Interoperabilità e interdisciplinarità dell informazione: l approccio BIM dal progetto SEEMPubS al progetto DIMMER

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2 101 *di Anna Osello **Daniele Dalmasso **Matteo Del Giudice ***David Erba ***Francesca Maria Ugliotti ****Edoardo Patti *****Sanaz Davardoust Interoperabilità e interdisciplinarità dell informazione: l approccio BIM dal progetto SEEMPubS al progetto DIMMER Parole chiave: BIM, Interoperabilità, Augmented Reality, Virtual Reality. Abstract I temi della progettazione, della realizzazione e della gestione costituiscono i capisaldi del processo edilizio e la tendenza attuale, seppure in stato embrionale per quanto riguarda il territorio nazionale, è rappresentata dall applicazione di un approccio che preveda l analisi e la ricerca di tipo integrato tra competenze e settori differenti per conoscenze ed esperienza. Nell ambito del progetto SEEMPubS (Smart Energy Efficient Middleware for Public Spaces), conclusosi ad agosto del 2013, è stata analizzata, dal punto di vista teorico ed operativo, la possibilità di utilizzare un network di sensori per il monitoraggio dei consumi e di incrementare la consapevolezza relativa ai consumi energetici da parte degli utenti degli ambienti di studio e di lavoro. L evoluzione di tale progetto è rappresentata dall avvio del progetto DIMMER (District Information Modeling and Management for Energy Reduction) il 1 ottobre 2013, nel quale il livello di analisi viene esteso dall edificio (scala edilizia) al quartiere/distretto (scala urbana) ampliando contemporaneamente i settori di analisi. La grande mole di dati che deve essere gestita ed analizzata prevede, anche in questo caso, un ripensamento delle attività ordinariamente svolte in merito, adottando strumenti innovativi e procedure diverse per garantire un corretto flusso informativo e una ottimale gestione dei dati. In risposta a ciò è stata adottata la metodologia BIM (Building Information Modeling), per la rappresentazione e la modellazione dei casi studio, la gestione delle facilities e lo studio dell interoperabilità tra applicativi differenti, cercando di capire come gli strumenti disponibili e la sinergia tra le professionalità coinvolte possano costituire lo standard per la comunicazione del domani. INTRODUZIONE Da alcuni anni emerge, sempre con maggiore frequenza, la necessità di avere a disposizione particolari aggregazioni di informazioni. Nell era del Web 2.0 la quantità di dati e di informazioni disponibili ha subito un incremento esponenziale permettendo da un lato un facile accesso ad essi ma allo stesso tempo creando un elevato livello di confusione, favorito dalla ridondanza e da un carente sistema di verifica e di monitoraggio. Anche nell ambito del processo edilizio, che coinvolge progettazione, costruzione e gestione, la quantità di informazioni scambiate e condivise è considerevole; si evidenzia inoltre come nella fase di gestione del ciclo di vita di un immobile o di un quartiere entrino in gioco non solo informazioni legate *Professore associato presso il Dipartimento Ingegneria Strutturale, Edile, Geotecnica del Politecnico di Torino **Dottorando presso il Dipartimento Ingegneria Strutturale, Edile, Geotecnica del Politecnico di Torino ***Assegnista di ricerca presso il Dipartimento Ingegneria Strutturale, Edile, Geotecnica del Politecnico di Torino ****Assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Automatica e Informatica del Politecnico di Torino *****Collaboratrice esterna presso il Politecnico di Torino

3 102 Anna Osello, Daniele Dalmasso, Matteo Del Giudice, David Erba, Francesca Maria Ugliotti, Edoardo Patti e Sanaz Davardoust all aspetto edilizio ma tutta una serie di interazioni con gli altri aspetti della società civile, come ad esempio i trasporti, le locazioni, i servizi, la sicurezza, l intrattenimento, ecc. Al fine di gestire, in modo ottimale, questo complesso di attività e di azioni interdisciplinari, la scienza informatica viene in supporto permettendo alle diverse professionalità messe in gioco di poter disporre di strumenti utili ed innovativi che consentono da un lato di gestire il flusso informativo e dall altro di garantire un controllo ottimale sullo stesso. L attività condotta in merito al progetto SEEMPubS ha permesso di sperimentare nel concreto l interdisciplinarità tra professionalità, coinvolgendo aree scientifiche differenti. Come sarà descritto in modo più approfondito nel capitolo successivo, sono state condotte attività sperimentali per indagare come i diversi settori coinvolti nel progetto potessero trarre vantaggio da una collaborazione fattiva. Il settore edile è stato quindi messo in relazione con quello energetico con l obiettivo di integrare la modellazione di un edificio con le analisi illuminotecniche e termiche da svolgere su di esso. Allo stesso modo, sempre il settore edile è stato messo in relazione con quello gestionale (facility management) e quello informatico (creazione di un applicazione tablet per la manutenzione). Il progetto SEEMPubS ha quindi permesso, (e DIMMER permetterà), di sviluppare su casi studio reali le teorie esposte. Con l uso di applicativi disponibili in commercio o sviluppati ad hoc, si è cercato di capire come si svilupperà nei prossimi anni l attività di gestione delle informazioni, legate a vari ambiti quali quello energetico, manutentivo, impiantistico, ecc., sia in ambito edilizio che in ambito urbano. IL PROGETTO SEEMPubS Il progetto Smart Energy Efficient Middleware for Public Spaces (SEEMPubS) 1 è un progetto STREP (Small or medium-scale focused research project) della durata di 36 mesi (iniziato il 1 settembre 2010 e conclusosi il 31 agosto 2013), finanziato per 2,9 milioni di euro dalla Commissione Europea nell ambito del VII Programma Quadro. 2 L obiettivo del progetto era ridurre il consumo energetico e la produzione di anidride carbonica negli edifici esistenti (anche storici), attraverso il monitoraggio delle variabili fisiche (temperatura, umidità, illuminamento, presenza di persone, produzione di CO 2, ecc.) all interno degli ambienti selezionati come casi studio attraverso l utilizzo di tecnologie ICT (Information and Communication Technology) senza necessità di realizzare lavori edili. Il monitoraggio è stato reso possibile grazie alla predisposizione di un network integrato di sensori specifici e alla presenza del middleware 3 LinkSmart per la gestione dei sistemi embedded. 4 Il middleware ha svolto la funzione di traduttore dei diversi linguaggi di comunicazione utilizzati dai sensori installati, commercialmente realizzati da produttori diversi, consentendo quindi di monitorare, raccogliere e analizzare tutti i dati di volta in volta rilevati. Il dimostratore del progetto è stato individuato presso alcune sedi del campus del Politecnico di To Il Programma Quadro Europeo è il principale strumento dell Unione Europea per finanziare la Ricerca in Europa in un determinato periodo di tempo (5 anni). Il Programma eroga fondi alle università, agli istituti di ricerca e alle piccole e medie imprese che abbiano partecipato a un bando e che siano state valutate positivamente ( Attualmente è in scadenza il 7 Programma Quadro ( ). 3 Un middleware rappresenta un insieme di programmi informatici o applicazioni il cui scopo è mettere in relazione dati che solitamente risultano essere indipendenti. Ad esempio i sensori per il monitoraggio energetico comunicano tra loro attraverso un proprio linguaggio informatico che, spesso, è creato o implementato dal produttore del sensore stesso. Il middleware svolge di conseguenza la funzione di traduttore permettendo a sensori diversi di comunicare tra loro. 4 Un sistema embedded è un sistema elettronico di elaborazione dotato di microprocessore, sviluppato per svolgere una specifica operazione o attività. I sistemi di sensori per la domotica come ad esempio i termostati o le centrali di controllo dei sistemi di intrusione rappresentano dei sistemi embedded in quanto rivolti alla gestione e al controllo di particolare operazioni.

