Building Information Modeling

Cognitive Buildings: costruzioni cognitive e dimensione “phygital” dell’architettura

L’architettura phygital e l’edificio cognitivo aprono scenari, già molto concreti, dove “comunicazione/modellazione” e “produzione/costruzione” vivono in una stimolante sinergia creativa, che non termina a cantiere concluso ma si protrae nella vita utile dell’edificio. Esempi ed evoluzioni

24 Feb 2022
Marco Imperadori

 Professore Ordinario di Produzione Edilizia, Titolare della cattedra di Progettazione e Innovazione Tecnologica, Delegato del Rettore per l’Estremo Oriente - Politecnico di Milano

Il mondo dell’architettura e in generale delle costruzioni non è indifferente alla grande rivoluzione digitale che caratterizza la nostra epoca e tocca molti aspetti e processi della nostra vita.

Per una filiera notoriamente letargica e tradizionalmente resistente ai cambiamenti (rispetto a settori come IT, aerospaziale, trasporti e via dicendo, che sono estremamente dinamici e reattivi) si può proprio parlare di “rivoluzione copernicana” nell’approccio al processo edilizio e alla sua gestione.

Se 25-30 anni fa lo stesso disegno esecutivo passava dal tecnigrafo al software CAD, segnando un notevole passaggio procedurale e di potenzialità di modellazione, calcolo e previsione (dove i protagonisti sono stati software e hardware) oggi con il BIM (Building Information Modeling) il salto è ulteriormente “fotonico” (dove i protagonisti sono piattaforme interoperabili multidimensionali).

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La “rivoluzione” BIM

La metodologia BIM (obbligatoria per il settore pubblico e sempre più richiesta anche dai privati) sta soppiantando quella finora utilizzata per la progettazione, la produzione di manufatti e componenti, la costruzione e anche la gestione degli edifici. Negli interventi complessi (ma una qualsiasi costruzione ha molteplici attori), gli stakeholders sono molti e la progettazione su un modello virtuale (sempre “vivo e attivo”) consente di anticipare problematiche che poi vengono sviluppate in fase esecutiva e costruttiva. Sin dalle fasi preliminari dei progetti si nota il coinvolgimento immediato di vari progettisti (architettonico, strutturale, impiantistico, quantity surveior, e così via) e nei casi migliori anche del soggetto interlocutore operativo: l’impresa di costruzioni.

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L’approccio alle diverse fasi che riguardano una costruzione (progetto, prodotto, processo) interessa una ampia partnership e concretizza oggi la visione di Sir Ove Arup e di quello che lui chiamava Integrated Design. Oggi è sempre più frequente, attraverso la metodologia BIM, condividere scelte in tempo reale, analizzarle da diverse prospettive specialistiche contemporaneamente, formulare opzioni progettuali parallele e evolvere la progettazione/costruzione (e poi gestione) in modo multidisciplinare e consapevole. Le “dashboards BIM based”, che analizzano l’organismo edilizio, sono oggi strumenti fondamentali per sintetizzare le scelte attraverso un “caleidoscopio” multi-valoriale di analisi. Si parla oggi Design Optioneering come processo decisionale dove tutti sono coinvolti e condividono l’essenza del progetto come unico obbiettivo finale.

