Il futuro del BIM nel calcolo strutturale di edifici e ponti

Negli ultimi anni, il Building Information Modeling (BIM) ha rivoluzionato l'industria delle costruzioni, trasformando il modo in cui gli edifici e le infrastrutture sono progettati, costruiti e gestiti. Questo approccio digitale ha permesso una maggiore collaborazione tra architetti, ingegneri, costruttori e altri professionisti, migliorando la qualità dei progetti e riducendo i tempi e i costi associati alle costruzioni. Il futuro del BIM, in particolare nel calcolo strutturale di edifici e ponti, appare promettente, con numerose evoluzioni tecnologiche all'orizzonte che promettono di rendere ancora più efficace e innovativa la pratica ingegneristica.

Il BIM e il calcolo strutturale: un connubio innovativo

La rivoluzione digitale nel calcolo strutturale

Il BIM rappresenta una svolta fondamentale nel calcolo strutturale, offrendo agli ingegneri strumenti avanzati per la modellazione tridimensionale, l'analisi e la simulazione delle strutture. Attraverso il BIM, è possibile integrare dati complessi come materiali, carichi, vincoli direttamente nel modello digitale, permettendo un'analisi più accurata e dettagliata delle prestazioni strutturali di edifici e ponti.

L'adozione del BIM nel calcolo strutturale ha semplificato processi che in passato erano estremamente laboriosi, come la verifica della resistenza, la simulazione degli effetti del vento e dei terremoti, e la valutazione delle deformazioni strutturali. Grazie alla visualizzazione tridimensionale, gli ingegneri possono identificare e risolvere i potenziali problemi prima che si verifichino, migliorando la sicurezza e l'affidabilità delle strutture.

Miglioramento della collaborazione e della comunicazione

Come detto, uno degli aspetti più rivoluzionari del BIM è la sua capacità di migliorare la collaborazione tra diversi professionisti del settore edile. Tradizionalmente, il processo di progettazione e costruzione coinvolgeva una serie di passaggi separati e compartimentati, con scarsa comunicazione tra le diverse discipline.

Il BIM, invece, favorisce una condivisione continua delle informazioni, permettendo a ingegneri strutturali, architetti e costruttori di lavorare simultaneamente sullo stesso modello. Questo approccio collaborativo riduce gli errori e le discrepanze nei progetti, garantendo che tutte le parti coinvolte siano allineate e informate durante l'intero ciclo di vita del progetto.

Tecnologie emergenti e il futuro del BIM

Nel futuro del BIM, l'intelligenza artificiale (IA) e il machine learning (ML) giocheranno un ruolo sempre più centrale. Queste tecnologie possono essere utilizzate per automatizzare e ottimizzare il calcolo strutturale, analizzando grandi quantità di dati e identificando problematiche che potrebbero sfuggire all'occhio umano. Ad esempio, l'IA potrebbe essere utilizzata per prevedere il comportamento strutturale sotto diverse condizioni di carico, migliorando la precisione delle analisi e riducendo il tempo necessario per completare le simulazioni.

Il machine learning, in particolare, può essere impiegato per migliorare i modelli predittivi utilizzati nel calcolo strutturale. Utilizzando dati storici e real-time, gli algoritmi di ML possono essere addestrati per identificare possibili punti di cedimento o debolezze nelle strutture, offrendo raccomandazioni su come migliorare il progetto o la manutenzione. Questo livello di automazione avanzata non solo riduce i rischi associati alla vita delle costruzioni, ma permette anche di progettare strutture più sicure e durature.

L'Internet delle Cose (IoT) sta iniziando a influenzare significativamente il BIM, in particolare nel calcolo strutturale e nella gestione delle infrastrutture. Attraverso l'uso di sensori IoT integrati nelle strutture, è possibile raccogliere dati in tempo reale sulle condizioni ambientali, sulle vibrazioni, sulle deformazioni e su altri parametri critici. Questi dati possono essere direttamente integrati nel modello BIM, permettendo agli ingegneri di monitorare continuamente le prestazioni della struttura e di intervenire prontamente in caso di anomalie.

L'uso dell'IoT in combinazione con il BIM rappresenta una delle direzioni più promettenti per il futuro del calcolo strutturale, poiché consente una gestione proattiva delle infrastrutture. Ad esempio, in un ponte, i sensori potrebbero rilevare variazioni anomale nei carichi o nelle deformazioni, inviando avvisi immediati agli ingegneri e permettendo interventi tempestivi prima che si verifichi un problema strutturale significativo.

Difficoltà nell'importazione di modelli IFC da software di BIM authoring a software di calcolo strutturale

Uno dei principali ostacoli nell'integrazione del BIM con il calcolo strutturale è la complessità dell'importazione dei modelli IFC (Industry Foundation Classes) da un software di BIM authoring, come Revit, Archicad, Allplan, etc. a un software di calcolo strutturale. Sebbene l'IFC sia un formato standard aperto progettato per facilitare lo scambio di dati tra diverse applicazioni BIM, la traduzione di un modello complesso da un ambiente di progettazione architettonica a uno di analisi strutturale può presentare numerose difficoltà.