4 Interoperabilità e interdisciplinarità dell informazione: l approccio BIM dal progetto Seempubs al progetto Dimmer 103 rino; in particolar modo sono state individuate 6 coppie di locali, nelle quali uno svolgeva il ruolo di ambiente di test mentre il secondo, simile per dimensione e tipologia, fungeva da locale di riferimento. La contrapposizione tra i locali all interno della coppia si è resa necessaria per poter definire con certezza i vantaggi legati al monitoraggio e verificare, sul lungo periodo, i risultati di risparmio energetico conseguiti. I locali sono stati individuati presso il Castello del Valentino, la sede Centrale di Corso Duca degli Abruzzi e la Cittadella Politecnica. La scelta di queste tre sedi si è dimostrata strategica in quanto presentano caratteristiche costruttive differenti e rappresentative del periodo in cui sono state edificate e di conseguenza racchiudono problematiche energetiche specifiche e diverse tra loro. Per l installazione dei sensori sono state necessarie scelte molto differenti tra ambiente e ambiente. Per la sede del Castello del Valentino, costruita nella prima metà del 1600 e caratterizzata dalla presenza di affreschi, stucchi e materiali di pregio, non erano ovviamente possibili lavori edilizi volti al risparmio energetico; di conseguenza la scelta è ricaduta sull installazione di sensori operanti in modalità wireless. Per le altre due sedi invece trattandosi di costruzioni moderne, si è scelto di intervenire in modalità wired. 5 Figura 1 Le sedi del dimostratore del progetto europeo SEEMPubS La fase iniziale del progetto, dopo la scelta dei locali del dimostratore, è consistita nella modellazione degli stessi attraverso l utilizzo di applicativi parametrici basati sulla metodologia BIM. Grazie a questa operazione sono stati creati modelli tridimensionali degli ambienti selezionati che sono stati successivamente utilizzati per le simulazioni di tipo energetico e per lo sviluppo di un applicazione Android rivolta alla gestione della manutenzione. L idea di partenza è stata quella di applicare il paradigma della metodologia BIM per cui un oggetto o un manufatto deve essere modellato una volta soltanto per poi essere utilizzato come supporto dalle altre discipline scientifiche attraverso opportune esportazioni e importazioni dei dati. Nella fase propedeutica alla modellazione c è stata un approfondita campagna di rilievo che costituisce sempre il punto di partenza fondamentale per una corretta implementazione delle informazioni; in particolare sono state rilevate le dimensioni geometriche degli ambienti ed è stata individuata la consistenza e la posizione degli impianti oltre che delle attrezzature presenti come gli apparati informatici. La modellazione è stata realizzata avvalendosi dell applicativo Revit Architecture 2011 e il ri- 5 Un sistema wired (letteralmente cablato) è un sistema elettronico il cui funzionamento è dipendente dalla presenza di un cavo per la trasmissione dei dati. Si differenzia dai sistemi wireless (letteralmente senza fili) il cui funzionamento non è legato alla presenza di cavi.

