Edifici Intelligenti, App e Configuratori per le Costruzioni

Sistemi operativi per edifici intelligenti, app e configuratori per la ridefinizione del processi di design attraverso l’automazione, al centro dell'ultimo evento di IDTUk.

Processi digitali per la gestione degli Edifici Intelligenti

Il 23 Settembre 2021 la comunità di Italians in Digital Transformation UK (IDTUk) si è riunita virtualmente per l’undicesimo evento dalla sua fondazione. Le presentazioni di questo evento si sono incentrate sui processi digitali per la gestione degli Edifici Intelligenti e per lo sviluppo di app e configuratori per la ridefinizione dei processi di Design attraverso l’automazione. 

Il primo intervento è di Francesco Anselmo, trasferito dal 2004 a Londra dove per più di 15 anni ha collaborato con Arup occupandosi prima di Lighting Design per poi fondare nel 2015 il team multidisciplinare “Arup Smart Buildings”, focalizzandosi sull’approfondimento e l’implementazione della comunicazione IoT per gli edifici intelligenti. Attualmente lavora presso la sede londinese di Google come Technical Program Manager, occupandosi di IoT Cloud Solutions.

Progettare edifici “intelligenti” come piante ed animali

Francesco illustra esempi di progetti tratti dal suo percorso professionale spiegando in primis cosa intenda per edificio “intelligente”. Le prime applicazioni illustrano lo studio di sistemi passivi di schermatura solare o regole di automazione inserite all’interno di controllori logici distribuiti all’interno dell’edificio per ottimizzarne le performance, prendendo ispirazione dal rapporto delle piante con la luce. E poi l’evoluzione da piante ad animali, attraverso comportamento ed interazione. Interazione tramite interfacce wifi che vanno oltre la classica idea di “pulsante” o attraverso chatbot che permettono il dialogo con l’edificio.

Le tecnologie più profonde sono quelle che scompaiono

In Designing Calm Technology, Mark Weiser e John Seely Brown sostengono che la tecnologia calma sia "ciò che informa ma non richiede la nostra focalizzazione o attenzione". Ed è proprio questa l’idea che ha ispirato Francesco anche nello sviluppo di Arup Iot Desk, una piattaforma che utilizza una tecnologia mobile di rilevamento a basso costo, combinata con software open source, per consentire ai dipendenti di controllare l’illuminazione delle attività e la temperatura, fornendo così pieno controllo dell’ambiente di lavoro.

La realtà degli edifici: sistemi di controllo complessi ed isolati

I protocolli di comunicazione attualmente sviluppati sono pensati per risolvere problemi specifici e non casi d’uso più ampi. Le attività di traduzione dei protocolli sono onerose e vi è sempre necessità di sviluppare soluzioni ad hoc per l’interazione completa dei sistemi. E se allora fosse sviluppato un sistema operativo per edifici intelligenti? Questo il paradigma su cui Francesco ha lavorato di più negli ultimi anni prendendo ad analogia il sistema operativo del computer ma con la difficoltà di avere sistemi fisici distribuiti negli edifici e caratterizzati dall’eterogeneità di protocolli.

Il sistema operativo pensato è cloud ed è in grado di fornire un certo numero di funzionalità che consentano di gestire apparecchi, autenticare utenti, salvare dati, interagire con gli utenti, creare automazione e applicazioni. É un progetto su cui molti grandi rivenditori (Siemens, ecc) hanno cercato di lavorare negli ultimi anni, ma è necessario creare qualcosa con standard aperti interfacciando i diversi protocolli.

Tre tipi di standard aperti alla base del sistema operativo

Alla base dello sviluppo del sistema operativo è in corso il lavoro su tre standard aperti per la denominazione (BDNS), la comunicazione (UDMI), e l’ontologia (DBO) dei dati. 

