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Argo Panoptes che tutto vede

Autostrade Tech, IBM e Fincantieri NexTech: al via il nuovo sistema per il monitoraggio delle infrastrutture basato su intelligenza artificiale e internet of things. Per approfondire l’argomento, la Redazione ha intervistato l’Ing. Lorenzo Rossi, AD di Autostrade Tech SpA

sfondo argo

Si apre una nuova fase nel campo della sicurezza della rete autostradale e del monitoraggio delle infrastrutture. È infatti operativo il nuovo sistema digitale per il monitoraggio delle infrastrutture autostradali, basato su IBM Maximo e sviluppato da Autostrade Tech, Società tecnologica del Gruppo Autostrade per l’Italia, insieme a IBM e Fincantieri NexTech.

Si tratta di un risultato di grande rilievo previsto dal piano di trasformazione di Autostrade per l’Italia, che ha delineato lo sviluppo strategico della Concessionaria come Gestore integrato di mobilità, attraverso investimenti rilevanti sul fronte della digitalizzazione di asset e procedure, della mobilità sostenibile, della gestione e fornitura di servizi innovativi anche oltre la rete autostradale.

La nuova piattaforma di monitoraggio, che utilizzerà l’intelligenza artificiale di IBM, si avvarrà dell’uso di droni, di IoT (Internet of Things) e modellazione digitale 3D di Fincantieri NexTech per innovare in modo radicale le attività di sorveglianza e monitoraggio di oltre 4.500 opere presenti sulla rete autostradale di ASPI, aumentando fortemente l’efficienza e la trasparenza di tali processi.

La collaborazione pluriennale siglata tra Autostrade Tech, IBM e Fincantieri NexTech prevede inoltre che il sistema possa essere messo a disposizione del mercato, sia in logica di servizio “as a service” sia on premise.

gemello digitale
1. Il gemello digitale dell’infrastruttura (scansione laser 3D dell’opera)

Molteplici innovazioni apportate dal nuovo sistema

Gli Ispettori – dotati di elevata qualificazione professionale e appartenenti a Società di ingegneria terze di livello internazionale – potranno svolgere gli accertamenti sulle condizioni di ciascuna opera accedendo in tempo reale, tramite un tablet, a tutte le informazioni che la caratterizzano: calcoli e disegni del progetto originario e degli interventi successivi; controlli e manutenzioni programmate; indagini e prove sui materiali; esiti e dettagli delle precedenti ispezioni.

Un vero e proprio archivio digitale, che raccoglie informazioni classificate per tipologia e consultabili attraverso una app per un’adeguata fruibilità sul campo. Tramite lo stesso tablet l’Ispettore inserirà direttamente nel nuovo sistema digitale tutti i dettagli e le foto rilevate nel corso dell’ispezione rendendone immediata la disponibilità alle strutture aziendali deputate.

Il nuovo software traccia e gestisce tutti i vari step necessari alla cura delle infrastrutture: dalla organizzazione e conduzione delle ispezioni, fino alla programmazione e realizzazione delle attività di manutenzione o adeguamento, secondo criteri di priorità chiari e condivisi con il Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti.

Il sistema sta introducendo inoltre tecnologie avanzate messe a disposizione da Fincantieri NexTech, mai impiegate finora sulle reti autostradali italiane come la possibilità di analizzare un’opera attraverso un “gemello digitale” tridimensionale (Digital Twin – si veda “Strade & Autostrade” n° 143 Settembre/Ottobre 2020 a pag. 102 e su https://www.stradeeautostrade.it/tecnologie-e-sistemi/sistemi-di-monitoraggio-avanzati/), che ne riproduce fedelmente tutte le caratteristiche con l’impiego di droni equipaggiati con laserscanner topografici e telecamere ad altissima risoluzione, che realizzano vere e proprie “tac” delle superfici.

