Italferr e la progettazione delle infrastrutture ferroviarie in BIM: la linea ferroviaria Apice-Hirpinia

L'articolo che segue è un estratto del libro "Innovare per progettare il futuro. Primo Libro Bianco sul Building Information Modeling" pubblicato da Italferr nel mese di giugno 2018.    www.italferr.it

La prima tratta ferroviaria dell’intinerario NA-BA ad essere progettata in BIM

La tratta ferroviaria Apice-Hirpinia si inserisce nel più ampio ambito di riqualificazione e potenziamento dell’itinerario ferroviario Roma-Napoli-Bari finalizzato a rispondere all’esigenza prioritaria di miglioramento delle connessioni interne del Mezzogiorno, con l’obiettivo di realizzare una rete di servizi al fine di ottimizzare lo scambio commerciale, culturale e turistico tra le varie città e relative aree.

La riqualificazione e lo sviluppo dell’itinerario Roma-Napoli-Bari prevede interventi di raddoppio delle tratte ferroviarie a singolo binario e varianti agli attuali scenari perseguendo la scelta delle migliori soluzioni che garantiscano la velocizzazione dei collegamenti e l’aumento dell’offerta generalizzata del servizio ferroviario, elevando l’accessibilità al servizio mede-simo nelle aree attraversate.

La variante oggetto del presente Progetto Definitivo, di lunghezza circa 18 km, interessa il tratto centrale della direttrice Napoli-Bari e risulta strategica nel riassetto complessivo dei collegamenti metropolitani, regionali e lunga percorrenza previsto con la realizzazione di tutto il potenziamento.

Tale progetto è stato il primo dell’Itinerario a essere progettato con la metodologia BIM. È stato scelto in fase sperimentale per definire le modalità di modellazione soprattutto delle opere in sotterraneo.

testo a cura di: Chiara Butera_BIM Coordinator Italferr

 Vista interna dell’atrio di ingresso della Stazione di Hirpinia

Il modello infrastrutturale della tratta Apice-Hirpinia

La modellazione della tratta Apice-Hirpinia è uno dei primi esempi nei quali la progettazione in BIM ha interessato l’intero tracciato ferroviario e non solo opere puntuali. Questo ha reso necessario nella progettazione un particolare coordinamento tra diversi software, che gestiscono la diversa modellazione delle opere (lineari e puntuali), in modo tale che i diversi confluissero correttamente nel modello generale assemblato.

Il tracciato, di lunghezza pari a circa 18 km con velocità di progetto di 200 Km/h, pendenza longitudinale massima del 12 ‰ e risulta in completa variante rispetto alla linea storica.

Tra le opere di maggiore importanza ci sono la stazione di Hirpinia, posta ad inizio tracciato, delle strutture scatolari in uscita dalla stazione e a seguire una successione di viadotti e gallerie naturali che poi portano il tracciato a concludersi con la fermata di Apice; in particolare, in uscita dalla stazione di Hirpinia si trovano il Viadotto Ufita Hirpinia (655 m), la Galleria naturale Grottaminarda (1965 m), il Viadotto Ufita Melito (230 m), la Galleria naturale Melito (4413 m), il Viadotto Ufita Rocchetta (410 m), la Galleria naturale Rocchetta (6455 m) e il Viadotto Ufita Apice (705 m).

Come si può osservare il tracciato si sviluppa quasi esclusivamente in sotterraneo mediante gallerie naturali, con la presenza di alcuni viadotti. I rilevati e le trincee sono quindi presenti per dei tratti modesti.

 
Ripartizione delle opere sulla Apice-Hirpinia

l modello generale dell’intera tratta è stato assemblato collegando i diversi modelli delle varie opere, sia puntuali che a sviluppo lineare.

Vale la pena ricordare che le immagini allegate rappresentano il modello assemblato e non sono dei “rendering”; ciò significa che gli oggetti che vengono rappresentati sono dotati di tutti i dati ingegneristici che sono consultabili e modificabili gestendo direttamente i rispettivi modelli tridimensionali.

 Vista dalla stazione di Hirpinia del modello assemblato, calato su ortofoto

 Vista dalla stazione di Hirpinia del modello assemblato, con sole opere civili

Tra le strutture a sviluppo lineare ricadono le seguenti progettazioni:

• Gallerie Naturali e finestre di sicurezza;
• Trincee, rilevati;
• Piazzali e viabilità extralinea;
• Interferenze Idrauliche;
• Impianti di Trazione Elettrica;
• Armamento su viadotti e stazioni/fermate.

Tra le opere puntuali ricadono invece le seguenti progettazioni:

• Viadotti;
• Stazioni e Fermate;
• Fabbricati Tecnologici.

