L approccio INNOVance alla definizione di oggetti BIM per l industria edilizia italiana 1

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1 L approccio INNOVance alla definizione di oggetti BIM per l industria edilizia italiana 1 La definizione di una libreria standard di oggetti interoperabili per la modellazione BIM è una parte importante del progetto INNOVANCE. Figura 1 Oggetti BIM INNOVance: catalogo di muri secondo il repertorio di soluzioni tecniche Assimpredil L obiettivo di INNOVance di costituire una banca dati nazionale per l industria edilizia, di supporto a tutti gli operatori del processo edilizio, non può prescindere dalla produzione di librerie di oggetti BIM che permettano di utilizzare il BIM quale supporto per l innovazione di processo Ruolo fondamentale per la effettiva condivisione dell informazione e della conoscenza lungo il processo, anche secondo la concezione di INNOVance, hanno infatti gli strumenti per il Building Information Modeling and Management BIMM. Affinché l informazione resa disponibile da tali strumenti sia davvero coerente con l informazione del database INNOVance, le primitive BIM i componenti edilizi o, nel linguaggio INNOVance, i sistemi assemblati devono essere rigorosamente associate ai prodotti e ai componenti registrati nel database. Per questo motivo una parte importante del lavoro è la definizione di librerie di oggetti BIM, che siano coerenti con il database dei prodotti e che siano in grado di mantenere la relazione tra gli oggetti e l informazione a essi associata, contenuta nel database, a prescindere dal software utilizzato per la modellazione, per la manipolazione o per l interrogazione del modello. La direzione di ricerca intrapresa colloca INNOVance a fianco delle altre iniziative internazionali che si occupano della definizione di standard per il BIM. 1. Il gruppo di lavoro Il gruppo di lavoro che si occupa dello sviluppo degli oggetti BIM vede coinvolti, il Politecnico di Milano, il Politecnico di Torino e One Team, distributore e sviluppatore di software. One Team si è occupata di sviluppare il software per il collegamento tra il database INNOVance e la soluzione BIM utilizzata per modellare, nonché dei relativi test insieme al Politecnico di Torino. Nella fase di sviluppo e di test del sistema BIM è stata coinvolta anche la società Consorzio TRE.

2 Il Politecnico di Milano, oltre a produrre una serie di oggetti BIM, si è dedicato al coordinamento delle attività. La verifica di interoperabilità delle librerie è stata per ora presa in carico dall unità operativa del Politecnico di Milano, in collaborazione con il Politecnico di Torino e con One Team. Questa fase del lavoro vede anche il coinvolgimento di buildingsmart Italia, riferimento istituzionale italiano per le tematiche dell interoperabilità secondo i protocolli collaborativi di buildingsmart International, che sono a oggi lo standard di riferimento mondiale. 2. Metodologia La procedura di elaborazione degli oggetti BIM sviluppata dalla ricerca si articola in quattro fasi: 1. analisi e definizione del modello oggettuale della soluzione tecnica: in questa fase si identificano le soluzione tecniche da modellare e le loro caratteristiche significative, nonché i dati, o attributi connotanti, che devono essere contenuti nel modello BIM, e quelli che invece possono risiedere all esterno del modello, nel database INNOVance; 2. codifica secondo lo standard INNOVance: questa fase fa riferimento alla norma UNI 11337, sulla codifica di opere, attività e risorse; 3. modellazione in ambiente BIM e associazione del codice INNOVance agli oggetti della libreria; 4. predisposizione degli oggetti per le opportune verifiche di interoperabilità secondo gli standard buildingsmart. Figura 2 Il flusso di lavoro per la preparazione di librerie BIM 3. Analisi e definizione delle soluzioni tecniche da modellare Per quanto riguarda il punto 1. la realizzazione della prima serie di oggetti BIM INNOVance è stata condotta a partire dalla definizione di un primo modello di riferimento elementare, utile per dimostrare la funzionalità degli elementi tecnici sviluppati in formato BIM con gli strumenti definiti da INNOVance. Il modello, rappresentato in Figura 3, è un edificio costituito da un piano interrato e da due piani fuori terra, articolato in maniera tale che siano presenti diverse casistiche di soluzioni

