Il BIM elettrico e il PVBIM fotovoltaico: software, modelli e librerie di componenti

L’implementazione di strumenti e procedure BIM consente, a ogni soggetto che opera nel processo di realizzazione o di gestione di un edificio, di migliorare la propria efficienza, indipendentemente dal punto in cui si colloca la sua attività nel ciclo di vita dell’edificio. Ciò si concretizza attraverso una riduzione significativa dei costi riconducibili a una non corretta gestione delle informazioni. In un settore in cui il margine operativo è piuttosto contenuto, l’acquisizione e l’utilizzo di strumenti che consentano di ridurre i costi connessi alle inefficienze rappresentano ottimi investimenti.

I dati gestiti nel processo BIM possono provenire da diverse fonti, quali per esempio i software per la modellazione, i software specialistici utilizzati per dimensionare gli impianti, le librerie di modelli BIM di componenti, le note e le informazioni aggiunte dai vari soggetti coinvolti nel processo.

Gli aspetti che ci interessa analizzare nel presente testo riguardano l’utilizzo dei dati ai fini dell’esecuzione dei calcoli da parte dei progettisti di impianti elettrici e fotovoltaici.

L’utilizzo del BIM nel settore elettrico

Il BIM è ancora poco utilizzato nel settore elettrico. La ragione è da cercarsi nel fatto che molte attività vengono ancora svolte al di fuori dello sviluppo del modello digitale, come l’analisi del carico, il dimensionamento dei cavi e lo studio dei loro percorsi, e il coordinamento con altre discipline come quella termotecnica. Inoltre, di solito l’installatore non partecipa alla realizzazione del modello digitale, preferendo ancor oggi cercare in cantiere la soluzione esecutiva ottimale, anziché anticiparla mediante simulazioni in fase progettuale.

Per superare questo stato di cose, e incrementare il livello di digitalizzazione del settore, è necessario disporre di strumenti software che consentano di trasformare le necessità in vantaggi, sfruttando le caratteristiche della progettazione BIM.

In un precedente articolo si è trattato dei vantaggi conseguibili con l’uso di un software specifico per il calcolo elettrico, integrabile nel processo BIM. Ora analizzeremo in che modo questo strumento possa essere impiegato in ciascuna delle fasi in cui si articola il progetto di un impianto elettrico.

elec calc™ BIM è la soluzione per la progettazione elettrica nel processo BIM

I professionisti della progettazione elettrica devono tradurre l’idea di impianto in uno schema unifilare che può comprendere parti alimentate in bassa tensione e altre in media tensione. 

I componenti dell’impianto, come i carichi, i generatori, i trasformatori e i quadri elettrici, possono essere inizialmente rappresentati nel modello mediante oggetti generici, ma nello schema elettrico è necessario inserirli in opportuni circuiti che comprendano anche i dispositivi di controllo, le apparecchiature di protezione e i cavi di collegamento. 

elec calc™ BIM consente di associare un componente presente nel modello 3D con un simbolo inserito nello schema unifilare.

 
Fig. 1 – Associazione di un componente del modello 3D a un simbolo elettrico nello schema unifilare

È possibile disegnare lo schema unifilare in modo automatizzato utilizzando le macro. L’utente può creare librerie personalizzate contenenti dei circuiti tipo che rappresentano, per esempio, il modo in cui un utilizzatore è alimentato, controllato e comandato.

 
Fig. 2 – elec calc™ consente di creare delle librerie di macro contenenti i circuiti di uso frequente

Nell’inserimento automatizzato, il progettista sceglierà quale macro usare e a quale distributore collegare il circuito. 

Più simboli dello stesso tipo (motori, lampade, ecc.) possono essere riconosciuti contemporaneamente e associati a uno stesso tipo di macro, così da effettuare un inserimento automatizzato multiplo di più circuiti con un unico comando. Grazie a questo modo di procedere si risparmia tempo e si evitano errori, grazie all’uso di circuiti già studiati precedentemente.

