HBIM: adottare il metodo BIM nel restauro degli edifici storici

I vantaggi del HBIM

Adottare il BIM nella gestione di edifici che fanno parte del patrimonio edilizio serve a ridurre la quantità di denaro per la gestione e, di conseguenza, ad ottimizzare le risorse disponibili. Avere un modello BIM di un edificio storico può diventare una risorsa fondamentale in tutte quelle situazioni dove si deve intervenire per una ristrutturazione o un restauro conservativo.

Tramite la ricostruzione di un modello digitale (Digital twin) si riesce ad avere una conoscenza molto approfondita del manufatto e delle fasi della sua costruzione e della sua evoluzione. Ogni elemento che costituisce il manufatto avrà una forma e un insieme di informazioni che ne permettono una immediata comprensione. Sarà quindi possibile analizzare e studiare l’oggetto di intervento con l’aiuto degli strumenti digitali ed affrontare con migliore cognizione le scelte progettuali.

Le fasi del HBIM

Nell'HBIM convergono diverse discipline che vanno dalla storia dell'architettura fino all'archeologia, passando per le più avanzate tecnologie al servizio del rilievo e della diagnostica. Il processo operativo per la restituzione digitale di un edificio storico può essere semplificato e suddiviso in tre fasi.

1. Raccolta dei dati

La raccolta dei dati consiste in primo luogo nel rilievo del manufatto, i cosiddetti rilievi metrici e morfologici. Possono essere condotti con i metodi tradizionali (metro, bindella, calibro, ecc.) ma preferibilmente con metodi digitali avanzati, quali la scansione laser o la fotogrammetria (un metodo basato sull’interpolazione di più immagini che combinate insieme possono restituire la superficie degli oggetti fotografati). Questo metodo è più veloce per quanto meno preciso del rilievo laser e restituisce immediatamente superfici 3D pronte a essere inserite nel modello. Queste non hanno però la caratterizzazione e le informazioni di un elemento BIM vero e proprio, ottenuto cioè con gli strumenti specifici di modellazione.

Nell'immagine in basso vediamo il modello di rilievo ottenuto con tecnologia laser scan, il dettaglio modellato con strumenti BIM nativi e l'equivalente mesh texturizzata ottenuta con tecniche fotogrammetriche. Le immagini si riferiscono al progetto di restauro delle Pescherie di Giulio Romano a Mantova degli studi PDA e Dva/BIMFactory.

I diversi metodi possono anche essere combinati fra loro, dove il rilievo al laser è utile per gestire l’insieme mentre la fotogrammetria si presta all’acquisizione di piccole porzioni dell’edificio o, viceversa, dell’intero edificio qualora sia sufficiente un modello poco caratterizzato.

Rispetto alle normali prassi, nell’HBIM i rilievi possono essere di più tipi specifici, includendo ad esempio il rilievo dei colori, il rilievo del degrado, i rilievi impiantistici, del verde, ecc.

Nel campo dell’ HBIM è fondamentale oltre al rilievo morfologico, l’indagine storica dei documenti e dei dati per ricostruire non soltanto l’aspetto esteriore, ma anche per conoscere le tecniche costruttive e gli autori, identificare le fasi costruttive, le influenze e tutte le circostanze che hanno dato origine all’opera. Queste sono indagini di tipo storico-bibliografiche, archivistiche, iconografiche, ecc.

Completa la fase della raccolta dati l’eventuale ricorso a indagini diagnostiche dell’edificio: non è sufficiente rilevare la geometria nel suo insieme, è necessario includere ogni forma di degrado con la sua esatta collocazione e monitorarne la progressione. Le indagini diagnostiche possono essere di tipo strutturale per valutare la tenuta statica dell’edificio e comprende l’utilizzo di fessurimetri, endoscopi, ecc. Esistono poi le diagnostiche sui materiali per rivelarne temperature, porosità, tasso di umidità, composizione fisico-chimica, ecc.

Nelle immagini in alto, prodotte dagli studenti del professor Arlati del Politecnico di Milano, vediamo una porzione di muratura a Pompei: la prima operazione è stata quella di rilevare l'insieme per poi evidenziare, tramite studio archivistico, le diverse tecniche murarie impiegate.

Una volta modellato il muro con le diverse disposizioni di laterizi, è stato eseguito un rilievo laser del degrado per ottenere una sorta di "negativo" dell'erosione da sottrarre al muro precedentemente modellato. In questo esempio vediamo impiegate le tre forme di rilievo e indagine descritte in precedenza: rilievo morfologico, indagine documentale, rilievo del degrado.

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2) Elaborazione dei dati

Una volta raccolti i dati che, come abbiamo visto, sono anche molto eterogenei fra loro, comincia la fase di restituzione grafica 3D del modello basandosi sugli elementi del rilievo geometrico incrociati con le altre informazioni acquisite.

Bisogna innanzitutto impostare il modello in base agli usi e obiettivi del BIM: rispetto a una qualsiasi opera BIM dove siamo soliti scomporre l’insieme nei suoi principali componenti (muri, pilastri, solai, ecc.), nell’HBIM è necessario un approfondimento ulteriore e ad esempio, anziché considerare i soli pilastri, dovremo identificare e classificare ogni pietra che lo compone, così come ogni tessera di un mosaico, ecc.

Ogni elemento deve essere classificato e identificato e per ognuno bisogna stabilire il grado di approfondimento della rappresentazione e delle informazioni annesse secondo la codifica dei livelli di dettaglio degli oggetti.

Non è necessario incorporare tutte le informazioni acquisite e non necessariamente gli elementi devono avere una rappresentazione molto approfondita. Di un pilastro non è essenziale rappresentare ogni concio che lo compone, purché sia possibile accedere all’informazione in cui questo dato è riportato: può essere uno schema 3D allegato o una o più foto o ancora un piccolo modello dedicato.

