Nuova soluzione in ambiente BIM per digitalizzare i prodotti per l’edilizia a supporto delle scelte dell'utente

Progettare in ambiente BIM: innovazioni e nuove applicazioni per aiutare la gestione della commessa

Questo documento mostra la soluzione innovativa basata sulla tecnologia BIM proposta per la digitalizzazione di prodotti chimici per l’edilizia; in particolare, l'attenzione è stata posta sugli additivi per calcestruzzo, prodotti per il restauro di edifici esistenti e sistemi per la protezione e l’impermeabilizzazione delle strutture in calcestruzzo armato.

Il primo passo è guidare il potenziale acquirente verso la decisione di una soluzione adeguata alle proprie necessità; il processo decisionale, che si basa sulla Fault Tree Analysis, parte da alcune domande generiche, le cui risposte combinate tra di loro forniscono la prescrizione di capitolato, gli ingredienti da utilizzare, quali ad esempio, i riduttori di acqua conformi alla UNI EN 934-2.

Grazie alla digitalizzazione delle informazioni rese possibili dal processo BIM, una volta stabilito il calcestruzzo idoneo e i relativi ingredienti, è possibile definire gli “attributi” dei prodotti/sistemi in maniera tale da informare gli stakeholder e consentire loro di importarli nel modello digitale al fine di garantire una migliore gestione della progettazione, una attenta e precisa esecuzione dell’opera oltre ad un attento programma di manutenzione del bene. Tutto questo è reso possibile grazie ad una creazione di un database capace di immagazzinare le informazioni sensibili per ogni tipologia di prodotto e di renderle sempre accessibili durante tutta la vita utile del manufatto.

I problemi più significativi legati al settore delle costruzioni sono la profonda frammentazione del processo produttivo e la sostanziale inefficienza dello stesso; questi fenomeni sono spesso dovuti all’unicità, alla disuguaglianza e alla incoerenza delle opere da realizzare e tutto ciò sfocia inesorabilmente nel decadimento della qualità, nell’ allungamento dei tempi di lavoro e in eventuali dispute [1]. Un altro problema relativo al settore delle costruzioni è la oggettiva difficoltà connessa alla gestione del progetto che vede impegnate diverse figure provenienti da settori tra loro distanti ma obbligate a collaborare durante le diverse fasi dovendo, inoltre, gestire gli spazi e i tempi legati alle diverse lavorazioni [2].
Sebbene nell'ultimo decennio siano state espresse molte proposte innovative riguardanti le tecniche costruttive, i materiali e la gestione dei progetti, il settore delle costruzioni non è sempre stato in grado di recepire queste innovazioni [3]. A differenza di altri processi industriali, il processo di costruzione è fortemente caratterizzato da una componente storica fatta di antiche tradizioni e tecniche ben radicate nelle maestranze che contrastano inesorabilmente con le innovazioni e con le nuove soluzioni proposte dal mercato.
Un nuovo strumento in grado di gestire tutte le diverse informazioni e stabilire una comunicazione costruttiva tra i diversi stakeholder è quanto serve al settore delle costruzioni per risolvere questi problemi riguardanti sia la fase di progettazione che quella esecutiva; queste proprietà di dinamismo e immediatezza nel disporre di tutte le informazioni sono tipiche del Building Information Modelling (BIM). Inizialmente il BIM è stato visto come un nuovo Computer Aided Design (CAD) in grado di rappresentare in modo migliore il progetto in termini di 3D [4]; oggigiorno, il BIM è inteso come una vasta varietà di attività in una dimensione orientata agli oggetti che supporta la rappresentazione di elementi costruttivi in ​​termini di attributi e relazioni geometriche e non geometriche [5].
La tecnologia BIM incarna una serie di nuove tecnologie e soluzioni con l'obiettivo di una collaborazione trasversale in termini di organizzazione tra i diversi stakeholder per migliorare la progettazione, la costruzione e la manutenzione [6]. Secondo il National Institute of Building Science [7], il BIM è definito come "una rappresentazione digitale di caratteristiche fisiche e funzionali e una risorsa di conoscenza condivisa per informazioni su una struttura che costituisce una base affidabile per le decisioni durante il ciclo di vita del progetto". La funzionalità principale del BIM è creare un database di informazioni grazie a tutti i dati inseriti che, in concomitanza con la sua rappresentazione 3D, potrebbero essere in grado di migliorare la progettazione, la prefabbricazione e il funzionamento dell'impianto costruttivo nel tempo [8].
Sebbene il BIM non sia stato ancora pienamente adottato, il suo potenziale è già stato descritto dalla letteratura [9]. Secondo esempi reali di costruzioni realizzate con la tecnologia BIM, sono stati analizzati i vantaggi dell'utilizzo del BIM in relazione ad alcuni criteri importanti come costo, tempo, comunicazione, coordinamento, qualità, mitigazione del rischio, organizzazione e relazione al software e si è scoperto che tutti questi criteri sono stati valutati positivamente soprattutto per la riduzione dei costi e per il risparmio di tempo.  