5 104 Anna Osello, Daniele Dalmasso, Matteo Del Giudice, David Erba, Francesca Maria Ugliotti, Edoardo Patti e Sanaz Davardoust sultato ottenuto può essere classificato come modello bim e non come vero e proprio modello BIM. La differenzia è sostanziale e contraddistingue la metodologia in toto. Per BIM (Building Information Modeling) si intende un modello parametrico informativo, ossia un modello che non contiene esclusivamente informazioni di tipo grafico, ma raccoglie, nel proprio database interno, informazioni di varia natura tra cui informazioni sulle caratteristiche termiche dei materiali, o sui costi, o sulle caratteristiche di produzione o altro. Queste informazioni possono essere ampliate e scambiate di volta in volta dai singoli professionisti (interoperabilità) per le proprie aree di competenza. Il modello bim (building information model), invece, rappresenta semplicemente il modello tridimensionale geometrico senza l aggiunta di informazioni di nessun tipo; un modello bim quindi non è nient altro che un modello tridimensionale, tuttavia, rispetto a un classico modello 3D realizzato con strumenti CAD ha la peculiarità di poter essere implementato con informazioni aggiuntive, e di conseguenza può diventare un modello BIM. Era necessario avere a disposizione un modello tridimensionale per poter avviare le simulazione energetiche ed illuminotecniche e per questo il primo modello realizzato è classificabile come bim; come vedremo, però, con il proseguimento delle analisi e attraverso nuovi filoni di ricerca si è avuta l occasione di implementare i modelli tridimensionali dei locali analizzati e giungere quindi a un modello BIM più complesso in quanto arricchito con informazioni di tipo alfa numerico. Figura 2 Restituzione grafica del rilievo (CAD) e modellazione parametrica in ambiente BIM. Nelle immagini sono riportate le coppie di locali denominate DAUIN Labs I modelli parametrici hanno quindi costituito la base grafico-informativa di partenza per una serie di attività di ricerca complementari allo svolgimento del progetto SEEMPubS e nelle quali è stato possibile testare l interoperabilità tra software e tra database. Le attività di ricerca svolte hanno riguardato nello specifico i seguenti temi: Utilizzo del modello bim per simulazioni illuminotecniche Utilizzo del modello BIM per la gestione delle facilities Utilizzo del modello bim per la creazione di un app Android

6 Interoperabilità e interdisciplinarità dell informazione: l approccio BIM dal progetto Seempubs al progetto Dimmer 105 Il BIM per le simulazioni illuminotecniche Nell ambito delle analisi preliminari circa la possibilità di conseguire un risparmio energetico in termini di consumi elettrici, sono state svolte delle simulazioni tese a valutare la disponibilità di luce naturale presente nell ambiente per definire le migliori soluzioni tecnologiche per il controllo e la regolazione della luce artificiale in funzione di quella naturale. Solitamente una simulazione prevede la creazione di un modello 3D da utilizzare per i calcoli e gli illuminotecnici realizzavano da sé questo modello ottimizzandolo per le proprie esigenze. Nell ottica di cooperazione e interdisciplinarità descritta in precedenza è stata presa la decisione di integrare la fase di modellazione e di simulazione cercando di ottimizzare quest ultima. Queste le procedure adottate per poter trasferire il modello tridimensionale dall ambiente di progettazione agli applicativi di simulazione. Applicazione Come già detto in precedenza, la modellazione dei casi studio selezionati è avvenuta tramite l utilizzo di applicativi per la modellazione parametrica BIM (Revit Architecture 2011). Al fine di poter svolgere una corretta simulazione è stato indispensabile caratterizzare il modello con un alto livello di dettaglio, soprattutto per la parte geometrica. Tale caratterizzazione è avvenuta avvalendosi della logica interna dell applicativo parametrico che prevede la creazione gerarchica del modello utilizzando le tipologie di famiglia messe a disposizione e parametrizzando, di volta in volta, tutti gli elementi di cui si necessitava. Ciascun elemento costituente gli ambienti (muri, solai, serramenti, ecc.) è stato modellato in funzione del materiale superficiale. Tale strategia si è dimostrata vincente per le simulazioni illuminotecniche perché le stesse dipendono principalmente dalle caratteristiche superficiali (colore, rugosità, ecc.) dei materiali con i quali la luce viene a contatto. Anche per quanto riguarda la modellazione del contesto esterno all ambiente di studio, si è scelto di adottare una modellazione di dettaglio per garantire una corretta simulazione. Terminate queste operazioni è iniziata la fase di trasferimento del modello dall applicativo parametrico verso l applicativo utilizzato per la caratterizzazione illuminotecnica degli elementi, ossia Ecotect Analysis. 6 Sono state utilizzate tre diverse tipologie di esportazione (file.ifc, file.gbxml e file.fbx) al fine di comprendere quale di queste fornisse i migliori risultati in termini di esportazione. Le prime due esportazioni non hanno garantito il risultato sperato, in particolar modo il file.ifc presentava degli errori di importazione di alcuni elementi fondamentali per le simulazione come i montanti degli infissi, inoltre si è riscontrato uno spostamento relativo tra gli elementi importati rispetto al modello originario. L esportazione, e successiva importazione, tramite formato.gbxml ha presentato notevoli criticità tra le quali, la più importante, ha visto trasformare tutti i solidi in superfici. Il percorso corretto di esportazione è stato invece individuato con l utilizzo del formato.fbx. Il modello è esportato dall applicativo Revit Architecture, in formato.fbx, e successivamente importato all interno di un altro applicativo che svolge il ruolo di ponte ossia facilita il passaggio di informazioni; questo applicativo è stato individuato in 3dsMax. Attraverso una successiva esportazione, in formato.3ds, è stato infine possibile importare il modello tridimensionale all interno di Ecotect Analysis. Questo procedimento, pur se più lungo e macchinoso (e non propriamente logico nell ottica dell interoperabilità tra i software), ha permesso di preservare il modello nella sua totalità e non si sono verificate perdite di dati o di geometrie. Nell ambiente Ecotect Analysis il modello è stato integrato delle informazioni illuminotecniche, consistenti nella caratterizzazione delle diverse superfici costituenti, per poi essere successivamente 6

