Come rendere efficiente la progettazione di ponti costruendo modelli informativi funzionali

Esistono due esigenze imprescindibili nel settore della progettazione di ponti, sia a livello nazionale che internazionale, esigenze che sono diventate un importante trend.

Da un lato è sempre più richiesta una Modellazione Geometrica 3D sia in fase di disegno che in fase di simulazione strutturale, dall’altro si riscontra la necessità di produrre Modelli Informativi (sia per la geometria che per le informazioni di progetto) che siano utili alla Stazione Appaltante e alle fasi successive di Costruzione, Manutenzione e Monitoraggio. In Italia quest’ultima esigenza è diventata Legge con il DM 560/17 in attuazione del D. Lgs 50/2016.

 

Modellazione Geometrica 3D e Modelli Informativi

Nel caso della Modellazione Geometrica 3D vi è spesso la necessità di sfruttare i modelli geometrici per la “messa in tavola” come riferimento per i modelli geometrico-meccanici per il calcolo strutturale, incluse le fasi di costruzione, i vincoli, le apparecchiature di appoggio, e molto altro. Per certe tipologie (frequenti) di ponte, ciò è possibile. 

I Modelli Informativi sono necessari, in materia di Lavori Pubblici, per assicurare la razionalizzazione delle attività di progettazione e delle connesse verifiche (art.23 comma 1, D. Lgs. 50/2016). Il Decreto ritiene necessario che a tal scopo si adoperino piattaforme che possano interoperare a mezzo di formati aperti non proprietari (comma 13 del medesimo art. cit.) senza che si vengano a limitare le specifiche progettualità dei progettisti (ogni progettista dovrebbe poter operare con lo strumento che meglio ritiene). 

Come ben spiegato in un recente testo sui processi e modelli digitali openBIM1, tale interoperabilità può essere orizzontale, trasversale a software che lavorano sulla medesima disciplina (ad esempio la creazione del modello 3D per la messa in tavola degli elaborati, oppure il passaggio del modello di calcolo tra due software di calcolo), oppure verticale, quando si tratta di comunicare tra applicazioni differenti (architettonico, stradale, strutturale, geotecnico, etc.). 

Per certe applicazioni è opportuno ricorrere a uno scambio dati mediante linguaggi standardizzati, IFC in primis, altre volte è opportuno ricorrere a linguaggi “nativi”, ricordando sempre che, come in ogni traduzione, si deve curare sia la correttezza “grammaticale” (il software deve essere in grado di scrivere correttamente nel linguaggio di interscambio, ad esempio IFC), sia si devono esprimere i concetti in modo comprensibile al soggetto ricevente (ovvero, i modelli devono essere impostati bene per l’uso che ne dovranno fare altri utenti con altri software).

In ogni caso è necessario creare Modelli Informativi “ben posti” poiché anche nel BIM vale la regola che gli strutturisti ben conoscono nel calcolo, ovvero che per ottenere risultati ingegneristicamente ragionevoli è necessario avere modelli FEM ben posti: garbage in - garbage out, come dicono gli anglosassoni. 

Non è questo il luogo dove approfondire, ma con CSPFea crediamo che sia importante una formazione finalizzata ad apprendere come creare modelli BIM di ponti utili ai BIM uses richiesti (messa in tavola, calcolo strutturale, computi, cantierizzazione, monitoraggio & interpretazione, etc). Le tematiche pratiche vengono poi approfondite durante i Corsi di formazione InfraBIM che organizziamo.

È per questo motivo che MIDASCSPFea credono che la struttura standard del formato IFC-Bridge, allo sviluppo della quale CSPFea sta partecipando nell’apposito Working Group di buildingSMART, possa essere una “linea Guida” alla corretta modellazione informativa di un ponte .

 

I software BIM e l’IFC sono maturi per i ponti?

