Infrastrutture Digitali: come sta evolvendo il mondo Infra BIM per i Ponti

La necessità di affiancare e via via sostituire la progettazione classica dei ponti con strumenti digitali informativi, BIM, sta facendo riflettere i progettisti, e i committenti, a come rivoluzionare la “produzione” dei progetti in funzione degli utilizzi degli elaborati in fase di commessa, costruzione e gestione. Si tratta dei cosiddetti “BIM uses”.

CSPFea sta distribuendo con successo da quindici anni il software di calcolo e progetto di ponti MIDAS Civil, sul quale oramai è disponibile una grande quantità di documenti, tutorial, buone pratiche di modellazione, e da poco MIDAS ha intrapreso la strada di una modellazione informativa digitale dei ponti.

In particolare, Civil, FEA NX e GTS NX, e l’intera suite Bridge Total Solution, i quali, dopo quindici anni sul mercato italiano, si sono ricavati una posizione di assoluto rilievo nelle grandi engineering, tra i professionisti specializzati in infrastrutture e, non ultimo, nelle Università e Centri di Ricerca italiani. Si tratta di strumenti che danno soddisfazione all’ingegnere e al ricercatore, ma ora è necessario ampliare gli orizzonti per essere innovativi e competitivi.

Fig. 1: Da MIDAS CIM a MIDAS Civil

L’InfraBIM cambia le regole del gioco?

Gli strumenti di calcolo, sebbene molto apprezzati, richiedono di essere inseriti in un nuovo flusso di lavoro? È stata la domanda di MIDAS e di CSPFea quattro anni fa, che ha portato a ideare un flusso di dati, creando un modellatore di ponti e collegandolo al flusso di modellazione strutturale, progetto, costruzione, manutenzione.

Parlare di InfraBIM, un’esigenza che è diventata prioritaria anche rispetto al BIM in edilizia, a causa delle soglie di adozione del BIM che vedono in prima fila le grandi opere pubbliche da oltre 100 milioni di euro, significa però entrare in un mondo ancora altamente inesplorato. L’InfraBIM è ancora da scoprire e testare, basti pensare che non esiste ancora ufficialmente uno schema di interscambio IFC per i ponti, e i software utilizzati per l’architettura edile si sono rivelati insufficienti, lacunosi e concettualmente errati per progettazione di opere lineari come ponti, viadotti, gallerie.

Lo hanno dimostrato Borin e Zanardi in un articolo pubblicato su Digital Modeling n°25 dove appare chiaro che la struttura spaziale e i dati di un ponte si differenziano molto dagli approcci permessi dai software di modellazione BIM architettonica. 

Sul fronte di un linguaggio aperto, richiesto dal D.M.560/17, un gran lavoro di adattamento del meta linguaggio open IFC, da parte di buildingSMART, ha portato alla formulazione di un IFC Bridge, con alcune novità apportate dalla specificità dell’oggetto ponte. CSPFea, lavorando in buildingSMART Italia sta testando questo nuovo draft del linguaggio, con appositi Progetti Pilota, per permettere a MIDAS CIM di essere pronto quando la versione IFC Bridge sarà ufficiale.

BIM per ponti: le questioni aperte

La necessità di fornire modelli informativi per opere pubbliche di importo elevato (e i ponti ne sono forse la maggioranza) con software inadatti creerà diversi problemi. Infatti, la mancanza di standard sui modelli creati oggi, potrebbe avere ripercussioni in futuro, quando sarà necessario accedere a poderosi modelli digitali informativi di infrastrutture: i software BIM, tra venti anni, saranno in grado di leggere i modelli di oggi? Senza considerare il tema dello storage di Gigabyte di informazione per un periodo di vita dell’infrastruttura: quali infrastrutture digitali (Data Center) saranno in grado di conservare per 100 anni il dato digitale? Archiviazione, formati e accesso del dato sono sfide che dovranno essere affrontate subito per non ritrovarsi a rimpiangere i vecchi faldoni di tavole e disegni stampati. 

Anche per questi ulteriori motivi CSPFea partecipa all’Associazione IBIMI, Capitolo Italiano di BuildingSMART, anche per confrontarsi con gli stakeholders del BIM su questi temi.

