Immagine che mostra un modello HBIM e gli strumenti per gestirlo

HBIM per gli edifici esistenti: strumenti e modalità operative

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L’implementazione degli strumenti HBIM per la gestione degli edifici esistenti: la collaborazione tra ACCA software e l’Università di Napoli Federico II

Il BIM è utile solo alla gestione di edifici di nuova realizzazione? Può essere applicato anche agli edifici storici? Ci sono software con cui è possibile gestire edifici esistenti in modalità BIM?

Siamo abituati a pensare al BIM come al processo di gestione del ciclo di vita di edifici di nuova costruzione. Esiste però un ramo del BIM, l’HBIM (Heritage Building Information Model), che applica tutti i processi BIM anche agli edifici esistenti: tutti i vantaggi della metodologia BIM si trasferiscono automaticamente alla gestione del patrimonio edilizio esistente.

In questo articolo ti parlo dell’implementazione degli oggetti e delle caratteristiche tipiche del patrimonio architettonico esistente (heritage/historical), all’interno di software BIM.

In particolare, ti illustro il progetto di ricerca “Documentazione del danno strutturali e dei fenomeni di degrado dei materiali nei sistemi HBIM”, frutto di una collaborazione tra il Dipartimento di Architettura, il Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura dell’Università Federico II di Napoli e la software house ACCA. Nello specifico, la sperimentazione è stata finalizzata all’implementazione dei dati relativi ai fenomeni di danno e degrado sulla piattaforma web-based usBIM.platform e sul software BIM Edificius.

Il presente lavoro riporta i risultati di queste sperimentazioni, in relazione ad un caso studio riferito alla Chiesa di San Pietro in Vinculis a Napoli.

Modello HBIM della chiesa di San Pietro in Vinculis realizzato con Edificius

Modello HBIM realizzato con Edificius

Edifici esistenti e software HBIM

Per gestire un edificio storico in modalità BIM, è necessario utilizzare software adeguati per elaborare un modello 3D quanto più vicino a quello reale (con le irregolarità geometriche tipiche dell’edilizia storica, la disomogeneità dei materiali e delle finiture, ecc.).

La collaborazione tra ACCA software e l’Università di Napoli Federico II ha portato all’implementazione dei comandi e delle funzionalità del software BIM Edificius, per perfezionare la modellazione ed introdurre specifici comandi per l’analisi del degrado e del quadro fessurativo. E’ stato inserito un ambiente HBIM con una barra degli strumenti appositamente preparata per il software Edificius. Inoltre, per facilitarne la consultazione e la condivisione, una parte dei dati è stata organizzata in specifiche schedature utilizzando la piattaforma collaborativa usBIM.platform,

Dal punto di vista operativo, la sperimentazione ha condotto alla creazione di nuovi strumenti di modellazione che si sono aggiunti a quelli esistenti, migliorando le possibilità di applicazione dei processi BIM per la documentazione del patrimonio storico architettonico.

Questi strumenti permettono di aggiungere al modello geometrico di un edificio i dati relativi allo stato di degrado e alle fessurazione, tenendo conto sia la necessità di controllare visivamente il fenomeno indagato, che di ridurre i tempi di riproduzione digitale.

Inoltre, coerentemente con i requisiti di un modello BIM, si è tenuto conto dell’aspetto informativo di ciascuno degli oggetti intelligenti che compongono il modello, impostando funzioni specifiche per l’inserimento di dati testuali e numerici e per la loro gestione e condivisione. L’implementazione di questi strumenti nel software Edificius ha permesso di evitare la creazione di oggetti non integrabili (ottenuti modificando oggetti BIM esistenti nella libreria del software ma ideati per esigenze diverse) che richiedono un adattamento alle caratteristiche specifiche delle informazioni da esprimere.

workflow HBIM

Workflow HBIM

Le funzionalità di Edificius per l’HBIM

La diffusione dei sistemi HBIM ha evidenziato la necessità di individuare procedure precise per la modellazione di elementi specifici che i sistemi BIM tradizionali non contemplano.

Attualmente, i modelli relativi alle analisi di degrado e al quadro fessurativo sono documentati attraverso grafici 2D.

Il procedimento tradizionale viene eseguito riconoscendo visivamente i fenomeni di degrado e ricalcando il contorno delle rispettive aree degradate attraverso strumenti di disegno CAD.

