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Monitoraggio delle infrastrutture: il ruolo strategico dei dati che aiutano a fare di più e meglio

L’Italia ha un grande patrimonio nazionale di infrastrutture controllate attraverso modalità spesso obsolete: oggi la PA può presidiare la gestione degli asset utilizzando una programmazione intelligente grazie a una combinazione di tecnologie integrate in un’unica piattaforma, funzionale ed efficiente.

Pubblicato il 31 Gen 2023

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Il monitoraggio delle infrastrutture è una condizione imprescindibile della sicurezza di strade, ponti, viadotti e gallerie così come di qualsiasi altra opera. Un punto focale della gestione sono le attività ispettive finalizzate a determinare la classe di attenzione, ovvero il parametro che caratterizza lo stato di salute dell’asset e che orienta i processi decisionali, allineandoli a un’evoluzione normativa sempre più vincolante.

Oggi, utilizzare un sistema smart di monitoraggio delle infrastrutture, data centrico e potenziato da una serie di tecnologie integrate, consente ai gestori di censire e digitalizzare le opere e presidiare lo stato reale di ogni suo singolo componente, individuando il momento più adatto ad attivare una pianificazione manutentiva, preventiva o curativa più efficace, efficiente ed economica. Oltre a ciò, permette di ridurre sensibilmente i disagi alla circolazione e i rischi per la popolazione, ottimizzando l’uso delle risorse e permettendo così di allungare il ciclo di vita degli asset, minimizzando i costi di gestione. Affrontiamo l’argomento con Sabino Titomanlio, Business Director di Movyon

Infrastrutture, i rischi dei fenomeni naturali

Al degrado inevitabile delle infrastrutture nel corso del tempo, si sommano i rischi idrogeologici e sismici che, da Nord a Sud, permangono nell’intero Paese.

Dati alla mano, l’Italia è fra gli Stati europei maggiormente interessati da alluvioni, erosioni e frane, con oltre 8 milioni di persone che abitano in aree ad alta pericolosità. Secondo il “Rapporto Dissesto idrogeologico in Italia 2021 dell’ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale):

  • Rispetto agli Stati membri della UE, l’Italia detiene il primato di territorio urbanizzato (il 7,65% a fronte di una media europea del 4,3%), con oltre 9 comuni su 10 (91,1%) catalogati a rischio idrogeologico.
  • Nel 2021 sono stati censiti 1.300.000 abitanti che vivono in zone a rischio frane. Più in dettaglio, negli ultimi quindici anni l’82,8% delle frane censite in Europa sono state registrate in Italia.
  • Il 70% del territorio italiano è ad alto rischio sismico, il più alto tra i Paesi europei, proprio per la sua particolare posizione geografica tra la zolla africana e quella euroasiatica e per la presenza di faglie e strutture sismogenetiche attive.

L’impatto dei trasporti sull’assetto viario

Al dissesto viario contribuisce anche l’evoluzione dei trasporti. Lo stato delle infrastrutture riporta il problema del loro monitoraggio sotto i riflettori della buona gestione: nel 2020, rispetto alla UE, l’Italia risultava ventesima a livello di qualità delle strade (Fonte: Divulga su dati Eurostat e World Ecomomic Forum).

“Che si tratti di un’infrastruttura critica come un ponte, un viadotto o un immobile di qualunque tipo, i gestori pubblici o privati che possiedono o gestiscono degli asset hanno bisogno di capire dove, come e in che tempi investire sulle opere”, spiega Sabino Titomanlio, Business Director di Movyon, azienda che si occupa di sviluppo e integrazione di soluzioni di Intelligent Transport Systems e gestione di infrastrutture. E aggiunge: “Il monitoraggio delle infrastrutture è un’attività fondamentale per garantirne una corretta ed efficiente gestione del ciclo di vita, permettendo ai gestori di anticipare le possibili criticità e di organizzare nel modo più opportuno tipologie di intervento e pianificazione”.

Il problema è che, pur vivendo in un’era digitale, le forme di censimento, di analisi e di controllo sono affidate in prevalenza ai controlli periodici da parte degli ispettori in loco, con modalità di raccolta e di gestione delle informazioni molto destrutturate.

Come l’innovazione cambia il monitoraggio delle infrastrutture

Un monitoraggio delle infrastrutture più evoluto ed efficiente si basa sulla valorizzazione del dato e mette a sistema il corpus tecnologico dell’Industria 4.0, in primis:

  • Internet of Things
  • Big data e analytics
  • Intelligenza Artificiale
  • Digitalizzazione e simulazione 3D
  • Cloud ed edge computing
  • App mobile

Per esempio, dai misuratori di forza nella connessione tra i giunti agli accelerometri che misurano le vibrazioni, fino a includere sensori in grado di misurare in tempo reale anche le deformazioni bidimensionali e tridimensionali delle strutture, applicare l’IoT alle varie componenti di un’infrastruttura permette di misurarne tutte le caratteristiche di resilienza, attivando un monitoraggio data centrico, funzionale e permanente.