Queste difficoltà includono l'incompatibilità delle entità geometriche e degli attributi specifici di ciascun software. Ad esempio, durante l'importazione, elementi come pareti, colonne o travi possono non essere correttamente riconosciuti o rappresentati, poiché il modello IFC potrebbe contenere informazioni non necessarie per l'analisi strutturale o interpretate in modo diverso rispetto al software di authoring.

Inoltre, la discretizzazione delle geometrie e l'assegnazione delle proprietà dei materiali possono risultare imprecise o incomplete, richiedendo ulteriori interventi manuali da parte dell'ingegnere strutturista per correggere le discrepanze e garantire che il modello sia utilizzabile per il calcolo strutturale.

Queste problematiche rallentano il processo di progettazione e aumentano il rischio di errori, rendendo essenziale lo sviluppo di flussi di lavoro ottimizzati e l'uso di plugin o strumenti di conversione che facilitino l'integrazione tra i diversi software, mantenendo la coerenza dei dati e la precisione necessaria per le analisi strutturali.

L'Interfacciamento BIM nel software MasterSap di AMV

MasterSap, rappresenta un esempio di come l'interfacciamento BIM possa essere integrato in un software di calcolo strutturale per migliorare l'efficienza e la precisione nel processo di progettazione. MasterSap è stato progettato per supportare l'importazione e l'esportazione di modelli BIM attraverso formati standard come IFC, facilitando l'interoperabilità con i software di BIM authoring.

Questo interfacciamento permette ai progettisti di importare i modelli architettonici e strutturali creati in ambiente BIM direttamente in MasterSap, dove vengono automaticamente convertiti in un modello adatto per il calcolo FEM (Finite Element Method) utilizzabile per l'analisi strutturale.

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MasterSap sfrutta il modello generato dal file IFC per interpretare correttamente le geometrie, i materiali, e le connessioni strutturali, consentendo una transizione fluida tra la fase di modellazione BIM e l'analisi strutturale. Inoltre, il software offre strumenti per la verifica e la correzione delle discrepanze che possono sorgere durante l'importazione, garantendo che il modello generato sia accurato e pronto per l'analisi.

Questa capacità di interfacciamento rende MasterSap un potente strumento per ingegneri strutturisti che operano in contesti BIM, migliorando la coerenza dei dati e riducendo significativamente il rischio di errori progettuali.

A seguito dell’importazione del modello in MasterSap, è possibile procedere con l'analisi strutturale.

Il software offre un'ampia gamma di opzioni per definire carichi, condizioni di vincolo e altri parametri rilevanti per la valutazione della stabilità e della resistenza dell'edificio. Grazie alla connessione con il modello BIM, tutte le modifiche apportate al modello di analisi strutturale vengono automaticamente riportate nel modello IFC. Questa sincronizzazione bidirezionale garantisce la coerenza tra le informazioni presenti nei due modelli, consentendo a tutti i membri del team di avere sempre accesso alle ultime versioni del progetto.

Il processo di analisi strutturale in MasterSap è estremamente preciso e dettagliato. Il software utilizza diversi solutori proprietari avanzati per calcolare le sollecitazioni e le deformazioni degli elementi strutturali, consentendo di valutare l'integrità e la sicurezza dell'edificio in diverse condizioni di carico.

I risultati dell'analisi strutturale sono visualizzati in modo chiaro e intuitivo, sia attraverso tabelle dettagliate che attraverso diagrammi e grafici. Questa rappresentazione visiva facilita la comprensione dei dati e aiuta gli ingegneri a prendere decisioni informate per ottimizzare la struttura e garantire il rispetto delle normative di sicurezza.

L'esportazione del modello in formato IFC è stata recentemente arricchita con l’esportazione delle pareti (IfcWall) e delle solette (IfcSlab) nel loro formato completo e non solo come sottoprodotti della fase di meshatura in singoli elementi finiti. Ovvero gli elementi possono essere generati in IFC sia come singolo elemento guscio, derivante dalla meshatura analitica, sia come macroelemento originario, ovvero quello che definisce l’intera parete o l’intera soletta.

Inoltre sono state aggiunte alle opzioni di esportazione la possibilità di esportare solo gli elementi visibili o quelli selezionati, nella loro configurazione strutturale architettonica o in quella di calcolo.

Per configurazione strutturale architettonica si intende quella derivante da un tipico modello BIM, nella quale gli elementi strutturali sono allineati rispetto alle superfici esterne o interne di altri elementi. Per configurazione di calcolo si intende invece quella in cui gli elementi sono sempre allineati fra loro utilizzando linee o piani baricentrici, questo è il tipico caso che si utilizza per scambiare modelli BIM fra software di calcolo strutturale differenti.

Questa integrazione tra il BIM e il calcolo strutturale migliora la collaborazione tra i diversi professionisti coinvolti nel progetto, permettendo di realizzare edifici sicuri, efficienti e conformi agli standard di qualità richiesti. MasterSap rappresenta, quindi, uno strumento per progettisti e ingegneri che vogliono raggiungere i massimi livelli di precisione e affidabilità nelle loro analisi strutturali.

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Nei prossimi paragrafi si parlerà di:

• Obblighi normativi;
• BIM e sostenibilità nel calcolo strutturale;
• Sfide e opportunità del BIM nel calcolo strutturale;
• Conclusioni della trattazione