Progettazione strutturale in modalità OpenBIM: gli strumenti DOLMEN per l’interoperabilità a corredo del calcolo strutturale

Cos'è il BIM?

La rivoluzione digitale che ha investito tutti i settori tecnologici ha coinvolto anche il settore delle costruzioni portando con sé nuovi modi di progettare: in particolare, il Building Information Modeling, il “BIM”, è ormai diventato una realtà consolidata che riguarda anche il progettista strutturale.

È il sistema informativo digitale della costruzione composto dal modello 3D integrato con i dati fisici, prestazionali e funzionali dell'edificio o, in termini più semplici, una documentazione trasparente e completa dell’oggetto costruito o da costruire, un vero e proprio gemello digitale. Come tale, nasce da una necessità di documentazione, ma si trasforma in un modo di progettare basato su un approccio collaborativo.

Diventa un sistema di condivisione delle informazioni progettuali che supporta la collaborazione continua tra tutti i partecipanti al progetto. Ne consegue che per poter parlare di BIM, o meglio di OpenBIM, la rappresentazione digitale dell’edificio deve essere condivisibile (e condivisa) in modo da facilitare la comunicazione fra i vari attori che prendono parte al processo edilizio. Questo significa che il BIM si appoggia su formati di dati non legati ad una specifica piattaforma, ma regolati da standard e procedure internazionali, indipendenti dai software utilizzati per la progettazione.

Il più noto di essi è lo standard IFC (Industry Foundation Class), nelle sue varie versioni, derivante dalla metodologia STEP, certificato ISO nel 2013, sviluppato e divulgato da Building Smart International.
Quali informazioni contengono in generale questi formati? E come questa metodologia può riguardare il progettista strutturale?

Si tratta di formati intesi a descrivere i più disparati tipi di entità, relazioni fra entità e proprietà delle entità stesse: si spazia dal campo della progettazione architettonica a quello della modellazione impiantistica tridimensionale (il cosiddetto MEP), ai dati sul ciclo di vita della struttura, alle informazioni che consentono il computo, etc., il tutto per oggetti costruiti o da costruire che spaziano dal semplice edificio residenziale, alle infrastrutture, al building heritage.

Va da sé che un formato (oserei dire un linguaggio) di questo tipo deve avere molteplici possibilità di descrizione anche solo delle forme geometriche degli oggetti, ed è quindi caratterizzato da una notevole complessità e ricchezza di possibilità. Per questo motivo vengono definiti dei sottoinsiemi dell’universo degli argomenti trattabili, le Model View Definition, che rappresentano uno specifico ambito di dati per un determinato uso o flusso di lavoro.
Di questi, quelli che possono interessare il progettista strutturale sono sostanzialmente due: il dominio BIM Strutturale e il dominio BIM Strutturale Analitico.

Contrariamente a quanto potrebbe far pensare il nome, il dominio BIM Strutturale è sostanzialmente un modello descrittivo: contiene la descrizione fisico/geometrica degli elementi strutturali, ovvero di oggetti di tipo IfcBeam, IfcColumn, IfcMember (elemento inclinato, che in quanto tale non rientra nella definizione di trave né di pilastro), IfcSlab, IfcWall, IfcStandardWall, ifcFooting.

Tutti questi oggetti sono presentati in modo descrittivo, in base ai loro ingombri fisici, e non idealmente riassunti in una rappresentazione concettuale come nel modello analitico: ad es. una trave in acciaio potrà essere il risultato di una operazione booleana nella quale ad un solido descritto come una scultura per il tramite delle superfici che lo racchiudono (la trave stessa) vengono sottratti degli altri solidi ( i fori dei bulloni ) ed aggiunti altri solidi (bulloni, saldature, etc.): la rappresentazione descrittiva lo rende adatto per controlli di clash detection, per esecutivi di cantiere o per computi ed altro.

In questo tipo di rappresentazione i materiali non sono descritti in base alle loro proprietà meccaniche, ma sono unicamente un’etichetta che caratterizza l’oggetto.
Un modello solido di questo tipo richiederà, per essere convertito in un modello finalizzato al calcolo, l’interpretazione di un progettista che traduca i vari componenti nel loro modello analitico. Pensiamo ad es. ai controventi nella struttura sopra raffigurata: diventeranno, ai fini del calcolo strutturale, degli elementi monodimensionali asta ma con o senza svincolo di cerniera all’estremità? E’ decisione del progettista strutturale in base alla sua competenza. Inoltre, tracciando idealmente gli assi baricentrici degli elementi fisici, ben difficilmente si incontreranno in un unico punto che possa diventare un nodo in un modello ad elementi finiti.

Una delle problematiche più sentite infatti, nella ricezione di un modello BIM Strutturale generato da un software di BIM Authoring, è proprio quella delle connessioni fra gli elementi: nel modello FEM gli elementi monodimensionali aste corrispondono agli assi baricentrici che si incontrano e comunicano nei loro nodi: il modello analitico costituisce un’astrazione, una idealizzazione matematica del comportamento degli elementi che il modello del dominio BIM Strutturale definisce per il tramite dei loro ingombri fisici.

La lettura, da parte di un software di calcolo strutturale, di un modello di tipo solido/descrittivo, potrà quindi portare a risultati tanto più utilizzabili ai fini della modellazione strutturale quanto più la geometria degli oggetti strutturali è relativamente semplice, quale può essere ad es. quella di un telaio in c.a. D’ altra parte possiamo facilmente immaginare che, all’interno di un ipotetico flusso di lavoro concernente strutture ancora da costruire, sia compito del progettista strutturale quello di inserire nel progetto gli elementi di sua competenza e che il modello BIM Strutturale “descrittivo” ricevuto rappresenti più un suggerimento e un’informazione sugli spazi che una modellazione compiuta. Nel caso di strutture esistenti però il modello BIM Strutturale potrebbe essere cogente in quanto risultante da un rilievo.

Le informazioni dello schema IFC possono comunque, se la struttura ha una certa regolarità, semplificare e velocizzare notevolmente il lavoro di inserimento del modello strutturale di calcolo.
Gli elementi monodimensionali, travi e pilastri, vengono automaticamente importati in DOLMEN.
Muri, piastre e setti vengono invece importati solo come wireframe, dato che il formato IFC non contiene informazioni che ne consentano l’interpretazione automatica da parte di un software strutturale.

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