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Applicazioni BIM per le infrastrutture di trasporto

Nuove attività di ricerca e sviluppo sulle metodologie BIM applicate alla progettazione e alla gestione delle infrastrutture di trasporto, presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi Roma Tre

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In un precedente contributo pubblicato sul fascicolo n° 125 Settembre/Ottobre 2017 con https://www.stradeeautostrade.it/tecnologie-e-sistemi/le-potenzialita-del-bim-applicate-alla-progettazione-delle-infrastrutture-viarie/, sono state illustrate alcune modalità per definire i passi e i processi da mettere in atto nel caso di volontà di implementazione del processo BIM nella progettazione delle infrastrutture viarie, così come intrapreso dal gruppo di ricerca della Sezione di Ingegneria Civile del Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi Roma Tre.

Grazie a una prima applicazione del BIM a un caso studio trattato nell’ambito di una esercitazione progettuale per la realizzazione di una infrastruttura viaria, sono state messe in luce le principali peculiarità e i diversi aspetti derivanti dall’implementazione di questo innovativo processo.

Da quella prima applicazione e in virtù della crescente attenzione verso queste tematiche, numerose altre attività sono state intraprese dal gruppo di lavoro con la volontà di esplorare le principali applicazioni e ricercare le migliori tecniche di processo e sviluppo nei diversi ambiti infrastrutturali esplorati.

  • infrastrutture di trasporto
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    Aspetti del processo BIM applicato alle infrastrutture di trasporto
  • modello dinamico
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    Solidi estratti dal modellatore di Civil 3D

Il nuovo contributo che si propone qui di seguito mira ad una breve ma, si auspica, efficace presentazione di alcune tematiche fin qui investigate lasciando spazio a successivi approfondimenti, anche eventualmente frutto di ulteriori sollecitazioni e collaborazioni con gli operatori economici interessati, alle quali il gruppo di ricerca è disponibile, e che fin qui hanno condotto a interessanti risultati con reciproca soddisfazione tra le parti.

Tale approccio si sposa perfettamente con la visione della cosiddetta “terza missione dell’Università”, strettamente legata all’innovazione e trasferimento tecnologico, allo sviluppo dei rapporti con il mondo del lavoro, e ai legami con Società e Istituzioni tramite la stipula di rapporti di collaborazione, progetti di ricerca, incarichi, tirocini per studenti e quanto altro utile al mantenimento di un costante rapporto di collaborazione tra il mondo accademico e quello produttivo.

I seguenti paragrafi mostrano le caratteristiche principali, le peculiarità e gli obiettivi raggiunti e previsti per alcuni campi di applicazione, in maniera da poter fornire una visione complessiva sia della tematica in esame sia dell’inserimento della stessa in un ambito più ampio.

La missione del gruppo di ricerca infatti, è quella di sviluppare un processo che assista un’infrastruttura di trasporto durante tutto il ciclo di vita, dallo studio di fattibilità alla sua manutenzione.

Partendo dall’ideazione e dalla progettazione dell’opera, il processo mira all’ottimizzazione di tali fasi in modo che tutto sia, per quanto possibile, dinamico e automatico così da limitare i “perditempo” a cui inevitabilmente si è soggetti in un processo tradizionale.

L’integrazione in tale processo di oneri come verifiche normative, continui aggiornamenti del computo metrico estimativo e del cronoprogramma, che implicano al loro interno attività ripetitive, consente di ridurre i tempi di elaborazione e di conseguenza dedicare maggior attenzione alla qualità del risultato.

Riferendosi invece alla gestione e alla manutenzione dell’opera, aspetto in fase di approfondimento, il processo coinvolge aspetti utili alla definizione delle priorità di intervento o all’integrazione nel modello di tecnologie innovative che forniscono informazioni sullo stato di conservazione delle infrastrutture.

È quindi chiaro come alcuni aspetti fin qui trattati ad esempio su una infrastruttura stradale, sono stati o saranno anche testati su altri ambiti, come ad esempio una infrastruttura ferroviaria, o, ancora, le possibili applicazioni del GIS in ambito BIM presentate per una infrastruttura aeroportuale in fase di progettazione o espansione potranno essere opportunamente trasferite su ambiti stradali o ferroviari mantenendo lo stesso approccio, ma modificandone la metodologia di applicazione.