A tale domanda bisogna premettere che è prima necessario sapere cosa farsene: nella “lista della spesa” va premessa la conoscenza di come si modella (informativamente e geometricamente) un ponte, in seguito sarà chiaro quali features deve avere un software di InfraBIM authoring (software di creazione del modello InfraBIM) e quale grammatica deve contenere IFC. Si tratta di un lavoro straordinario che stanno facendo gli sviluppatori di MIDAS CIM, in parallelo alla crescita di IFC Bridge, partendo dall’esperienza di leader nel settore strutturale con MIDAS Civil, per arrivare al software InfraBIM più adatto allo scopo

È quindi in questo ambito che si inserisce MIDAS CIM, il nuovo software di casa madre MIDAS per la creazione di modelli digitali di ponti, che permetterà alle figure professionali che collaborano tra di loro di ridurre le tempistiche e massimizzare l’efficienza del loro lavoro in tutte le fasi del progetto, dalla pianificazione e progettazione alla costruzione e manutenzione dell’opera infrastrutturale tramite un Modello.

Creare un modello digitale di un ponte con MIDAS CIM significa includere in un modello geometrico adeguato agli scopi anche le informazioni e i processi inerenti all’intero ciclo di vita dell’opera, immaginando quali saranno gli utilizzi, i cosiddetti BIM uses.

Gli scopi di un Modello Digitale

Gli scopi di un Modello Digitale sono molteplici, dalla geometria 3D, alle fasi costruttive (4D), al computo dei costi (5D), all’interazione con altre discipline, in primis l’analisi strutturale, ma anche altri tipi di simulazioni (dal CFD per azioni del vento, ad analisi termiche, energetiche, etc.).

 

L'importanza di creare Modelli Digitali corretti e utili ai BIM Uses

Una modellazione informativa e geometrica “ben posta” è basata su uno standardized data model, come viene concettualizzato in IFC, il quale ha creato (inizialmente per il mondo dell’edilizia, ed oggi in fase di estensione ai ponti) uno schema concettuale dei dati ad oggetti, basato su una gerarchia, e sulla relazione tra gli oggetti. Questa struttura “object oriented” si riflette in cui ciascun elemento (pila, trave, impalcato, etc.) e sul rapporto tra funzioni, spazi e prodotti edilizi, in tal modo il modello informativo non è solo un mero “elenco” di oggetti, ma si avvantaggia di una base di conoscenza (Knowledge Base, KB) che rende il Database strutturato e quindi (se ben creato dall’utente) utile ai molti BIM uses che serviranno a simulare la messa in tavola, i computi, la cantierizzazione, la manutenzione, il monitoraggio, etc.

In CIM la classificazione degli elementi viene implementata attraverso la funzione worktype che permette di assegnare un’etichetta agli elementi secondo diversi livelli a precisione crescente e relazionati tra loro, mediante voci definite dall’utente stesso. In questo modo viene data una precisa organizzazione spaziale al modello da utilizzare anche per la sua validazione, gestione, calcolo strutturale e controllo normativo. Una struttura dei dati che permette ampia libertà all’operatore, ma richiede una adeguata formazione sugli aspetti concettuali di un Modello Digitale di un ponte.

 

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La modellazione si basa sulla definizione di layout lineare basato sul tracciato dell’infrastruttura, andando ad assegnare delle librerie presenti all’interno del software o generate dall’utente ad una linea generatrice ereditata dall’intera infrastruttura. 

Le librerie citate sono elementi aggregatori di elementi più semplici e possono essere di diverse tipologie a seconda dell’elemento che devono andare a rappresentare e di come questo si relazioni con il resto della struttura. Nello specifico le point libraries sono adatte per la rappresentazione di elementi la cui forma non dipende dal tracciato a cui devono essere assegnate, mentre le curve libraries e le assembly unit sono pensate per la modellazione di elementi la cui lunghezza varia col variare del tratto di layout al quale saranno assegnate.

Le variazioni progettuali possono essere facilmente implementate nel modello andando a modificare le singole librerie, le cui modifiche si rifletteranno successivamente sul modello intero. Ulteriori modifiche applicate al layout invece vanno a modificare la disposizione delle librerie ad esso assegnate.

Una possibilità fornita da CIM è quella di “costruire” il Modello Digitale del ponte per tipologie standard, mediante l’assemblaggio di oggetti derivanti da Libraries precedentemente modellate ed esportate (Library Catalog), ovvero famiglie di oggetti tipici dotati della possibilità di parametrizzare geometrie e dati per adattarle al progetto in questione. Questo apre a possibilità di modellazione rapida e standardizzata di tipologie di ponte frequenti (viadotti a travi in precompresso, ponti a impalcato collaborante acciaio-calcestruzzo, ponti ad arco in muratura) soprattutto per ponti esistenti, costituendo una via rapida a percorribile per una digitalizzazione del patrimonio costruito.

