Oltre i confini dell’infraBIM: modelli digitali con informazioni analitiche e collaborazione con i software FEM

Il potere del trio: superare le sfide ingegneristiche con Midas CIM, Midas Civil e Midas FEA NX

La famiglia di software sviluppati dall’azienda MidasIT comprende una serie di applicativi altamente specializzati e consolidati nel mercato per la progettazione strutturale e infrastrutturale. In questo articolo, verranno analizzati tre applicazioni specifiche per la progettazione e la gestione del ciclo di vita per i ponti, viadotti e gallerie.

• Midas CIM: software infraBIM basato sulla tecnologia parametrica lineare, progettato per gestire tutte le informazioni nel ciclo di vita delle infrastrutture. Consente di creare e definire modelli tridimensionali informativi e parametrici;
• Midas Civil: è una soluzione integrata FEM per la progettazione e l’analisi di ponti e infrastrutture civili;
• Midas FEA NX: è un software di modellazione solida 3D e analisi avanzate per l’ingegneria civile.
  Queste applicazioni creano un unico ecosistema efficace che permette una collaborazione sinergica e diretta.

L’integrazione vincenti tra Midas CIM e Midas Civil: potenziare la progettazione strutturale

Il software Midas CIM è stato sviluppato con l’idea di incorporare tutte le informazioni analitiche all’interno degli elementi strutturali al fine di facilitare lo scambio informativo con i software FEM Midas Civil. Un passo fondamentale è quello di distinguere gli elementi strutturali e non strutturali in modo che il software può gestire correttamente le informazioni da trasferire all’interno del software FEM Midas Civil.

Al di là dei dati: incorporare elementi analitici nel modello BIM per una progettazione avanzata

In Midas CIM, così come nell’analisi FEM, ci sono due macrotipologie principali di elementi che possono essere modellati: elementi beam e shell. Per gli elementi beam, in Midas CIM è possibile specificare la tipologia di sezione da utilizzare, la posizione dell’asse di estrusione e il numero di nodi che compongono l’elemento strutturale. Gli elementi shell si possono creare direttamente in Midas CIM utilizzando dei solidi con la possibilità di definirgli uno spessore e un offset rispetto al baricentro. Inoltre, è possibile convertire gli elementi beam in elementi shell tramite un comando dedicato chiamato “Plate”.

Nel contesto delle infrastrutture, come ponti e viadotti, è di fondamentale importanza rappresentare correttamente le informazioni relative alle sezioni composte per creare e definire un modello a grigliato in Midas Civil. Utilizzando il comando “Composite” in Midas CIM, è possibile definire direttamente una sezione composta, stabilendo la sezione analitica all’interno del software senza la necessità di includere informazioni aggiuntive come l’ingombro strutturale o false informazioni nel quantity take-off.

Un'altra informazione geometrica da importare in Midas Civil riguarda la caratterizzazione dei cavi, sia per la precompressione che per la post compressione. Tramite la definizione dei fusi dei cavi e l’attribuzione delle geometrie in Midas CIM è possibile inoltrare questi parametri geometrici in Midas Civil.

Vincoli strutturali e fasi costruttive: massimizzare l’integrazione tra BIM e FEM

Una volta completata la definizione della geometria, è possibile inserire tutte le informazioni relative ai vincoli presenti sulla struttura. È possibile includere vincoli esterni, collegamenti elastici e rigidi, molle puntuali e boundary group. Grazie all’utilizzo della gerarchia strutturale definita in Midas CIM, è possibile creare gruppi di elementi strutturali chiamati “Structure Group” che sono presenti in Midas Civil. Questo approccio consente di definire le fasi costruttive aspetto essenziale per il calcolo strutturale di ponti e viadotti.
Terminata l’introduzione di tutte le informazioni, è possibile passare dal modello analitico al modello FEM, definendo una discretizzazione direttamente sugli elementi nel modello BIM. Il modulo Analysis viene utilizzato per definire diverse configurazioni di geometrie e discretizzazione da importare in Midas Civil con la possibilità di gestire completamente il file collaborativo.

