BIM nel progetto energetico: funzioni, vantaggi, normativa, intelligenza artificiale e un caso applicativo

BIM e IA nella progettazione energetica e nella conservazione del patrimonio

Il BIM rivoluziona la progettazione energetica offrendo un modello digitale integrato per simulazioni e ottimizzazioni. Riduce consumi, costi e impatto ambientale, garantendo sostenibilità e conformità normativa. Con l’intelligenza artificiale, potenzia analisi predittive e manutenzione, anticipando il futuro dell’edilizia efficiente.

 

BIM nel progetto energetico

Il Building Information Modeling (BIM) è uno strumento digitale che sta rivoluzionando il settore delle costruzioni e dell’ingegneria, offrendo nuove possibilità per la progettazione e la gestione degli edifici, in particolare sotto il profilo energetico. L'utilizzo del BIM nel progetto energetico permette una pianificazione accurata e sostenibile, migliorando l’efficienza e riducendo l’impatto ambientale delle costruzioni.

In questo articolo esploreremo come funziona il BIM applicato alla progettazione energetica, i principali vantaggi, le normative di riferimento, e l’apporto dell’intelligenza artificiale per l’ottimizzazione dei processi.

Il BIM è una metodologia che consente di creare un modello digitale tridimensionale dell’edificio, contenente tutte le informazioni relative alla struttura e agli impianti. Nel contesto energetico, il modello BIM integra specifiche tecniche dei materiali, impianti e sistemi di ventilazione e riscaldamento, oltre a dettagli su isolamento, fonti energetiche e illuminazione naturale. In pratica, il BIM crea un "gemello digitale" dell'edificio che consente di eseguire simulazioni e analisi sul comportamento energetico in condizioni reali.

Utilizzando il BIM, i progettisti possono eseguire simulazioni energetiche accurate già in fase di concept, prevedendo il comportamento dell’edificio rispetto a consumi energetici, distribuzione della luce, ventilazione e riscaldamento.

Queste simulazioni possono includere l’analisi di elementi come l'orientamento dell'edificio, la scelta dei materiali e la disposizione delle finestre per ottimizzare il risparmio energetico. Attraverso software specifici, il BIM permette di testare diverse soluzioni progettuali, identificando quella più efficiente e meno impattante dal punto di vista ambientale, molto prima della costruzione.

 >> RESTA AGGIORNATO SUL COMFORT IN EDILIZIA -
ISCRIVITI ALLA NEWSLETTER "3 COSE SUL COMFORT"

 

Quali vantaggi del BIM nel progetto energetico

1. Efficienza energetica

Il BIM consente di ottimizzare le prestazioni energetiche sin dalle prime fasi di progettazione, riducendo il consumo di riscaldamento, raffrescamento e illuminazione artificiale. Grazie alle simulazioni energetiche, si possono individuare soluzioni come materiali ad alta efficienza, sistemi di isolamento avanzati e orientamenti ottimali per la massimizzazione della luce naturale, riducendo così i costi operativi dell’edificio e contribuendo alla sostenibilità.

 

2. Riduzione dei costi e dei tempi di progettazione

Tutte le informazioni relative all’edificio sono centralizzate e condivise in tempo reale tra i team di lavoro, evitando errori e sovrapposizioni progettuali. Questa trasparenza accelera il processo decisionale, migliorando la collaborazione tra architetti, ingegneri e progettisti energetici e riducendo i costi di gestione del progetto. Inoltre, il BIM permette di simulare scenari diversi e di monitorare il rispetto delle normative energetiche, prevenendo eventuali difformità costose da correggere in corso d'opera.

 

3. Manutenzione e gestione ottimizzata

Il modello digitale creato non si limita alla fase di progettazione e costruzione, ma accompagna l’edificio per tutta la sua vita. Questo consente una gestione ottimale delle operazioni di manutenzione, utilizzando il modello per monitorare il funzionamento degli impianti e pianificare interventi di manutenzione predittiva. La disponibilità dei dati raccolti nel modello consente di intervenire proattivamente su eventuali criticità, riducendo i costi operativi e aumentando la vita utile dell’edificio.