Titomanlio spiega: “Anche se sembrano ferme, le infrastrutture vivono una loro vita: non solo si consumano ma vibrano, si flettono, si comprimono o si estendono, si bagnano, si scaldano e si raffreddano. I sensori, collegati a un sistema di elaborazione posizionato in prossimità dell’infrastruttura, rilevano in modalità continua ogni tipo di informazione importante per una buona gestione, intercettando anche quelle che non sono visibili all’occhio umano”. In seguito, “la trasmissione al sistema centrale delle elaborazioni consente ai gestori di valutare il comportamento degli oggetti ma anche dei materiali di cui questi sono composti per capire cosa succede all’interno e all’esterno delle infrastrutture e di prevedere l’evolutiva”.

Il ruolo di un sistema sensorizzato a supporto delle ispezioni

Rispetto alle ispezioni tradizionali, la tecnologia permette di ottenere un esame più attento, realistico e puntuale dell’asset, aiutando gli operatori a capire in tempi rapidi che tipo di interventi apportare per la messa in sicurezza della struttura valutata. I vantaggi applicativi sono notevoli, anche perché la qualità dei risultati permette di investire al meglio i budget.

“Una piattaforma di monitoraggio delle infrastrutture, evoluta e in cloud – sottolinea Titomanlio – rende accessibili funzioni anche su dispositivi mobili per “navigare” l’opera e inserire tutte le informazioni ispettive per ogni singolo componente. Rilevamento, analisi ed evoluzione dei difetti sulle opere sono assistiti da tecniche di intelligenza artificiale”.

Ad esempio, “algoritmi di Image Recognition consentono l’analisi puntuale delle fotografie scattate dall’operatore sul campo e dai droni utilizzati sia per i controlli da remoto che per i controlli di prossimità relativamente ai punti di rilevamento più pericolosi o complessi da raggiungere. In questo modo la tecnologia aiuta i gestori a identificare concretamente e velocemente i difetti associati ai vari componenti di ogni infrastruttura”, conclude il manager.

Monitoraggio delle infrastrutture: esempi applicativi 

Per il monitoraggio dinamico di un’opera, ad esempio un ponte, i sensori vengono posizionati nei punti critici dell’opera, dall’impalcato alle pile, dai baggioli ai pulvini. A questa attività di monitoraggio si può aggiungere un ulteriore livello di sensori, fissi e mobili. Dotati di videocamere e laser LIDAR ad altissima risoluzione, sciami di droni effettuano la scansione tridimensionale dell’opera. I milioni di punti geo-referenziati prodotti, a cui si associano le relative fotografie reali dell’asset, generano un gemello digitale, ovvero una ricostruzione virtuale accurata dell’opera.

“Digitalizzare un’infrastruttura significa ottenere una rappresentazione basata su un modello informativo quanto più fedele possibile al suo equivalente fisico”, sottolinea Titomanlio. “Il Building Information Model (BIM) e la creazione di un gemello digitale di un asset fisico che si trova su un territorio non permettono di conoscere soltanto le sue proprietà geometriche in relazione alla sua forma, alla sua rappresentazione spaziale e alle sue coordinate. Il modello integra le proprietà fisiche, meccaniche, elettroniche nonché le dinamiche di funzionamento, ovvero i comportamenti dell’asset in relazione alle modalità di utilizzo.”

BIM e Digital Twin, strumenti chiave per il monitoraggio delle infrastrutture

Il Building Information Model (BIM) è un metodo assistito dal software per l’ottimizzazione della pianificazione, realizzazione e gestione di qualsiasi tipo di costruzione, semplice o complessa. La modellizzazione tridimensionale e dinamica dell’asset digitale, generata dai dati disponibili, permette di raccogliere, gestire e controllare in modo coordinato informazioni e processi a livello di ciascun elemento dell’asset.

Grazie al BIM è possibile navigare un’opera in ciascuno dei suoi componenti , valutarne vulnerabilità e criticità a fronte di condizioni di stress ed utilizzare un approccio data-driven per individuare le strategie di gestione ottimali.

Titomanlio ribadisce che “l’adozione di nuove tecnologie a supporto della gestione degli asset, incrementando qualità e quantità dei controlli, aumenta la conoscenza delle opere e, allo stesso tempo, riduce la necessità di ispezioni in presenza fisica, abilitando modalità di intervento proattive, da attivare prima che le cose degenerino, causando danni maggiori”. Dunque, rispetto alle ispezioni tradizionali, “l’approccio data-driven permette di ottenere un esame più attento e realistico dell’infrastruttura e di capire in tempi rapidi che tipo di interventi apportare per la messa in sicurezza della struttura valutata, rinnovando metodologie e approcci peraltro fortemente sponsorizzati dai governi”.

