Il BIM per il calcolo strutturale

Ultimo aggiornamento: 31/10/2019 - Ing. Graziella Campagna, Servizio di Assistenza Tecnica Logical Soft - Riproduzione riservata

Modello BIM: interoperabilità al servizio del progetto strutturale

Modello BIM: interoperabilità al servizio del progetto strutturale

Il BIM, Building Information Modeling, è una tecnologia che sta profondamente modificando il modo di concepire la progettazione, realizzazione e gestione delle costruzioni. Sempre più spesso sentiamo parlare di BIM associandolo ad un modello tridimensionale per il calcolo energetico, acustico, strutturale o impiantistico. In realtà il BIM non è un semplice modello CAD ma è una metodologia di lavoro che si fonda innanzitutto sull’interoperabiltà delle persone e delle professioni che rappresentano. Interoperabilità vuol dire collaborazione e capacità organizzativa grazie alle quali si ottimizzano tutti i processi riducendo tempi e costi ed aumentando efficienza e produttività di tutti i soggetti coinvolti.

L’interoperabilità passa attraverso lo scambio di informazioni in un processo di condivisione che arricchisce via via il progetto di dettagli e si concretizza nello scambio di modelli virtuali che raccolgono le informazioni necessarie alle diverse simulazioni.

Questo focus è dedicato ad approfondire le opportunità legate alle innovative tecnologie BIM in ambito strutturale;  attraverso la riqualificazione di una scuola indaghiamo i vantaggi derivanti dalla condivisione delle informzioni in un formato di interscambio dati aperto  e standardizzato. L'esempio di calcolo strutturale è condotto con l’impiego di TRAVILOG, il software BIM per il progetto antisismico di strutture nuove ed esistenti.

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Perché il BIM? Obblighi ed opportunità

Il Decreto BIM (DM n.560/2017), introdotto dal Ministero delle Infrastrutture e dei trasporti il 12 gennaio 2018, indica alle stazioni appaltanti, alle amministrazioni concedenti e agli operatori economici modalità e tempi per introdurre progressivamente metodi e strumenti elettronici specifici del BIM. Il Decreto BIM punta ad una completa digitalizzazione dei processi che interessano il settore dell’edilizia: dalla progettazione integrata (architettonica, strutturale, energetica, impiantistica) alla costruzione, gestione e manutenzione fino alla dismissione dell’opera. Adottando la metodologia BIM è possibile accedere e gestire tutte le informazioni relative ad un edificio nell’intero ciclo di vita: geometria, componenti strutturali, quantità e proprietà dei componenti, prestazioni energetiche, acustiche e illuminotecniche, fasi costruttive, funzionamento e gestione dell’opera. I tempi di attuazione di questo percorso sono scanditi da scadenze che interessano le opere pubbliche ma che molto probabilmente avranno presto una ricaduta anche sulle opere private. I tempi di introduzione obbligatoria della metodologia BIM per gli edifici pubblici sono:

  • 1 Gennaio 2019 per opere di importo pari o superiore a 100 milioni di euro
  • dal 2020 per i lavori complessi oltre i 50 milioni di euro
  • dal 2021 per i lavori complessi oltre i 15 milioni di euro
  • dal 2022 per le strutture oltre i 5,2 milioni di euro
  • dal 2023 per strutture oltre 1 milione di euro
  • dal 2025 per tutte le nuove opere

strategiche che richiedono un investimento economico significativo ed entro il 2025 il BIM sarà obbligatorio per tutte le opere pubbliche di qualsiasi importo. E’ facile immaginare che il futuro della progettazione anche nel settore privato sia BIM e per i progettisti che sapranno muoversi agevolmente in questo ambito è un’opportunità di lavoro da cogliere per tempo.

Per approfondire i contenuti del Decreto BIM consulta il focus >

Vedere la strategia BIM solo come un obbligo di legge non permette al professionista di cavalcare le nuove tecnologie per trarre il massimo vantaggio nel proprio business. Quali opportunità cogliere dunque?