 

4. Sostenibilità ambientale

L’adozione del BIM permette di progettare edifici sostenibili che minimizzano l'impatto ambientale. Grazie alla possibilità di testare soluzioni alternative, è possibile individuare quelle che consentono di risparmiare energia, limitare le emissioni di CO₂ e ridurre i rifiuti da costruzione. In questo modo supporta il raggiungimento degli obiettivi di sostenibilità previsti a livello globale e locale, promuovendo pratiche edilizie che rispettano l’ambiente.

 

BIM e normative 2024

Il modello BIM aiuta a monitorare e verificare il rispetto delle normative energetiche fin dalla progettazione, facilitando il processo di certificazione e garantendo che l’edificio sia conforme ai requisiti legali. Ad esempio, le normative sul risparmio energetico prevedono standard specifici di prestazione per gli edifici e richiedono certificazioni energetiche che il BIM consente di ottenere con maggiore precisione e rapidità, riducendo anche i rischi di errore.

L’adozione del BIM è regolata per la prima volta dal Decreto Ministeriale 560/2017, noto come “Decreto BIM”, che ha introdotto l’obbligo progressivo di utilizzo del BIM negli appalti pubblici a partire dal 2019. Questo decreto è stato aggiornato con il Decreto Ministeriale 312/2021 ed il Decreto legislativo 36-2023 nuovo Codice Appalti con modifiche principali a riguardo delle le scadenze per l'adozione obbligatoria del BIM, che variano in base all'importo e al tipo di progetto:

• Dal 1° gennaio 2022 per opere con importi superiori a 15 milioni di euro.
• Dal 1° gennaio 2023 per opere con soglie di importo specificate nel Codice degli Appalti.
• Dal 1° gennaio 2025 per opere con importi pari o superiori a 1 milione di euro
  con un correttivo al codice appalti bozza del 21 ottobre, ed oggi ancora in discussione, per un passaggio da 1 milione di euro a 2 milioni di euro con una richiesta ulteriore da parte delle PA a 4 milioni di euro.

In ambito energetico, il Decreto Legislativo 192/2005 (successivamente aggiornato dal DM 26/06/2015) prevede che tutti gli edifici rispettino standard minimi di prestazione energetica. A livello europeo, la Direttiva 2018/844/UE aggiornata con dei nuovi requisiti introdotti dal decreto riguardano la nuova direttiva europea 2024/1275 (EPBD IV “Case green”, impone che entro il 2020 tutti i nuovi edifici debbano essere “nearly zero energy buildings” (NZEB), ovvero edifici con consumo energetico quasi nullo. Il modello digitale parametrico ad oggetti è uno strumento prezioso per rispondere a questi requisiti normativi, poiché consente di verificarli documentarli in modo efficace. Direttiva 2024/1275

 

L’INTELLIGENZA ARTIFICIALE al servizio del progettista

L’evoluzione delle tecnologie in ambito di IA (intelligenza artificiale) e il suo utilizzo nel processo di progettazione sta aprendo nuove opportunità anche in quella energetica, rendendola ancora più dinamica e ottimizzata. Grazie all’IA, i modelli possono essere potenziati con algoritmi di “machine learning” e “analisi predittiva”, che permettono di analizzare enormi quantità di dati ambientali e progettuali, migliorando la precisione delle previsioni energetiche.

Ad esempio, l’IA può essere utilizzata per individuare pattern di consumo energetico o per ottimizzare automaticamente il posizionamento degli elementi architettonici e impiantistici, come superfici vetrate o pannelli fotovoltaici, in base all’orientamento e all’esposizione al sole. I modelli arricchiti con l’intelligenza artificiale possono anche prevedere il consumo energetico in base alle variabili climatiche stagionali, offrendo scenari di utilizzo adattivi che permettono di ottimizzare le prestazioni dell’edificio durante tutto l’anno.

