Diagnostica e manutenzione predittiva del patrimonio costruito: il progetto InSpire

Mettere a punto un innovativo sistema di diagnostica e monitoraggio predittivo in grado di anticipare le manifestazioni di degrado e consentire interventi manutentivi mirati sul patrimonio costruito.

Questi gli obiettivi del progetto InSpire (Integrated technologies for Smart buildings and Predictive maintenance). 

L'articolo illustra i principali risultati ottenuti nell’ambito del progetto di ricerca, cofinanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale (POR FESR 2014 – 2020) e dal Fondo per lo sviluppo e la coesione (FSC).

I metodi e gli esiti del progetto saranno presentati, in occasione di un evento online, il prossimo 28 Febbraio.

Cos'è il progetto InSpire 

L’industria delle costruzioni ha da tempo individuato nella manutenzione una funzione strategica per migliorare l’efficienza ed aumentare il ciclo di vita del patrimonio costruito, contenendo, il più possibile, il costo degli interventi. La diagnostica ed il monitoraggio sono strumenti che risultano efficaci, soprattutto se integrati, ai fini dell’osservazione del comportamento e dello stato di conservazione degli edifici esistenti.

Tuttavia, queste tecnologie risultano ancora scarsamente applicate e adottate all’interno della filiera e soltanto le aziende più aggiornate utilizzano soluzioni di monitoraggio del comportamento ordinario del patrimonio costruito, anche se per lo più in condizioni critiche di esercizio, se non in emergenza. Nel contesto attuale non risulta di fatto applicato un approccio integrato alla manutenzione che costituisca, anche in ottica predittiva di gestione del rischio, la premessa alla gestione dell’intervento sul costruito esistente. I sistemi di monitoraggio comunemente adottati controllano uno o più parametri del comportamento degli edifici indagati analizzando, ad esempio, gli spostamenti, le accelerazioni o le reazioni ad una lettura termografica e ad ultrasuoni.

L’interpretazione delle informazioni di queste analisi ha lo scopo di identificare potenziali problemi evidenziati nel corso di letture intervallate nel tempo. Tali approcci si concentrano in genere su uno o due parametri discreti e la loro capacità di rilevare una gamma completa di potenziali problemi è limitata.

Sensoristica integrata e monitoraggio real-team per la gestione del costruito

Il progetto di ricerca InSPiRE, cofinanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale (POR FESR 2014 – 2020) e dal Fondo per lo Sviluppo e la Coesione (FSC), nasce proprio con il principale obiettivo di mettere a punto un innovativo sistema di diagnostica e monitoraggio predittivo in grado di anticipare le manifestazioni di degrado e consentire interventi manutentivi mirati sul patrimonio costruito.

Le attività di ricerca del progetto sono state condotte dal capofila Laboratorio TekneHub dell’Università di Ferrara e dai partner, tutti appartenenti al Cluster Edilizia e Costruzioni della Regione Emilia Romagna: il Centro Interdipartimentale di Ricerca Industriale Edilizia e Costruzioni - CIRI EC dell’Università di Bologna, il Centro Interdipartimentale di Ricerca e per i Servizi nel settore delle Costruzioni e del Territorio - CRICT dell’Università di Modena e Reggio-Emilia, l’Istituto CNR-ISTEC di Faenza e il Centro per l’Innovazione Cifla - Fondazione Flaminia, , per le attività di diffusione. Inoltre Inspire prevede il coinvolgimento di ACER Bologna e ACER Promos, La Fassa s.r.l, Sestosensor S.r.l., Finsoft S.r.l., Giancarlo Maselli S.r.l. e ACSoftware S.r.l.

Attraverso il progetto InSPiRE (Integrated technologies for Smart buildings and Predictive maintenance) sono state sviluppate tecnologie abilitanti integrate (sensoristica integrata) a componenti e sistemi edilizi per monitorare, anche in tempo reale, parametri prestazionali (i.e., strutturali, energetici, di salubrità ambientale e comfort interno, ecc.).

Attraverso l’implementazione di una piattaforma collaborativa di monitoraggio real-time basata su una rete di sensori remoti e su un’innovativa architettura di sistema, si è ottenuto uno strumento integrato per la conoscenza dello stato di degrado dei manufatti e di supporto decisionale alle attività di manutenzione predittiva e di gestione del patrimonio costruito esistente.

Si è inoltre implementata una piattaforma di Imaging diagnostico modulare che integri la piattaforma di monitoraggio in grado di indentificare tempestivamente la manifestazione di danno e assicurare la condivisione di immagini e report. La piattaforma si offre come strumento di supporto alla diagnosi del problema identificato, per comprendere quanto sia urgente il problema e così poter agire in modo reattivo e cognitivo nell’imminenza di un’allerta. 

I casi studio del progetto InSpire

Grazie alla disponibilità del patrimonio edilizio di ACER, l’implementazione del progetto pilota si è svolta presso due casi d’uso rappresentativi di scenari complessi, nei quali sperimentare al reale, in ambiente operativo, le funzionalità dell’architettura del sistema di monitoraggio e diagnostica ed il soddisfacimento dei requisiti predittivi.

Senza interrompere l’uso a carattere residenziale dell’edificio, l’architettura del sistema è stata progettata in tre componenti costituiti dal sottosistema di acquisizione dei dati, composto da una rete wireless di sensori (accelerometri, fessurimetri, inclinometri, etc.), dalla stazione di registrazione e dal sistema di elaborazione.

