Metodologia CIM (City Information Modeling) per il progetto di rigenerazione della città dell’Aquila

CIM: l'Innovazione nella Rigenerazione e Progettazione Urbana

Oggi giorno, la Smart City rappresenta la nuova frontiera nell'amministrazione delle città, un concetto multidisciplinare che coinvolge una vasta gamma di attori e discipline (Di Ludovico D. et al., 2019).

Tra i vari aspetti legati alla Smart City, c'è l'evoluzione degli strumenti per la gestione urbana, con particolare riferimento alla pianificazione urbanistica. Questo processo abbraccia due temi chiave: l'approfondimento della conoscenza del territorio e l'adozione delle nuove tecnologie insieme alle relative pratiche.

In tale contesto, questa ricerca si concentra sulla sperimentazione del City Information Modeling (CIM) come possibile alternativa al sempre più diffuso metodo del Building Information Modeling (BIM) nell'ambito della pianificazione urbana, con l'obiettivo di arricchire e approfondire il quadro teorico e pratico delle ricerche attuali in questo campo, con l'intento di apportare benefici concreti alla costruzione e alla gestione delle città (Xun Xu et al., 2014).

Il presente studio introduce un approccio innovativo che sfrutta sia le immagini multispettrali satellitari sia i dati istituzionali al fine di generare informazioni supplementari.

Attraverso l'integrazione di specifici indici spettrali e dati provenienti da fonti ufficiali, emerge un modello parametrico chiamato per l’appunto CIM (lett. “modellizzazione delle informazioni della città”) per il territorio oggetto di studio.

In letteratura, difatti, Il CIM è un’analogia del BIM nell’urbanistica ed è stato concepito come un'espansione 3D del GIS arricchito da viste multilivello e multiscala (Stojanovski 2013), nonché un modello che unifica e organizza le informazioni in un database, aprendo la strada a una pianificazione urbana più informata.

Durante la fase di progettazione, vengono associati indicatori prestazionali. Questi indicatori fungono da misura di valutazione per il monitoraggio degli esiti del progetto. Ciò consente agli utilizzatori del CIM di sviluppare soluzioni personalizzate e dinamiche per diverse aree. Queste soluzioni si basano su informazioni provenienti da banche dati affidabili. L'approccio proposto apre le porte a una metodologia (Fig. 1) di progettazione innovativa, adattabile alle specificità del territorio e in grado di evolversi dinamicamente nel tempo.

La validità di questa metodologia è stata dimostrata attraverso un caso di studio focalizzato sulla città de L’Aquila (Abruzzo, Italia) e le sue aree circostanti. Queste zone sono state influenzate dall'evento sismico del 2009 e sono soggette a un processo continuo di trasformazione.

Il modello CIM è stato applicato con risultati positivi, fornendo dati attuali insieme a indicatori di prestazione. Questi risultati confermano la rilevanza e l’utilità del modello stesso. Il CIM rappresenta dunque un nuovo progresso nel campo del BIM, ponendosi come uno strumento fondamentale per architetti, ingegneri e pianificatori impegnati nella progettazione urbana. Facilitando la creazione di modelli 3D dettagliati e consentendo l'analisi completa dei vari elementi urbani, il CIM si profila, dunque, come una risorsa fondamentale nella progettazione e gestione delle città del futuro, contribuendo decisioni più informate e processi ottimizzati a livello locale e regionale.

Quadri Conoscitivi per il CIM: verso una evoluzione della pianificazione urbanistica

In questo contesto di progresso nell'ambito del CIM, è fondamentale esaminare i Quadri Conoscitivi associati a questa metodologia, poiché rappresentano un passo evolutivo nella pianificazione urbanistica.

Emerge, difatti, nell'ambito dell'analisi del territorio, un quadro conoscitivo articolato che si basa sulla raccolta e l'analisi di dati provenienti da diverse fonti. Questo quadro offre una panoramica completa e dettagliata, suddividendo il processo in tre sottogruppi distinti: il quadro analitico, il quadro ricognitivo e la pianificazione.

Attraverso l'uso di tecnologie avanzate come i sistemi informativi geografici (GIS), viene creata una rappresentazione visiva in due e tre dimensioni, fornendo uno strumento per la comprensione e la gestione del territorio. Inoltre, una componente socio-economica si aggiunge all'analisi, considerando aspetti demografici e abitativi, completando così l'immagine complessiva.

Analisi delle immagini satellitari: uno sguardo dettagliato sul territorio

Un'importante componente del quadro analitico è costituita dall'elaborazione delle immagini satellitari. Nell'analisi delle immagini, è stata utilizzata una combinazione di risorse, tra cui un'immagine multispettrale ad altissima risoluzione WorldView2 ad 8 bande con risoluzione di 1,8 metri per fornire la migliore rappresentazione a colori naturali della Terra, oltre che immagini pancromatiche con risoluzione di 46 centimetri. Questa ha permesso di ottenere una serie di informazioni dettagliate tramite l’utilizzo di indici spettrali specifici, come riportati in Tabella 1.