 
Fig. 3 – Selezionando un componente nel modello 3D è possibile visualizzarne le proprietà

Il passo successivo consiste nel definire i passaggi dei cavi: l’individuazione del loro percorso sulle passerelle o nei condotti consente di determinarne la lunghezza, parametro necessario per il calcolo della sezione, e per la verifica delle cadute di tensione e delle sollecitazioni termiche. 

elec calc™ BIM è dotato di una funzione di auto-routing che collega automaticamente i carichi nel modello 3D e riporta le lunghezze nell’unifilare. In alternativa, il progettista può decidere di effettuare manualmente questa operazione, scegliendo il percorso preferito tra quelli disponibili.

Il visualizzatore 3D di elec calc™ BIM è dotato anche di una funzione per disegnare i percorsi, nel caso in cui quelli presenti nel modello non fossero sufficienti.

Nel posizionare i cavi sulle passerelle e nei condotti, il progettista dovrà verificare il rispetto di specifiche prescrizioni. Anche in questo caso, elec calc™ BIM fornisce un prezioso aiuto fornendo i dati relativi alle vie cavo, quali la percentuale di riempimento, il peso, e la lista completa dei cavi che le percorrono. Per avere queste informazioni è sufficiente selezionare la canalina nel visualizzatore 3D.

 
Fig. 4 – Selezionando una canalina si visualizza il suo livello di riempimento e il peso

Fig. 5 – Selezionando una canalina si ottiene la lista dei cavi in essa posati

Il calcolo elettrico viene effettuato tenendo in considerazione le caratteristiche dei carichi da alimentare. Supponiamo di avere una serie di lampade, il cui modello è stato scelto sulla base di considerazioni di tipo architettonico, illuminotecnico ed energetico. Il progettista elettrotecnico sarà interessato solo ad alcune delle informazioni relative al prodotto, quali la potenza, la tensione, il fattore di potenza, ecc.

Nella scelta dei componenti da utilizzare nel progetto, l’uso di modelli BIM degli stessi, scaricati gratuitamente da una piattaforma come BIM&CO, consente di selezionare le informazioni da associare all’oggetto perché ritenute rilevanti per il progetto. Quando il modello sarà utilizzato da un altro partecipante al processo BIM, egli potrà a sua volta aggiornare gli oggetti con le informazioni di suo interesse. Inoltre, scaricandolo dalla piattaforma BIM&CO, il componente sarà già BIM-ready, con il design geometrico necessario per posizionare e collegare correttamente la parte nel modello globale.

Il progetto si evolverà nel tempo, e procedendo dall’idea preliminare alla fase esecutiva, il progettista elettrico avrà la necessità di gestire le varianti, e di proporre a sua volta alcune modifiche al modello, necessarie per il posizionamento delle apparecchiature, per il passaggio di cavi e condotti, e anche per ragioni di sicurezza e di rispetto delle norme.

 
Fig. 6 – Il progettista elettrico può chiedere delle modifiche al modello usando i messaggi BCF

Anche nella gestione delle varianti, le funzionalità di elec calc™ BIM semplificano il lavoro del progettista elettrico, grazie alla possibilità di aprire più file IFC contemporaneamente, ciascuno relativo a una specifica variante progettuale. In questo modo saranno chiare le modifiche apportate, sia con una rappresentazione grafica che usa il codice a colori, sia con la lista dei componenti aggiunti, di quelli eliminati e di quelli spostati, con la loro posizione iniziale e quella finale.

 
Fig. 7 – Le varianti sono rappresentate graficamente con il codice dei colori e anche in formato testo

Dopo aver accettato la variante, le modifiche apportate al modello saranno visualizzate in forma di note sullo schema unifilare. Il progettista potrà così intervenire sullo schema elettrico, effettuare il ricalcolo semplicemente cliccando un pulsante, e visualizzare, grazie ai messaggi di elec calc™, quali componenti è opportuno sostituire.

elec calc™ BIM è un software di calcolo con caratteristiche Open BIM. Inoltre, uno specifico plug-in ne agevola il dialogo con Revit^®. 

elec calc™ BIM riceve, visualizza e gestisce il file IFC contenente il modello dell’edificio con le apparecchiature elettriche da alimentare. Dopo aver eseguito il progetto elettrico, del quale abbiamo sintetizzato qui sopra le fasi principali, il professionista può esportare verso Revit^® le informazioni relative ai componenti elettrici, e generare un file IFC contenente il percorso dei cavi. In Revit^® saranno disponibili sia la rappresentazione grafica dei cavi nel modello 3D, che due nuovi report: uno relativo ai componenti elettrici e un secondo contenente la lista dei cavi con tutte le relative proprietà.