Un sistema appositamente sviluppato supporterà i Tecnici nel riconoscimento e classificazione dei difetti e nella programmazione delle attività di manutenzione.

monitoraggio
2. Un drone in volo equipaggiato per il monitoraggio dell’infrastruttura

La piattaforma è in uso da oggi sulle 430 opere delle due Direzioni di Tronco autostradali di Cassino e Bari e sarà progressivamente estesa entro la fine dell’anno sulla totalità dei 1.943 ponti e dei 2.000 cavalcavia della rete di Autostrade per l’Italia.

Nel corso del 2021, la sua applicazione sarà estesa ai processi di manutenzione dei ponti e cavalcavia e a tutte le 587 gallerie della rete dove, grazie al Digital Twin, sarà possibile attuare un modello di monitoraggio strumentale innovativo, eseguito con sensori Industrial IoT di Fincantieri NexTech e soluzioni tecnologiche di ultima generazione, che permetterà di analizzare l’andamento dei parametri ingegneristici strutturali dell’opera sia statici che dinamici e la costruzione di algoritmi di valutazione del comportamento, in esercizio e durante le fasi manutentive.

Nello stesso anno saranno anche introdotti sistemi di pesatura dinamica, che consentiranno sia di verificare, in entrata in autostrada, il rispetto dei limiti di peso autorizzati per i Transiti Eccezionali, sia di monitorare in tempo reale il comportamento delle infrastrutture al passaggio dei mezzi pesanti.

Le tecnologie messe in campo da Autostrade Tech, IBM e Fincantieri NexTech consentiranno inoltre di sperimentare, a livello scientifico, nuovi modelli, algoritmi e parametri in tema di sicurezza delle infrastrutture.

A tale scopo, è stato costituito da Autostrade Tech un Comitato tecnico-scientifico, al quale partecipano le Università politecniche di Trento, Torino, Roma, Napoli e Milano, che ha il compito di coordinare tali attività sperimentali, definendo nuove procedure operative che saranno in seguito concordate con il MIT. Il primo progetto di ricerca sarà dedicato all’impiego dei sensori di più moderna concezione per il monitoraggio del comportamento delle infrastrutture.

L’investimento complessivo per il nuovo sistema è di oltre 60 milioni di Euro, interamente stanziati da Autostrade per l’Italia.

Incontriamo l’Ing. Lorenzo Rossi, AD di Autostrade Tech SpA

“Strade & Autostrade”: “Argo Panoptes”, Argo che tutto vede: l’ispezione affidata agli occhi della tecnologia; quale tipologia di dati sarà raccolta dalla nuova piattaforma di monitoraggio e quali soggetti, oltre al Gestore, vi avranno accesso?”.

“Lorenzo Rossi”: “La tecnologia non sostituirà gli Ispettori, ma sarà un loro fondamentale alleato. In quest’ottica, la piattaforma Argo raccoglie tutti i dati ispettivi delle opere: il censimento dei difetti con relativa classificazione e valutazione, i materiali video e fotografici, il report ispettivo sottoscritto digitalmente dall’ente di sorveglianza e così via. Una APP consente invece di effettuare l’ispezione e associare difetti e fotografie alle singole parti dell’infrastruttura.

Autostrade Tech SpA
3. L’Ing. Lorenzo Rossi, AD di Autostrade Tech SpA

L’evoluzione del sistema prevederà la scansione laser tridimensionale delle opere attraverso un drone, per riprodurre il “gemello digitale” dell’infrastruttura; l’intelligenza artificiale confronterà i difetti fotografati dagli Ispettori e catalogati nel sistema con le immagini dei droni, consentendo di seguire l’evoluzione del difetto nel tempo. Il monitoraggio infine verrà effettuato attraverso l’installazione di sensori.

Argo è collegato ad AINOP, l’Archivio Informatico Nazionale delle Opere Pubbliche del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti: l’anagrafica di ogni opera viene inviata automaticamente ad AINOP così come, alla conclusione di ogni ispezione, il relativo report ispettivo firmato. Il sistema ARGO seguirà inoltre le future evoluzioni del sistema AINOP per gestire tutte le informazioni che si renderanno necessarie nel tempo”.