Qualsiasi sia il metodo utilizzato, ciò che conta è che il pilastro abbia un codice identificativo univoco così come i conci in pietra che lo compongono. Una volta che la gestione degli oggetti è stata pianificata, si può procedere con la  costituzione di una libreria di riferimento degli oggetti BIM da disporre all’interno del modello.

In alto, il Padiglione di Carlo V a Siviglia: ogni tessera è stata rilevata, modellata e classificata fino a ottenere per ognuna un codice identificativo univoco. A ogni pezzo è stata poi assegnata la sua tessitura reale per avere anche un riscontro grafico realistico.

Il modello stesso sarà oggetto di un’opera di regolarizzazione per non dover rappresentare ogni minima imperfezione che può risultare controproducente, sia per i tempi di restituzione grafica che per le dimensioni finali del modello. In queste situazioni, dove operiamo consapevolmente una semplificazione, è importante avere accesso alla nuvola di punti sovrapposta al modello per avere sempre un riscontro delle differenze rispetto al reale. In pratica, non tutto deve essere modellato con estrema precisione di dettaglio, ma il modello deve dare accesso a qualsiasi informazione relativa a ogni singolo oggetto. Questo è possibile perché, attraverso il sistema di codifiche, viene istituita una corrispondenza fra il modello, i suoi oggetti, e i dati che vi sono incorporati. Questi a loro volta possono assumere diverse connotazioni e vivere su diversi supporti, dal cartaceo, alla fotografia, al file multimediale, ecc.

In pratica il modello, più che contenere la totalità delle informazioni, deve operare come una sorta di indice dei contenuti che ne permetta l’accesso e la consultazione.

3) Fusione dei dati

In questa fase si può procedere alla generazione della documentazione e degli elaborati grafici richiesti per portare a termine gli obiettivi BIM esplicitati: per ognuno dei destinatari della commessa (committente, tecnici, opere di divulgazione, ecc.) verranno evidenziati alcuni elementi piuttosto che altri e dobbiamo avere la capacità di declinare la rappresentazione dei contenuti in maniera molto flessibile per generare delle mappature tematiche, quali le mappe del degrado o le classificazioni urbanistiche del patrimonio edilizio storico.

Oggi la rappresentazione 3D trova sempre maggiori applicazioni e le stesse tematizzazioni possono essere elaborate direttamente sul modello.

In alcuni casi, il restauro di un’opera è finalizzato alla sua rifunzionalizzazione per un suo successivo utilizzo. Quindi, parallelamente a rilievo e restituzione morfologica, è necessario valutare le performance energetiche dell’edificio tramite simulazione e predisporlo al suo adeguamento tecnologico, laddove sia consentito dai vincoli in atto.

Conclusa la fase progettuale finalizzata agli interventi diretti, bisogna impostare le fasi di gestione e manutenzione, andando a connettere il modello a un database relazionale e, nei casi più virtuosi, a dei sensori installati nell’edificio.

Chi beneficia del HBIM

I vantaggi apportati dal BIM nel settore del restauro sono diversi, a seconda di chi ne è il beneficiario. Riconosciamo principalmente 4 soggetti:

1. Le pubbliche amministrazioni, le Sovrintendenze in primis, che con l’HBIM hanno in mano strumenti di verifica e controllo validi e affidabili e che, a lungo termine, forniscono una mappatura capillare delle opere nel territorio. I modelli generati con l’ausilio della nuvola di punti sono per lo più georeferenziati e ciò consente di connetterli tramite i Sistemi Informativi Territoriali;
2. Gli operatori della conservazione, i restauratori che possono consultare il modello e i documenti connessi quali le mappature del degrado per utilizzarle direttamente in cantiere per pianificare e guidare gli interventi da eseguire. Le mappature possono essere aggiornate periodicamente o a seguito di un evento e attraverso il database relazionale gli operatori possono immettere nuovi dati circa lo stato di conservazione, gli interventi da compiere, ecc.;
3. Gli studiosi e accademici, possono consultare il modello per accedere alle fonti archivistiche e al materiale iconografico (mappe e disegni, ecc.). Questo metodo, oltre a facilitare l’accesso alle informazioni, consente di stabilire nuove correlazioni di tipo spaziale, oltre che documentale;
4. Il pubblico, turisti e semplici curiosi, che possono consultare dei modelli multimediali per vivere esperienze immersive e stabilire un maggior coinvolgimento con le opere visitate. Il modello virtuale può essere impostato con quante connessioni si voglia a qualsiasi documento presente in Banca Dati.

Da qualsiasi prospettiva di approccio all’HBIM è indubbio che i vantaggi sono notevoli in termini di incremento dell’efficienza, ma non solo: la quantità di informazioni che è possibile generare, incorporare e gestire all’interno del modello è molto maggiore rispetto al passato anche recente.

Inoltre, le possibilità di accesso e consultazione rendono le informazioni maggiormente disponibili, anche in modalità sconosciute fino a oggi, quali realtà virtuale, Augmented Reality, ecc. In questo modo si attivano nuove forme di fruizione dell’opera per un pubblico molto più vasto rispetto al passato.

I documenti cartacei, trasportati sui nuovi supporti digitali, acquisiscono una seconda vita: gli archivi documentali, o una loro parte, diventano elementi didattici attivi, non più a disposizione dei soli accademici ma anche di studenti di ogni livello e grado.

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Fondata nel 1982, Graphisoft sviluppa Archicad, la soluzione software di Building Information Modeling leader nel settore per architettura e progettazione. La missione in Graphisoft è di potenziare i team di professionisti dell’edilizia con una tecnologia avanzata e il know-how di accompagnamento per aiutare a creare grandi architetture.