7 106 Anna Osello, Daniele Dalmasso, Matteo Del Giudice, David Erba, Francesca Maria Ugliotti, Edoardo Patti e Sanaz Davardoust esportato verso i veri applicativi di simulazione illuminotecnica, individuati in Radiance e Daysim. L utilizzo dell applicativo ponte ha rappresentato l incontro e la condivisione delle conoscenze e delle informazioni tra aree ingegneristiche differenti, nell ottica di interdisciplinarità, e ha permesso di comprendere, ancora una volta, che la collaborazione e l integrazione della conoscenza ha impatti positivi sull ottenimento di risultati. Figura 3 Rappresentazione della procedura di export/import del modello tridimensionale dall applicativo parametrico verso gli applicativi di simulazione illuminotecnica Il BIM per la gestione delle facilities All interno del processo edilizio, l ambito della gestione è connotato da una particolare importanza, sia per la durata temporale che coinvolge il manufatto per una quota percentuale superiore al 70% del ciclo di vita, sia per il numero di attività, operazioni e figure professionali coinvolte. Il comparto della gestione inoltre rappresenta, principalmente in periodi di crisi, un settore importantissimo in quanto permette di raggiungere notevoli risparmi sia in termini di costi che di tempo. Nel 2010 il Politecnico di Torino, ha avviato un processo di acquisizione ed utilizzo di un applicativo CAFM (Computer Aided Facility Management) denominato ArchibusFM.7 Il software è strutturalmente 7

8 Interoperabilità e interdisciplinarità dell informazione: l approccio BIM dal progetto Seempubs al progetto Dimmer 107 costituito da un database alfanumerico che contiene tutte le informazioni e i dati che gli utenti abilitati inseriscono, e una base grafica, rappresentata da planimetrie CAD. Il funzionamento prevede il collegamento tra base grafica e base alfanumerica allo scopo di garantire una gestione costante e in tempo reale. L utilizzo dell applicativo è attualmente rivolto alla gestione degli spazi, delle pulizie e della manutenzione su richiesta. Parallelamente all utilizzo corrente da parte delle diverse aree e dipartimenti del Politecnico di Torino, è stata condotta un attività di ricerca che ha previsto di sostituire la base grafica CAD con il modello BIM. L obiettivo era quello di capire come gli applicativi di modellazione parametrica utilizzati dall ateneo potessero essere correttamente utilizzati per le attività di gestione delle facilities. Il tema si incentra perfettamente sulla necessità di avere a disposizione uno strumento univoco di rappresentazione grafica che garantisca, allo stesso tempo, la correttezza dei dati e l aggiornamento degli stessi. Applicazione La versione di Archibus attualmente in uso al Politecnico di Torino è la 18.2, che per la prima volta metteva a disposizione la possibilità di utilizzare l applicativo Revit 2009 per la gestione delle facilities tramite un apposito overlay ossia una implementazione dell applicativo originale. Per quanto riguarda la modellazione, e per dare un supporto alle attività di gestione messe in campo dall ateneo, è stato raggiunto un livello di dettaglio sufficiente per la parametrizzazione degli elementi edilizi. L obiettivo era infatti quello di fornire un modello in grado di supportare la gestione degli spazi, analizzandone i limiti e le opportunità, e di conseguenza era più importante avere a disposizione un modello corretto dal punto di vista della disposizione spaziale piuttosto che un modello contenente altre tipologie di informazioni. Da un punto di vista operativo, le attività di gestione dovrebbero essere svolte sin dalle fasi di progettazione e di conseguenza arrivare al termine della costruzione avendo a disposizione un modello parametrico (as-built 8 ) contenente tutte le informazioni necessarie. In questo caso però, trattandosi di un attività di ricerca si è deciso di creare un modello ad hoc. L overlay messo a disposizione consiste in un add-on ossia una serie di comandi aggiuntivi alla configurazione standard di programma. L overlay di Revit per Archibus permette infatti di visualizzare, nel menù dei comandi, una serie di pulsanti in grado di permettere lo scambio di informazioni tra il database alfanumerico e il modello tridimensionale. Terminata l implementazione del modello occorre eseguire un operazione fondamentale affinché la successiva gestione degli spazi possa avvenire nel modo corretto; questa operazione consiste nel posizionare l oggetto locale all interno dei locali che compongono il modello. L oggetto locale rappresenta una particolare istanza di Revit che viene utilizzato come computatore di particolari informazioni tra cui la superficie, il perimetro, il nome del locale, la categoria di appartenenza o altro. A ogni locale fisicamente modellato all interno di Revit è possibile associare un oggetto locale che si occuperà di raccogliere e visualizzare le informazioni descritte poc anzi. Sin qua si è lavorato esclusivamente all interno dell ambiente Revit sfruttando le potenzialità dell applicativo, di conseguenza gli utilizzatori principali sono rappresentati da quelle figure professionali, come architetti o ingegneri edili, il cui obiettivo principale è la progettazione edile e la rappresentazione dei dati ad essa collegata. Le successive operazioni invece permettono anche ad altre professionalità, come ad esempio gli ingegneri gestionali o i professionisti della gestione, di interagire con le informazioni contenute nel modello. 8 Un as-built (letteralmente come costruito) rappresenta l insieme degli elaborati progettuali aggiornati in base all effettiva esecuzione di un manufatto. Un as-built rappresenta quindi la rappresentazione di un edificio che più si avvicina alla realtà.

