Piattaforme BIM e SHM (Structural Health Monitoring) a supporto della gestione digitale di ponti esistenti

Ponti: il rischio zero non esiste, ma grazie a Linee Guida, istruzioni ANSFISA e piattaforme dedicate è possibile ridurlo

Il nostro Paese presenta moltissime opere esistenti delle quali abbiamo una conoscenza spesso limitata, e limitate sono anche le risorse disponibili per analizzarle nel dettaglio.
Si tratta di opere complesse, soggette nel tempo ad alterazioni delle proprie caratteristiche che ne possono pregiudicare le prestazioni fino a provocare delle vere e proprie catastrofi se non si interviene con un’adeguata attività di manutenzione per garantirne l’utilizzo nella massima sicurezza.
Infatti, per una qualsiasi struttura o infrastruttura, nuova o esistente, non è possibile parlare di un rischio zero nel loro utilizzo, ma esistono oggi procedure e strumenti che consentono di ben controllarlo.

Questo obiettivo può essere raggiunto perseguendo sostanzialmente alcuni approcci che giungono poi a convergenza. In particolare, il primo passo è sicuramente il riferimento a specifiche LLGG a completamento delle indicazioni normative, NTC 2018, a cui segue la necessità di un supporto di processo nell’organizzazione dei dati.

Al fine però di una corretta strutturazione è necessario l'utilizzo di piattaforme dedicate all'attività di Structural Health Monitoring (SHM).
Relativamente, quindi, al primo passo non si può fare altro che richiamare i due documenti più importanti per la gestione dei ponti esistenti ovvero le LLGG sui ponti esistenti del 17 dicembre 2020 e le istruzioni operative ANSFISA emanate a seguito del Decreto del 21 settembre scorso del Presidente del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.

Le “Linee Guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio di ponti esistenti” approvate dall’Assemblea generale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici stabiliscono una chiara sequenza di lavoro, definendo da un lato le azioni quali il censimento, le ispezioni e la classificazione della classe di attenzione e dall’altra le figure coinvolte nel processo.

Inoltre, le Linee Guida stabiliscono una generale procedura multilivello e multi-obiettivo per la gestione del rischio dei ponti esistenti, definendo requisiti ed indicazioni relativi ad un sistema di monitoraggio dinamico.
Infatti, qualora il manufatto rientri nella classe di attenzione alta o medio-alta o nel caso in cui il Professionista incaricato attribuisca fin dall’inizio all’opera una CdA alta o medio alta, l’Esercente ha l’obbligo di avviare l’attività di verifica della sicurezza.
Un aspetto molto interessante rappresenta la facoltà dell’Esercente di potersi avvalere per la definizione e costruzione del sistema di identificazione anche della metodologia BIM.

La possibilità di poter introdurre metodi e strumenti digitali a supporto delle attività ispettive apre la strada ad un’enorme gamma di metodi e strumenti che possono essere sviluppati per favorire approcci più dinamici ed efficienti.
Infatti, l’introduzione ad un approccio digitale offre la possibilità di creare e generare modelli informativi di ponti esistenti; ai modelli informativi può essere associata un’enorme e diversificata mole di dati che oggi possono, con una relativa facilità, essere generati sfruttando strumenti afferenti al mondo della geomatica.
Unitamente all’introduzione della digitalizzazione dei processi si sviluppa anche il concetto di archivio digitale dell’opera da intendersi nella sua accezione più ampia possibile.

A valle di quanto già descritto in precedenza, un altro documento molto importante per la trattazione di questo tema è rappresentato dalle istruzioni ANSFISA.
Esse contengono specifiche indicazioni con l’obiettivo di chiarire e standardizzare l’applicazione delle “Linee Guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti”.
Questo documento rappresenta un documento interpretativo e di indirizzo per fornire agli operatori un approccio uniforme alla procedura multilivello ma rappresenta anche un documento che evidenzia il tema relativo alle piattaforme di monitoraggio (SHM), menzionando anche l'importanza di un modello adeguatamente calibrato che consenta di analizzare il comportamento strutturale dell'opera.
Inoltre, le istruzioni ANSFISA fanno un chiaro riferimento all'utilizzo di sistemi e piattaforme non solo basate sull’analisi di dati da sensoristica (Data Driven) ma anche su dati da correlare a modelli digitali (Model Based).
Ovviamente la connessione duale tra digitale e reale diventa sempre più possibile grazie alla sensoristica che, presente in opere esistenti, arriva a creare un vero e proprio digital twin.

I riferimenti sopra citati nel loro stimolo verso l 'utilizzo di tecnologie digitali si collegano ad un quadro normativo più ampio relativamente al tema dei processi informativi che ormai risulta piuttosto strutturato.
Di questo quadro fa parte il D.M. MIMS 312/2021 che integra il Decreto BIM (D.M. MIT 560/2017) e costituisce un riferimento per ogni attore coinvolto nell'applicazione di processi informativi e dove il Capitolato Informativo e l’Ambiente di Condivisione dei Dati sono ben menzionati e divengono elementi strategici per una trasformazione orientata all'introduzione del BIM e al digital twin.