I finanziamenti per il miglioramento e la riqualificazione degli asset

Dal PNRR al Piano Transizione 4.0, i gestori delle infrastrutture possono accedere a tante opportunità di finanziamento per innovare metodologie e processi. Nello specifico, il PNRR prevede investimenti per la sicurezza stradale, al fine di migliorare la sicurezza e la resilienza climatica/sismica di ponti e viadotti, utilizzando le soluzioni fornite dall’innovazione tecnologica e in un’ottica di adattamento ai cambiamenti climatici. Più in dettaglio, sono 25,40 miliardi di euro gli investimenti stanziati alla voce “Infrastrutture per la mobilità sostenibile” dove, alla Missione 3 si fa riferimento specifico alla “digitalizzazione delle reti di trasporto e il miglioramento sicurezza di ponti, viadotti e gallerie”.

Ad affiancare l’iniziativa, nello specifico, concorre anche l’intervento di Riforma “Sicurezza stradale 4.0” con investimenti derivanti soltanto dal Fondo complementare (D.L. 59 del 2021), volti alla realizzazione di un sistema di monitoraggio digitale avanzato per i ponti, pari a 1.450 milioni di euro per il periodo 2021-2026, riguardante la linea di intervento M3C1-21.

Monitoraggio delle infrastrutture: le linee guida per gli enti locali

L’evoluzione normativa è un altro importante punto di attenzione per i gestori. Con il Decreto n. 493 del 3 dicembre 2021, il MIMS ha esteso l’applicazione delle Linee Guida, già in vigore per ponti, viadotti e cavalcavia delle autostrade e statali gestite da concessionarie e Anas, alle reti sotto la gestione di Regioni, Province e Comuni. Questo significa che questo tipo di infrastrutture, presenti su tutto il territorio nazionale, dovranno essere caratterizzate da omogeneità di classificazione, gestione del rischio e di valutazione della sicurezza. Il Decreto ha fissato anche i termini delle verifiche, considerando anche la possibilità per Regioni, Province e Comuni, spesso sotto-staffate in termini di risorse per quanto riguarda le attività legate alla gestione delle infrastrutture, di avviare specifici programmi di formazione per gli operatori del settore.

Memorandum delle scadenze delle linee guida del MIMS per i gestori.

“Negli ultimi anni, le autorità governative stanno erogando ingenti risorse a favore di enti pubblici e privati dedicati al miglioramento e alla riqualificazione degli asset disponibili sul territorio – precisa Titomanlio. Per utilizzare queste risorse bisogna dimostrare una progettualità concreta in relazione alla effettiva conoscenza del patrimonio. I gestori sono sempre più consapevoli del potenziale applicativo associato alla centralità del dato e all’ingegneria digitale per indirizzare gli investimenti e ottimizzare l’utilizzo delle risorse disponibili. Chi gestisce un’infrastruttura siede su un giacimento che non è solo l’asset in sé stesso, ma è costituito da tutti i dati ad esso relativi, che rappresentano un enorme patrimonio di conoscenza per costruire servizi a grande valore aggiunto, abilitando una cabina di regia strategica”.

Monitoraggio delle infrastrutture: i vantaggi di Argo

Argo è la piattaforma di Movyon per il supporto alle decisioni e l’automazione dei processi di gestione delle infrastrutture. Inizialmente concepito per supportare le esigenze di Autostrade per l’Italia nella digitalizzazione del processo ispettivo di ponti e viadotti (al momento, oltre 3800 completamente digitalizzati e gestiti con Argo NdR) oggi viene proposta da Movyon come ambiente integrato per la gestione di asset.

L’inventario digitale di Argo è basato su tecnologia IBM Maximo e integrato in Italia con sistema AINOP del MIMS, per la massima efficienza nello scambio delle informazioni e la conformità alle normative applicabili. Argo integra il sistema di inventario con applicazioni mobili a supporto dell’ispezione, funzioni di acquisizione dei dati rilevati anche mediante droni e l’utilizzo di AI, funzioni di integrazione dei dati raccolti da reti di sensori collocate presso le opere.

Le opportunità di un rinnovamento tecnologico

L’innovazione digitale permette ai gestori di fornire dati normalizzati e standardizzati che si interfacciano in automatico con l’AINOP e con qualsiasi altro sistema governativo per condividere lo stato di ogni opera ma anche partecipare a tutti i progetti di finanziamento relativi alle attività di adeguamento, manutenzione o rinnovamento delle infrastrutture civili. Per migliorare la sicurezza di ponti, viadotti e tunnel sulla rete viaria nazionale principale il Ministero delle Infrastrutture e della Mobilità Sostenibili offre importanti opportunità di investimento: sul tavolo 450 milioni di euro del Piano Nazionale Complementare fino al 2026 per realizzare e implementare sistemi di monitoraggio dinamico che consentono il controllo da remoto delle opere infrastrutturali.

Contributo editoriale sviluppato in collaborazione con Movyon

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