9 108 Anna Osello, Daniele Dalmasso, Matteo Del Giudice, David Erba, Francesca Maria Ugliotti, Edoardo Patti e Sanaz Davardoust Terminate le operazioni di popolamento del modello con gli oggetti room è possibile utilizzare i comandi messi a disposizione dall overlay per collegare le informazioni contenute nel modello Revit con le informazioni contenute nel database Archibus. È possibile quindi aggiornare le informazioni sugli spazi come superficie, categorie e tipologia di locale, struttura di appartenenza, personale allocato, attrezzature associate, intervenendo sia all interno del programma Revit sia all interno dell applicativo Archibus. La procedura testata ha presentato però alcune problematiche, la prima fra tutte è stata l impossibilità di variare alcuni parametri contenuti nell overlay che hanno portato a un errore nel conteggio delle aree; essendo l overlay alla prima versione commercializzata, e pensata per il solo mercato statunitense, è stato impossibile impostare le unità di misura trasformandole da piedi quadri in metri quadri, e di conseguenza tutte le aree riportate all interno del database risultavano errate. La seconda grande problematica è consistita nel fatto che, sebbene fosse possibile effettuare i collegamenti tra base grafica e base alfanumerica, non si è potuta riscontrare la bi-direzionalità del flusso informativo. Infatti, interrogando il modello grafico di Revit, è possibile entrare direttamente all interno del database di Archibus mentre l operazione opposta non è fattibile; infatti navigando all interno dell applicativo CAFM non è possibile visualizzare il modello grafico. Sebbene il test non abbia fornito i risultati sperati, si è comunque verificata la possibilità offerta dall interazione tra i due applicativi rivolti ad aree professionali differenti ma intrinsecamente connesse e proceduralmente parallele. Il percorso analizzato è comunque potenzialmente valido fermo restando la risoluzione delle problematiche riscontrate. Per risolvere i problemi sopra descritti si è percorsa una via alternativa che non prevede l utilizzo dell applicativo Archibus ma ci si è limitati ad impiegare esclusivamente Revit in modalità stand alone. La strategia adottata ha previsto l utilizzo di un particolare comando messo a disposizione da Revit e denominato parametro condiviso. Un parametro condiviso è un particolare tipo di parametro completamente personalizzabile dall utente che lo crea. L utilizzo principale di questo tipo di parametro è rivolto essenzialmente alla creazione di tutte quelle caratteristiche non previste in modo standard dall applicativo. In merito alla gestione degli spazi sono stati quindi creati i parametri condivisi relativi alle caratteristiche associate a un locale come ad esempio la tipologia di locale o la struttura di appartenenza. La necessità di aggiornamento continuo delle informazioni, che ricordiamo essere alla base di una corretta gestione, anche in questo caso deve essere operato da più professionalità e ognuno per la sua area di competenza. Per venire incontro a questa esigenza si è quindi reso indispensabile fornire a tutti gli utenti coinvolti nel processo di aggiornamento un formato conosciuto e facile da utilizzare; tramite un processo di esportazione supportato dalla presenza dell applicativo Revit DBlink è stato esportato l intero database interno del modello parametrico in formato Excel. Interagendo con questo file, ogni utente può apportare le modifiche necessarie e successivamente reimportare il file Excel all interno del modello in modo da aggiornarlo dal punto di vista informativo. Rispetto al precedente percorso, in questo caso, si è riscontrata una perfetta bi-direzionalità mantenendo allo stesso tempo un forte controllo sulle informazioni modificate e sull utente che le ha apportate. Entrambe le procedure coinvolgono più figure operanti in ambiti differenti e cercano di favorire lo scambio di informazioni e l integrazione delle stesse.

10 Interoperabilità e interdisciplinarità dell informazione: l approccio BIM dal progetto Seempubs al progetto Dimmer 109 Figura 4 Rappresentazione delle procedure analizzate sull integrazione tra BIM e Facility Management Il BIM per la manutenzione tramite Android La complessità degli edifici, siano essi moderni o storici, si caratterizza per tutta una serie di problematiche intrinsecamente differenti per il periodo di costruzione e per la tecnologia utilizzata; tutte le tipologie di edifici devono inoltre raffrontarsi, in egual modo, con le attività manutentive che le interessano e anche in questo caso ogni tipologia di edificio presenta le sue criticità. Nell ambito del progetto SEEMPubS è stata sviluppata un applicazione Android rivolta principalmente a un uso manutentivo e che prevede l utilizzo della realtà virtuale e aumentata. La descrizione, dal punto di vista informatico, della creazione dell applicazione esula dalla presente trattazione, in questa sede ci si limiterà a descrivere quali sono stati i passaggi e le operazioni che hanno permesso di utilizzare il modello 3D all interno di un applicazione per tablet. Applicazione La prima operazione è consistita nel creare il modello tridimensionale e parametrico dell edificio attraverso strumenti di modellazione BIM, quindi dopo aver modellato la parte architettonica e strutturale si è proceduto a modellare la parte impiantistica inserendo elementi relativi alle parti meccaniche, elettriche e HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) in modo da poter utilizzare il modello non solo per le analisi e le simulazioni ma soprattutto, in questo caso, per la visualizzazione su tablet. Il modello è stato anche implementato con l introduzione dei modelli dei sensori installati nell ambito del progetto europeo o già presenti. Tali sensori riguardano il monitoraggio della temperatura, dell umidità, della concentrazione di CO2, della presenza di persone, ecc. Queste operazioni sono state svolte utilizzando Autodesk Revit e basandosi sugli as-built (se presenti) e sui rilievi/indagini effettuati.

