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Flussi di lavoro BIM nell’ingegneria dei ponti

Un caso studio su tre ponti autostradali della BAB 3 in Germania attraverso il BIM - Building Information Modeling

Il BIM nell’ingegneria dei ponti

  For English version: https://www.stradeeautostrade.it/en/materials-technologies/bim-bridge-engineering-workflow/

Lo sviluppo del BIM

Fin dagli albori del Building Information Modeling (BIM), l’obiettivo durante gli anni di forte sviluppo è stato quello di offrire un flusso di lavoro continuo per i Progettisti.

In particolare nel campo dell’ingegneria strutturale, tale flusso di lavoro include la modellazione delle strutture, il dimensionamento, l’analisi strutturale e inoltre il disegno e il dettaglio in un ambiente BIM. Parlando nello specifico del complesso campo dell’ingegneria dei ponti, lo sviluppo del BIM è iniziato alcuni anni dopo, tenendo conto della diversità e della complessità di questo tipo di strutture.

A seconda delle esigenze del progetto, è comunque possibile e talvolta consigliabile un passaggio tra il nuovo approccio BIM e il classico flusso di lavoro.

SBIM workflow per la generazione di ponti
1. SBIM workflow per la generazione di ponti in Revit®

BIM chiuso o aperto?

Un sistema BIM si definisce comunemente chiuso se tutti i partner che cooperano al progetto lavorano su un’unica piattaforma software BIM. Il vantaggio in questo tipo di cooperazione tra architetti, Ingegneri MEP, Ingegneri Strutturisti e Impresa di costruzioni è l’ottimizzazione dei tempi e la condivisione delle informazioni nella stessa banca dati e sulla stessa piattaforma.

Qualsiasi informazione e qualsiasi processo sono disponibili a colpo d’occhio, soprattutto per il Cliente.

In realtà gli Ingegneri Strutturisti devono lavorare su molti formati di dati diversi, ricevuti da diversi partner di progetto. Un cosiddetto flusso di lavoro BIM chiuso, basato su un’unica piattaforma software, sarebbe una soluzione ideale ma in pratica sfortunatamente non sempre adottabile.

Per risolvere questo problema di scambio di dati, sempre più spesso si ricorre a soluzioni di tipo OpenBIM che consentono di scambiare dati tra banche dati di software diversi.

Con l’aiuto di buildingSMART, Associazione presente in 26 Paesi e di cui fanno parte i più importanti studi di ingegneria e produttori di software del mondo, i formati IFC (Industry Foundation Classes) e SAF (Structural Analysis Format) stanno diventando sempre più rilevanti.

Grazie a questi standard si può giungere ad un buon livello di collaborazione e progettazione BIM anche senza un database comune su software dello stesso produttore. Questo rende estremamente più efficace il flusso di lavoro BIM per l’ingegneria strutturale.

Il prospetto Ovest
2. Il prospetto Ovest

Lo sviluppo del software

Premesso che il BIM non è una tecnologia che si acquisisce col software ma una metodologia di lavoro che il software contribuisce ad implementare, è comunque impensabile oggigiorno affrontare questo tipo di progettazione senza l’ausilio di tali strumenti.

Per lo sviluppo di questi progetti sono stati utilizzati i software SOFiSTiK e Autodesk® Revit®.

SOFiSTiK AG è una softwarehouse tedesca che da oltre 30 anni offre soluzioni all’avanguardia per l’ingegneria, sviluppando prodotti ottimizzati per il flusso di lavoro BIM sin dagli inizi della diffusione del Building Information Modeling.

I primi anni di sviluppo si sono concentrati su strumenti per la progettazione di edifici, ma oggi sono presenti soluzioni anche per il mondo dei ponti e delle infrastrutture, con l’obiettivo di fornire al mondo dell’ingegneria strutturale delle applicazioni integrate nella piattaforma Autodesk® Revit®, per la modellazione, il dimensionamento, l’analisi strutturale e il disegno di dettaglio delle armature.

La sezione tipica
3. La sezione tipica

L’approccio di SOFiSTiK negli anni è sempre stato quello di sviluppare soluzioni aperte a differenti flussi di lavoro, come ad esempio un’interfaccia e un’app per il software Rhinoceros® by McNeal.

Nel corso degli anni, l’ambiente di programmazione in Rhino, denominato Grasshopper®, è diventato uno dei più efficaci strumenti per la connessione dei modelli di calcolo SOFiSTiK FEA con soluzioni come Tekla® o altre.

Il passo successivo è stata l’implementazione di un connettore IFC che consente l’import/export del database con altri software. Oggi si aggiunge un ulteriore connessione basata sul formato SAF che arricchisce il flusso di dati per i modelli strutturali, senza perdita di dati grazie alla base editabile su Excel.

D’altra parte, con l’integrazione del flusso di lavoro BIM per la progettazione di edifici e infrastrutture in Revit®, strumenti di programmazione come Dynamo® consentono anche un ulteriore sviluppo e personalizzazione delle routine nel BIM locale.

Vista in pianta
4. Vista in pianta

Sviluppata continuamente e basata sull’esperienza dei clienti, l’applicazione “SOFiSTiK Bridge + Infrastructure Modeler”, denominata SBIM, ha ampliato il campo di applicazione del BIM per la progettazione strutturale di opere diverse dal “Building”, come ponti, viadotti, tunnel, gallerie e tutti quei manufatti che seguono l’asse stradale.