Anche in seguito all’ultimazione dell’edificio potrebbero essere richieste modifiche all’impianto, per realizzare un ampliamento, o per necessità di manutenzione. Se i componenti oggetto di manutenzione o di sostituzione fossero rappresentati nel modello mediante oggetti BIM provenienti dalla piattaforma BIM&CO, sarebbe semplice reperirne le caratteristiche e i documenti tecnici.

 
Fig. 8 – I modelli BIM dei componenti scaricati dalla piattaforma BIM&CO possono essere aggiornati nel tempo in base alle esigenze nel ciclo di vita del sistema edificio-impianto

Il PVBIM: una novità per il settore fotovoltaico

Gli operatori del settore fotovoltaico possono avvantaggiarsi delle potenzialità offerte dal PVBIM. L’impianto fotovoltaico, sia nel caso in cui fosse realizzato su un edificio, sia nel caso di una vera e propria centrale elettrica a se stante, può essere gestito nell’ambito di un processo BIM. Infatti, i suoi principali componenti, cioè i pannelli fotovoltaici e gli inverter, possono essere disponibili come modelli BIM. 

Questo approccio PVBIM consente l’uso di software specialistici in ogni fase del ciclo di vita dell’impianto fotovoltaico, dalla progettazione al funzionamento, comprese la supervisione e la gestione.

archelios™ Suite è un insieme di strumenti software e di servizi che supportano i professionisti nella progettazione di impianti fotovoltaici e nella loro gestione e manutenzione.

Con archelios™, il professionista può effettuare lo studio di fattibilità, il disegno 3D, la simulazione, l’analisi economica e il confronto di più alternative progettuali per un impianto fotovoltaico. In questa attività, possono anche essere utilizzati i modelli BIM di pannelli fotovoltaici, scaricati dalla piattaforma BIM&CO. Viene così viene creato il modello PVBIM che sarà completato lungo le fasi successive del progetto fotovoltaico.

 
Fig. 9 – archelios™ Pro consente la modellazione 3D dell’impianto fotovoltaico, la simulazione e l’analisi economica

Dopo aver definito l’architettura dell’impianto, con archelios™ Calc viene effettuato il calcolo e il dimensionamento degli altri componenti elettrici di cui è costituito l’impianto fotovoltaico, quali per esempio i cavi, i fusibili e gli scaricatori.

 
Fig. 10 – archelios™ Calc è il software per il dimensionamento elettrico di un impianto fotovoltaico

archelios™ O&M è un servizio dedicato alla gestione e alla supervisione degli impianti fotovoltaici. Grazie alla modellazione PVBIM, usando i dati rilevati da sensori o le informazioni satellitari sulla radiazione solare e sulla temperatura, archelios™ O&M può calcolare la produzione attesa dell’impianto e di ciascuno dei suoi componenti. In questo calcolo, al fine di computare la trasformazione dell’energia solare in energia elettrica è importante considerare anche gli ombreggiamenti dovuti a tutti i componenti del sistema, valutabili quando sono rappresentati da modelli BIM, e anche il modello elettrico dell’impianto. 

La produzione effettivamente misurata e confrontata con il riferimento fornito dal modello PVBIM permette di identificare e valutare qualsiasi malfunzionamento e aiuta a prendere decisioni in merito agli interventi di manutenzione. 

Inoltre, grazie al modello PVBIM, si avrà accesso in qualsiasi momento ai dati riguardanti i componenti installati e sarà possibile arricchire il modello con ulteriori informazioni. 

Queste caratteristiche migliorano l’efficienza nel prendere decisioni, consentono di risparmiare tempo e aumentano la redditività.

Fig. 11 – archelios™ O&M è un servizio che consente il monitoraggio degli impianti fotovoltaici

>>> I progettisti che desiderano testare elec calc™ BIM o archelios™ possono chiedere una versione di prova gratuita