Un altro ambito di applicazione dell’IA è la manutenzione predittiva: grazie ai dati raccolti all’interno del modello digitale, gli algoritmi di intelligenza artificiale possono analizzare le prestazioni degli impianti e segnalare possibili guasti o malfunzionamenti prima che si verifichino, riducendo i costi di manutenzione e garantendo una maggiore continuità operativa. Questa sinergia tra rende la progettazione energetica più intelligente e sostenibile, in grado di rispondere a esigenze reali e variabili, e di garantire un impatto ambientale ridotto.

L’evoluzione delle simulazioni e del calcolo energetico promette di rivoluzionare il settore dell’architettura e delle costruzioni.

 

  

 

PINACOTECA DI VARALLO primo caso studio tra simulazione energetica, B.I.M e intelligenza artificiale per la manutenzione delle Opere esposte

Il progetto di ricerca finanziato dalla compagnia di San Paolo di Torino nell’ambito del Progetto PRIMA, vede la collaborazione dello staff. del Prof. Paolo Gasparoli e Marco Torri del Politecnico di Milano con l’azienda MARE GROUP SYPLA BUILDING e l’ing. Roberto Nappi.

La problematica del mantenimento delle opere d’arte all’interno dei musei e pinacoteche da sempre è di dibattito per la difficoltà di diminuire al massimo il loro deterioramento. La storia manutentiva e dei restauri di Palazzo dei Musei è documentata nell’archivio corrente della Società di Incoraggiamento allo Studio del Disegno e di Conservazione delle Opere d’Arte in Valsesia – Onlus. Una relazione di sintesi sul progressivo recupero del complesso di Palazzo dei Musei è pubblicata da C. Falcone, L’esperienza dei direttori sotto la guida di Vittorio Galli e le ragioni di questo volume, in Dossier Gaudenziani, Borgosesia 2014, pp. 11-21.

Gli spazi interessati dall’impianto di climatizzazione oggetto del progetto manutentivo insistono su una porzione del complesso di Palazzo dei Musei che accorpa due unità catastali (part. 75, part. 361) e sono ubicati al primo piano dello stabile.

LEGGI ANCHE: Funzionamento delle UTA e il loro ruolo nella climatizzazione

Si tratta di spazi espositivi permanenti articolati in cinque sale nei quali sono raccolte le collezioni di Rinascimento e Seicento: dagli affreschi alle sculture lignee che testimoniano il Sacro Monte delle origini, documentando cappelle e allestimenti oggi non più in loco, alle opere di Gaudenzio Ferrari e Antonio d’Enrico detto Tanzio da Varallo. Nel complesso il nucleo più prestigioso e antico della Pinacoteca, comprendente 75 opere tra brani di affreschi staccati, sculture in legno, dipinti su tavola e su tela. Gli interventi di recupero e riqualificazione attuati nel tempo all’interno di tali spazi si svolgono tra il 2000 e il 2017: principiano con il riallestimento del salone dedicato al pittore Tanzio da Varallo, inaugurato nel 2002, proseguono con il recupero delle prime quattro sale che ospitano le collezioni di Rinascimento e si concludono con la realizzazione dell’impianto di climatizzazione tra il 2016 e il 2017.

All’adeguamento strutturale delle sale agli standard di sicurezza/espositivi fanno seguito progressivi e mirati restauri sul patrimonio esposto, nell’ottica di un’integrazione tra interventi sull’ambiente che contiene le collezioni e le singole opere che le compongono. La necessità di stabilizzare e controllare i parametri di conservazione e avviare una riqualificazione impiantistica in grado di rendere tali spazi di Palazzo dei Musei a norma con gli standard museali attuali, anche in prospettiva di una programmazione culturale più attiva, ha guidato le valutazioni e le scelte messe in opera per la climatizzazione.