  • L'innovazione tecnologica apportata dal BIM è la prima opportunità perchè offre nuovi strumenti e quindi servizi competitivi ed efficienti per i committenti.
  • La possibilità di sfruttare una domanda di mercato in un settore in espansione in cui ancora pochi soggetti sanno offrire competenze e professionalità.
  • Capacità di mantenere il controllo di tutte le fasi progettuali, esecutive e di gestione grazie al continuo aggiornamento e alla disponibilità di informazioniaperte.

In pratica cosa significa ‘metodologia BIM’ e come si applica concretamente?

Cos’è il BIM?

BIM è acronimo di ‘Building Information Modeling’ e non è una semplice modellazione tridimensionale degli edifici ma una metodologia di lavoro integrata che segue tutte le fasi della vita di un’opera e che vede coinvolti tutti i soggetti deputati alla sua progettazione, realizzazione, manutenzione e dismissione. La metodologia BIM si basa sullo scambio coordinato e tracciabile di informazioni in modo da rendere più efficiente ed economica la gestione dell’intero ciclo di vita della costruzione, prevenendo gli errori e semplificando l’organizzazione logistica delle fasi progettuali. La progettazione BIM è tale se si configura come un processo multidisciplinare, dalla progettazione alla realizzazione e manutenzione di una costruzione in cui tutte le informazioni che la interessano sono raccolte, unificate, combinate e condivise in un unico modello informativo. Si viene dunque a creare un’immensa banca dati condivisa tra committente, progettista, costruttore e manutentore a cui attingere per rivolgersi ai produttori di materiali e impianti. Il modello BIM segue l’evoluzione progettuale dell’edificio e man mano che si procede le informazioni entrano sempre più nel dettaglio fino ad un livello ‘costruttivo’ corrispondente al modello reale. Si parte da una semplice rappresentazione simbolica dei diversi componenti a cui vengono associate geometrie, materiali, proprietà tecniche energetiche, strutturali, acustiche, costi e riciclabilità dei materiali. Questo processo avviene grazie al contributo di tutte le figure coinvolte nel progetto che analizzano lo stesso oggetto specificando attributi legati alle prestazioni di loro interesse.

Condivisione delle informazioni nel processo BIM grazie all'interoperabilità dei software di Logical Soft

Con il termine LOD ‘Level of Detail’ si indica il livello di sviluppo degli oggetti presenti nel modello BIM. Ciascun elemento costruttivo acquisisce un dettaglio delle informazioni contenute via via crescente, da una rappresentazione schematica fino ad un oggetto con tutti gli attributi di prodotto, le informazioni di montaggio, manutenzione e smaltimento.

Il protocollo standard BIM della AIA, “G202-2013, Building Information Modeling Protocol” identifica 5 livelli di dettaglio:

  • LOD 100 - Rappresentazione concettuale;
  • LOD 200 - Modelli generici e indicazione quantità;
  • LOD 300/350 - Progettazione esecutiva;
  • LOD 500 - As built (come realizzato).
  • LOD 400 - Progettazione costruttiva;

I disegni e i documenti relativi al progetto vengono generati automaticamente con un grado di dettaglio conforme al LOD del progetto stesso e vengono aggiornati automaticamente con l’avanzare delle sue varianti.

