Progettazione e simulazione di cantiere | Casi a confronto

Il Building information modeling a supporto della progettazione operativa

L’ausilio del Bim al lavoro di ricerca si è concretizzato nella valutazione del supporto dinamico strategico che la tecnologia può fornire alla fase decisionale e di progettazione architettonica e operativa grazie a un ambiente digitale che ha permesso non solo la progettazione operativa delle diverse fasi, delle singole lavorazioni e, più in generale, di tutto il sistema cantiere ma, anche, la simulazione, la comparazione e la valutazione delle differenti soluzioni proposte, permettendo così in maniera rapida e diretta il confronto tra le stesse soluzioni in maniera coordinata già nella fase di progettazione.

L'autore | Ing. Vittorio Mottola Laureato in ingegneria edile, libero professionista e imprenditore edile, consulente software tecnico.

L’autore | Ing. Vittorio Mottola
Laureato in ingegneria edile, libero professionista e imprenditore edile, consulente software tecnico.

Nell’indagare sul contributo che il Bim (Building Information Modeling) può apportare ai settori delle costruzioni e delle infrastrutture, analizziamo in questo articolo il lavoro svolto da Alessio Telesca nella sua tesi di laurea in ingegneria civile dal titolo: «Progettazione e simulazione operativa di un cantiere con tecnica del Contour Crafting mediante la metodologia Bim». L’affermazione di tecnologie sempre più evolute nel campo delle costruzioni ha apportato dei vantaggi significativi sotto vari aspetti come quello della tempistica e della sicurezza nel cantiere, portando un cambiamento progressivo e inarrestabile nelle attività di valutazione, progettazione, revisione e costruzione di un’opera.

L’ausilio del Bim al lavoro di ricerca si è concretizzato nella valutazione del supporto dinamico strategico che la tecnologia può fornire alla fase decisionale e di progettazione architettonica e operativa grazie a un ambiente digitale che ha permesso non solo la progettazione operativa delle diverse fasi, delle singole lavorazioni e, più in generale, di tutto il sistema cantiere ma, anche, la simulazione, la comparazione e la valutazione delle differenti soluzioni proposte, permettendo così in maniera rapida e diretta il confronto tra le stesse soluzioni in maniera coordinata già nella fase di progettazione.

Il connubio procedura-strumento Bim permette la costruzione di un modello digitale che non restituisce una sola informazione grafica ma che porta con sé una serie di parametri propri delle varie discipline che confluiscono nell’intero processo progettuale e costruttivo. È questo il motivo per il quale si può parlare di modello parametrico e, nello specifico, di oggetti parametrici: elementi digitali ai quali è possibile assegnare informazioni di qualsivoglia natura. L’innovazione che il metodo Bim porta con sé tende, quindi, a spaziare in molteplici ambiti permettendo così ai vari professionisti di confrontarsi e interagire in un ambiente unico attraverso il modello stesso di progetto. Si può parlare, pertanto, di criteri di «Interoperabilità» e integrazione, che pur essendo ancora obiettivi ben lontani dall’essere raggiunti in toto, rendono il processo Bim e il flusso d’informazioni che lo contraddistingue più semplice veloce.

Due estratti dal modello digitale. Sulla sinistra è possibile vedere il ponteggio allestito per la fase di costruzione della muratura portante, sulla destra l’impianto Contour Crafting impegnato nell’attività di stampaggio della muratura.

Due estratti dal modello digitale. Sulla sinistra è possibile vedere il ponteggio allestito per la fase di costruzione della muratura portante, sulla destra l’impianto Contour Crafting impegnato nell’attività di stampaggio della muratura.

Obiettivo del lavoro svolto è stato il confronto tra i vari aspetti, dall’andamento temporale fino ad arrivare alle diverse misure organizzative per le singole lavorazioni, di due diversi processi produttivi molto differenti tra loro. Sono stati presi in considerazione due processi tecnologicamente differenti per giungere alla realizzazione di una stessa opera finita, il processo di costruzione edile tradizionale è stato infatti confrontato con il processo che si basa sulla tecnologia del Contour Crafting.