La Pinacoteca di Varallo Sesia con la collaborazione della Direttrice Dott.ssa Paola Angeleri ed il Presidente Ing. Claudio Francione, ha recentemente integrato un innovativo sistema di simulazione fluidodinamica (CFD) per analizzare e ottimizzare la gestione climatica e la qualità dell’aria all'interno delle sue sale espositive. Questo sistema consente di prevedere il comportamento dei flussi d’aria, l’umidità e la temperatura nelle diverse aree, variabili fondamentali per la conservazione delle opere d'arte e per il comfort dei visitatori. La simulazione CFD produce una grande mole di dati che può essere interpretata e visualizzata tramite modelli virtuali, rendendo evidente la distribuzione delle condizioni ambientali all'interno degli spazi della Pinacoteca.

Questi dati generati vengono poi integrati in un modello BIM (Building Information Modeling) della struttura, che funge da piattaforma centralizzata per la gestione delle informazioni sull’edificio. Tramite la codifica IFC (Industry Foundation Classes), uno standard aperto per lo scambio di dati nei modelli BIM, le informazioni fluidodinamiche possono essere esportate e condivise con altri modelli e strumenti software. Questo approccio consente non solo una migliore gestione e monitoraggio degli ambienti della Pinacoteca ma anche l’interoperabilità tra diverse piattaforme digitali, facilitando analisi comparative e aggiornamenti continui dei dati di simulazione. In tal modo, il modello BIM arricchito con i dati CFD rappresenta uno strumento fondamentale per la conservazione, la gestione e l’efficienza energetica della Pinacoteca.

La simulazione fluidodinamica basata sui dati rilevati da sensori di temperatura, umidità e videocamere gioca un ruolo fondamentale nella gestione ambientale delle sale della Pinacoteca di Varallo Sesia. I dati raccolti dai sensori, insieme alle immagini termografiche, permettono di creare un quadro preciso delle condizioni interne, che comprende flussi d’aria, distribuzione termica e livelli di umidità. Questo monitoraggio avanzato offre una visione dinamica delle variazioni ambientali e consente una risposta tempestiva e mirata per preservare al meglio le opere d’arte esposte.

L'integrazione di questi dati in un modello BIM georeferenziato aumenta ulteriormente il valore della simulazione. Il modello BIM, arricchito con i dati di radiazione solare e termici esterni, consente di calcolare e prevedere le variazioni climatiche stagionali e l’impatto dell'irraggiamento solare sulla struttura. Questo è particolarmente rilevante per una località come Varallo Sesia, dove i cambiamenti climatici e l'orientamento geografico possono influenzare in modo significativo l’ambiente interno della Pinacoteca.

L’utilizzo di un file open per l’importazione dei dati nel modello BIM rende il processo efficiente e facilmente interoperabile con altri software, garantendo un aggiornamento continuo e la possibilità di condividere i dati per ulteriori analisi. Il risultato è una simulazione altamente accurata e dinamica, in grado di offrire previsioni a lungo termine e supportare strategie di conservazione preventiva. La combinazione della simulazione fluidodinamica con il modello georeferenziato BIM rappresenta quindi uno strumento strategico per la gestione sostenibile della Pinacoteca e la protezione del suo patrimonio culturale. (Software utilizzati Termolg Logical, Archicad Graphisoft , CFD Autodesk).

L'integrazione dell'intelligenza artificiale (IA) nel modello BIM e nella simulazione fluidodinamica della Pinacoteca di Varallo Sesia apre scenari futuri all’avanguardia nella gestione ambientale e nella conservazione delle opere d’arte.

Utilizzando i dati rilevati da sensori termografici, di umidità e di qualità dell'aria, l'IA è in grado di apprendere e analizzare continuamente i modelli di variazione climatica e l'efficienza dell’impianto di raffrescamento. Questo approccio offre la possibilità di sviluppare soluzioni preventive e migliorative, in grado di anticipare i problemi e ottimizzare i sistemi senza interventi esterni.