Lo scambio di informazione nel BIM: il file IFC

Una caratteristica fondamentale nella progettazione BIM è la collaborazione tra i soggetti coinvolti in ciascuna fase dell’opera e che aggiungono, estraggono, aggiornano o modificano le informazioni nel modello BIM.
Ciascun soggetto opera con lo stesso modello nell’ottica di fare simulazioni e valutazioni analitiche che soddisfino i requisiti normativi nel proprio ambito di interesse. Il progettista strutturale filtra le informazioni con l’obiettivo di definire il modello ad elementi finiti per il dimensionamento strutturale degli elementi portanti. L’Energy manager trarrà informazioni geometriche e tecniche per definire le prestazioni energetiche dell’involucro e le proprietà dell’impianto. Il manutentore avrà necessità di attingere al modello BIM per ricavare informazioni relative a marca, modello e costo dei singoli componenti dell’edificio.
È quindi fondamentale definire un formato di dati standardizzato che consenta l’interoperabilità tra i diversi soggetti. Si tratta del modello dati IFC (Industry Foundation Classes), un formato file neutrale e aperto, non controllato da singoli fornitori software e basato su oggetti per facilitare l’interscambio tra le discipline di architettura, ingegneria e produzione edile.
Il formato IFC nasce nel 1995 come formato di scambio gratuito e neutrale per l’edilizia ad opera dell’associazione sviluppatrice IAI, acronimo di International Alliance for Interoperability diventata poi buildingSMART nel 2008. L’obiettivo che l’associazione si pone è che IFC possa essere utilizzato per sviluppare nuovi standard internazionali per il BIM; inoltre promuove il processo di sostenibilità del mercato e mira a creare una rete di specifiche tecniche, data models e guide scritte, liberamente consultabili.

Interoperabilità nel processo BIM grazie al file di interscambio dati in formato IFC
Interoperabilità nel processo BIM grazie al file di interscambio dati in formato IFC

Dal BIM al calcolo strutturale

Grazie al file di interscambio dati IFC, il progettista filtra dal modello BIM contenente tutti gli attributi degli oggetti, le sole informazioni necessarie alla costruzione del modello ad elementi finiti per il calcolo strutturale. Gli oggetti che vengono rilevati tramite file IFC non costituiscono ancora il vero e proprio modello strutturale. Si pensi ad esempio all’oggetto ‘IFCWallStandardCase’: una parete in muratura può costituire un elemento strutturale portante o un elemento secondario di tamponamento o ancora un tramezzo interno. Ciascuno di questi oggetti acquisisce nel modello strutturale un significato molto diverso ed il progettista potrebbe identificare in maniera differente elementi principali e secondari. Grazie al lettore IFC di Logical Soft, i file di interscambio in formato IFC vengono interpretati e decifrati in modo da filtrare tutte le informazioni degli oggetti utili alla costruzione del modello a elementi finiti.

Modello BIM di una scuola nel visualizzatore IFC di Logical Soft
Modello BIM di una scuola nel visualizzatore IFC di Logical Soft

Dal BIM alla classificazione sismica di una scuola

Il modello BIM della precedente immagine è un edificio scolastico in muratura portante che viene ampliato mediante sopraelevazione utilizzando pannelli XLAM, sistema basato su pannelli di legno massiccio a strati incrociati a 90° ed incollati.
Il primo passo dell’iter progettuale è lo studio dello stato di fatto per definire le caratteristiche strutturali principali (elementi portanti e non), i dettagli costruttivi, le azioni agenti (ambientali e non) e le sollecitazioni che hanno già interessato l’edificio portando a situazioni di danno più o meno evidenti.
Se è vero che il modello BIM non è un semplice modello tridimensionale CAD ma un database che raccoglie tutte le informazioni dell’edificio nel suo intero ciclo di vita, man mano che la tecnologia BIM si evolve è possibile trarre tutte le indicazioni necessarie alla costruzione di un modello di calcolo che tiene conto dell’evoluzione dell’edificio e del suo stato di conservazione.
Le principali informazioni che caratterizzano l’edificio nel suo complesso possono essere raggruppate in 6 contenitori.
Analisi storica. A partire dall’epoca di costruzione si traccia la storia della costruzione e nella sua evoluzione si traggono informazioni relative a modifiche e trasformazioni subite nel tempo. Informazioni geometriche. Il modello BIM fornisce informazioni sulle geometrie ed i dettagli che caratterizzano gli elementi strutturali e non. Materiali. Gli oggetti sono caratterizzati in base al materiale il cui livello di dettaglio porta a definire le sue caratteristiche meccaniche e l’esito delle prove condotte nell’ambito delle indagini conoscitive. Azioni gravitazionali e ambientali. Pesi propri e carichi variabili da destinazione d’uso sono definiti come caratteristiche generali.

