Città Sostenibili e Smart: l'impatto del City Information Modeling (CIM) sulla Pianificazione Urbana

Negli ultimi anni, la metodologia City Information Modeling (CIM) ha acquisito crescente rilevanza a livello nazionale e internazionale come strumento per migliorare l'urbanistica e la gestione delle risorse nelle città. Nei prossimi paragrafi si riporta una panoramica generale sullo stato attuale dell'applicazione del CIM, esplorando la sua diffusione e le prospettive future. Inoltre, esamineremo come questa metodologia possa impattare positivamente sull'urbanistica e favorire lo sviluppo di città più intelligenti e sostenibili, includendo alcuni esempi significativi.

City Information Modeling (CIM): cos'è e quali tecnologie integra

La rapida e incontrollata espansione urbana rappresenta una sfida cruciale per entrambe le nazioni sviluppate e quelle in via di sviluppo. In risposta a questo fenomeno, è nato il concetto di "smart city", con l'obiettivo di supportare una pianificazione urbana più efficiente e promuovere la sostenibilità delle città (Zhang X.Q., 2016; Kacyra A. K., 2011; Madlener et al., 2011).

Il City Information Modeling (CIM), come definito da Xu et al. (2012), rappresenta un'evoluzione del concetto di Building Information Modeling (BIM) applicato alla scala urbana.

Questa innovativa metodologia integra tecnologie avanzate come ad esempio dai Sistemi Informativi Geografici (GIS) all'Intelligenza Artificiale (AI) per creare rappresentazioni digitali dettagliate delle città (Gil et al., 2011; Thompson et al., 2016).

Grazie al CIM, è possibile gestire e ottimizzare le infrastrutture urbane, migliorare la pianificazione e la gestione del territorio e favorire lo sviluppo sostenibile. Le città che adottano il CIM possono beneficiare di una maggiore efficienza operativa, una migliore gestione delle risorse e un miglioramento complessivo della qualità della vita dei cittadini.

Diversi esempi del CIM sono stati ipotizzati e realizzati utilizzando una combinazione di più software. Un esempio di Xu et al. (2014) propone un framework per l'integrazione di BIM e GIS, mirato a completare l'attribuzione semantica dei modelli di città digitale. Il concetto di CIM è introdotto come un approccio che sfrutta i punti di forza di entrambi i sistemi, migliorando la costruzione urbana e la gestione delle città. Quest’ultimo caso di studio precedentemente citato dimostra i potenziali benefici di questa integrazione, evidenziando come CIM possa trasformare la pianificazione e la gestione urbana.

Oltre a questo, altri esempi di CIM utilizzano il plugin Grasshopper in combinazione con il programma di modellazione 3D Rhino. Alcuni progetti hanno dimostrato l'efficacia di un approccio CIM su scala territoriale, integrando dati provenienti da ambienti GIS (Dominici et al., 2022) . Altri esempi si concentrano su scale di quartiere e architettoniche, partendo dallo studio dettagliato dei fronti urbani grazie all'uso di nuvole di punti (La Russa et al., 2021).

Queste tecniche permettono di ottenere modelli digitali estremamente precisi e dettagliati, fornendo strumenti avanzati per la pianificazione e la gestione urbana. Per comprendere meglio l'espansione e l'adozione crescente del CIM a livello globale, la Figura 1 mostra il numero di articoli pubblicati in diversi paesi dal 2010 al 2020. Questo dato illustra l'interesse crescente e la diffusione del CIM nelle varie regioni del mondo.

Tutti gli esempi sopra citati evidenziano, nel complesso, come l'adozione crescente del CIM permetta alle città di beneficiare di una gestione più efficiente e sostenibile, basata su dati completi e dettagliati che migliorano la qualità della vita urbana e supportano decisioni più informate.

Panoramica del CIM a livello internazionale

A livello internazionale, città come Singapore, Barcellona e Tokyo sono all'avanguardia nell'applicazione del CIM per la pianificazione urbana e la gestione delle risorse. Queste città intelligenti utilizzano già diversi modelli virtuali per ottimizzare i servizi pubblici, migliorare la mobilità urbana e ridurre l'impatto ambientale.

Ad esempio, Sabri e et al. (2019) hanno sviluppato una piattaforma multidimensionale e abilitata spazialmente per facilitare la pianificazione della vivibilità a Singapore, integrando diversi servizi urbani, facilitando la vita quotidiana dei cittadini.