11 110 Anna Osello, Daniele Dalmasso, Matteo Del Giudice, David Erba, Francesca Maria Ugliotti, Edoardo Patti e Sanaz Davardoust Realizzata la modellazione in ambiente parametrico, il modello è stato esportato in 3dsMax 2013 utilizzando come formato di scambio sia l.fbx 9 (FilmBoX) sia il.dwg 10 (DraWinG) al fine di poter esportare il maggior numero di informazioni possibili di quelle inserite nel modello originale. Il formato FBX permette di esportare la geometrie del modello, mentre il formato.dwg permette di risolvere alcuni problemi legati alla complessità delle geometrie modellate, infatti con questo ultimo formato è possibile scegliere il tipo di solido da esportare e grazie all utilizzo delle geometrie ACIS 11 è stato possibile ridurre in modo considerevole il numero di poligoni che costituivano le superfici del modello. Tramite il formato.dwg sono state quindi esportate le geometrie dell edificio e degli impianti mentre con il formato.fbx sono stati esportati i modelli dei sensori. Le diverse esportazioni effettuate da Revit 2013 sono poi state assemblate all interno di 3dsMax 2013 in modo da ricreare il modello originale. Anche l operazione di importazione è stata svolta seguendo due modalità differenti: la prima è consistita nel collegare all ambiente 3dsMax i diversi file attraverso l utilizzo del comando Manage Links; la seconda prevedeva invece un importazione diretta dal file di origine. Utilizzando la prima procedura è possibile scegliere le modalità di riconoscimento degli elementi importati (tipo di materiale, tipo di elemento, identificativo dell elemento, ecc.), utilizzando invece la seconda procedura è possibile limitare il peso del file. Lo step successivo è consistito nell esportare il modello dall ambiente 3dsMax in due formati differenti, il formato.obj 12 (OBJect), utilizzato per esportare le geometrie, e il formato.mlt utilizzato per i materiali. L ultima operazione consiste infine nell importazione del modello e delle informazioni collegate all interno di Bonzai Engine 13 attraverso il quale si esporta poi il modello nel formato.jmf 14 (Java MultiFile). Questo ultimo formato di file è utilizzato dall applicazione Android per la visualizzazione e la navigazione. Infine, affinché questi modelli in formato.jmf, fossero disponibili per la navigazione su Tablet, sono stati caricati, tramite l applicazione BIM Manager appositamente creata dal gruppo di ricerca, all interno dello storage online denominato BIM Server. La funzione dello storage online è quello di garantire la fruibilità e l accessibilità al modello in qualsiasi momento e da qualsiasi tablet ne faccia richiesta. La navigabilità del modello avviene sia tramite la realtà virtuale che tramite la realtà aumentata. Attraverso la realtà virtuale è possibile accedere al modello in qualsiasi momento e quindi anche se non ci si trova in prossimità dell ambiente da interrogare, l applicazione permette di accedere al modello virtuale, messo a disposizione dello storage e, navigando attraverso di esso, interrogarlo. L interrogazione del modello consiste nel cliccare su un elemento, quale a esempio un sensore, e visualizzare le informazioni rilevate da quest ultimo e rielaborate in tempo reale dal middleware e da un Web Portal dedicato. Ad esempio è possibile cliccare su un sensore di rilevamento della temperatura e visualizzare l andamento di questa variabile nel breve e nel lungo periodo. L altra caratteristica sviluppata nell applicazione è stata quella di permettere la trasparenza degli elementi modellati dell edificio, in modo da garantire una corretta lettura delle diverse tipologie di elementi (architettonici, arredi, impianti, ecc.). La funzionalità risulta essere molto utile in tutti quei casi in cui occorre per esempio visualizzare la rete impiantistica nascosta all interno dei tramezzi interni

12 Interoperabilità e interdisciplinarità dell informazione: l approccio BIM dal progetto Seempubs al progetto Dimmer 111 L utilizzo, invece, della realtà aumentata è utile quando ci si trova in prossimità del locale che si intende interrogare. La procedura prevede la scansione di un apposito QR code che rimanda allo storage online e consente quindi la visualizzazione delle informazioni connesse all ambiente di interesse. Le informazioni che vengono visualizzate dall applicazione Android hanno origini eterogenee e vengono prelevate in tempo reale da database predisposti. In particolare le informazioni circa il monitoraggio effettuato dai sensori vengono prelevate da database appositamente creati per accoglierli, mentre le informazioni anagrafiche dei locali sono prelevate dal database Archibus utilizzato dall ateneo per la gestione degli spazi di cui si è detto prima. Figura 5 Rappresentazione delle procedure di esportazione del modello parametrico per l applicazione Android IL PROGETTO DIMMER L evoluzione del progetto SEEMPubS è rappresentato dal progetto DIMMER (District Information Modeling and Management for Energy Reduction) che intende estendere a livello di distretto urbano i concetti e le analisi condotte a livello di fabbricato. Il progetto vede la partecipazione di enti pubblici, centri di ricerca e partner industriali italiani, tedeschi, inglesi e svedesi. Il concetto di base del progetto è rappresentato dal fatto che oggi le tecnologie ICT sono diventate fondamentali per migliorare le funzionalità energetiche di una città. Sono state sviluppate tecnologie di monitoraggio e di controllo che sono andate di pari passo con le politiche di sensibilizzazione degli utenti al tema energetico come visto e analizzato nell ambito del progetto SEEMPubS. Dal punto di vista della diffusione e dell utilizzo di tali tecnologie si riscontra, però, ancora uno scarso utilizzo sia da parte delle famiglie (livello unità immobiliare) sia a livello di gestori di impianti (livello quartiere/città).