L’implementazione del sistema ad alta risoluzione di identificazione e valutazione tempestiva del danno, si è basato su analisi in tempo reale delle informazioni multispettrali, nell’edificio in osservazione, elaborate secondo le metodologie diagnostiche per immagini (i.e., termografia, tomografia sonica, immagini multispettrali) ed è stato in grado di correlare la posizione del danno con l’alterazione del comportamento meccanico dei materiali costitutivi la struttura.

In tempo reale, i sistemi hanno acquisito i dati relativi al comportamento complessivo del fabbricato, da cui successivamente sono state estrapolate le opportune informazioni pertinenti il comportamento strutturale e termo igrometrico legato agli usi dei locali.

Parallelamente all’attività di monitoraggio, sono state condotte indagini diagnostiche ai fini della caratterizzazione meccanica dei materiali, dell’individuazione del livello di danno e dell’identificazione dinamica della struttura.

Il sistema di monitoraggio è stato inoltre integrato dalla metodologia di rilievo fotogrammetrico terrestre mediante la messa a punto della registrazione del dato bidimensionale (2D) e tridimensionale (3D) volto alla classificazione del quadro fessurativo ed alla sua misurazione periodica da svolgere tramite l’applicazione di algoritmi di visione artificiale e machine learning alle sequenze di immagini acquisite. Un ulteriore sviluppo dell’architettura del sistema ha previsto il monitoraggio dell’ambiente urbanizzato con metodo radar-satellitare per la determinazione degli spostamenti al suolo.

Il monitoraggio energetico per la riqualificazione dell'edificio

Nell’ambito del monitoraggio energetico le attività svolte hanno visto la caratterizzazione del caso studio, al fine di assicurarne la rappresentatività rispetto alla generalità degli edifici del patrimonio residenziale pubblico.

Sono state pertanto individuate altre tipologie edilizie ricorrenti nel patrimonio immobiliare ACER di Bologna e sono state effettuate delle simulazioni preliminari per stimare le prestazioni energetiche dei fabbricati. Di conseguenza è stato costruito un repertorio di interventi di manutenzione, correlati con le principali tipologie edilizie presenti nel parco ACER Bologna interfacciandosi con il sistema di gestione delle manutenzioni impiegato dall’agenzia.

In questo modo gli interventi più ricorrenti sono stati classificati in base agli elementi tecnici coinvolti, alle modalità di esecuzione e alla frequenza, rispetto alle diverse tipologie edilizie interessate. A partire dai dati ottenuti, per ogni edificio oggetto di studio, sono state effettuate delle ipotesi progettuali per la riqualificazione e l’adeguamento energetico e condotte delle simulazioni energetiche per stimare l’efficacia delle diverse strategie progettuali ipotizzate. Nello specifico sono stati analizzati due livelli di riqualificazione dell’edificio-tipo: una “riqualificazione tipica”, mediante l’applicazione di misure comunemente utilizzate, e una “riqualificazione avanzata”, attraverso l’introduzione di interventi che riflettono le migliori tecnologie disponibili.

I vantaggi dei sistemi di manutenzione e diagnosi predittiva

Impiegare un’applicazione di manutenzione e diagnosi predittiva offre molteplici vantaggi rispetto agli approcci tradizionali basati sul monitoraggio del comportamento e dello stato di conservazione mediante reti di sensori. Infatti, grazie alla potenza di calcolo raggiunta dai moderni processori ed allo sviluppo di specifici algoritmi, è possibile estrarre dai big data solo le informazioni necessarie. Pertanto, è fondamentale l'integrazione di tali informazioni all’interno della piattaforma Mu.S.A. che consente di acquisire input e dati da più fonti, non solo da sensori, ma anche da database strutturati per interrogare documenti digitalizzati o record storici di acquisizione.

L’innovativo sistema messo a punto nell’ambito del progetto InSPiRE si distingue sia in termini di prodotto sia di competenze.

Come prodotto, anticipa tempestivamente l’insorgere delle manifestazioni di degrado e di danno, guidando l’azione manutentiva in modo adattivo rispetto alla fenomenologia della causa perturbatrice. Come competenze, richiede che si integrino discipline diverse e cooperino competenze nel settore del restauro del patrimonio culturale costruito, della scienza e della tecnica delle costruzioni, delle tecnologie digitali applicate al rilievo e alla diagnostica, della computer science, della caratterizzazione dei materiali, e della produzione di materiali da impiegare nei processi di manutenzione, conservazione e consolidamento del patrimonio storico costruito.


Nel medio termine, l’impatto di questi risultati contribuisce alla riduzione dei costi negli interventi manutentivi e alla gestione efficiente delle risorse, così da favorire l’incremento del ciclo di vita del patrimonio esistente migliorandone l’accessibilità e, nel lungo temine, promuovendo una migliore qualità della vita.

I metodi e gli esiti del progetto saranno presentati il prossimo 28 Febbraio in occasione dell’evento che si terrà online dalle 9.30:

"InSPiRE – Protocolli e sistemi per la manutenzione predittiva ed il monitoraggio dello stato di conservazione del patrimonio costruito esistente nella Regione Emilia-Romagna. Esiti del progetto Por Fesr 2014-2020"

PER SAPERNE DI PIÙ VISITA IL SITO DEL PROGETTO INSPIRE

Il Progetto INSPIRE è cofinanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale (POR FESR 2014 – 2020) e dal Fondo per lo sviluppo e la coesione (FSC).