“S&A”: “Come sono stati impostati i protocolli di sicurezza per gli accessi?”.

“LR”: “Tutte le comunicazioni tra componenti interni al sistema, verso gli utenti o sistemi esterni, sono cifrate. I protocolli utilizzati sono basati su certificati di sicurezza X.509.

I report ispettivi sono sottoscritti digitalmente utilizzando una firma elettronica qualificata conforme al regolamento europeo 910/2014 e abilitata per la convalida a lungo termine.

Tutti gli accessi alle interfacce utente sono autenticati e profilati in base ai ruoli dell’utente connesso (per esempio Ispettore, Responsabile, Asset Manager, ecc.). Il sistema IBM Maximo utilizzato per l’entreprise asset management consente inoltre l’audit dell’attività utente”.

“S&A”: Il processo di ispezione è stato basato anche sul know-how che Fincantieri ha in ambito navale (si pensi ai famosi manuali di ispezione).

Quali possono essere però le differenze tra il monitoraggio di una nave e quello di un viadotto o di una galleria, composti da materiali eterogenei? Il metodo è comunque il medesimo?”.

“LR”: “Il sistema Argo ha indubbiamente fatto tesoro sia delle esperienze di Fincantieri che del Gruppo ASPI in materia di ispezioni e, come già condiviso, è stato arricchito con le indicazioni contenute nelle nuove linee guida per la sicurezza e il monitoraggio dei ponti pubblicate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici viste le specificità di queste opere”.

“S&A”: “Argo può “mappare” una serie di degradi nel tempo attraverso il confronto di immagini ad alta risoluzione. In questo confronto tra ante e post, nel quale la gravità della difformità sarà riscontrata da un algoritmo, che ruolo ha il Tecnico Ispettore (e implicitamente la soggettività)?”.

“LR”: “Come detto inizialmente il ruolo degli Ispettori, appartenenti a Società di ingegneria terze di livello internazionale, rimane centrale. Ad esempio, sulla app mobile l’Ispettore avrà a portata di click tutte le foto e le classificazioni precedenti di quel difetto, potrà visualizzare le foto “standard” della tipologia di difetto scelta per le varie intensità, estensioni e ubicazioni e, infine, avrà immediato accesso a tutta la documentazione dell’asset relativa alla sua progettazione, manutenzione ed eventuali prove di laboratorio. La tecnologia è uno strumento a supporto dell’Ispettore, non un suo sostituto”.

  • drone
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    4. Un drone in volo equipaggiato per il monitoraggio dell’infrastruttura
  • opere
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    5. La Mobile App per l’ispezione delle opere
  • mobile app
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    6. L’ispezione effettuata sul viadotto Settefonti su by bridge
“S&A”: “L’ispezione è, in pratica, uno screening che permette la redazione di una cartella clinica informatizzata del paziente/struttura. Ovviamente ci sono pazienti che stanno bene e chi purtroppo ha bisogno di interventi: in che modo si pianificano le cure/manutenzioni?”.

“LR”: “Autostrade per l’Italia e il Ministero hanno condiviso un approccio diverso rispetto al passato riguardo alla valutazione delle priorità di intervento, che tiene conto dell’analisi di rischio introdotta dalle nuove Linee Guida del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, ma anche dell’opportunità di avviare un percorso di riqualificazione delle infrastrutture (gran parte delle quali risalgono agli anni Sessanta), ai requisiti prestazionali previsti dalle Normative vigenti.

Secondo le nuove Linee Guida C.S.LL.PP., il cui periodo sperimentale deve ancora essere avviato ma che Autostrade per l’Italia già adotta pienamente, un’opera che presenti difetti significativi deve essere valutata nel suo comportamento con una specifica modellazione e applicando i carichi verticali previsti dalle ultime Normative (NTC 2018).