Il Contour Crafting è un impianto nato a seguito dell’evoluzione del processo di stampa 3D. Negli ultimi anni la stampa tridimensionale si è evoluta rapidamente presentandosi in forme diverse per i più svariati usi. Questo impianto, in particolare, collegato a un’autopompa o a un impianto di betonaggio (come nel caso ipotizzato) permette l’estrusione di un particolare calcestruzzo attraverso un ugello altamente automatizzato. L’impianto legge un modello digitale e trasmette l’informazione al braccio meccanico che realizza l’opera in tempi ridotti: una struttura portante fuoriterra con una superficie calpestabile di 200 mq può essere realizzata in un tempo medio stimato di 20 h di attività. Sicuramente un cantiere nel quale è presente un impianto di questa tipologia sarà caratterizzato da una logistica e un’organizzazione differente rispetto a quelle di uno tradizionale. Tali attività implicano diverse misure valutative e organizzative e una serie di provvedimenti non convenzionali che sarebbe necessario e opportuno valutare in una fase precedente l’inizio dei lavori.

Dettaglio dell’ugello dell’impianto Contour Crafting con la funzione di estrudere il calcestruzzo.

Dettaglio dell’ugello dell’impianto Contour Crafting con la funzione di estrudere il calcestruzzo.

Il caso studio affrontato è un modello creato appositamente per la valutazione e la simulazione in oggetto, con delle caratteristiche tali da ridurre le variabili esterna alle lavorazioni volendo porre l’attenzione su di un confronto diretto tra attività il più omogenee possibile.
Nell’ambiente digitale utilizzato sono state inserite due strutture identiche al fine di rendere il confronto più immediato, l’una realizzata con l’ipotesi costruttiva di un cantiere edile tradizionale, l’altra con quella di un cantiere edile con un impianto Contour Crafting. In questa fase è stato fondamentale sfruttare la quarta dimensione che il processo Bim rende disponibile: il Tempo. È stato possibile modellare entrambi i cantieri sull’asse temporale.

Questa attività da un lato ha reso sicuramente più immediato il confronto fra i due processi, dall’altro è stata fondamentale per l’individuazione delle criticità all’interno delle singole aree di cantiere, ovvero nel processo di simulazione operativa, che essendo condotta in un ambiente digitale, quindi controllabile in tutti i diversi parametri, ha consentito di apportare modifiche al progetto dell’area stessa e alle misure di sicurezza e coordinamento necessarie per le singole lavorazioni.
Dato che quella del Contour Crafting è una tecnologia recente e che non ha ancora espresso tutto il suo pieno potenziale; deve necessariamente appoggiarsi a una serie di fasi lavorative che prevedono l’impiego di manodopera.

Attività di getto del massetto di fondazione eseguita con l’ausilio di autopompa e autobetoniera.

Attività di getto del massetto di fondazione eseguita con l’ausilio di autopompa e autobetoniera.

Tali fasi sono, in parte, comuni ai due processi costruttivi, e le loro differenze organizzative sono relative alle diverse caratteristiche delle rispettive aree di cantiere, pertanto avere un ambiente digitale in cui è possibile prevedere l’evoluzione delle aree stesse e le interazioni fra le lavorazioni ha contribuito al lavoro di progettazione della sicurezza. Maggiore attenzione hanno indubbiamente richiesto quelle fasi che non sono comuni ai due processi. Prendendo, per esempio, la fase di costruzione della muratura portante per il cantiere tradizionale, fase caratterizzata dal maggior numero di rischi, è stato possibile modellare l’intera struttura del ponteggio, disponendo così già in fase progettuale una viabilità e degli accessi che semplificassero e rendessero sicuro il transito di operai e mezzi, e programmando il montaggio del ponteggio in linea con l’evoluzione nella costruzione. Per quanto riguarda il cantiere con l’impianto del Contour Crafting, la fase più delicata per la progettazione della sicurezza, è stata quella dello stampaggio.

Vista in pianta dell’attività di getto del massetto di fondazione eseguita con l’ausilio di autopompa e autobetoniera.

Vista in pianta dell’attività di getto del massetto di fondazione eseguita con l’ausilio di autopompa e autobetoniera.

Modellata e aggiornata l’area di cantiere per questa specifica lavorazione, è stata individuata una problematica relativa all’interazione tra gli addetti e il moto della macchina e quindi al rispetto delle distanze minime di sicurezza dagli organi meccanici in movimento. È stato così ideato un opportuno cinematismo per questa attività che prevedesse la messa in sicurezza dell’impianto ogni qual volta gli operai rifornivano l’area di stoccaggio con il materiale necessario a proseguire nella costruzione. La progettazione della sicurezza diventa così più accurata e anche di più immediata comprensione avendo la possibilità di estrapolare innumerevoli e più idonee tavole esplicative direttamente dal modello di progetto del cantiere. Inoltre, diventa possibile seguire l’evolvere dei lavori attuando una progettazione che non è più limitata alla singola fase lavorativa, ma che prevede anche le successive fasi costruttive limitando così anche le interferenze di tipo spaziale e i rischi a esse collegati.

