Opere di sistemazione idraulica: i vantaggi della modellazione parametrica

Opere di sistemazione idraulica: quali sono gli aspetti da tenere in considerazione in fase di progettazione

Briglie, bacini di laminazione, protezioni spondali, terrazze, muri di sostegno e altre tipologie di soluzioni sono progettate specificamente per rallentare ed arrestare il deflusso di materiale solido trasportato durante eventi eccezionali, o per limitare la capacità erosiva della corrente in corrispondenza delle sponde.

Questi aspetti possono essere gestiti solo ragionando in maniera preventiva in un’ottica di mitigazione del rischio per evitare una serie di problemi come l'innalzamento dei fiumi, le esondazioni, le frane, gli smottamenti e la perdita di terreno fertile. Ma, per finalizzare questo tipo di infrastrutture, è necessaria una comprensione approfondita sia delle condizioni ambientali che delle esigenze delle persone che vivono nell'area interessata.

Solo così la progettazione di questo tipo di interventi garantisce che queste opere si integrino in modo armonioso nel contesto paesaggistico, risolvendo impatto sociale, economico e ambientale.

Briglie: caratteristiche e requisiti

Più in dettaglio, le briglie sono infrastrutture progettate in base alle caratteristiche specifiche dell'area, come l'altezza, la posizione, la forma e il numero di unità necessarie per garantire un efficace ed efficiente rallentamento e arresto del materiale solido trasportato proveniente dalla zona a monte.

In particolare, è richiesto l'intervento di tecnici specializzati, che devono conciliare una molteplicità di aspetti, considerando attentamente le condizioni locali, gli standard di progettazione le normative regionali ed il corretto modello idraulico da applicare. In passato, la progettazione di queste infrastrutture era basata su disegni bidimensionali che richiedevano molto tempo e risorse per la loro realizzazione.

Tuttavia, grazie all'avanzamento delle tecnologie digitali, oggi è possibile utilizzare piattaforme basate su cloud e modelli parametrici che semplificano e ottimizzano l’intero processo ideativo e realizzativo. Queste nuove soluzioni, infatti, abilitano un più innovativo ed efficiente ambiente di condivisione e di sviluppo che permette a tutti gli stakeholder del progetto di avere massima visibilità su tutte le informazioni necessarie, a partire dalle proprietà fisiche e meccaniche del terreno, dai vincoli costruttivi e legislativi, includendo scelta dei materiali e modalità di installazione.

La tecnologia inaugura una cabina di regia evoluta che favorisce l’accesso allo stato di avanzamento dei modelli e delle analisi effettuate in ambienti di simulazione virtuale, consentendo a tutti gli stakeholder coinvolti di risolvere in maniera estremamente precisa e puntuale tutte le possibili criticità prima di arrivare in cantiere. È così che si accelerano i tempi di revisione e realizzazione, consentendo una collaborazione più efficiente tra architetti, designer, costruttori, installatori, fornitori e subappaltatori.

Opere di sistemazione idrauliche in Giappone: il caso Pacific Consultants

In Giappone, dove le piogge sono abbondanti e le caratteristiche topografiche complesse, il controllo dell'erosione è diventato un aspetto cruciale della progettazione e della costruzione delle infrastrutture. La nazione, situata su quattro placche tettoniche e con tre quarti della sua massa terrestre coperta da montagne e colline, ha caratteristiche geografiche, topografiche e climatiche che la rendono particolarmente vulnerabile a tifoni, terremoti, tsunami, inondazioni e smottamenti.

È in questo contesto che opera Pacific Consultants, una società giapponese di ingegneria civile con sede a Tokyo. Fondata nel 1950, l'azienda è specializzata nella progettazione e nella costruzione di infrastrutture, comprese opere di controllo dell'erosione, dighe, ponti, strade, porti e impianti di trattamento delle acque, garantendo la sicurezza, la sostenibilità e l'efficienza delle opere. L'azienda collabora con autorità governative, clienti privati e altre organizzazioni per realizzare progetti di ingegneria di alta qualità in tutto il Giappone e all'estero.