Le opere a sviluppo lineare vengono modellate prevalentemente utilizzando l’estrusione, sul tracciato o su percorsi definiti, di particolari sezioni tipo chiamate “template”. Tali sezioni sono dinamiche e vengono programmate in modo tale che riconoscano la superficie digitalizzata del terreno e vi si adattino automaticamente durante l’estrusione.

I modelli delle opere puntuali sono stati georeferenziati associando le coordinate di un punto di riferimento, in modo tale che una volta allegato, il modello ricada nella posizione voluta.

Un esempio è dato dai fabbricati tecnologici, che una volta modellati vengo calati nel piazzale nella loro posizione precisa.

 Esempio di fabbricati tecnologici e piazzale di gestione emergenza posti agli imbocchi delle gallerie

Un altro esempio è dato dai fabbricati viaggiatori, nei quali le strutture di stazione, i marciapiedi, le pensiline e i binari vengono coordinati nello stesso modello.

 Stazione di Hirpinia, binari di stazione e scatolare di approccio al viadotto

La visualizzazione del modello assemblato consente di verificare immediatamente eventuali interferenze tra i vari modelli durante l’intera fase di progettazione rendendo più agevole la gestione delle opere.

Inoltre, le modifiche che si rendono eventualmente necessarie per la risoluzione delle interferenze, come anche quelle dovute ad affinamenti progettuali o a prescrizioni sopravvenute, vengono gestite abbastanza rapidamente, grazie agli automatismi presenti nella gestione dei template.

testo a cura di: Stefano Casula_BIM Specialist Italferr

Il modello specialistico di Galleria della tratta Apice-Hirpinia

Come anticipato, il tracciato ferroviario della tratta Apice-Hirpinia si sviluppa prevalentemente in sotterraneo con tre gallerie di linea: la galleria Grottaminarda e la galleria Melito previste in scavo tradizionale e la galleria Rocchetta prevista in scavo meccanizzato. Lo sviluppo complessivo del tracciato in sotterraneo è pari a circa 12,8 Km, rispetto alla lunghezza complessiva della tratta di circa 18,7 Km.

 Plano-Profilo tratta Apice Hirpinia

Le suddette gallerie di linea, tutte a singola canna e doppio binario, sono dotate di uscite/accessi di emergenza, di tipo carrabile o pedonale, a interasse inferiore a 1000 m.

 Sezioni di intradosso gallerie di linea: scavo tradizionale (sx) e meccanizzato (dx)

Al fine di ridurre il numero di uscite verso l’esterno è prevista la realizzazione di cunicoli paralleli alle gallerie di linea, con innesto dedicato, che confluiscono all’interno dell’uscita/accesso principale.

Layout uscite/accessi di emergenza tratta Apice-Hirpinia

La progettazione con metodologia BIM della tratta Apice-Hirpinia rappresenta la prima esperienza in ambito societario di modellazione di opere in sotterraneo. Alla luce di quanto descritto sopra, tale modellazione ha avuto ad oggetto un sistema complesso di opere costituito non solo dalle 3 gallerie naturali di linea e dai rispettivi tratti artificiali di imbocco, ma anche dalle opere accessorie per la sicurezza rappresentate da 11 gallerie di uscita/accesso di emergenza (7 gallerie di uscita laterali e 4 cunicoli paralleli alle gallerie di linea) e dai relativi innesti sulle gallerie di linea.

Complessivamente sono state pertanto modellati oltre 20km di opere in sotterraneo distinguibili in opere lineari, come le gallerie di linea e le gallerie e i cunicoli di emergenza che si sviluppano lungo i rispettivi tracciati e opere puntuali (gli innesti).

Per la modellazione di queste differenti tipologie di opere in sotterraneo è stato possibile utilizzare software diversi in grado di interfacciarsi perfettamente tra loro, consentendo la creazione di un unico modello finale assemblato.

 
Dettaglio zona di innesto (opera puntuale) dell’uscita di emergenza con la galleria di linea (opere lineari)

Tale possibilità ha consentito non solo di sfruttare le potenzialità proprie di ciascuno software di modellazione per la creazione dei vari sottomodelli, ma anche di ampliare conoscenze e competenze di modellazione in ambito BIM.

Analogamente a quanto già eseguito per le opere all’aperto, la modellazione delle opere in sotterraneo dell’Apice-Hirpinia è stata condotta collegando le gallerie al tracciato ferroviario.