Ad esempio sono state estratte le informazioni riguardanti lo stato della vegetazione, la presenza di biomassa verde, la quantità di clorofilla (Fig. 2) (Wolf A., 2010) ed infine la distinzione dei diversi manti di copertura con o meno presenza di tegole (Fig. 3) (Stamou et al., 2012). Inoltre, l'immagine ha consentito di individuare elementi come l'amianto (Fig. 3) (Hamedianfar A. et al. 2015), le aree d’acqua, distinguendo i laghi dai fiumi e dalle piscine (Wolf A., 2010), l'ossido di ferro (Baptista G. et al. 2017) e di ottenere una stima preliminare della qualità del manto stradale con un algoritmo di clustering non supervisionato (Fig. 4).

Un'ulteriore immagine multispettrale a media risoluzione Landsat 8 ad 11 bande con risoluzione di 30 metri nel multispettrale, 15 metri nel pancromatico e 100 metri nel termico. Quest’ultima è stata utilizzata per stimare la Top of Atmosphere (TOA) (Anderson I. 2016), utile per identificare le potenziali isole di calore presenti nell'area di interesse (Fig. 5).

Valutazione dei Rischi e Analisi dei Vincoli

Un secondo aspetto fondamentale del quadro conoscitivo riguarda il quadro ricognitivo, che abbraccia una vasta gamma di analisi relative a diversi aspetti dell'ambiente. Questo sottogruppo si concentra sulla comprensione dei rischi ambientali e geologici del territorio.

All'interno del quadro ricognitivo, è stata condotta un'analisi approfondita dei rischi idraulici, idrogeologici, pirologici e delle microzonazioni sismiche. Parallelamente, è stato esaminato il quadro dei vincoli e dei valori dell'area oggetto di studio. Questa panoramica ha contribuito sia all’aggiunta di nuove informazioni sia a delineare un quadro completo delle sfide e delle opportunità legate all'ambiente esaminato, come mostra in Figura 6.

La pianificazione urbana e territoriale quale componente integrata del CIM

All'interno del quadro del CIM, emerge un approfondimento significativo sulla pianificazione urbana e territoriale. Questa sezione esplora il processo di pianificazione che abbraccia diversi aspetti, inclusi i piani regolatori esistenti e proposti ed i piani di emergenza e di ricostruzione. L'integrazione di tali piani all’interno del CIM disegna una visione panoramica per lo sviluppo territoriale in analisi, conciliando le necessità della comunità con quelle del contesto geografico.

Oltre alla dimensione fisica del territorio, l'analisi si estende ai fattori socio-economici, mettendo in luce diversi aspetti legati alla popolazione e all'abitazione. L'attenzione si è concentrata sulle dinamiche demografiche, sui tassi di occupazione e disoccupazione, sulla qualità della vita e sulla struttura familiare. In aggiunta, vengono considerate le informazioni relative alle abitazioni e alla disponibilità di spazi liberi all’interno delle abitazioni censite. Questo approccio multidisciplinare si traduce in una prospettiva completa delle dinamiche urbane, integrando dati fisici, socio-economici e di pianificazione, come illustrato nella Figura 6. In questa prospettiva, si istaura un legame diretto tra tutte le informazioni esaminate e analizzate, le quali confluiranno all’interno del CIM, contribuendo a delineare un quadro esauriente dell'interazione sinergica tra le diverse componenti e evidenziando l'utilità intrinseca del CIM nell'ambito della pianificazione integrata.

Infine, i dati elaborati e analizzati sono stati integrati mediante l'uso di strumenti GIS (Geographic Information System) per creare una serie di strati (layers) che possono essere visualizzati in due e tre dimensioni, come mostra la Figura 7. Questo processo non solo ha generato uno strumento per la rappresentazione dettagliata del territorio, primo nucleo del CIM, ma ha anche agevolato la comprensione e l'interpretazione delle informazioni. Il lavoro si è basato sulla revisione e l'aggiornamento del Database Territoriale Regionale (DBTR) preesistente alla scala di 1:5000.

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La trattazione prosegue segnalando come questo approccio dinamico di analisi e progettazione urbana, agevolato appunto dall'adozione del CIM, sia utile per individuare e attuare strategie concrete per affrontare le sfide territoriali - dall'analisi delle criticità all'azione - nonché progettare il futuro delle città.

Lo studio presentato in questo articolo ha vinto nel 2023 il Premio Ilaria Rambaldi, premio dedicato alle tesi di laurea che presentano le metodologie e le tecniche più innovative nel campo della pianificazione urbanistica e del progetto della città nei territori a rischio sismico.