Tutte queste informazioni concorrono alla definizione del modello di calcolo ad elementi finiti che TRAVILOG analizza per definire le sollecitazioni, eseguire le verifiche dei diversi elementi fino a definire la classe di rischio sismico.

MDal modello BIM al modello strutturale di TRAVILOG e alla classificazione sismica dell'edificio
Dal modello BIM al modello strutturale di TRAVILOG e alla classificazione sismica dell'edificio

Dal progetto dell’ampliamento della scuola al modello BIM strutturale

Grazie alle proprietà di multimatericità che contraddistinguono TRAVILOG, il modello di calcolo strutturale viene integrato sopraelevando una porzione di edificio con pannelli in legno di tipo XLAM; i pannelli XLAM o CROSS-LAM sono ottenuti per incollaggio di tavole in legno massiccio disposte a strati ortogonali tra di loro. Questo sistema costruttivo permette di realizzare sopraelevazioni o ampliamenti in tempi molto più veloci rispetto alla scelta di materiali tradizionali e con svariate possibilità progettuali.

TRAVILOG consente di effettuare il progetto strutturale di edifici a pareti XLAM mediante la schematizzazione di elementi shell vincolati mediante sistemi di connessioni evoluti. Per approfondire le tecniche di progetto degli edifici in XLAM consulta il focus >

Il modello strutturale così creato possiede un ulteriore dettaglio di informazioni che arricchisce il modello virtuale dell’edificio. Nel restituire la struttura integrata con le informazioni derivanti dai risultati dell’analisi, TRAVILOG aggiunge non solo dettagli architettonici e geometrici della parte sopraelevata ma anche indicazioni riguardanti le proprietà meccaniche dei materiali. Tramite l’esportazione del file in formato IFC, in futuro il modello BIM potrà acquisire informazioni relative all’analisi strutturale condotta, alle verifiche globali, alle capacità della struttura in termini di resistenza e deformabilità nonché la classe di Rischio Sismico attribuibile.

Dal modello strutturale di TRAVILOG al modello BIM intergrato.
Dal modello strutturale di TRAVILOG al modello BIM intergrato.

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Graziella Campagna - Ingegnere per l’Ambiente e il Territorio - Ing. Geotecnico

Graziella Campagna

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Ingegnere per l’Ambiente ed il Territorio, con specializzazione in Geotecnica e Difesa del Territorio.
Svolgo attività professionale presso la software house Logical Soft collaborando nello sviluppo di programmi dedicati al mondo dell’edilizia.
In particolare mi occupo di analisi per lo sviluppo del software TRAVILOG, nello specifico per la parte dedicata al calcolo strutturale di edifici in muratura e alla verifica geotecnica delle fondazioni. Seguo l’attività di produzione e le fasi di test, controllo e validazione dei moduli di TRAVILOG e la redazione del supporto per facilitare l'utilizzo del software.
Gestisco e curo lo sviluppo del software SCHEDULOG per la gestione della sicurezza nei cantieri edili e la redazione di POS, PSC, DUVRI e PiMUS ai sensi del Testo Unico per la Sicurezza (D.Lgs. 81/08). Coordino le attività di produzione, ottimizzazione e controllo delle procedure e dell’interfaccia del software.
Sono responsabile del servizio di assistenza tecnica ai professionisti e coordino le attività di formazione sui temi dell'analisi strutturale, energetica ed acustica degli edifici.
Curo la stesura di manuali e videotutorial e svolgo attività di docenza nei corsi di aggiornamento del settore sia in aula che on line. Mi occupo inoltre di redazione di articoli tecnici in particolare su temi relativi al progetto strutturale e alla sicurezza nei luoghi di lavoro.

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