Tale aspetto, che rappresenta la principale novità introdotta nell’ambito della modellazione BIM di opere in sotterraneo, risulta estremamente importante non solo perché rende possibile recepire rapidamente nel modello eventuali modifiche di tracciato, nel corso della progettazione, ma anche perché permette la corretta e puntuale progettazione di tutte quelle parti d’opera la cui ubicazione e il cui dimensionamento dipendono effettivamente dall’andamento plano-altimetrico del tracciato. Un esempio di tale collegamento è rappresentato dal marciapiede d’esodo nelle gallerie ferroviarie che prevede una geometria variabile in funzione della sopraelevazione del binario.

 
Camminamento in galleria: variazione della geometria in curva in funzione della sopraelevazione

Riuscendo a modellare la corretta quota del piano di calpestio dei marciapiedi lungo l’intero sviluppo del tracciato, risulta possibile ubicare precisamente tutte quelle opere e attrezzaggi posti ad una distanza fissa da questo come le nicchie, il mancorrente, l’impianto di illuminazione, la segnaletica in gallerie, i cavidotti per gli impianti.

Il collegamento delle opere in sotterraneo con il tracciato ferroviario è stato effettuato mediante la creazione di apposite sezioni parametriche, template, in cui sono state impostate specifiche regole di interconnessione tra i vari elementi che la compongono.

Nel progetto sono stati creati vari template in funzione delle diverse tipologie di opere presenti. Tali template sono stati raccolti all’interno di librerie che saranno da arricchire e riutilizzare nel corso delle progettazioni future per consentire, nel tempo, una sostanziale riduzione dei tempi della modellazione BIM.

Allo stesso scopo sono state create librerie di sezioni strutturali, celle, per le diverse tipologie di gallerie previste in progetto.

Celle galleria di linea e uscite di emergenza realizzate nell’ambito del PD Apice-Hirpinia

Le potenzialità della modellazione BIM sono notoriamente legate all’utilizzo del modello come strumento di progettazione integrata per analisi e verifica di interferenze o criticità in fase progettuale o come “archivio” di informazioni strutturali e architettoniche sugli elementi che costituiscono l’opera (elaborati grafici, caratteristiche dei materiali e schede tecniche, computi metrici e metrici-estimativi, ecc.). L’esperienza acquisita in questo ambito ci consente di sottolineare un’altra potenzialità legata all’utilizzo del modello BIM, che è quella di poter ricavare e mettere in evidenza anche aspetti funzionali dell’opera come ad esempio quelli della sicurezza. Oltre a viste di dettaglio, come quella riportata nell’immagine sotto, è possibile estrarre direttamente dal modello dei video che simulano il percorso d’esodo dei passeggeri o la viabilità d’accesso delle squadre di soccorso, da poter utilizzare come efficace metodo informativo per diverse tipologie di utenti.

Sezione con vista interna della zona d’innesto dell’uscita di emergenza sulla galleria di linea

In questa prima esperienza di modellazione BIM di opere in sotterraneo si è convenuto di modellare unicamente la configurazione finale delle opere e non quella provvisoria e le fasi realizzative delle stesse. Al momento, pertanto, non è possibile ricavare dal modello prodotto informazioni in merito, ad esempio, agli sbancamenti e alle opere di sostegno previste per la realizzazione degli imbocchi o agli scavi e agli interventi di consolidamento in avanzamento delle gallerie.

Tali aspetti, che saranno sviluppati nell’ambito delle prossime esperienze di progettazioni BIM, risultano estremamente importanti non solo in fase progettuale, per una completa rappresentazione e valorizzazione dell’opera, ma anche in fase di realizzazione e costruzione della stessa, come utile strumento a disposizione di Appaltatori, Direzioni e Supervisioni Lavori.

Il modello specialistico dei Viadotti della tratta Apice-Hirpinia

Oltre alle lunghe gallerie, il progetto è caratterizzato dalla presenza di importanti viadotti che si inseriscono come opere all’interno del modello generale.

In particolare, sono presenti i seguenti viadotti:

• VI01: viadotto con struttura mista acciaio calcestruzzo di 23 campate, della lunghezza complessiva di 655 m necessario per risolvere l’attraversamento del Torrente Ufita.

Inserimento territoriale del modello VI01

• VI02: viadotto con struttura mista acciaio calcestruzzo i 23 campate, della lunghezza complessiva di 230 m necessario per risolvere l’attraversamento del Torrente Ufita. […] Continua la lettura nel PDF allegato

testo a cura di: Daniele Vergari_BIM Specialist Italferr

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Il PDF contiene:

Il Modello specialistico di Trazione Elettrica (TE)
testo a cura di: Daniele Vergari_BIM Specialist Italferr

Il modello architettonico della Stazione di Hirpinia e della Fermata di Apice
testo a cura di Stefano Pazzola e Giovanna Lanotte_BIM Specialist Italferr