accessibile, infatti nel 1982, Autodesk rilasciò AutoCAD, il primo software CAD per PC. AutoCAD diventa rapidamente uno standard nel settore grazie alla sua versatilità e facilità d’uso. Gli anni ’90 sono caratterizzati da una rapida espansione e innovazione nel campo del CAD, il miglioramento delle capacità hardware e la diffusione di Windows hanno permesso ai software CAD di diventare più potenti e user-friendly. Negli anni 2010, il CAD continua ad evolversi con l’introduzione della tecnologia cloud, attraverso software come AutoCAD 360 che permettono agli utenti di accedere ai loro progetti da qualsiasi luogo, migliorando la collaborazione e la flessibilità. Questo programma funziona come un’estensione del flusso di lavoro CAD tradizionale, sfruttando la sincronizzazione 2 cloud.

Limiti e vantaggi dei software CAD tradizionali

L’uso del CAD nella progettazione ha portato molti vantaggi, tra cui si ha l’aumento della produttività, perché ora i progettisti possono completare le attività in una frazione del tempo impiegato prima. Consente anche ai progettisti di visualizzare i propri progetti in 3D, fornendo una rappresentazione realistica del prodotto finale. Questa visualizzazione è essenziale per prendere decisioni di progettazione e impressionare i clienti. Inoltre, il CAD può far risparmiare sui costi aziendali riducendo gli sprechi di materiale, abbassando i costi di produzione e risparmiando sulle iterazioni di 3 progettazione. Nonostante questo passaggio al CAD abbia rappresentato un enorme sviluppo rispetto ai metodi manuali, i software tradizionali, come AutoCAD, hanno mostrato in poco tempo di presentare comunque dei limiti nel loro utilizzo. Questi programmi si basano su un approccio “a linee”, trattando i disegni come un insieme di entità grafiche non intelligenti. Li si può immaginare come una persona che crea un progetto usando linee, archi, cerchi e punti. Per il programma, un rettangolo non è un’unica figura geometrica, ma un insieme di quattro linee indipendenti. La mancanza di una logica informativa sottostante è la principale criticità: gli elementi disegnati non sono oggetti parametrici, bensì semplici geometrie prive di dati, come materiali, costi o relazioni con altri elementi. Questo porta a una frammentazione del progetto, dove le 2 L’evoluzione del CAD: dalla nascita ad oggi 3 L'impatto della tecnologia CAD sull'industria del design diverse viste (piante, sezioni e prospetti) sono file o rappresentazioni scollegate tra loro. Tale disconnessione comporta una gestione delle modifiche estremamente complessa e manuale. Un cambiamento apportato in una pianta, come lo spostamento di una parete o di una porta, non si riflette in automatico nelle sezioni o nei prospetti corrispondenti. Si devono selezionare singolarmente tutte le linee, gli archi e testi che compongono l’oggetto. Un errore nella selezione significava che parti dell’oggetto sarebbero rimaste al loro posto, creando un disegno incompleto o errato. Questo richiede un’attenta e laboriosa verifica incrociata e un aggiornamento manuale di ogni singolo elaborato, aumentando esponenzialmente il rischio di incongruenze e la probabilità di errori progettuali dei quali, spesso, ci si accorge solo in cantiere. La mancanza di integrazione tra i dati grafici e informativi rende i processi di revisione lunghi, inefficienti e onerosi, ostacolando la collaborazione tra le diverse discipline e rendendo la gestione di progetti complessi un’operazione rischiosa. In sintesi, se, da un lato, il CAD ha migliorato l’efficienza nel disegno, dall’altro, non ha risolto la sfida della gestione integrata dell’informazione progettuale.

1.2 Introduzione al Building Information Modeling (BIM)

Con l’inizio del nuovo millennio, in risposta ai limiti intrinseci dei sistemi CAD tradizionali, che gestivano il progetto in modo frammentato e privo di intelligenza informativa, il settore delle costruzioni ha adottato un nuovo metodo, il BIM, che inizia a guadagnare terreno come metodo standard di progettazione.

Definizioni e principi fondamentali del BIM

Il termine BIM è l’acronimo di Building Information Model