In questo modulo è possibile selezionare gli elementi 1D e 2D, nonché i vincoli, e definire un mesh per ciascun elemento strutturale in base ai parametri specificati. Inoltre, per una verifica preliminare della validità della modellazione, è possibile esportare il peso proprio degli elementi strutturali.

Il flusso di lavoro da Midas CIM a Midas FEA NX

Il software Midas FEA NX è una potente soluzione per condurre analisi dettagliate e precise degli elementi solidi. Nell’ambito delle infrastrutture, come ponti o viadotti, sono necessarie due tipologie di analisi:

• Verifiche di dettaglio: queste analisi strutturali coinvolgono elementi dettagliati che non possono essere modellati con i tradizionali metodi FEM. Ad esempio, la sella Gerber, le tensioni nelle testate delle travi pre/post compresse o i pulvini delle pile richiedono l’utilizzo di metodi avanzati come lo strut&tie per uno studio preciso ed accurato;
• Interazione terreno-struttura: modellazione di solidi rappresentativi di una stratigrafia del terreno con al suo interno tutte le caratteristiche meccaniche, consente di analizzare l’interazione tra struttura e il terreno.

Per importare correttamente le geometrie nel software FEM, è necessario esportare gli elementi di interesse nel formato Parasolid. Questo formato file è ampiamente utilizzato per lo scambio di dati geometrici tra diversi software di progettazione.
All’interno di Midas CIM, è possibile importare due tipologie di geometrie:

• Modellazione solida 3D: le geometrie solide rappresentano gli elementi strutturali e possono essere importati per una modellazione solida avanzata in Midas FEA NX;
• Elementi 2D: la stratigrafia in Midas CIM viene definita come superficie.

Sfruttando l’esportazione del formato Parasolid da Midas CIM e utilizzando le potenzialità di Midas FEA NX, è possibile condurre modellazioni solide avanzate e ottenere geometrie affidabili e parametriche direttamente dal software infraBIM.

I vantaggi della collaborazione BIM e FEM: riduzione dei costi e dei tempi con un miglioramento delle prestazioni

La collaborazione tra i modelli BIM e FEM rappresenta un argomento di crescente importanza e rilevanza tra i professionisti in questi anni. I vantaggi possono essere molteplici ma in particolare si possono sintetizzare in quattro punti fondamentali:

• Ottimizzazione dei processi collaborativi tra più discipline: nella progettazione di ponti e viadotti, a differenza degli edifici, la struttura è principalmente governata da una progettazione strutturale affidata agli ingegneri strutturisti. Grazie a una stretta collaborazione tra i software BIM e FEM, è possibile accelerare questo processo tra la figura dell’ingegnere e il modellatore riducendo i tempi di lavoro;
  
• Precisione dei dati geometrici: le informazioni geometriche inserite nel modello BIM sono estremamente accurate e precise, tendendo verso il Digital Twin. Lo scambio di informazioni tra BIM e FEM permette di mantenere le geometrie delle sezioni, materiali ed il tracciato stradale in modo coerente ed affidabile;
  
• Introduzione di API per una collaborazione rapida: l’integrazione di API facilita una rapida collaborazione tra i diversi software. L’implementazione di tali sistemi comporta notevoli benefici nello scambio dati e modifica istantaneamente le informazioni tra software differenti;
  
• Integrazione con informazioni analitiche nel BIM: la capacità di creare modelli BIM arricchiti con informazioni analitiche fornisce vantaggi significativi nella fase di gestione dell’opera. Quando sorge la necessità di analizzare la struttura dopo diversi anni, è possibile estrarre il modello analitico utilizzato dall’ingegnere strutturista e ricostruire l’approccio progettuale.

Tuttavia, è importante sottolineare che la creazione di modelli FEM a partire dai modelli BIM richiede un’attenzione costante, in quanto modelli troppo dettagliati non garantiscono una adeguata veridicità in termini di risultati. La possibilità di sfruttare la dinamicità e di evitare la ripetizione nel creare le sezioni e l’asse stradale può aumentare la produttività e ridurre notevolmente il lavoro di modellazione geometrica delle infrastrutture.