In questo modo, il flusso di lavoro nella progettazione attorno a Revit® rimane ininterrotto.

Il caso studio: ponti autostradali sulla BAB 3 tra Norimberga e Ratisbona in Germania

Gli esempi di questo caso studio sono volutamente semplici, per mostrare il lavoro quotidiano degli Ingegneri Strutturisti quando si approcciano alla progettazione BIM di una geometria comunque non priva di insidie e con tempi molto stretti.

Il Progettista è HFR Ingenieure di Monaco che è un team giovane e innovativo di Professionisti Strutturisti con elevate conoscenze in ingegneria ed esperienza avanzata in tutti i tipi di strutture.

Il modello Revit®
5. Il modello Revit® del BW448a con SBIM

Come pacchetto di progettazione di tre piccoli ponti autostradali sulla BAB 3 tra Norimberga e Ratisbona in Germania, HFR Ingenieure ha realizzato le seguenti strutture:

  • BW446a, sostituzione del sottopassaggio pubblico esistente su una strada di campagna come struttura a telaio aperto – lunghezza 9,305 m, larghezza 31,60 m e altezza 4,74 m;
  • BW447a, sostituzione del sottopassaggio pubblico esistente su una strada di campagna come struttura a telaio aperto – lunghezza 8,70 m, larghezza 32,60 m e altezza 4,832 m;
  • BW448a, sostituzione del sottopassaggio pubblico esistente su una strada di campagna come struttura a telaio aperto – lunghezza 11,06 m, larghezza 33,158 m e altezza 4,774 m.
Il modello di calcolo con SOFiSTiK
6. Il modello di calcolo con SOFiSTiK FEA del BW448a nella fase 1

Il Committente Die Autobahn GmbH li ha incaricati della sostituzione dei succitati sottopassi. La Ditta di costruzioni Strabag AG ha espresso la necessità di ricevere una progettazione 3D BIM delle tre strutture per poter utilizzare il modello Revit® nei successivi flussi di lavoro 4D e 5D.

In un flusso di lavoro BIM 4D, il modello viene utilizzato per l’implementazione nel processo di pianificazione dei tempi di costruzione. Nel flusso di lavoro 5D BIM, il modello viene utilizzato per la stima e la previsione accurate dei costi di costruzione.

Per soddisfare le richieste della Ditta costruttrice, HFR Ingenieure ha implementato un nuovo flusso di lavoro BIM nel loro processo di progettazione.

Il primo passo è stata la generazione del modello 3D della struttura in Revit® con l’ausilio di “SOFiSTiK Bridge + Infrastructure Modeler” e una routine di programmazione aggiuntiva in Dynamo®. Successivamente, la struttura è stata calcolata nel software SOFiSTiK FEA e infine si sono ricavati automaticamente i disegni 2D.

Per la generazione dei disegni di dettaglio dell’armatura è stata utilizzata una soluzione ibrida. Alcuni dettagli complessi più piccoli sono stati modellati con armatura 3D in Revit® con l’aiuto dell’app SOFiSTiK RC, mentre i dettagli d’armatura principali sono stati eseguiti con SOFiCAD in ambiente AutoCAD.

Il disegno costruttivo
7. Il disegno costruttivo del punto di allineamento della spalla in SBIM

L’esportazione delle tavole direttamente da SBIM a SOFiCAD è stata una soluzione molto efficace e che ha comportato un notevole risparmio di tempo. Le Figure 5 e 6 sopra mostrano il flusso di lavoro BIM per questo ponte.

Poiché il team di progettazione ha dovuto affrontare dei problemi con alcuni elementi uniti automaticamente nella fase di modellazione, ha deciso di programmare alcune routine in Dynamo® per risolvere questo problema. La spalla è composta da otto elementi a parete.

A causa della complessa geometria clotoidale, il controllo dell’ordine di giunzione non era possibile. La soluzione è stata quella di creare un elemento su forma che risolvesse questo problema.

I disegni costruttivi generati con SBIM sono stati esportati direttamente come tavole PDF. Per lo più in 2D, ma in alcuni casi come mostra la Figura 7, in 3D con i punti di allineamento della spalla.

I disegni dell’armatura in Revit
8. I disegni dell’armatura in Revit® e SOFiCAD come soluzione ibrida

Conclusioni

Dopo la progettazione del primo ponte, che ha richiesto un maggiore dispendio di tempo, gli altri due sono stati sviluppati in modo più rapido ed efficace rispetto al normale flusso di lavoro standard precedentemente utilizzato, grazie alla parametrizzazione dei modelli. Le modifiche infatti sono state molto veloci sia nel processo di costruzione che nel calcolo che nei disegni.

L’uso della tecnologia BIM per Progettisti come HFR Ingenieure ha portato a un netto miglioramento del lavoro. Il modello centrale per l’ulteriore elaborazione, come la pianificazione del processo di costruzione, il calcolo dei costi, la gestione del ciclo di vita o il monitoraggio di un ponte, è un enorme passo avanti verso una futura tecnologia di progettazione dei ponti efficace ed efficiente.

 Per saperne di più contatta gli autori al link Contatti – venmises %.

  For English version: https://www.stradeeautostrade.it/en/materials-technologies/bim-bridge-engineering-workflow/

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