Questa premessa evidenzia come, prima di intraprendere un percorso interno di ottimizzazione dei processi digitali e di aggiornamento documentale, siano necessarie diverse fasi di lavoro da implementare al fine di realizzare il censimento e la strutturazione dei requisiti informativi, in conformità a quanto previsto dalla norma ISO 19650.
Al fine di standardizzare il processo di organizzazione e strutturazione dei modelli informativi dell’attività progettuale-realizzativa, il modello di dati generato deve essere strettamente correlato agli obiettivi ed usi delle modellazioni informative.

Introduzione allo Structural Health Monitoring (SHM) e la piattaforma Ponti Sicuri

Al fine di fornire un corretto stato di salute di un’opera d’arte, è possibile definire il monitoraggio come un processo di progettazione, sviluppo e implementazione di una strategia di rilevamento o caratterizzazione dei danni, per la valutazione in tempo reale delle condizioni strutturali dell’opera stessa.
Generalmente, un tipico sistema Structural Health Monitoring (SHM) comprende tre componenti principali:

1. una rete di sensori;
2. un sistema di elaborazione dei dati (compresi l'acquisizione, la trasmissione e l'archiviazione);
3. un sistema di valutazione della salute per il supporto decisionale.

L’adozione delle tre componenti sopra citate permette di avvalersi di un sistema SHM che comporta molteplici vantaggi e benefici.
In primo luogo, un sistema SHM al fine di essere un supporto risolutivo per le decisioni critiche per la manutenzione di opere strutturali, infrastrutturali e appartenenti al patrimonio costruito, è supportato dell’utilizzo di dispositivi, come sensori o attuatori e apparati che fanno uso di sistemi satellitari o arei (ad esempio droni), che consentono di trattare con varie tecniche di elaborazione dei dati (ad esempio di Intelligenza Artificiale).

Inoltre, l’implementazione del sistema SHM permette di gestire grosse quantità di informazioni locali a cui possono aggiungersi quelle prelevate da altre banche dati (utilizzo di Big Data) al fine di supportare attività di manutenzione, come quelle predittive e migliorative.
Tutto ciò rende possibile l’adozione di una nuova strategia basata sul monitoraggio continuo e l’automatizzazione delle ispezioni visuali in aggiunta o, in parte, sostitutive ai controlli con prove in situ, eseguite a cura di operatori, al fine di garantire la conseguente rimozione di errori di progettazione/realizzazione, l’introduzione di possibili miglioramenti, la gestione di diversi livelli di allerta e la predeterminazione della vita residua in sicurezza.

Al fine di fornire i requisiti essenziali di una piattaforma SHM BIM based, quest’ultima deve rispettare alcune caratteristiche, riportate qui di seguito:

• presenza di un modello BIM semplificato o di dettaglio dell’opera;
• la semantizzazione e classificazione degli oggetti;
• la collaboration;
• la fase di data enrichment dei file IFC;
• Il legame con l’Internet of Things (IoT), la sensoristica e le tecnologie installate in campo;
• il tema delle interfacce.

Relativamente alla digitalizzazione e facendo un focus al livello delle tecnologie, Harpaceas ha proposto una soluzione software interoperabile rappresentata da PontiSicuri.

Pontisicuri è una soluzione BIM based per la gestione digitale della classificazione del rischio, la valutazione della sicurezza e il monitoraggio di ponti esistenti basata in primo luogo sulla realizzazione o importazione di un modello BIM e da un’analisi strutturata dei dati informativi al fine di realizzare una solida struttura logica.

SCOPRI DI PIU' SU PONTI SICURI DI HARPACEAS

Gli strumenti che costituiscono la piattaforma PontiSicuri sono conformi all’approccio open BIM per agevolare l’interoperabilità e la collaborazione tra i vari Stakholeder coinvolti nel processo ed inoltre i pacchetti sono aperti a possibili connessioni, interazioni, scambi di dati e documenti con altre piattaforme.

In particolare, costituiscono la soluzione PontiSicuri:

• Un software BIM strutturale specializzato nella progettazione costruttiva di strutture in acciaio, in cemento armato prefabbricato e gettato in opera: Tekla Structures;
• Due plug-in dedicati a:
  o modellazione facilitata di alcune tipologie di ponti
  o supporto per la gestione strutturata delle informazioni relative ai ponti esistenti
• Una specifica funzionalità dedicata al trasferimento dal modello BIM (strutturale) al modello di calcolo strutturale;
• Due piattaforme di model collaboration:
  o Trimble Connect finalizzata all’aggregazione dei modelli delle opere puntuali
  o Trimble Quadri pensata per la gestione dati di tipo territoriale ed ambientale

COS'È TRIMBLE QUADRI
Trimble Quadri è un ambiente unico di collaboration in ambito BIM infrastrutturale che consente a progettisti, appaltatori e committenti di realizzare, gestire e condividere un modello unico ed aggregato delle discipline infrastrutturali e strutturali, dalla fase preliminare fino al cantiere. Vuoi maggiori informazioni?
LEGGI L'APPROFONDIMENTO

Tutti questi aspetti sono stati esaminati nell’ambito di un progetto di ricerca scientifica con il Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale dell'Università di Pisa che ha consentito di investigare i benefici della digitalizzazione nel caso del progetto di riverifica di un ponte esistente.

Il progetto ha fatto riferimento ad un caso studio riportato in figura 1, che è stato preliminarmente analizzato attraverso un’analisi storico critica, una campagna di indagini e dalla realizzazione di un modello preliminare numerico che ha portato alla valutazione della sicurezza dell’opera.

L'ARTICOLO PROSEGUE NEL PDF IN ALLEGATO...