Utilizzo del BIM in Italia: a che punto siamo? 

Un'analisi quantitativa approfondita è stata condotta sulle procedure di gara annunciate nel 2018 in cui le amministrazioni aggiudicatrici hanno richiesto l'uso della metodologia BIM [10].
L'evoluzione negli ultimi tre anni del numero di gare che prevedono l'utilizzo del BIM sta crescendo rapidamente: nel 2015 le commesse che prevedevano l’utilizzo del BIM erano solo 4, nel 2016 sono salite a 26, nel 2017 il loro numero è salito a 83 con un aumento di 70%. Nel 2018 gli inviti a presentare candidature per la metodologia BIM sono stati addirittura 268 con un balzo del 229%. L'andamento altamente positivo registrato nel 2018 per le offerte in cui è stato richiesto il BIM non coincide tuttavia con una crescita analoga dell'intero mercato dei servizi di ingegneria e architettura che nel 2018 ha dovuto subire un rallentamento causato da sia l'incertezza del quadro legislativo sia una stasi elettorale che ha rallentato la pubblicazione delle gare e l'intera diminuzione della crescita economica.
Il trend particolarmente positivo registrato dalle commesse BIM nel biennio 2016-2017 trova le sue ragioni sia nella debole ripresa economica, ma soprattutto nelle modifiche contenute nel codice degli appalti pubblici (D. LGS 50/2016) entrato in vigore in aprile 2016 in cui è previsto l'obbligo di affidare alla progettazione BIM lavori al di sopra di un determinato importo.
Un parametro importante per una migliore comprensione della disseminazione del BIM nel corso del 2018 è l'analisi della distribuzione delle commesse in cui è richiesta la metodologia BIM per il numero di attività affidate. La figura 1 mostra come la voce "attività di progettazione" rappresenti da sola circa la metà delle tipologie totali di incarichi, seguita dalla voce "valutazione della sicurezza sismica e strutturale". Una peculiarità che emerge da queste analisi è quella legata alla voce "direzione lavori". Infatti, in termini di numero questa voce copre una percentuale pari all'1,5% mentre in termini di valore economico raggiunge un valore del 15%. Questa discrepanza tra i due parametri può essere interpretata come uno sforzo da parte del cliente di affidare alla metodologia BIM una grande importanza in termini di gestione operativa a sottolineare il grande potenziale di questo strumento.

Figura 1: Distribuzione degli appalti BIM per attività

Un altro aspetto interessante riguarda la destinazione del tipo di amministrazione appaltante; alla luce di quanto precedentemente affermato, è facile aspettarsi che la maggior parte dei contratti da eseguire utilizzando la metodologia BIM siano quelli dell’amministrazione dello Stato che da sola copre oltre il 50% delle assegnazioni. Altre forme istituzionali come comuni e province, danno una giusta rilevanza alla metodologia mentre per le gare private la cifra si assesta attorno ad un valore pari al 3,7%.

