Processi BIM

L’approccio strategico del metodo BIM e, più in generale, della trasformazione digitale è appannaggio dei «capi» di un’azienda, in quanto si tratta di una questione che non può essere delegata. Ciò non significa che i responsabili di un’impresa di costruzione debbano gestire o monitorare tutti i dettagli; il loro compito consiste, piuttosto, nel creare le condizioni ottimali per agevolare il più possibile il cambiamento, assegnando responsabilità alle persone coinvolte: solo così si rendono possibili trasformazioni e ottimizzazioni che creano valore. Spesso, però, non si va oltre le buone idee, poiché i dirigenti si sottraggono alla responsabilità di riconoscerne il valore. Tuttavia, saper riconoscere le potenzialità e la volontà di sfruttarle sono concetti basilari. Ne consegue che le responsabilità nell’ambito della digitalizzazione non possono essere delegate a singoli individui aspettandosi che questi possano implementare tutti i requisiti. Piuttosto, è necessario un coinvolgimento costante e decentralizzato all’interno dell’azienda per poter ottenere il valore aggiunto di queste potenzialità.

La necessità di analizzare i processi aziendali e di ricercare il loro potenziale a livello di digitalizzazione e automazione rappresenta un passaggio basilare nell’ambito dell’introduzione del BIM: solo così, infatti, è possibile creare una struttura aziendale che consenta un’applicazione efficace del metodo BIM. Partendo da questo presupposto è quindi possibile implementare in modo redditizio singoli casi applicativi specifici a livello di progetto: i cosiddetti «casi d’uso».

Pensare e agire in termini di casi d’uso consente di raggruppare le diverse sottoattività in un determinato processo (ad esempio la posa di un’armatura). Ciò consente di strutturare e standardizzare le attività all’interno dell’azienda. Con una procedura congiunta è dunque possibile identificare e rimuovere eventuali errori sistematici. Ogni azienda può definire dei casi applicativi specifici. Tuttavia, la collaborazione nell’ambito di un progetto richiede che tutte le parti coinvolte in una fase di lavoro condividano lo stesso grado di comprensione; è quindi indispensabile che anche i casi applicativi comuni siano elaborati e descritti congiuntamente.

I casi applicativi descrivono gli obiettivi principali a livello di azienda o di progetto. Nel quadro degli obiettivi interni all’azienda, gli interessi di quest’ultima vengono descritti nei casi applicativi propri che, di norma, coincidono esattamente con i requisiti dei progetti e richiedono, semmai, adeguamenti solo marginali. La questione relativa allo sfruttamento del beneficio si pone principalmente a livello di impresa.

I casi applicativi documentati fungono unicamente da esempio e offrono una panoramica delle attività più comuni che comportano un beneficio per un’impresa di costruzione. Le applicazioni stesse (benefici e obiettivi) vanno adattate all’impresa e al progetto in base alla situazione specifica.

Cliccare sui singoli casi d’uso per visualizzarli. Le descrizioni complete sono disponibili nel nostro manuale BIM.

Di seguito è riportata una descrizione delle principali categorie di strumenti digitali in ambito software e hardware. Numerosi dispositivi e applicazioni comprendono una o più di queste funzioni e sono utilizzabili in modo utile in casi applicativi diversi. Quanto più completo è un caso applicativo, più importante sarà utilizzare uno strumento specializzato e mirato. Molti strumenti di modellazione includono, ad esempio, opzioni di valutazione e possono essere visualizzati in modo costante. Tuttavia, se si desidera che i modelli costruttivi digitali siano disponibili anche in cantiere o se si deve effettuare una verifica del modello prima della valutazione, è consigliabile utilizzare strumenti specializzati che consentano di ottimizzare e stabilizzare il flusso di lavoro, incrementando così la qualità.

Software di modellazione

I modelli di costruzione digitali vengono creati in un software di modellazione. Le moderne soluzioni software specializzate per l’edilizia sono in grado di modellare in 3D gli elementi di costruzione rilevandone le proprietà corrispondenti per i componenti. A seconda della complessità e del grado di aggiornamento del software di modellazione, è anche possibile ricorrere a processi automatici basati su regole (parametrizzazione) per semplificare le attività di routine e la creazione dei modelli. In sostanza, il software di modellazione viene utilizzato per creare modelli costruttivi digitali ed esportarli come file IFC in modo che possano essere riutilizzati da altre persone e sistemi (sistemi di controllo delle macchine, stazioni totali robotiche, piattaforme di progetto ecc.).