La modellazione 3D risulta rapida ed efficiente grazie a questa strategia, ed estremamente esaustiva grazie ai vari tool che permettono la georeferenziazione dell’opera tramite import di file KML rappresentati il rilievo dell’ambiente circostante, la modellazione del terreno e degli scavi effettuati in esso, la modellazione di particolari costruttivi quali barre di armatura lenta, cavi di precompressione, irrigidimenti e bulloni. Ma soprattutto si tratta di una modellazione strutturata e finalizzata alla gestione del progetto nelle sue fasi successive per creare un flusso di lavoro continuo.

Un esempio di gestione del progetto è dato dalla possibilità di associare ad ogni elemento spaziale della struttura e ad ogni suo livello di definizione una data di inizio e fine costruzione/demolizione, referenziando la struttura nel tempo tramite la creazione di un calendario che descrive le fasi costruttive dell’opera o le fasi di intervento su opera esistente.

 

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A seguito di questa operazione si potranno ottenere computi metrici esportabili sotto forma di fogli Excel e quindi perfettamente integrabili con gli strumenti di computo comunemente facenti parte del flusso di lavoro dell’operatore. Questi potranno essere riferiti all’opera nella sua interezza, a una sua sola parte/livello o a una sola tipologia di materiale/elemento: l’utente dispone di totale libertà e flessibilità nella scelta delle componenti da considerare.

Un’altra potenzialità del software è rappresentata dal modulo Drafter che permette la rappresentazione 2D degli oggetti 3D correlata delle informazioni presenti all’interno del modello digitale, arricchita secondo il proprio stile di disegno di quote, annotazioni e distinta ferri. Questo avviene in seguito alla definizione all’interno di CIM dei piani che identificano sezioni e viste prospettiche e che inviano al Drafter i dati associati alla porzione di struttura interessata.  Ogni modifica apportata al modello si riflette in tempo reale sui disegni grazie alla completa interoperabilità tra i due ambienti di lavoro data anche dal medesimo formato di salvataggio: oltre all’Export in dwg Drafter salverà le tavole create all’interno dello stesso file di CIM, andando ad arricchire ulteriormente il modello informativo.

 

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Ma l’aspetto forse più importante dell’opera infrastrutturale rimane il calcolo della struttura, che richiede la sua esportazione verso software esterni. Nello specifico CIM permette di esportare un modello di calcolo di base agli elementi finiti verso Midas Civil in formato MCT e verso software esterni in formato IFC, in cui troviamo definite le caratteristiche strutturali stabilite all’interno del modello digitale quali materiali, sezioni, condizioni di vincolo e utilizzo di link rigidi o elastici. Questo procedimento può essere svolto anche in maniera inversa, tramite importazione di file MCT o IFC per la generazione di un modello digitale che ha le sue basi nel modello analitico, garantendo congruenza ed efficienza.

Risulta di primaria importanza che tutti gli elementi costitutivi siano stati modellati in maniera corretta per gli scopi della simulazione di calcolo strutturale, correlando la rappresentazione geometrica allo schema analitico più appropriato per il calcolo. L’attenzione non solo al cosa viene modellato ma anche al come, è necessaria per avere una migliore qualità finale del prodotto digitale.

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L’interoperabilità tra modello analitico e digitale, così come la metodologia BIM in sé, necessita di riflessioni e approfondimenti affinché possa diventare un processo consolidato nell’industria delle costruzioni, ma rappresenta sicuramente una rivoluzione del flusso di lavoro che porterà ampi vantaggi anche in ambito infrastrutturale e Midas CIM vuole essere lo strumento adatto a questo scopo.

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Se ti interessa approfondire la tematica dell’articolo partecipando al corso di formazione InfraBIM oppure se vuoi richiedere una DEMO personalizzata, clicca qui.


P. Borin, C. Zanchetta, “IFC. Processi e modelli digitali openBIM per l’ambiente costruito”, Politecnica, 2020