Figura 2: Appalti BIM per diverse committenze 

L’approccio BIM a servizio della progettazione e della gestione della commessa 

Analizzato nel dettaglio il panorama italiano a riguardo dell’utilizzo della metodologia BIM nel mondo dell’edilizia e comprese al meglio le lacune che questo settore presenta si entra nel merito di quanto proposto. Negli ultimi anni, complice anche una corsa sfrenata verso la creazione di oggetti BIM per soddisfare il fabbisogno di progettisti, le librerie BIM si sono riempiti di oggetti con dati specifici spesso allocati in una maniera errata o completamente privi di un database di informazioni con il risultato di fare venire meno la comunicazione tra le diverse figure coinvolte e il dinamismo tipico della metodologia BIM [11].

L’obbiettivo prefissato non è dunque quello di creare un mero oggetto BIM da applicare in maniera pedissequa durante la redazione dei progetti, bensì la creazione di un ricco database di informazioni relative ad un determinato materiale che accompagnasse lo stesso e dal quale potesse in seconda battuta scaturire un oggetto BIM diverso da quelli proposti dalle librerie attuali per il fatto che esso risulta accompagnato da una serie di informazioni connesse sia alle proprietà del materiale che al suo effettivo impiego.

Il primo passo di questa ricerca riguarda la scelta del prodotto più appropriato e delle sue caratteristiche da digitalizzare con particolare riferimento al calcestruzzo destinato a nuove costruzioni e ai prodotti/sistemi per la manutenzione straordinaria delle strutture esistenti.

E’ stato necessario operare secondo due punti consequenziali: prima di tutto sono stati definiti i diagrammi ad albero seguendo “l'analisi dell'albero dei guasti” per riprodurre il processo logico che porta dalla manifestazione del bisogno alla scelta del prodotto. Il Fault Tree Analysis è un semplice modello diffuso nel campo dell'affidabilità e può essere analizzato implementando il diagramma decisionale binario il quale converte il modello dell'albero dei guasti in un diagramma decisionale binario che codifica una struttura riferita a un'equazione booleana [12].
Passando attraverso il processo logico strutturato e rintracciando il diagramma ad albero, è stato possibile definire univocamente il prodotto specifico o la particolare tecnica di costruzione grazie all'uso di script decisionali iterativi; questi non sono altro che piccole applicazioni che consentono all'utente, rispondendo a semplici domande, di ripercorre in maniera digitale il diagramma di Fault Tree fino alla scelta del prodotto finale come mostrata dalla figura 3.

Figura 3: esempio di funzionamento di uno script decisionale

Il primo gruppo di materiali da costruzione affrontato è stato quello degli additivi per calcestruzzo; questi prodotti chimici sono uno dei componenti del design del calcestruzzo con cemento, aggregati, acqua e eventuali aggiunte. La norma UNI EN 934-2 riunisce tutti i tipi di additivi in ​​base alla loro funzione principale. Oggigiorno ci sono molti additivi disponibili in grado di garantire all'utente le prestazioni attese legate all'ottimizzazione del mix design al fine di ridurre la domanda di acqua e conseguentemente aumentare la resistenza alla compressione o lavorabilità nel tempo, o in grado di gestire particolari esigenze operative dal momento che potrebbe essere necessario intervenire sulla reologia oppure per conferire determinate proprietà capaci di prevenire eventi dannosi legati all’ingresso di sostanze chimiche aggressive. Una volta stabilite tutte le relazioni secondo lo schema logico proposto nella figura 4, è stato implementato un “data sheet” basato sull'analisi multicriteriale per produrre in modo automatico la definizione delle specifiche tecniche per un nuovo mix design a partire dagli input dati forniti dagli utenti.

Figura 4: schema di correlazioni per la scelta del mix design ottimale

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