13 112 Anna Osello, Daniele Dalmasso, Matteo Del Giudice, David Erba, Francesca Maria Ugliotti, Edoardo Patti e Sanaz Davardoust Le tecnologie ICT permettono di mettere a disposizione e accedere in tempo reale a informazioni sulle caratteristiche costruttive, ambientali e di consumo energetico di un edificio. Allo stesso modo, a livello urbano, è potenzialmente possibile accedere a informazioni su impianti di riscaldamento/raffrescamento, rete elettrica, ecc. L opportunità messa in campo dall ICT si riscontra poi nell utilizzo della tecnologia middleware, ossia dell interfaccia in grado di comprendere i diversi linguaggi di comunicazione dei sensori, tendenzialmente eterogenei, e tradurli in un unico linguaggio grazie ad un sistema decisionale centralizzato. Il connubio tra le tecnologie ICT e il Building Information Modeling, quindi, rappresenta, per questo progetto, la piattaforma ideale su quale costruire un organizzazione di tipo digitale che porterà al District Information Modeling (DIM). Il concetto di DIM, introdotto per la prima volta nell ambito del presente progetto, intende recepire la filosofia propria del BIM ed estenderla a livello di distretto urbano. Tale approccio permetterà quindi di andare ad analizzare le problematiche relative a questo ambito territoriale caratterizzato non solo dagli aspetti ingegneristici e scientifici tipici di un edificio, ma soprattutto fortemente influenzato dagli aspetti sociali con i quali ogni utente si trova ad interagire. L obiettivo finale del progetto è infatti rappresentato dalla creazione di un interfaccia web-oriented che raccolga sia informazioni di tipo edilizio legate al singolo edificio, e all insieme degli edifici analizzati dal punto di vista del distretto, sia di tipo energetico, anche in questo caso orientate ai diversi livelli di scala edilizia ed urbana. I vantaggi insiti nello sviluppo del progetto sono di varia natura e possono interessare diverse categorie e settori di lavoratori/professionisti; ad esempio i fornitori di vettori energetici potrebbero essere interessati ad accedere alla piattaforma informatica al fine di individuare potenziali nuovi clienti, oppure potrebbe essere utilizzata dai facility manager per accedere a informazioni aggregate che permettono una visione di insieme su tematiche specifiche. L utilizzo più avanzato della piattaforma si riscontra sugli edifici pubblici per i quali gli utenti possono, ad esempio, fornire dei feedback circa i servizi ricevuti o il comfort degli ambienti nei quali sono stati ospitati. La tecnologia messa a disposizione per l accesso alla piattaforma è rappresentata principalmente da un portale web. Tuttavia, per favorire l interazione con la stessa, ne viene incoraggiato l accesso anche tramite la realtà aumentata come ad esempio i QR Code. Il posizionamento dei QR Code è previsto nei pressi degli edifici del distretto urbano dei quali si vogliono diffondere le informazioni in modo tale che l utente che lo desidera possa, tramite uno smartphone o un tablet, visualizzare i dati a cui è interessato. Dal punto di vista operativo verrà creato il modello grafico del distretto mediante l utilizzo di applicativi parametrici BIM e nel cui database verranno inserite tutte le informazioni circa l aspetto architettonico, strutturale ed impiantistico degli edifici, sia pubblici che privati, selezionati come dimostratori. Il modello parametrico costituirà poi la base per lo sviluppo della piattaforma informativa, nella quale verranno inserite altre tipologie di informazioni legate, in questo caso, al livello del distretto urbano come ad esempio quelle inerenti le reti impiantistiche, i flussi di persone o le locazioni. La tecnologia middleware e la rete di sensori installati garantirà il monitoraggio, la raccolta, l analisi, l elaborazione e la diffusione delle informazioni. L obiettivo finale è dunque quello di creare un modello digitale parametrico informativo di gestione del distretto urbano che rappresenti e visualizzi l andamento dei consumi energetici raccogliendo i feedback inviati dagli utenti coinvolti e fornendo indicazioni circa le opportunità di risparmio energetico.

14 Interoperabilità e interdisciplinarità dell informazione: l approccio BIM dal progetto Seempubs al progetto Dimmer Figura 6 Rappresentazione schematica del concept del progetto DIMMER Figura 7 Rappresentazione schematica dei livelli di interazione coinvolti nel progetto DIMMER 113

15 114 Anna Osello, Daniele Dalmasso, Matteo Del Giudice, David Erba, Francesca Maria Ugliotti, Edoardo Patti e Sanaz Davardoust CONCLUSIONI Con il progetto SEEMPubS prima e il progetto DIMMER poi, si vuole portare l attenzione sul tema del risparmio energetico, coinvolgendo gli utenti attraverso un utilizzo differenziato delle tecnologie ICT. L utilizzo di tali tecnologie è ormai diventato indispensabile in tutti i settori ed entrambi i progetti hanno l obiettivo di dimostrare i vantaggi del loro utilizzo per il risparmio energetico. In entrambi i progetti risulta essere molto forte l utilizzo della metodologia BIM non solo per la rappresentazione del costruito, ma soprattutto per le simulazioni e la gestione dello stesso. In un ottica di integrazione delle informazioni e ottimizzazione del processo di gestione gli strumenti BIM offrono un valido aiuto. Restano tuttavia ancora da risolvere alcune problematiche come quelle messe in luce nel presente contributo. In particolare si evidenzia come l approccio utilizzato per l analisi dei formati di interscambio tra applicativi differenti sia un tema di fondamentale importanza per la definizione di processi interoperabili univoci e certi. 15 Una piena e fattiva collaborazione tra aree scientifiche differenti non può prescindere dal mettere a disposizione strumenti, tecnologie, formati di interscambio, perfettamente funzionanti al fine di non rallentare e soprattutto non svalutare le successive analisi e simulazioni. Una delle problematiche principali è infatti legata al trasferimento delle informazioni tra le diverse professionalità coinvolte. Nella trattazione dei casi studio, abbiamo visto che le figure professionali coinvolte sono molto numerose, sia per numero di utenze che per competenze; la presenza di un unico modello informativo offre indubbiamente un vantaggio impensabile fino a pochi anni fa. La criticità si riscontra tuttavia nel momento in cui il modello grafico deve essere trasferito tra applicativi diversi. In questo caso, sebbene siano stati messi a disposizione formati di interscambio quali il formato IFC o gbxml, non sempre questi operano nel modo corretto e nella maggior parte dei casi occorre ricercare dei passaggi alternativi, più macchinosi e dispendiosi in termini di tempo, per poter giungere al risultato sperato. L utilizzo dei formati internazionali di interscambio (IFC e gbxml) non è inoltre immediato e obbliga il professionista ad assumere spesso competenze informatiche avanzate per poter esportare un modello grafico nel modo corretto. Come si è potuto appurare durante lo svolgimento delle attività connesse al trasferimento del modello dall ambiente di progettazione all ambiente di simulazione illuminotecnica, il percorso ottimale individuato non è classificabile come standard ma rappresenta invece un procedimento individuato appositamente per rispondere all esigenza di disporre di un modello che mantenga tutte le caratteristiche e le informazioni inserite dal progettista. L utilizzo dei formati di interscambio, internazionalmente riconosciuti, ha invece presentato dei deficit di funzionamento, mentre al contrario, dovrebbero presentarsi come di facile utilizzo e immediata applicazione. Nonostante questa grande criticità si è comunque potuto dimostrare che è possibile integrare le competenze e favorire la cooperazione interdisciplinare permettendo uno scambio informativo corretto, aggiornato e funzionale. A dimostrarlo anche i risultati del progetto SEEMPubS, al quale si rimanda per ulteriori dettagli. 16 In particolare l utilizzo dell unico modello BIM creato per i casi studio è stato di notevole aiuto nel caso delle simulazioni illuminotecniche perché ha permesso di impostare nel modo più opportuno la rete di sensori installati per il monitoraggio delle variabili energetiche. 15 Nel libro BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers and Contractors, pubblicato nel 2008, Eastman propone una serie di tabelle inerenti i differenti formati di interscambio dei dati tra applicativi diversi. Tuttavia non sempre i formati di scambio proposti si sono dimostrati effettivamente corretti sulla totalità dei dati scambiati. Le cause sono molteplici ma fra tutte si può evidenziare come la complessità del modello e l aggiornamento, ormai annuale, degli applicativi porti spesso a dover fare delle prove approfondite di interscambio testando, come nel nostro caso, nuovi formati. 16