“In Pacific Consultants non ci occupiamo semplicemente di costruire infrastrutture - spiega Hisaya Fujii, Senior Executive Officer, Direttore e Responsabile della sede centrale di Osaka presso Pacific Consultants - Gestiamo anche la costruzione delle varie linee di treni ad alta velocità Shinkansen in tutto il Giappone e forniamo servizi di consulenza ingegneristica per tutte le superstrade, nonché per gli aeroporti internazionali di Tokyo, Haneda e Narita. Il nostro compito è considerare le persone che utilizzano l’infrastruttura e l’impatto che avrà sulla loro vita e sul futuro”.

Le sfide e le opportunità tecnologiche di un approccio 3D

Dal momento che la topografia delle montagne e delle valli giapponesi è estremamente varia, progettare ogni singola opera richiede tempo e un gran numero di ingegneri e operai coinvolti.
Per accelerare i tempi della progettazione e della cantierizzazione e perfezionare le modalità di test e di sviluppo Pacific Consultants ha scelto la piattaforma 3DEXPERIENCE di Dessault Systémes. L’obiettivo dell’innovazione era sia di migliorare la produttività che di ottimizzare tutte le fasi di analisi e di sviluppo, promuovendo un approccio collaborativo intra e interaziendale guidato dalla massima trasparenza informativa.

“Il Ministero del territorio, delle infrastrutture, dei trasporti e del turismo del Giappone sta assumendo un ruolo guida nella promozione dei processi PLM e BIM nell’ingegneria per migliorare la produttività. – precisa Masato Kikuchi, Engineer Erosion Control Department –. Tuttavia, la maggior parte dei modelli BIM vengono ancora creati da disegni 2D, il che è un processo straordinariamente dispendioso in termini di tempo.

La tecnologia 3D ci permette di gestire i progetti di ingegneria civile in modo più efficiente e accurato, identificando modi più efficaci per acquisire e condividere le conoscenze, il tutto adottando una soluzione cloud che garantisce una gestione centralizzata dei dati, un accesso remoto sicuro e la possibilità di collaborare su progetti complessi in tempo reale, senza la necessità di investire in soluzioni server dependant, mantenendo i costi sotto controllo. La nostra intenzione era di acquisire maggiore agilità nell'aggiungere ulteriori funzionalità e capacità in grado di adattarsi alle esigenze aziendali.

Il nuovo sistema cloud, ci ha consentito di condividere facilmente contenuti, standard e revisioni in maniera sincronizzata tra tutti i collaboratori coinvolti. Ciò che prima richiedeva circa tre giorni per progettare il layout e la progettazione schematica delle briglie utilizzando disegni 2D, ora può essere rivisto in un solo giorno”.

Come sottolinea il manager, a motivare la scelta di 3DEXPERIENCE sono state le sue capacità di modellazione parametrica che consentono di generare un gemello digitale dell’opera e delle sue varie parti, gestendo qualsiasi tipo di dato che viene elaborato e poi rappresentato in un modello tridimensionale, fornendo una rappresentazione tale da accelerare poi tutti i processi decisionali.

I vantaggi della modellazione parametrica in un ambiente cloud

Il vantaggio della progettazione parametrica è che non è necessario ripartire da zero ogni volta che si crea o si modifica un progetto. Questo consente di mettere a sistema tutte le informazioni e le esperienze pregresse e di capitalizzare la ricerca e lo sviluppo, permettendo a tutti di lavorare in modo più efficiente. Di fatto, Pacific Consultants sta creando un database di know-how progettuale sulla piattaforma 3DEXPERIENCE in modo che tutti possano condividere le proprie idee e competenze in modo strutturato.