Fig. 2: Schematizzazione struttura dati ponte composto

Una soluzione ad hoc per i pontisti, MIDAS CIM 

In parallelo, MIDAS sta lavorando alla soluzione CIM - Civil Information Modeling, per ponti e gallerie, da tre anni, attingendo al know-how BIM che si è sviluppato nell’estremo oriente, dove Corea e Cina hanno investito molto e guardano con maggior interesse allo schema IFC.

CSPFea ha affiancato allo Staff Development dell’HQ di Seoul un proprio gruppo di Ricerca & Sviluppo che si avvale di personale CSPFea e, da tre anni, del supporto dell’Università di Padova, Dipartimento DICEA con il Gruppo di Ricerca del Professor Andrea Giordano. 

L’intenzione è di guidare la localizzazione del software MIDAS CIM per le esigenze di committenti e gestori delle Opere Infrastrutturali Pubbliche, partendo dalle esigenze dei progettisti italiani di ponti e gallerie che usano prevalentemente MIDAS Civil e MIDAS GTS NX nelle attività di Modellazione e Simulazione FEM, nonché di Design secondo NTC ed Eurocodici.

MIDAS parte dalla grande esperienza ed affinità con i design engineers di ponti e gallerie, per colmare il gap che deve portare a modelli informativi utili per le committenze, per gli svariati “BIM uses”. Si tratta di una grande sfida che avrà il suo lancio ufficiale a fine 2022. 

Nuove competenze per il “Digital Bridge”

Era chiaro che sarebbe stato necessario un percorso di ricerca e sviluppo per comprendere al meglio le nuove “regole del gioco”, ad esempio con documenti di best practice di modellazione informativa dei ponti.

Queste due attività, collegate al grande sviluppo di MIDAS CIM, piattaforma BIM per i ponti, ci hanno permesso di evolvere in competenza riguardo al tema Infra BIM.

Il lavoro con l’Università di Padova ha permesso di comprendere le migliori pratiche per la corretta modellazione digitale delle informazioni di un ponte. Esse partono dallo schema dei dati proposto da IFC, con attenzione fondamentale alla distribuzione spaziale e semantica di un ponte. Questo è il primo motivo che ci ha convinto che la modellazione informativa di un ponte non può essere efficacemente fatta né da un classico BIM authoring tool per l’architettura e l’edilizia, né da un modellatore di dettagli per l’acciaio la cui finalità è la restituzione dettagliata all’officina e alle macchine taglia-fora.

Stiamo lavorando molto anche sulla definizione di un modello analitico che connetta con coerenza il modello spaziale con il modello di calcolo. Questo è il secondo motivo per il quale riteniamo che sia necessario un software Infra BIM cucito su misura per “alimentare” un software di calcolo di ponti come MIDAS Civil. 

I BIM uses più richiesti

Un ulteriore punto emerso è che al momento la necessità di modellazione informativa è focalizzata sulle esigenze (BIM uses) del progettista, soprattutto per arrivare alla messa in tavola di progetti esecutivi, che sono e saranno ancora per un po’ di tempo la base per i Capitolati per la costruzione dell’opera, anche se l’obiettivo delle grandi committenze (ANAS e RFI in primis) sarà un modello BIM in formato aperto (IFC) “bridge compliant” (IFC Bridge, presumibilmente IFC 4.3) da consegnare ai partecipanti del bando di costruzione dell’opera. 

Altra necessità molto attesa dai progettisti (per alcuni imprescindibile) è il collegamento seamless tra modello Infra BIM e modello di calcolo. In questo caso IFC Bridge ha postposto lo sviluppo ad una seconda fase (2020-2021) data la complessità del tema, mentre MIDAS è più avanti e prevede entro luglio il collegamento nativo tra CIM e Civil. In futuro un collegamento “open” via IFC.

L’utilizzo di soluzioni “custom” attraverso strumenti come Grasshopper o Dynamo risulta invece interessante solo a pochi clienti per la complessità dell’approccio che non si presta a una grande produttività. 

Il dilemma dello strutturista: IFC Bridge vs. collegamenti nativi

MIDAS ha pianificato l’implementazione di IFC 4.3 in MIDAS CIM non appena lo standard sarà ufficialmente rilasciato da buildingSMART. 