16 Interoperabilità e interdisciplinarità dell informazione: l approccio BIM dal progetto Seempubs al progetto Dimmer 115 Allo stesso modo, il modello BIM ha costituito la base grafico-informativa, unitamente all applicativo di gestione delle facilities, per l applicazione tablet di supporto all attività manutentiva. Le analisi sin qui condotte rappresenteranno la base di partenza per il progetto DIMMER, (avvio ottobre 2013) nel quale l ambito di studio vedrà un estensione dell area di interesse, passando dalla scala edilizia (edifici) alla scala urbana (distretto). Bibliografia Anderl R., Mendgen R. (1996) Modelling with constraints: theoretical foundation and application, in Computer-Aided design, I. Horváth, K. Lee, V. Shapiro Booch G. (1993) Object-oriented analysis and design with applications, Boston MA, Addison-Wesley Chan A., Scott D., lam E. (2002) Framework of Success Criteria for Design/Build Project, in Journal of Management in Engineering, Makarand Hastak, P.E., Ph.D., M.ASCE, CCE, Purdue University Cigolini R., Valentini S., Villa A.N. (2005) Facility management e Global Service Integrato, in Facility Management Italia, Milano, Edicom Editore Day M. (2002) Intelligent Architectural Modeling, in AECMagazine Settembre 2002 Debella D., Ries R. (2006) Construction Delivery System: A Comparative Analysis of Their performance within School Districts, in Journal of Construction Engineering and Management, Virginia Tech, Jesus M. de la Garza Del Giudice M., Boido C., Dalmasso D., Osello A. (2012) BIM and Interoperability: a database to collect data errors and solutions, In: ework and ebusiness in Architecture, Engineering and Construction, ECPPM2012, Reykjavik, Taylor & Francis Group (GBR) Eastman C., Teicholz P., Sacks R., Liston K.(2008) BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers and Contractors, Londra, John Wiley & Sons Inc. Eastman C. (1992) Modelling of buildings: Evolution and concept, Automation in Construction Journal Eastman C. (1999) Building Product Model: computer environments supporting design and construction, Boca Raton FL, CRC press Eastman C., Sacks R., Lee G. (2002) Strategies for realizing the benefits of 3D integrated modeling of building for the AEC industry, ISARC 19 th International Symposium on Automation and Robotics in Construction, Washington, NIST Goldstein H. (2001) 4D: Science Fiction or Virtual Reality, Engineering New Record Laakso M., Kiviniemi A. (2012) The IFC Standard - A Review of History, Development, and Standardization, Information Technology in Construction, in The Journal of Information Technology in Construction (ITcon) Vol. 17 Kiviniemi A. (2011) The Effects of Integrated BIM in Processes and Business Models, in Kocaturk T., Medjdoub B., Distributed Intelligence in Design, Chichester UK, Wiley Blackwell Kiviniemi A., Fischer M. (2009) Potential Obstacles to Use BIM in Architectural Design, in: Shen G., Brandon P.S., Baldwin A., Collaborative Construction Information Management, Oxon UK, Spon Press Jahn M., Pramudianto F., Al Akkad A. (2009) Hydra Middleware for Developing Pervasive Systems: a Case Study in the ehealth Domain in 1st International Workshop on Distributed Computing in Ambient Environments, Paderborn Germany, DiComAe Majumdar T., Fischer M., Schwegler B.R. (2006) Conceptual Design Review with Virtual Reality Mock-Up Model, Joint International conference on Computing and Decision Making in Civil and Building Engineering, Montreal, Canada. Osello A. (2012) Il futuro del disegno con il BIM per ingegneri e architetti, Palermo, Dario Flaccovio. Osello A., Acquaviva A., Aghemo C., Blaso L., Dalmasso D., Erba D., Gondre D., Jahn M., Savojat J., Spirito M., Tomasi, R., Virgone J., Macii E., Fracastoro G., Osello A., Patti E., Pellegrino A., Piumatti P. (2012), Energy saving in existing buildings by an intelligent use of interoperable ICTs, Springer Journal. Reinhart C.F. (2001) Daylight Availability and Manual Lighting Control in Office Buildings Simulation Studies and Analysis of Measurement, Ph.D. thesis, Technical University of Karlsruhe, Faculty of Architecture. Talamo C. (2001) Sistemi Informativi per i servizi del Facility Management: dalla teoria alla pratica in Facility Management Italia, Milano, Edicom Editore. Sitografia Sito del Progetto Europeo SEEMPubS, URL: < [data di accesso 25/09/2013] Sito del software Revit, URL: < [data di accesso 25/09/2013] Sito del software 3dMAX, URL: < [data di accesso 25/09/2013] Sito dell applicazione DBLink, URL: < /0096-Autodesk96> [data di accesso 25/09/2013] Sito famiglie BIM, URL: < website> [data di accesso 25/09/2013] Sito progetto BLIS, URL: < [data di accesso 25/09/2013] Sito realtà virtuale ed aumentata, URL: < [data di accesso 25/09/2013] Sito Building Smart, URL: < [data di accesso 25/09/2013

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