Contour Crafting. Fase di stampaggio.

Contour Crafting. Fase di stampaggio.

In ciascuna delle fasi analizzate nella progettazione, la viabilità del cantiere, la segnaletica e le misure di coordinamento sono cambiate, si sono evolute assieme al progetto che è diventato quindi «Dinamico» non rimanendo invariato per tutte le lavorazioni e, soprattutto, coinvolgendo elementi in continua evoluzione come le opere provvisionali di cantiere quali, per esempio, i ponteggi e i parapetti.
Fondamentale è stato anche l’ausilio che il Bim ha fornito sotto un altro aspetto: la quantificazione dei materiali. Ciascuna delle fasi individuate è caratterizzata da un certo numero di elementi «nuovi» che vengono quindi costruiti in tale fase, e da tutta la serie di elementi preesistenti. Gli abachi messi a disposizione dagli strumenti prescelti che supportano la metodologia di lavoro Bim permettono la quantificazione, in linea con l’asse temporale, dei singoli materiali necessari di volta in volta per procedere nella costruzione; funzione molto utile se implementata anche nella valutazione dei consumi del cantiere, come quello di calcestruzzo e acqua non potabile.

Usufruire di dati oggettivi per la valutazione dei consumi, il dimensionamento dell’impianto di cantiere come quello di betonaggio, o per esempio la previsione della cinematica per il succedersi delle autobetoniere diventa di fondamentale aiuto, grazie alla possibilità di seguire l’impiego dei materiali in linea con le lavorazioni. L’estrapolazione diretta di dati dal modello acquista una maggiore importanza se essa viene impiegata per la redazione del computo metrico, compilato nello stato di progetto, che non è più basato su stime «approssimate», ma su conteggi reali (come per esempio l’esatto numero di mattoni in laterizio per la muratura). Questo, oltre a rendere la progettazione più accurata, abbatte quasi totalmente gli sprechi di materiale durante la costruzione, cosa che collegata anche a una stima economica (inclusa negli abachi del Bim) fornisce numerosi vantaggi come quello di rendere potenzialmente le imprese più competitive sul mercato.

Prospettiva interna della costruzione realizzata con la tecnologia del Contour Crafting in cui si possono vedere gli operai intenti nello svolgimento dell’attività di montaggio dei controsoffitti in cartongesso.

Prospettiva interna della costruzione realizzata con la tecnologia del Contour Crafting in cui si possono vedere gli operai intenti nello svolgimento dell’attività di montaggio dei controsoffitti in cartongesso.

Nel caso studio analizzato sono stati volutamente scelti due processi nettamente diversi al fine di rendere più immediata la comprensione dell’attività di confronto dei processi produttivi, che appoggiandosi a software che operano in ambiente Bim, permette di individuare anche le più piccole differenze su vari piani. Diventa quindi evidente come l’ausilio di un software Bim sia determinante nel corso della realizzazione dell’opera, per lavorare con documenti e progetti interattivi, ma soprattutto nella fase progettuale consentendo una valutazione molto vicina alla realtà. Il Bim diventa il veicolo ottimale per condurre le fasi di progettazione, esecuzione e verifica dell’opera così come del relativo cantiere seguendone il ciclo di vita con modelli interattivi. In definitiva il Building Information Modeling si distingue in questa valutazione teorica come un’attività aperta all’evoluzione dell’opera e alle molteplici figure che collaborano nella costruzione, affermandosi come un importante mezzo di progetto e verifica nel processo produttivo.

Condividi quest’articolo
Invia il tuo commento

Per favore inserisci il tuo nome

Inserisci il tuo nome

Per favore inserisci un indirizzo e-mail valido

Inserisci un indirizzo e-mail

Per favore inserisci il tuo messaggio

Il Nuovo Cantiere © 2017 Tutti i diritti riservati

Tecniche Nuove Spa | Via Eritrea, 21 – 20157 Milano | Codice fiscale e partita IVA 00753480151