Presidi idraulici e idraulica di piattaforma

Le infrastrutture lineari, viarie o ferroviarie, coinvolgono molteplici settori dell’ingegneria civile inserendosi in modo esteso su vaste regioni del territorio. In particolare, il progetto delle opere idrauliche è un elemento fondamentale per garantire la funzionalità e l’integrità dell’infrastruttura di trasporto e allo stesso tempo favorire la continuità idraulica del bacino nella quale questa si inserisce.

Per rispondere a questa necessità, negli ultimi mesi un’intensa attività di ricerca ha portato all’implementazione di un processo digitale che consente di integrare gli aspetti della progettazione idraulica all’interno del processo BIM per la modellazione di un’infrastruttura viaria.

Ripercorrendo la metodologia attraverso la quale tradizionalmente viene realizzato il progetto di cunette, fossi di guardia e tombini, si sono studiati gli strumenti presenti nei software CAE (Computer Aided Engineering) e BIM-oriented, per ottenere delle procedure rapide e dinamiche con il fine di migliorare l’economicità e la funzionalità della progettazione con un’elevata riduzione dei tempi.

L’utilizzo di questo nuovo processo ha permesso di aggiungere all’intero modello dell’infrastruttura un nuovo livello informativo costituito dalla disposizione planimetrica, dalle dimensioni e dalle caratteristiche dei singoli elementi della rete di drenaggio.

Inoltre, si sono studiati gli strumenti di analisi idraulica della rete che consentono, a partire dall’informazione geometrica, di procedere con verifiche, ridimensionamenti e produzione immediata di profili e tabelle che riportano sinteticamente tutte le informazioni degli elementi, tra cui linea dei carichi, velocità e portate di ogni tronco.

Implementazione delle dimensioni digitali 4D e 5D nel processo BIM

Un altro campo di applicazione indagato al fine di ottimizzare le prestazioni di un progetto in BIM è rappresentato dalla creazione di un processo efficiente ed efficace per implementare le dimensioni digitali 4D e 5D.

Come è ben noto, due dei principali criteri di valutazione di un progetto di un’opera civile sono relativi a tempi e costi di realizzazione di un progetto: per questo motivo, il gruppo di ricerca, ormai da diverso tempo, porta avanti un ampio studio incentrato alla definizione della metodologia più efficace per implementare un modello dinamico che permetta di ottimizzare i tempi (4D) e i costi (5D) nelle diverse fasi di progettazione.

  • Civil 3D
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    Il modello dinamico per la stima dei costi del progetto
  • BIM
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    Il modello integrato da aspetti BIM e GIS

Per raggiungere questo obiettivo, il gruppo è volto allo studio di diversi strumenti di authoring e software di modellazione 4D e 5D, in grado di racchiudere la molteplicità dei dati del progetto in un ambiente unico e condiviso.

Ad oggi gli studi hanno portato alla definizione di una metodologia innovativa ed efficace appositamente implementata per massimizzare l’interoperabilità tra i vari codici utilizzati permettendo di definire un processo bidirezionale che consente una stima dei costi avanzata del progetto e una timeline ottimizzata delle attività di costruzione.

La realizzazione di tale modello dinamico, inoltre, in caso di modifiche inevitabili ed ottimizzazioni durante la fase di progettazione consente di reiterare efficacemente il processo con una significativa riduzione dei tempi computazionali complessivi e un immediato riscontro in termini economico-temporali delle nuove implementazioni progettuali.

Integrazione del modello BIM e dell’ambiente GIS

Come anticipato nelle premesse, l’utilizzo esclusivo della metodologia BIM facilita la gestione di un’infrastruttura lineare in quanto consente di concentrare tutti gli aspetti dell’opera in un unico modello, riducendo i possibili errori e conflitti.

Facendo un interessante passo in avanti, il gruppo è impegnato nello studio del processo di integrazione del BIM con i sistemi GIS così da utilizzare in maniera sinergica le caratteristiche del modello BIM e quelle proprie di un ambiente GIS, sfruttando questa unione soprattutto come strumento di supporto alle decisioni in ambiti così estesi come quelli interessati dalle infrastrutture di trasporto.

Più nel dettaglio, si è applicato il processo a un caso studio costituito da un’infrastruttura aeroportuale, realizzando innanzitutto il modello informativo delle opere presenti all’interno del sedime.