Una sintesi dello stato dell’arte per IFC Bridge è efficacemente riassunta dall’Ing. Rachele Bernardello presentato in questo VIDEO e descritto nelle slides.

Ulteriori BIM uses (4D, 5D) possono essere già gestiti (sfruttando modelli MIDAS CIM e restando nell’ambito) restando all’interno della piattaforma MIDAS, mentre il tema del Bridge Maintenance e Bridge Monitoring sono per IFC un orizzonte un po’ più distante, mentre per MIDAS i tempi sono 2021 per lo sviluppo di Moduli appositi (Construction e Management/Monitoring). Lo stato dell’arte con MIDAS CIM è descritto in questo webinar Cafè, Episodio#6, dell’ing. Andrea Basso.

Nel frattempo, CSPFea ha dedicato un anno a supportare il lavoro del Gruppo Italiano IFC Bridge di IBIMI che vede la presenza al tavolo di RFI, ANAS, engineering, software vendors e le Università di Padova e Napoli.

Il lavoro ha permesso di capire le buone pratiche di modellazione BIM di un ponte, partendo da due progetti pilota (ponte a travi composto acciaio-calcestruzzo e ponte ad arco in muratura esistente). Il concetto base è che la struttura gerarchica e spaziale di IFC può essere una ottima base per organizzare le informazioni del modello.

Per approfondire il tema vi suggerisco di consultare il VIDEO e le slides del sottoscritto, presentate alla Conferenza Nazionale IBIMI tenutasi a fine marzo 2020.

Fig. 3: MIDAS CIM, Modulo Constructor

 Il Quadro Normativo “Digital”

Il quadro normativo italiano va delineandosi in maniera frammentata sul tema della digitalizzazione. Dai seguenti Decreti e Linee Guida emergerà il modus operandi delle committenze pubbliche: DL 18/4/2016, n°50, Codice Contratti Pubblici; DM 1/12/2017, n°560, Introduzione metodi e strumenti elettronici; DM 8/10/2019, n°830, Istitutivo dell’AINOP, Archivio Informatico Nazionale Opere Pubbliche; Ass.Gen. Consiglio Sup. LL. PP., 17/4/2020, Linee Guida Ponti e Viadotti. Da tale framework si dovrà lavorare, inizialmente sul lato committenza, per la impostazione di modelli informativi digitali di ponti e viadotti. L’obiettivo di CSPFea e MIDAS è di fornire strumenti e formazione adeguata ai progettisti di ponti per il raggiungimento di tale scopo.

L’esperienza di tre anni di lavoro parallelo tra MIDAS, Corea del Sud, e Università di Padova, ha portato CSPFea a inquadrare le soluzioni per i progettisti circa il tema della progettazione digitale di ponti.

È necessario rendere efficienti i processi di progettazione del ponte, oggi generalmente slegati tra la fase di disegno, la fase di calcolo e, a volte, la fase di dimensionamento. La messa in tavola grazie a modellazioni 3D, legate al modello di calcolo è uno degli aspetti più desiderati dai pontisti. Il workflow procede successivamente ai software di dettagliatura da officina, i quali, svincolati dall’onere di legarsi al software di calcolo (a causa di un LOD molto più dettagliato), possono esprimere tutta la loro utilità nel costruttivo ed in stabilimento di produzione.

È necessario valutare a priori gli aspetti informativi e geometrici necessari realmente nelle fasi di costruzione, as built, manutenzione, monitoraggio. Forse solo alcune di queste sono realmente richieste dal committente. Stiamo lavorando a buone pratiche di modellazione informativa dei ponti per questo.

Sono già iniziati dei Progetti Pilota con alcune Engineering per valutare tutti questi aspetti, ma il tema del retrofitting dei ponti esistenti è ora predominante, sebbene anche buildingSMART International abbia ritenuto di posporre questa istanza per la difficoltà del tema. L’InfraBIM, per ora, è studiato prevalentemente nella progettazione di ponti nuovi. Per questo stiamo cercando di superare questo gap con progetti pilota appositi su certe tipologie di interesse particolare (ponti ad arco in muratura, ponti ad impalcato in travi precompresse e soletta in opera).