Questo tipo di processo, però, presenta molteplici limitazioni:

  • non sempre dettagli complessi possono essere efficacemente rappresentati
  • nonostante le aree di degrado siano elementi vettoriali e misurabili, le viste 2D non permettono di mettere in relazione una patologia di degrado rilevata in pianta e la sua continuazione su superfici ortogonali (in prospetto, o sezione), portando ad una perdita d’informazioni
  • le aree individuate non sono oggetti parametrici intelligenti e appaiono come aree non interrogabili, prive di relazione con i fenomeni reali
  • il procedimento è lento e le modifiche non sono automatiche perché non c’è connessione tra il modello e le analisi svolte su di esso.

Il BIM applicato agli edifici storici permette di superare queste limitazioni, grazie a specifiche funzionalità avanzate e all’uso di oggetti intelligenti.

Vediamo nello specifico quali sono le principali funzionalità HBIM implementate in Edificius.

Aree di degrado

Per definire la struttura operativa dello strumento digitale destinato alla mappatura del degrado sul modello 3D BIM sono state prese come riferimento le definizioni contenute nella norma UNI11182 che elenca tutte le tipologie di fenomeni di degrado che si manifestano sulle superfici architettoniche.

In termini operativi, il nuovo comando HBIM è stato immaginato come un pennello di larghezza variabile. Il contorno e l’estensione dell’area da analizzare possono essere definiti liberamente dall’utente, in modo da raggiungere sempre il livello di dettaglio più adatto. Le superfici del modello digitale sono poi associate ad un retino (personalizzando riempimento e colore) e al fenomeno di degrado che può essere selezionato dall’apposita libreria già caricata nel software.

E’ possibile anche caratterizzare l’area individuata dal toolbox delle proprietà che riporta i dati relativi alla superficie, alla larghezza, alla profondità (fenomeni sottrattivi), al tipo di degrado (utilizzando anche le descrizioni del lessico NorMaL), ecc. Tutte le operazioni avvengono direttamente in 3D, in modo che l’operatore non sia soggetto a piani di proiezione predefiniti e possa mappare le informazioni grafiche ruotando, spostando e zoomando il modello nel modo più opportuno.

Eseguita la mappatura completa delle aree di degrado, viene generata, in automatico, la legenda che riporta tutte le informazioni utili a caratterizzare ogni singolo fenomeno di degrado presente in facciata.

Oggetti parametrici HBIM per la mappatura del degrado

Oggetti parametrici HBIM per la mappatura del degrado

Quadro fessurativo

L’approccio utilizzato per l’analisi del quadro fessurativo è analogo a quello esposto per le aree di degrado. Lo strumento permette di riprodurre sul modello digitale la distribuzione delle fessurazioni rilevate sull’edificio reale. Dopo averne riprodotto la forma, la caratterizzazione della specifica fessura avviene attraverso la personalizzazione dei vari parametri (tipologia di lesione, entità definita in funzione della larghezza massima della fessura, cause, spostamento, posizione del punto centrale, aspetto grafico, descrizione, se ha causato una perdita di materiale, ecc.).

Come per il degrado, è possibile aggiungere una legenda che è connessa al modello BIM: in caso di modifiche al modello, la legenda si aggiorna in automatico.

Ortofoto

Per fare le analisi sullo stato di fatto dell’edificio (quadro fessurativo, analisi del degrado, materico, ecc.) è possibile utilizzare il comando Ortofotointrodotto in Edificius, che permette di associare agli involucri del prospetto dell’edificio la foto raddrizzata del rispettivo prospetto. Basta scattare una foto del prospetto e raddrizzarla con un qualunque tool di fotoraddrizzamento (scopri di più su Fotus, il software ACCA per i rilievi fotografici).

In questo modo si ottiene una restituzione grafica fedele alla realtà utile per individuare in maniera precisa i dettagli presenti sulle facciate ma anche i fenomeni di degrado delle superfici.

Considerando l’ampia presenza di fenomeni di degrado sulle superfici degli edifici storici e le ridotte dimensioni di molte lesioni rispetto alla dimensione dell’intero edificio, si è ritenuto necessario riflettere sul livello di dettaglio grafico che gli smart object Area di degrado e Lesione dovrebbero avere ad ogni scala di visualizzazione del modello.