Lo studio sullo standard BDNS – Building Device Naming mira a migliorare l’interoperabilità nella gestione degli edifici, concentrandosi sulla standardizzazione dei dispositivi e delle risorse dell’edificio. Raggiungere uno standard comune per la denominazione dei dispositivi dell’edificio è un primo passo importante per essere in grado di raccogliere, analizzare e acquisire in modo efficiente informazioni dettagliate sui dati dagli edifici e quindi ottimizzare le prestazioni dell’edificio per ridurre costi operativi e l’impatto ambientale. 

Il secondo standard in fase di sviluppo è quello relativo alla comunicazione, all’identificazione dei dati e degli apparecchi, ovvero il Standard UDMI – Universal Device Management Interface. L’UDMI fornisce una specifica di alto livello per la gestione ed il funzionamento dei sistemi IoT fisici. L’essenza di UDMI è un meccanismo automatizzato per la gestione del sistema IoT. Molti sistemi attuali richiedono l’accesso diretto al dispositivo, ad esempio tramite un browser web, non adattandosi a solidi ecosistemi poiché si basano troppo sull’operazione manuale (non sono automatizzate) e aumentano l’esposizione alla sicurezza del sistema. 

Infine lo standard DBO – Digital Building Ontology mira a definire un vocabolo comune per descrivere concetti associati agli edifici consentendo di catturare le relazioni tra le loro componenti e modellare spazi fisici e attrezzature.

Per chiunque fosse interessato ad approfondire gli standard sopra citati è possibile consultare il lavoro a questo LINK.

Processi di DFMA e MMC

Il secondo intervento è condotto da Elena Belluomo, dal 2015 trasferita a Londra dove inizialmente lavora come BIM Specialist per poi focalizzarsi sul Construction Project Management. Dal 2017 è Associate Architect di Bryden Wood, dove la sua attività si è focalizzata anche sui processi di DFMA e MMC. 

Ridurre la complessità delle operazioni sia nella fase di progettazione che nella fase di realizzazione attraverso il DFMA

Rendere il processo di progettazione più snello, sicuro ed economico è possibile attraverso l’applicazione di processi DFMA - Design for Manufacturing and Assembly (in italiano: progettazione per produzione e assemblaggio). Questo è il paradigma su cui si fonda il business core di Bryden Wood, società che ha fatto dell’DfMA delle e dei configuratori il successo del proprio modus operandi.

App e configuratori: ridefinizione dei processi di design attraverso l’automazione

Prima di mostrare i risultati dell’attività condotta dal team di Bryden Wood negli ultimi anni, Elena illustra la ricetta perfetta per l’automazione, base dello sviluppo di app e configuratori, ovvero di un approccio basato sui dati che sia in grado di supportare un processo decisionale.  Gli “ingredienti” del design automatizzato sono i sistemi, la progettazione algoritmica, le connessioni e le interazioni. 

Le app e i configuratori consentono sia ai designer di progettare molto più velocemente ma soprattutto ai clienti di controllare lo sviluppo dei loro progetti. Tutte le app si basano su dati di input e output. Tra i primi possiamo trovare rilievi digitali, dati ambientali, asset data esistenti, cataloghi dei prodotti. Una volta inseriti tutti gli input, il processo iterativo si basa su 4 fasi: 

• Analisi;
• Valutazione;
• Automazione;
• Ottimizzazione.

Gli output possono essere differenti: altri dati, layout, modelli BIM, dati geospaziali, VR, etc. L’utente può creare più scenari, esplorabili attraverso una serie di dashboard. Il risultato è un modello di progettazione digitale completamente integrato che fornisce significative efficienze di produzione e supporta pienamente un business case e gli obiettivi di progetto.  

Tutte le app sono accompagnata da un flusso di lavoro BIM automatizzato e da una libreria di componenti che consente agli utenti di rigenerare il proprio progetto nel software BIM per continuare il processo di progettazione.

Quali sono i benefici di app e configuratori per il settore delle costruzioni? 

Le app sviluppate da Bryden Wood possono essere suddivise in tre macro categorie: geospaziali (es. REM per le autostrade e RAID per le linee ferroviarie), configuratori (es. PRiSM per il residenziale e SEISMIC per le scuole), manufatturiero (es. FRAC e FASTtruss).  