L’opera può quindi risultare “adeguata”, cioè pienamente conforme agli standard previsti per le costruzioni nuove, “operativa”, stato che permette il pieno utilizzo della struttura senza limitazioni per 30 anni, o “transitabile”, ovvero che richiede limitazioni dei carichi e un intervento di adeguamento entro cinque anni.

Tenuto conto che tale ultima condizione, per alcune tipologie di opere, potrebbe verificarsi per le sue caratteristiche progettuali indipendentemente dal degrado, la Società ha deciso di realizzare questo percorso di “assessment” strutturale su tutti i ponti stradali della propria rete (circa 2.000) entro il 2023, anticipando, conseguentemente e in maniera significativa, tutti gli interventi che conseguiranno a tale verifica profonda.

L’ulteriore elemento di novità, già richiamato, consiste nella scelta condivisa che Società e Ministero Concedente potranno adottare sul tipo di intervento, valutando di volta in volta, anche per i casi di opere “adeguate” o “operative” ma con necessità di lavori conservativi, l’opportunità di realizzare contestualmente un ammodernamento delle stesse, ad esempio includendo l’adeguamento sismico anche per le zone a bassa priorità”.

“S&A”: “Le attività di monitoraggio vengono svolte in modo approfondito ogni anno e “semplificato” ogni tre mesi: questa scrupolosità sarà relativa a tutte le opere? Effettuati gli interventi di risanamento su di una determinata opera, come verranno adeguate le tempistiche di monitoraggio?”.

“LR”: “Come già illustrato, il superamento di questo modello, comporta che i percorsi di “assessment” che abbiamo avviato, d’intesa con il MIT, su tutti gli asset della rete (ponti, viadotti, gallerie, barriere antirumore, muri e strutture di sostegno, siti con vulnerabilità idrogeologica), permetteranno progressivamente il  superamento delle periodicità e dei contenuti di carattere generale richiamati dalle Circolari ministeriali vigenti, attraverso la definizione di piani di manutenzione e controllo specifici per ciascuna opera e correlati alla sua “cartella clinica”.

L’assessment costituisce infatti un recupero dello stato di conoscenza di cui si dispone per un’opera nuova, attraverso una serie di indagini visive, strumentali e di laboratorio che devono permettere di intercettare con adeguata affidabilità le condizioni di conservazione e di efficienza di ogni singolo componente (calcestruzzo, armature, cavi di precompressione), nonché eventuali stati tensionali sviluppatisi nel corso dei decenni ad esempio in fondazione o negli ammassi scavati per la realizzazione delle gallerie.

Al termine dell’assessment, è previsto che il Progettista o Ingegnere responsabile rediga il piano di manutenzione della galleria ai sensi del DPR 554/99 e del D.Lgs. 50/2016, che deve quindi indicare sia le manutenzioni periodiche necessarie sia le tipologie e la frequenza di controlli funzionali ad accertare lo stato di efficienza sia delle singole componenti originarie dell’opera sia degli interventi eventualmente aggiunti durante o a seguito degli “assessment” stessi”.

  • Ispezioni
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    7. L’ispezione effettuata sul viadotto Settefonti su by bridge
  • by bridge
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    8. Il drone di Fincantieri NexTech
“S&A”: “Per le opere in sotterraneo – forse più complesse da verificare in quanto più problematiche con l’utilizzo dei droni – come si sviluppano le procedure di monitoraggio?”.

“LR”: “Argo verrà esteso nel 2021 a 587 gallerie, utilizzando laser scanner ad altissima risoluzione e georadar”.

“S&A”: “Riassumendo, quante sono ad oggi le opere già monitorate con questo sistema sul territorio? Ed entro quale orizzonte temporale verrà estesa la sorveglianza alle oltre 4.500 previste?”.

“LR”: “In esercizio su 430 opere, entro la fine dell’anno su 1.950 ponti e viadotti e 2.000 cavalcavia. Come detto, a partire dal 2021 il sistema verrà esteso a 587 gallerie e nel biennio alle infrastrutture minori (2.000 sottopassi, 8.300 opere idrauliche e 10.000 km di barriere di sicurezza)”.

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