Visualizzazione

La visualizzazione dei modelli di costruzione digitali è un’applicazione importante e basilare. In questo contesto, non solo vengono visualizzate le rappresentazioni in 3D degli elementi di costruzione digitali, ma anche le informazioni sugli elementi del modello, a seconda dell’applicazione. Com’è strutturato il progetto e quali sono gli elementi fondamentali per l’impresa di costruzione (visualizzazione semplice)? Quali elementi dovrebbero essere già disponibili (controllo dell’avanzamento dei lavori di costruzione)? Le cavità sono posizionate correttamente (controllo della qualità in cantiere)? Sono domande a cui è possibile dare una risposta visibile e comprensibile a tutti utilizzando un sistema di visualizzazione semplice al computer o tramite occhiali digitali (realtà aumentata, realtà mista o realtà virtuale). Le visualizzazioni fanno sì che tutti i soggetti coinvolti abbiano la stessa comprensione di una determinata attività. Dovrebbero essere utilizzate, laddove possibile, per evitare ambiguità nell’esecuzione, preferibilmente già in una fase iniziale del progetto.

Verifica del modello

I sistemi software in grado di verificare i modelli di costruzione digitali ricorrono solitamente a due principi:

1. Verifica del modello
2. Verifica di collisione

Per verifica del modello s’intende un esame meccanico e automatico di uno o più modelli specializzati e parziali, basato su regole predefinite. Essa consente, ad esempio, di verificare le distanze esistenti tra due o più elementi di costruzione. È stata rispettata la sovrapposizione per i ferri di armatura? Tutte le fasi di getto del calcestruzzo hanno le proprietà richieste concordate? Quante pareti hanno una parte sopraelevata e richiedono misure adeguate? Quali elementi del modello sono stati modificati dall’ultima revisione? Queste e altre domande possono essere verificate in modo semplice e chiaro con regole predefinite, creando così una base ottimale per l’ulteriore elaborazione nella preparazione del lavoro.

La verifica di collisione è un tipo speciale di controllo dei modelli che si occupa di testare le sovrapposizioni virtuali in uno o più modelli specializzati e parziali. Qui è possibile definire delle tolleranze ammissibili. Trattandosi di una verifica meccanica e automatica, occorre preimpostare le regole corrispondenti nel sistema. A titolo di esempio, si può menzionare la verifica delle sovrapposizioni tra i ferri di armatura e gli elementi tecnici dell’edificio (tubi di scarico, tubi di ventilazione ecc.). A seconda dello spessore dei ferri di armatura può essere impostata una tolleranza fino a 2 centimetri.

Valutazione delle informazioni

Se le informazioni rilevanti sugli elementi di costruzione sono incluse in un modello costruttivo digitale, queste possono essere utilizzate in modo efficace per un impiego successivo. A tale scopo, i modelli di costruzione digitali vengono analizzati in modo automatizzato e strutturato. Tali informazioni possono essere utilizzate per altre fasi di lavoro quali: calcoli dei costi, pianificazione dei lavori, logistica, ordinazioni o controlli.

Simulazioni

Le simulazioni sono previsioni di prestazioni di vario tipo. Possono riguardare l’opera stessa (energia, simulazione del traffico, logistica di cantiere ecc.) o le prestazioni delle aziende coinvolte. Può trattarsi di una simulazione delle scadenze, dove viene simulata la realizzabilità dell’opera su un piano temporale specifico, o una simulazione dei costi, dove gli elementi di costruzione vengono simulati con costi specifici rapportati all’intera opera. Una simulazione è comunque sempre una valutazione delle prestazioni e deve essere valutata con competenza professionale e di gestione. In una simulazione, i modelli costruttivi digitali vengono combinati con ulteriori informazioni (costi, scadenze ecc.) e le prestazioni vengono simulate lungo il processo di pianificazione e costruzione o per l’intero ciclo di vita. A tale scopo, si utilizzano di solito programmi di simulazione specifici. Per le prime applicazioni, alcuni strumenti di modellazione dispongono di funzioni di simulazione semplificate, solitamente sufficienti per la fase iniziale dei lavori.

Collaborazione

Per ottimizzare la collaborazione tra l’ufficio tecnico e il cantiere, tra la pianificazione e l’esecuzione o anche tra le diverse discipline, ci si avvale di spazi di progetto virtuali, come il Common Data Environment (CDE). Poiché l’accesso di tutti i soggetti coinvolti deve essere organizzato e strutturato, l’amministrazione dello spazio di progetto virtuale è un compito di gestione. Gli spazi di progetto virtuali possono comprendere diverse funzioni (segue un elenco non esaustivo):

• archivio condiviso delle informazioni per i documenti (ad es. piani, dettagli ecc.)
• archivio condiviso per modelli di costruzione digitali
• visualizzazione di modelli di costruzione
• organizzazione e controllo dei flussi di lavoro (workflow)
• assegnazione di compiti a livello di pianificazione o esecuzione (ad es. gestione e valutazione del BCF)
• gestione dello stato degli elementi di costruzione
• utilizzo per applicazioni in cantiere (controllo dell’avanzamento dei lavori, gestione dei difetti, tracciamento ecc.)