1. Previsione e prevenzione dei malfunzionamenti: Grazie al machine learning, l'IA può identificare in anticipo eventuali anomalie nei sistemi di raffrescamento e di controllo dell'umidità, basandosi sui dati storici e sulle correlazioni tra variabili ambientali e prestazioni dell’impianto. Ad esempio, un incremento di umidità in determinate aree potrebbe indicare un malfunzionamento imminente, permettendo interventi mirati prima che il problema influisca sulle condizioni di conservazione delle opere.
   
2. Ottimizzazione energetica: L'IA, alimentata da un flusso continuo di dati, può adattare l’utilizzo dell’impianto di raffrescamento in funzione delle condizioni climatiche esterne e delle esigenze interne, evitando sprechi energetici. Per esempio, durante i periodi di maggiore radiazione solare, l'IA potrebbe regolare i sistemi per compensare l'apporto termico, minimizzando il consumo di energia e garantendo condizioni ottimali.
   
3. Adattamento stagionale e geolocalizzato: Grazie al modello BIM georeferenziato e ai dati ambientali specifici di Varallo Sesia, l'IA può prevedere e programmare la gestione climatica su base stagionale, adattandosi alle variazioni climatiche tipiche della località. Questo aspetto risulta particolarmente utile per proteggere le opere da sbalzi di temperatura e umidità che potrebbero influire negativamente sulla loro conservazione.
   
4. Apprendimento Continuo e Adattamento a Nuove Esigenze: Con il passare del tempo, l'IA imparerà a riconoscere pattern climatici specifici e a rispondere automaticamente a nuove situazioni, adattandosi anche a cambiamenti di layout o a rinnovamenti tecnologici dell'impianto. L’innovazione risiede quindi nell’autonomia evolutiva dell'IA, capace di affrontare esigenze impreviste e di migliorare continuamente le proprie prestazioni senza interventi di programmazione umana.
5. Conservazione preventiva delle opere d'arte: Con la capacità di monitorare e regolare le condizioni climatiche in modo preciso e proattivo, la Pinacoteca può sviluppare una strategia di conservazione preventiva che preservi i beni artistici per generazioni future. L’IA può individuare e intervenire su potenziali minacce alle opere – come micro-variazioni di umidità o di temperatura – prima che possano causare danni visibili.

In sintesi, l’introduzione dell’IA nel contesto del modello BIM georeferenziato e della simulazione fluidodinamica della Pinacoteca rappresenta una soluzione innovativa che eleva la gestione ambientale e la conservazione delle opere d’arte a un livello superiore, offrendo vantaggi sia in termini di efficienza energetica che di protezione del patrimonio culturale.

Questa sinergia tra tecnologia e intelligenza artificiale trasforma la Pinacoteca in un ambiente intelligente, capace di autogestirsi, prevedere problemi e preservare la sua collezione con un approccio dinamico e sostenibile.

L'integrazione della simulazione fluidodinamica e dell'intelligenza artificiale (IA) nel modello BIM della Pinacoteca di Varallo Sesia rappresenta un avanzamento significativo nella gestione e nella conservazione dell’ambiente interno.

Questi strumenti, combinati con l'automazione per l'immagazzinamento e la gestione dei dati, costituiscono un sistema all'avanguardia che assicura sia l'ottimizzazione delle risorse che la conservazione proattiva delle opere d'arte.

 

 

 

  ..Continua la lettura nel PDF.

Nel pdf si continua parlando di:

• Importanza della simulazione e integrazione nel modello BIM
  
• L'utilizzo dell'intelligenza artificiale
  
• Automazione della gestione e archiviazione dei dati
  
• Innovazione e conservazione sostenibile
  
• Quali direzioni principali questi strumenti potrebbero sviluppare in futuro?