Sempre nel continente asiatico, nella megalopoli di Tokyo, Yamamura et al. (2017) hanno ideato un sistema per la pianificazione energetica urbana, impiegando un metodo che integra BIM e GIS per individuare le soluzioni tecniche e politiche più efficaci per la modernizzazione delle infrastrutture cittadine. Come caso di studio, sono state scelte le comunità circostanti 29 stazioni della linea JR Yamanote. In questo contesto, sono stati esaminati tre scenari di ristrutturazione energetica degli edifici per confrontare e valutare il consumo energetico annuale delle aree interessate.

Un ulteriore caso di studio, considerando le città in espansione, è stato presentato da Marzouk et al. (2020), che utilizzano la città di New Cairo in Egitto per esaminare cinque diversi scenari di sviluppo mediante l'applicazione del framework BIM-GIS. In questo contesto, hanno elaborato un framework innovativo che integra BIM e GIS per pianificare e prevedere le necessità delle infrastrutture di pubblica utilità, come reti idriche e fognarie, nelle città emergenti e in espansione. Tale framework pone un forte accento sull'integrazione "intelligente" durante la fase di pianificazione, supportando urbanisti e responsabili nel processo decisionale sin dalle prime fasi di sviluppo o espansione urbana.

Nel contesto europeo, già Bakıcı et al. (2013), riportano come esempio di studio la città di Barcellona, la quale aveva avviato un approccio pionieristico verso un modello informativo della città, finalizzato a trasformarla da agglomerato tradizionale a metropoli del ventunesimo secolo. Lo ricerca esamina la trasformazione di Barcellona nel campo della gestione delle città intelligenti, evidenziando i fattori chiave, le sfide, le condizioni e le risorse coinvolte, analizzando così i componenti principali della strategia Smart City di Barcellona, tra cui quartieri intelligenti, laboratori viventi, iniziative, servizi elettronici, infrastrutture e Open Data.

In aggiunta, come descritto da Rossknecht et al. (2020), in Finlandia, nella capitale Helsinki, è stato avviato un progetto innovativo per creare un CIM con l'obiettivo di migliorare la gestione urbana e affrontare le sfide energetiche. Il progetto si basa su due componenti principali: un modello di mesh di realtà visivamente di alta qualità e un modello semantico basato su CityGML. Il CIM di Helsinki è stato concepito per integrare e gestire dettagliate informazioni energetiche all'interno di un modello 3D della città. Questo supporta simulazioni avanzate che permettono di prevedere e ridurre la domanda di riscaldamento e le emissioni di CO₂. Questo approccio offre una base solida per la pianificazione energetica urbana e per rispondere ai cambiamenti climatici.

Panoramica del CIM a livello nazionale

Anche in Italia, diverse città stanno adottando modelli che richiamano il CIM al fine di migliorare la pianificazione urbana e la gestione delle risorse, consentendo lo sviluppo di modelli di città virtuali che integrano dati geografici, infrastrutture, trasporti e dati demografici, offrendo una gestione più efficiente delle risorse e una pianificazione urbana più accurata. In alcuni casi questo approccio mira ad ottimizzare i flussi di traffico e ridurre l'inquinamento atmosferico, migliorando così la qualità della vita dei cittadini.

Secondo la ricerca di Cecchini, C. (2019) sul Centro Storico di Pavia, l'applicazione del CIM è stata testata attraverso uno studio di caso su scala urbana. Questo studio ha coinvolto la modellazione dettagliata di un complesso edilizio storico, con l'obiettivo di verificare la conformità a livelli di dettaglio avanzati. Il progetto ha portato alla creazione di un database spaziale tridimensionale relazionale. L'approccio descritto nel lavoro combina le tecnologie BIM e GIS per costruire una piattaforma digitale condivisa, che facilita l'analisi e il processo decisionale nella conservazione e trasformazione dei centri storici. Infine, nello studio viene evidenziato come l'adozione di standard aperti come CityGML e l'utilizzo di software open source assicurano che il modello possa essere replicato e applicato ad altri contesti urbani storici.

Un ulteriore esempio di nota da letteratura è rappresentato dallo studio di Argenziano et al. (2018) sulla città di Pompei, dove il CIM è stato impiegato per sviluppare un modello digitale che integra dati sulle radiazioni ionizzanti. Questo approccio consente una gestione e conservazione più efficiente e consapevole del patrimonio edilizio, migliorando le strategie di intervento e protezione. Al giorno d’oggi, queste tecnologie stanno trovando applicazioni pratiche in diverse città italiane.