“La piattaforma 3DEXPERIENCE consente di gestire centralmente tutti i dati – sottolinea Hisaya Fujii, Senior Executive Officer, Direttore e Responsabile della sede centrale di Osaka presso Pacific Consultants -. Nel momento in cui riusciamo a condividere le informazioni senza soluzione di continuità tramite un flusso digitale coerente basato sul modello 3D, riusciamo a eliminare molti processi inefficienti”.

Man mano che gli ingegneri si avvicinano alla modellazione 3D in CATIA sulla piattaforma 3DEXPERIENCE, possono visualizzare il work in progress dei loro progetti con il massimo dettaglio possibile, supportati da dati accurati. Le componenti automatiche della soluzione offrono un’intelligenza di sistema irrinunciabile: ogni volta che viene apportata una modifica o una correzione ad una parte del modello 3D, infatti, non è più necessario aggiornare manualmente il progetto strutturale e tutti i disegni di output in quanto tutto il processo viene eseguito automaticamente.

Una velocità e una precisione senza compromessi

"Fino a poco tempo fa, ad esempio, utilizzavamo disegni 2D per calcolare il volume dei sedimenti - ricorda Kikuchi -. Il volume differisce a seconda della sezione trasversale, quindi per confrontare modelli diversi abbiamo dovuto creare più disegni. Utilizzando i modelli 3D abilitati dalla piattaforma 3DEXPERIENCE, i nostri calcoli sono diventati più efficienti e accurati”.

Se con i disegni 2D ci voleva circa un'ora per calcolare il volume dei sedimenti per una singola opera, oggi, con il gemello virtuale, lo stesso calcolo ora può essere eseguito in pochi secondi sulla piattaforma 3DEXPERIENCE. Questa capacità di ottenere istantaneamente le informazioni necessarie permette di migliorare l’accuratezza dei processi di revisione, riducendo significativamente i tempi di sviluppo. Il che è fondamentale quando si verificano catastrofi naturali e le misure di protezione devono essere messe in atto con urgenza.

"Un altro esempio concreto dell’utilità della modellazione parametrica?" – aggiunge Ito -  "In genere ci vuole una settimana per calcolare 300 metri di volume di terreno in una riga per la progettazione stradale: ora è possibile farlo in un giorno. Quando si verifica un’emergenza come una frana e si corre la corsa per riparare una diga il più rapidamente possibile, possiamo proporre immediatamente soluzioni adeguate e prendere decisioni informate”.

Grazie a 3DEXPERIENCE oggi Pacific Consultants può stimare con precisione il costo di qualsiasi contromisura e ridurli ove possibile, presentando un modello tridimensionale ai vari soggetti interessati, potendo far capire a tutti l’opera in tutte le sue varie caratteristiche costruttive calate nell’esatto contesto funzionale.

Innovazione tecnologica e operativa a valore aggiunto

Una nota ulteriore in merito al contesto giapponese è che nel 2019 sono state inasprite le normative per contrastare gli orari di lavoro lunghi e le disuguaglianze sul posto di lavoro.

“Aziende come Pacific Consultants hanno risposto abbracciando riforme dello stile di lavoro e aiutando i dipendenti a trovare un sano equilibrio tra lavoro e vita privata consentendo loro di lavorare in modo più produttivo – ha spiegato Fabio Meneghetti Co-Owner di IDeCOM -. 3DExperience Platform, che usiamo anche noi, permette di coniugare al meglio immaginazione e percezione, permettendo di sperimentare idee e metodi più innovativi per ottimizzare i processi di ideazione e di sviluppo, riducendo al contempo sprechi in termini di materiali e di risorse.

Il che rende la progettazione più sostenibile e più funzionale. Il tutto perseguendo un approccio Data-Driven, decisamente più strategico. L’apertura e la continuità dei dati sono fondamentali per sfruttare appieno il potenziale del settore edile. Le diverse app di 3DEXPERIENCE Platform offrono ai team la possibilità di collaborare e condividere progetti, documentazione e flussi di lavoro, per costruire infrastrutture e città intelligenti veramente sostenibili e resilienti”.