Una delle principali intese tra i soggetti coinvolti riguarda il fatto che lo spazio di progetto virtuale contenga tutte le informazioni attuali e costituisca quindi la base per l’implementazione dei casi applicativi. Una piattaforma di progetto virtuale può essere utilizzata in un’impresa di costruzione anche solo per trasmettere le informazioni dall’ufficio tecnico al cantiere.

Le informazioni sulle piattaforme di progetto virtuali sono generalmente memorizzate nel cloud in Svizzera o all’estero. In genere, questo non rappresenta un aspetto critico, in quanto i cloud offrono un grado di disponibilità e di sicurezza molto più elevato rispetto ai supporti di archiviazione locali. Tuttavia, l’utilizzo di una soluzione cloud dovrebbe essere concordata con il committente, specialmente quando si gestiscono progetti sensibili.

Apparecchio di misura rover GNSS

Apparecchio di misura per l’operazione da parte di un singolo operatore, per il tracciamento e la rilevazione di punti, linee, spigoli, quotature e superfici nell’intervallo centimetrico mediante la tecnologia di misurazione satellitare. A seconda dell’apparecchio, ci si può avvalere di assistenti supplementari, come la funzione di misurazione dell’inclinazione, che consentono all’utente di lavorare in modo più rapido, poiché non deve più necessariamente mantenere l’asta in posizione verticale. Un prerequisito essenziale per l’impiego di questi apparecchi di misura è una copertura satellitare sufficientemente ampia e ben distribuita in linea di vista diretta, così come la ricezione di dati di correzione, che consentano la precisione necessaria.

Gli apparecchi moderni sono utilizzabili direttamente in cantiere, senza dover ricorrere a elenchi di punti e disegni. Alcuni di essi offrono anche funzionalità di calcolo e documentazione con cui è possibile registrare il lavoro eseguito in tempo reale e trarne valutazioni. Si rende così superflua una verifica dei punti in senso tradizionale, in quanto il tracciamento o il controllo dell’installazione avviene immediatamente in fase di utilizzo. Solitamente, i rover GNNS vengono utilizzati oggigiorno nei lavori di stesso e nelle opere speciali di genio civile.

Tachimetro come apparecchio di misura e stazione totale robotica

Il tachimetro classico si differenzia principalmente dalla stazione totale robotica per la presenza o assenza di motorizzazione. Questa consente, almeno per certi lavori, l’azionamento da parte di una sola persona. Molti apparecchi offrono funzioni di misurazione senza contatto, mentre quelli con motorizzazione permettono anche il monitoraggio automatico del prisma.

A differenza del rover GNSS, questo apparecchio richiede una linea di vista diretta all’obiettivo e consente quindi, attraverso la misurazione degli angoli e delle distanze inclinate, un posizionamento nello spazio tridimensionale. Il livello di precisione richiesto dipende non solo dalla diligenza applicata, ma in gran parte anche dalla categoria di dispositivo, che influisce in modo significativo sul prezzo. Solitamente, l’impiego di apparecchi standard per il settore delle costruzioni con un’applicazione adeguata consente di raggiungere una precisione di pochi millimetri. Il più delle volte, durante la prima utilizzazione questi apparecchi richiedono un certo periodo di adattamento e un maggior grado di conoscenze specializzate rispetto al rover GNSS. Per il resto, le funzionalità sono molto simili e spesso vengono controllate attraverso lo stesso software sul campo, semplificando notevolmente l’utilizzo per gli utenti.

UAV (droni)

Le imprese di costruzione possono avvalersi di droni (UAV, dall’inglese Unmanned Aerial Vehicle, ovvero veicolo aereo non pilotato) per mappare con facilità il terreno originale utilizzando una combinazione di fotografia e posizionamento (fotogrammetria) o la tecnologia Lidar, ottenendo in particolare immagini regolari e complete del terreno. Questo metodo è molto più dettagliato ed efficace rispetto all’uso dei tradizionali apparecchi di misura manuali, come i rover GNSS. Mappe di escavazione e riempimento consentono di effettuare confronti con i progetti, cioè confronti tra la situazione teorica e quella effettiva e quindi controllare, documentare e garantire la qualità dell’esecuzione. Il confronto tra i diversi sorvoli consente inoltre di documentare chiaramente, e in modo verificabile, l’avanzamento dei lavori. I sorvoli consentono inoltre di identificare in modo inequivocabile i punti critici, ad esempio mediante misurazioni di pendenze o profili di rampe. Anche il rilievo quantitativo di superfici, scavi, depositi, cumuli ecc. con queste tecnologie è notevolmente accelerato, standardizzato e semplificato, consentendo così una facile istituzionalizzazione per l’impresa di costruzione.