Milano, in particolare nel quartiere City Life, è una delle città pioniere nell'adozione di questi modelli. Qui, nuovi progetti di edifici residenziali e pubblici stanno gettando le basi per un'evoluzione verso un modello di CIM, supportando la creazione di strategie urbane di Smart Living basate sui dati, e promuovendo un ambiente urbano più sostenibile e vivibile.

Firenze sta utilizzando la modellazione informativa per preservare il patrimonio culturale e migliorare la gestione turistica, mentre Torino ha implementato politiche di digitalizzazione per ottimizzare la rete di trasporti pubblici e ridurre i tempi di percorrenza.

Questi esempi dimostrano come l'approccio CIM, già validato dalla letteratura, stia concretamente contribuendo alla trasformazione digitale delle città italiane, offrendo nuove opportunità per lo sviluppo urbano sostenibile e la creazione di comunità più resilienti e connesse.

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Riflessioni conclusive sulle prospettive future e sulle migliori pratiche del CIM

L'adozione del CIM offre significativi vantaggi per l'urbanistica e la gestione delle risorse. Questo approccio consente una comprensione approfondita della morfologia urbana, facilitando la pianificazione e la progettazione di nuove infrastrutture. Inoltre, CIM contribuisce a migliorare l'efficienza energetica, riducendo i consumi e i costi associati, e ottimizza la gestione dei rifiuti urbani identificando punti critici e migliorando le rotte di raccolta. La gestione dell'acqua beneficia anch'essa del CIM, che aiuta nella prevenzione delle alluvioni e nel risparmio idrico.

Le prospettive future per l'applicazione del CIM sono promettenti, soprattutto con l'avanzare delle tecnologie digitali come l'intelligenza artificiale (AI) e l'Internet of Things (IoT).

Questi sviluppi permetteranno una maggiore integrazione dei dati e una gestione urbana più efficiente, facilitando la creazione di città "intelligenti" dove infrastrutture, trasporti, energia e servizi sono interconnessi, migliorando così la qualità della vita e riducendo l'impatto ambientale.

Inoltre, in questo contesto, il concetto di Digital Twin giocherà un ruolo cruciale. Poiché permetteranno le repliche digitali in tempo reale, migliorando ulteriormente la pianificazione urbana e la gestione delle risorse, fornendo simulazioni più accurate e garantendo un monitoraggio continuo e dettagliato delle infrastrutture e dei servizi urbani.

Un esempio recente di applicazione avanzata del CIM è lo studio di Shu Su et al. (2023), che ha sviluppato un modello dinamico per la valutazione dell'impatto regionale del carbonio basato sul CIM e sull'analisi del ciclo di vita dinamico (Dynamic Life Cycle Assessment - DLCA). Lo studio è un vero e proprio esempio di integrazione del CIM con il DLCA per creare un modello complesso che include definizione degli obiettivi e ambiti, analisi dei flussi elementari, valutazione dinamica e interpretazione, offrendo un esempio concreto di come il CIM possa essere utilizzato per valutare e migliorare l'impatto ambientale.

Tuttavia, è importante notare che il CIM non è ancora una metodologia completamente consolidata. Esistono dibattiti su come il CIM si integri con altri modelli, come il BIM e il GIS, e su quale sia il miglior approccio per la sua applicazione pratica.

Tra le best practice più significative, si possono citare i successi di Barcellona, che utilizza sensori intelligenti per monitorare le emissioni di CO₂ e ottimizzare il traffico, e Singapore, che ha sviluppato una piattaforma digitale integrata per migliorare i servizi urbani. Questi esempi dimostrano come il CIM possa essere utilizzato per costruire città più intelligenti e sostenibili.

In sintesi, il CIM rappresenta un avanzamento significativo nella gestione urbana, con il potenziale di trasformare le città in ambienti più sostenibili e ben gestiti, e l'integrazione dei Digital Twin potenzia ulteriormente le sue applicazioni.

Sebbene il CIM stia facendo passi avanti importanti, la sua evoluzione continua e l'adozione di nuove tecnologie, come i Digital Twin, saranno cruciali per definirne ulteriormente il potenziale e ampliare le sue applicazioni future. La continua sperimentazione e l'innovazione nel campo del CIM offriranno nuove opportunità per affrontare le sfide urbane e costruire un futuro più sostenibile e resiliente.