Sono stati fissati cinque possibili avanzamenti nella scala di rappresentazione dei fenomeni, partendo da una rappresentazione simbolica fino ad una che riproduce realisticamente il fenomeno. Questa soluzione è compatibile con un approccio LOIN-oriented, in quanto permette di implementare il modello attraverso le modalità grafiche ritenute più adatte al livello di dettaglio del modello stesso, in base alla specifica fase di approfondimento del processo di digitalizzazione.

Nella realizzazione dell’applicazione software, questa esigenza si è trasformata nella predisposizione di simboli che possono essere aggiunti automaticamente alle aree di degrado e alle fessure, sotto forma di tabelle ed etichette. Questi simboli permettono una rapida individuazione del tema analizzato anche nelle successive fasi di consultazione del modello.

Il caso studio

I comandi studiati per l’ambiente HBIM di Edificius (Area di degrado e Lesione) sono stati sperimentati in anteprima del caso studio scelto per testare la versione beta del software.

In fase di output dei dati, il flusso di lavoro ha previsto una prima operazione di modellazione architettonica BIM delle caratteristiche metriche e geometriche della chiesa, utilizzando come dati di partenza le nuvole di punti dei rilievi 3D.

Durante la fase di test degli strumenti HBIM, si è deciso di concentrare la mappatura del degrado e delle crepe sulla facciata principale e sulle due sezioni longitudinali interne, verificando l’applicabilità e i limiti su diversi tipi di superfici modellate.

Analisi del degrado di un modello HBIM con il software Edificius

Gestione dell’analisi del degrado di un modello HBIM con strumenti digitali

Dopo aver elaborato i dati del rilievo, le ortofoto sono state utilizzate per l’identificazione delle varie patologie. Per la facciata principale sono stati individuati numerosi fenomeni di degrado materico (alterazione cromatica, distacco, macchia, perdita, patina biologica, presenza di vegetazione, ecc.), numerose fessurazioni, nonché evidenti modificazioni della forma originaria della facciata.

In definitiva, il caso studio ha evidenziato un buon grado di efficacia dello strumento software rispetto agli obiettivi del progetto. Le aspettative sono state soddisfatte in termini di riduzione dei tempi, anche per la modellazione di elementi complessi.

Implementazione della piattaforma collaborativa

Durante la sperimentazione, un altro argomento di ricerca è stato l’implementazione dei dati relativi alle analisi del degrado e delle fessurazioni all’interno della piattaforma collaborativa usBIM.platform.

La struttura CDE (Common Data Environment) della piattaforma ha suggerito la struttura anche per le attività di rilievo geometrico, modellazione BIM, rilievo e modellazione del degrado e delle lesioni. Come per tutti gli altri aspetti, i parametri relativi al degrado materico delle superfici e alle lesioni sono stati sistematizzati nell’organizzazione di specifiche schede descrittive da attribuire ai macro-elementi o ai singoli elementi del modello.

Nello specifico, la scheda relativa al degrado è stata concepita in modo da poter essere utilizzata dall’operatore fin dal primo sopralluogo e prevede una serie di campi le cui voci permettono la sistematizzazione delle informazioni raccolte in ogni fase del processo documentario.

Nella prima parte, il layout del foglio offre la possibilità di inserire una o più foto del fenomeno, note sul suo spostamento ed eidotipi di riferimento. Poi, una sequenza di cursori e caselle di controllo esprime i parametri descrittivi del fenomeno da un punto di vista geometrico, chimico e fisico e delle possibili cause che lo hanno generato.

Grazie alla possibilità di caricare sulla piattaforma nuvole di punti, modelli e fogli, le informazioni possono essere correlate al meglio, facilitando le fasi di interrogazione e analisi. La piattaforma comprende, infatti, una serie di funzioni per identificare, documentare (link) e localizzare (marker) gli elementi che caratterizzano un modello e la relativa archiviazione delle informazioni.

A questo proposito, la suddivisione del modello della Chiesa di San Pietro in Vinculis in macro elementi si è rivelata particolarmente adatta, perché ognuno di essi è stato trasformato in un contenitore di categorie informative di maggior dettaglio, definite da una specifica gerarchia funzionale.

 

Clicca qui per scaricare lo studio condotto dall’Università di Napoli Federico II

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