Scanner

Gli scanner determinano la posizione di un punto nello spazio mediante un raggio laser che colpisce un ostacolo e viene riflesso, eventualmente sovrapponendo una colorazione al punto mediante sovrapposizione fotografica. A seconda del tipo di apparecchio, ciò avviene da alcune migliaia fino a diverse centinaia di migliaia di volte al secondo. Partendo dai punti, in pochi minuti si genera una nuvola di punti aggregata, che rappresenta l’ambiente in scala. Così facendo è possibile rilevare e documentare rapidamente stati complessi in modo completo e dettagliato.

Questi dati fungeranno poi da base per ulteriori fasi di lavoro o anche come strumento di controllo della qualità o come prova. Mentre alcuni modelli permettono l’impiego dei dati solo dopo una successiva elaborazione software, i modelli più recenti offrono dati utilizzabili direttamente sul campo, consentendo un’integrazione nel processo produttivo in corso.

Visualizzazione AR/MR

La realtà aumentata (AR) o la realtà mista (MR) consentono di connettere il mondo reale con quello digitale, proiettando quindi piani 2D e/o modelli 3D nell’ambiente reale. A differenza della realtà virtuale (VR), che permette una rappresentazione più realistica dei modelli ma costituisce un sistema chiuso senza connessione al mondo reale, AR e MR sono adatte per l’uso in cantiere. La realtà virtuale (VR) viene perlopiù utilizzata al di fuori del cantiere per una migliore visualizzazione, spesso anche nella fase di pianificazione o nelle presentazioni.

Sebbene le applicazioni siano basate su software, spesso vengono eseguite su dispositivi «BYOD» (Bring Your Own Device), anche se esistono soluzioni hardware specifiche ottimizzate per il cantiere.

Grazie alla sovrapposizione in tempo reale di dati/modelli direttamente in loco, queste soluzioni offrono, tra l’altro, la possibilità di rilevare errori prematuramente, di visualizzare la pianificazione in tempo reale e collaborare visivamente, fino alla comunicazione basata sul modello, creando così una migliore comprensione per tutti i soggetti coinvolti.

Sistema di controllo delle macchine da costruzione

La tecnologia di controllo delle macchine ha già trovato ampio utilizzo nelle imprese di genio civile quale strumento BIM. Questa tecnologia consente l’implementazione diffusa di modelli digitali sul campo. Rispetto all’industria stazionaria, il grado di robotizzazione nel settore delle costruzioni stradali è ancora in ritardo, ma ciò è dovuto ai numerosi fattori influenti che ricorrono nei progetti di genio civile e che devono essere considerati in base alla situazione specifica. Le caratteristiche e la portata del terreno, la fornitura e lo smaltimento dei materiali in cantiere, gli aspetti legati alla sicurezza sul lavoro e la disponibilità di tecnologie di posizionamento con un’accuratezza adeguata influenzano talmente l’uso delle macchine che il loro funzionamento non può ancora essere completamente automatizzato. Tuttavia, i sistemi di controllo delle macchine offrono ampie potenzialità per l’implementazione e la documentazione di modelli digitali nel settore del genio civile. Questi sono alcuni degli aspetti principali:

• Lavoro senza tracciamento, quindi indipendenza dai lavori preparatori o da aree di lavoro definite.
• Aumento della produttività grazie alla riduzione delle interruzioni per controlli e correzioni, nonché automazione parziale di singole fasi di lavoro.
• Miglioramento della qualità e fedeltà al modello grazie a un riferimento completo.
• Risparmio di costi grazie alla riduzione dei tempi di costruzione e delle risorse impiegate.
• Possibilità di documentare automaticamente i lavori eseguiti.

I sistemi di controllo delle macchine da costruzione possono essere suddivisi in diverse categorie: ad esempio, si può distinguere tra sistemi di mera visualizzazione oppure se il sistema interviene attivamente nel funzionamento della macchina.

I semplici sistemi di visualizzazione si limitano a mostrare sullo schermo la posizione dello strumento rispetto al punto di riferimento. Dal momento che i sistemi non hanno un’interfaccia diretta con la macchina, sono relativamente facili da riequipaggiare. L’operatore può prendere i valori indicati come riferimento, ma il controllo della macchina nel suo complesso deve avvenire in modo convenzionale. Con questo metodo è possibile ottenere aumenti significativi delle prestazioni, anche se il potenziale di automazione non può essere sfruttato.

A differenza dei sistemi di visualizzazione, i sistemi automatici hanno la capacità di intervenire attivamente nel comportamento della macchina. Oltre a visualizzare la posizione dello strumento rispetto al punto di riferimento, le deviazioni vengono corrette automaticamente senza che l’operatore debba intervenire manualmente. I sistemi di controllo automatici semplificano il lavoro all’operatore e consentono anche a operatori meno esperti di ottenere buoni risultati.