L’evoluzione delle dimensioni del BIM

Questo è basato sull’evoluzione delle “dimensioni“ (D) del BIM (3D geometria, 4D tempo, 5D economia, 6D sostenibilità e energia, 7D gestione, e via dicendo in futuro), e si trova oggi ad essere normato e veicolato dai termini LOD (Level of Definition/Detail) e requisiti, che si basano sulle norme ISO 19650 e UNI 11337. Tuttavia il rischio è che le sole norme (necessarie ma non sufficienti) possano costituire una griglia a cui riferirsi ma senza necessariamente capire appieno il driver della metodologia. Le migliori realtà progettuali e esecutive hanno invece sviluppato in anticipo prassi proprie originali di informazione digitale, senza linee guida precostituite ma nel pieno rispetto delle norme. L’architettura digitale strategica del processo va infatti tarata ad hoc e con un approccio trainante rispetto a requisiti, LOD e “D”, e non passivo e esclusivamente normativo. Ciò materializza una sorta di metodo galileiano di “sana esperienza e necessaria dimostrazione”: l’ontologia del progetto non può che svilupparsi da dentro l’impresa, dalla sua stessa essenza, dotandosi di uno staff BIM dedicato, composto spesso da molti giovani professionisti nativi digitali, che supera gli aspetti geometrici e di coordinamento, e basa la propria operatività sull’attenzione al dato.

La virtualità e l’essenza digitale della fase di progetto (dal latino pro-jectare, “gettarsi in avanti”) e di produzione del manufatto edilizio consentono modellazioni raffinate, calcoli tecno-prestazionali e valutazioni di sostenibilità (anche finanziario-economica) nel rispetto delle scelte estetico architettoniche. Questo “momento digitale” si fonda su un modello BIM sempre attivo e che si modifica/plasma con l’evoluzione temporale, la maturazione del progetto e delle fasi di costruzione: quindi un modello “evolutivo”, una sorta di “organismo digitale” che si struttura dai primi livelli embrionali sino al compimento delle fasi esecutive. In queste però l’edificio inizia a esistere, ontologicamente si materializza da un lato ma in parallelo convive con l’istruzione digitale (una specie di “DNA”?) che lo precede e lo governa, lo sostanzia.

Il digital twin in architettura

Già questa situazione, il cantiere, è di fatto una fase “phygital” fisico/digitale dove reale e immaginario convivono e si trasferiscono informazioni e correzioni continue. Terminata la fase di costruzione, e verificata la geometria finale e tutti i contenuti tecnico-impiantistici, il modello digitale (che sarà diverso da quello che ha definito la costruzione, recependo le variazioni in fase esecutiva) si “codifica” in un gemello digitale (digital twin) a cui attribuire informazioni e da cui trarre indicazioni per la corretta gestione dell’edificio in fase d’uso (facility management). Il digital twin diviene “l’anima digitale” che consente al “corpo costruito” di interagire con il micro ambiente interno, con il macro ambiente esterno e con tutte le reti e i flussi di funzione e informazione in atto. La dimensione phygital diviene quindi normalità nella fase d’uso e l’edificio è attivo e cognitivo, comunica con l’utente o il gestore ed è chiaramente diverso dalla configurazione inerte degli edifici del passato.

Il design and build e il saving and sharing nel Bim

L’attuazione di questa metodologia passa per un approccio gestionale maturo e si basa sui numerosi strumenti hardware e software disponibili oggi sul mercato. Ad esempio imprese di primissimo livello – come CMB (Cooperativa Muratori e Braccianti di Carpi), che ha realizzato opere molto importanti a Milano negli anni recenti, anche in Europa, e ha avuto la visione precursore sul BIM – si sono trovate a sviluppare processi e metodi per sfruttare la metodologia nel modo più avanzato per il design and build. Chi, al contrario non lo ha fatto, è oggi obbligato ad approcciarsi alla metodologia BIM avendo di fronte un percorso dove non sempre è semplice discernere tra strumenti e metodo.

I nuovi meccanismi di sviluppo edilizio a cui stiamo assistendo sono due e sono interrelati: il design and build in BIM, accompagnato da un approccio di saving and sharing. Questo approccio rende condivise le responsabilità tra gli attori del settore, eliminando tutti i compartimenti stagni tipici delle fasi operative non integrate e spingendo tutti alla ricerca di ottimizzazioni e migliorie. Di fatto si tratta di evitare la continua “entropia gestionale” tipica del processo tradizionale, ormai obsoleto, a fronte di un processo win-win per ogni soggetto coinvolto. L’esempio di CMB (che ha mostrato uno slancio in avanti autopromosso a partire dal 2013 su queste tematiche) è stato vincente nel complesso CityLife a Milano con la costruzione della Torre Hadid come caso pilota di phygital design, che oggi è stato esportato con successo su numerose altre costruzioni (Torre Liebeskind sempre a Milano o il gigantesco Ospedale di Odense in Danimarca).