I modelli delle singole opere, sintetizzati in un IFC, sono così corredati da informazioni e dati utili per condurre anche le analisi di carattere ambientale. Visti i numerosi impatti dovuti sia alla presenza fisica sia alla dimensione operativa dell’aeroporto o di una generica infrastruttura di trasporto, è utile sfruttare la tecnologia alla base dei sistemi GIS che unisce le caratteristiche dei database con quelle di una mappa integrata.

I vantaggi offerti dal legame fra i modelli informativi e gli elementi GIS risultano utili sia in fase di progettazione che in quella di manutenzione. Nel primo caso, è possibile integrare l’analisi ambientale fin dalle fasi progettuali, aumentando l’efficacia e l’efficienza del processo.

Nel secondo caso, l’integrazione dei dati legati alla manutenzione, integrati nel modello informativo con i dati ambientali, consente di stabilire delle priorità di intervento e quindi di analizzare il processo di manutenzione non solo dal punto di vista tecnico, ma in un più complesso “approccio sostenibile”. 

Conclusioni

Le attività fin qui descritte rappresentano solo una selezione del più ampio ventaglio di approfondimenti che il gruppo di ricerca sta sviluppando negli ambiti strettamente connessi alla progettazione e alla gestione delle infrastrutture di trasporto, e che ha intenzione di estendere nell’immediato futuro.

Per qualsiasi manifestazione di interesse, richiesta di informazioni o possibili collaborazioni è a disposizione l’indirizzo e-mail del gruppo di lavoro biminside@uniroma3.it.

È infine utile sottolineare come le crescenti necessità di applicazione, anche nell’ambito di opere lineari, di processi che fino a poco tempo fa erano concepiti prevalentemente per opere puntuali rappresentino oggi una importante sfida e sono state senza dubbio alimentate anche dalla progressiva introduzione dei dettami forniti dal D.M. 560/2017, come previsto anche dall’ultima edizione del Codice dei Contratti Pubblici, e dalla pubblicazione e aggiornamento delle varie parti della Norma di riferimento UNI 11337 che più o meno recentemente sta completando la sua divulgazione.

Si sta quindi configurando a livello nazionale, quella auspicata necessità di estendere a tutte le opere civili le applicazioni BIM che dovrebbero quindi condurre a una copertura diffusa nei prossimi anni.

A tali necessità si aggiungono anche le crescenti richieste nell’ambito della formazione, al fine di consentire un ampio adeguamento delle conoscenze dei diversi soggetti interessati a queste tematiche, favorendone cosi l’applicazione e lo sviluppo.

Anche a questo proposito il Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi Roma Tre ha raccolto le sollecitazioni del mondo produttivo e ha ancora una volta messo a disposizione le proprie conoscenze e le capacità di trasferire know how nell’ambito di programmi di formazione, che rientrano a pieno titolo nelle attività statutarie di un Ateneo.

È stato infatti promosso e organizzato un percorso di Alta Formazione denominato “Procedure e strumenti BIM per le Stazioni Appaltanti e per gli operatori economici”, ora in fase di avvio, realizzato anche con il contributo del Dipartimento di Architettura e in collaborazione con l’Ordine degli Ingegneri della Provincia di Roma e Specialisti del settore.

Il Corso, destinato ad Ingegneri, Architetti, Geometri e Tecnici delle Stazioni Appaltanti coinvolti nel nuovo processo di digitalizzazione della modellazione di edilizia e infrastrutture, si propone di fornire ai partecipanti le conoscenze necessarie ad adempiere alle citate Norme D.M. 560/2017 e art. 23 del Codice dei Contratti Pubblici e più in particolare di dotarsi di un atto organizzativo, di un piano di approvvigionamento di hardware e software e di un piano di formazione per identificare i processi operativi, le procedure e il quadro normativo di riferimento per gestire gare di appalto di lavori pubblici tramite ausilio di metodi e strumenti elettronici avanzati, ormai resi obbligatori dalla Normativa nazionale. Ulteriori informazioni sul corso sono reperibili all’indirizzo www.altaformazionebim.it.

In conclusione, con questo contributo si sono potute presentare interessanti applicazioni di ricerca e sviluppo condotte nel Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi Roma Tre, Sezione di Ingegneria Civile, che ancora una volta intraprende interessanti attività di ricerca e formazione mettendo a disposizione le proprie competenze e risorse anche in relazione alle crescenti esigenze del settore.

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