Progettare infrastrutture lineari in un giorno, o addirittura in un’ora. Questa è la sfida vinta da Bryden Wood con i due applicativi illustrati da Elena; la prima è la app REM – Rapid Engineering Model, piattaforma per il design automatizzato che consente di sviluppare schemi autostradali in modo rapido ed intelligente. La seconda è RAID-Automated Infrastructure Design, è un’app open source che accellera in maniera dirompente il processo di progettazione delle linee ferroviarie arrivando a sviluppare una linea ferroviaria in un’ora.

Per quanto riguarda lo sviluppo residenziale Elena illustra PRiSM, configuratore facile da usare e open source che combina le regole di pianificazione territoriale con l’esperienza dei produttori per consentire ad architetti, pianificatori e sviluppatori di determinare rapidamente la fattibilità dello sviluppo di un sito utilizzando moderni metodi di costruzione (MMC), attraverso molteplici permutazioni di tipi e dimensione dell’alloggio. Ciò accellera la fase di progettazione (fino a 30 minuti per disegnare un masterplan) e consente ai progettisti di concentrarsi sulla qualità dell’ambiente costruito.

SEISMIC School Design App è stata invece sviluppata per accellerare il processo di concept design per le scuole primarie. L’app, open scource gratuita, consente agli utenti di sviluppare edifici scolastici in pochi minuti (10 minuti per una scuola) all’interno di un sito in qualsiasi parte del Regno Unito. La app è stata pensata per essere utilizzata anche da non designer sviluppando un’interfaccia colorata e divertente anche per i più piccoli.

I processi illustrati fin qui mostrano un sistema di lavoro che, sfruttando la capacità di calcolo degli strumenti informatici e dell’intelligenza artificiale nell’elaborare grandi masse di dati in tempi molto brevi, riesce a restituire centinaia di diverse soluzioni progettuali in relazione agli algoritmi di calcolo utilizzati. Il percorso di cambiamento verso processi per il design automatizzato richiede una nuova visione del progettista che deve saper attivare processi di standardizzazione e automazione consapevole che questa è la via per la sicurezza e il controllo di tempi, costi e qualità sia in fase di progettazione che di realizzazione.

Cosa hanno detto i partecipanti dell'evento IDTUK

“Ho partecipato per la prima volta al gruppo di IDTUK e sono rimasto molto colpito dalla qualità e dal impatto delle presentazioni. Come professore della University of Brighton, sono rimasto colpito dalla miscela di teoria ed esempi pratici presentati, necessari per creare un contesto ricco di informazioni ed esperienze. In più, le presentazione sui sistemi operativi per edifici intelligenti e automazione nel design di Francesco Anselmo e Elena Belluomo dimostrano il potenziale di ricerca futura nel campo dell’edilizia. Consiglio a tutti di partecipare ai prossimi eventi del IDTUK non solo per la rigorosità e qualità delle presentazioni ma anche per avere accesso ad un network di innovatori e ricercatori italiani nel UK. Aspetto con emozione il prossimo evento.”

Fadi Castronovo – Senior Lecturer in the Built Environment – University of Brighton

“Ho trovato l’evento molto interessante per due mortivi principali. Il primo è che i relatori hanno presentato un lavoro di alta qualità in modo semplice ed interesante. È stato piacevole seguire entrambe le presentazioni anche per chi non lavora necesariamente agli stessi temi. Il secondo motivo è che il clima dell’evento in generale è stato piacevole: professionale e costruttivo. Questo è emerso sia nelle presentazioni, che nella sezione di Q&A. La comunità IDTUK è un’importante iniziativa utile a tutti quelli come noi interessati alla crescita professionale e culturale intorno alla trasformazione digitale. I crediti vanno agli organizzatori della network. Ottimo lavoro!”

Silvio Carta, Professore Associato e Direttore del Dipartimento di Design, University of Hertfordshire.

IDTUK sarà presente al MADE EXPO a Milano il 22 novembre: ti aspettiamo

>>> Il prossimo evento online si terrà il 2 dicembre

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