Il cantiere Torre Unipol

Il cantiere Torre Unipol di Mario Cucinella a Milano, sempre di CMB, trova la sua massima espressione di digital twin nell’uso di una piattaforma cloud BIM based per la gestione delle comunicazioni, sotto forma di segnalazioni o non conformità tra direzione lavori, cliente, progettisti, general contractor e fornitori. In questo caso la modellazione, il coordinamento e le operazioni specialistiche si analisi 4D temporale e 5D economica vengono incorporate in un prodotto completo disponibile per il cantiere. Terminato l’edificio verrà realizzato il radar prestazionale Active House (BIM 6D) sulle questioni di Comfort-Energia-Ambiente con potenzialità di estensione dinamica, mediante sensori, alla dimensione gestionale (BIM 7D) rendendolo un vero e proprio Phygital Skyscraper.

Modello BIM Torre Unipol, courtesy CMB

Il processo edilizio e i big data

Il processo edilizio che abbiamo sinora mostrato, grazie anche agli esempi sopra citati, è di fatto una questione di “Big Data”, con approcci multipli e complessi che ci obbligano a scenari “phygital” dove la sostanza fisico-materica degli elementi costruttivi sia sposa con l’informazione digitale ad essi connessa. Ciò vale per le fasi di creazione del manufatto, così come per quelle costruttive sino a quelle che riguarderanno il funzionamento dell’edificio. Il digital twin consentirà di “informare” anche sulla fase di vita propria dell’edificio che da “cognitivo” può anche divenire “predittivo” grazie all’installazione di sensoristica sempre più economica e interfacciata.

Il “dato” trova la sua espressione in una serie di cruscotti economici, temporali e qualitativi integrati tra le discipline, che costituiscono gli indicatori necessari ad una consapevole gestione del progetto o del funzionamento grazie alla sensoristica cognitiva e al digital twin. L’info-grafica, l’immediatezza della reciproca comprensione, stanno alla base del ragionamento sul “modello BIM vivo e attivo” dove si sfruttano anche processi di “deep learning” e di “gaming” in grado di “vertebrare” la piattaforma comunicativa ottimizzata (e ogni volta originale) su cui tutti gli attori operano.

L’entità digitale viene rappresentata con diversi strumenti di interazione, che allo stato attuale possono raggrupparsi in tre grandi famiglie: quella più conosciuta dei software di modellazione, sbilanciata sulle componenti geometrica o informativa, che viene affiancata dal concetto di interoperabilità (seguendo la ISO 16739); passando poi per software specialistici di integrazione ed estrazione di dati, sia economici che quantitativi, temporali o di performance; fino ad arrivare alle piattaforme cloud, incubatori di dati e modelli, che rendono disponibili il prodotto del BIM a tutti gli stakeholder.

Conclusioni

Mai come in questi ultimi anni si era visto un travaso di competenze digitali e una loro definizione e specializzazione nelle fasi operative del processo e della produzione edilizia. Il continuo dialogo tra virtualità e realtà, la presenza di modelli attivi e interattivi con la materializzazione costruita e la definizione di linguaggi sintetici traducono e contengono informazioni specialistiche settoriali complesse. L’architettura Phygital e l’edificio cognitivo aprono scenari, già molto concreti, dove “comunicazione/modellazione”e “produzione/costruzione” vivono in una stimolante sinergia creativa, che non termina a cantiere concluso ma si protrae nella vita utile dell’edificio che vive in una dimensione binaria: materiale (architettura solidificata) e digitale (architettura codificata), e può comunicare con l’utente e con l’ambiente grazie a sensori che sono oggi sempre più accurati ed economici.

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