3 tecniche: chiusure contro terra, su spazi aperti, chiusure orizzontali e inclinate, strutture e altri elementi tecnici. Figura 3 Modello di riferimento elementare I primi oggetti modellati sono stati tratti dal repertorio Assimpredil ANCE, contenuto nel volume Efficienza energetica e requisiti acustici passivi degli edifici del In figura 4 è presentato un esempio. Figura 4 Modello di riferimento elementare Oltre al modello elementare sono stati utilizzati anche casi studio reali: il Politecnico di Torino si è occupato di modellare i componenti di un edificio del campus universitario, e un gruppo del Politecnico di Milano si sta tuttora dedicando alla modellazione delle strutture delle residenze Libeskind nell ambito dell intervento CityLife a Milano.

4 Gli oggetti BIM che sono stati realizzati per questa fase del lavoro sono riconducibili alle seguenti categorie di sub-sistemi: chiusure orizzontali e verticali a. pareti b. coperture i. orizzontali ii. inclinate c. solai i. controterra ii. su spazi aperti d. serramenti esterni partizioni verticali e orizzontali a. pareti b. solai interni c. ringhiere d. serramenti interni elementi di collegamento a. scale b. strutture i. di fondazione ii. di elevazione Si sono inoltre definiti i requisiti energetici minimi delle soluzioni tecniche da scegliere. Con riferimento al DPR 59/2009 si sono stabiliti i seguenti vincoli: strutture opache verticali: U< 0,62 W/m2K; coperture: U< 0,38 W/m 2 K; pavimenti verso ambienti non riscaldati o verso esterno: U<0,65 W/m 2 K. serramenti: U<4,6 W/m 2 K. In questa fase non si sono considerati gli impianti, che saranno oggetto di una seconda parte della ricerca. 4. Codifica e modellazione L assegnazione del codice univoco INNOVance a ciascuno degli oggetti da modellare, è stata eseguita con il codificatore SAP, che è il software su cui si basa il database INNOVance. Non si entra qui nel merito di SAP e della procedura di codifica, poiché non riguarda strettamente la modellazione. Si richiama tuttavia il fatto che il codice INNOVance generato da SAP è composto da sette campi che corrispondono ad altrettante caratteristiche principali di famiglie di elementi tecnici, e che sono state individuate nella precedente fase della ricerca dedicata alla codifica univoca dei prodotti e componenti edilizi. La tabella 1 riporta un esempio di codifica. SAP genera inoltre un identificativo univoco per ciascun oggetto, il cosiddetto ID SAP, nonché una descrizione breve delle caratteristiche principali dell oggetto, definita anche Nome INNOVance.

5 Tabella 1 Sistema di codifica INNOVance: i sette campi La tabella 2 riporta alcuni esempi di codifica; il codice riportato nell ultima riga, relativa all elemento con riferimento S5, corrisponde all oggetto di figura 4. Tabella 2 Elenco di elementi standard dal repertorio ANCE - Assimpredil La procedura di codifica in ambiente SAP permette l associazione, a ciascun componente edilizio da modellare, della distinta base BOM - dei materiali e componenti che costituiscono l oggetto, a loro volta codificati e registrati nel database INNOVance. In questo modo ciascun oggetto è identificabile in tutte le sue caratteristiche, grazie al codice INNOVance e all ID SAP. Questo garantisce che tutti gli attributi di un componente registrati nel database, accessibile in chiaro poiché in formato testo, siano disponibili all utente. La modellazione degli oggetti BIM è stata eseguita in ambiente Revit 2013 di Autodesk che, attraverso il proprio distributore One Team, è partner tecnico del progetto INNOVance. In questa fase della ricerca non si sono considerati altri software BIM, per due motivi fondamentali. In primo luogo, soluzioni BIM diverse utilizzano strategie di definizione delle librerie diverse; si veda in proposito la tabella 3. Inoltre, non tutti gli attributi degli oggetti contenuti nel database INNOVance possono o devono essere incorporati negli oggetti modellati con un BIM. Per questo motivo si è preferito sviluppare la questione dell interfaccia tra il database INNOVance e un solo software BIM, con un approccio che possa essere ripetibile anche con altri software, nonostante siano essi software proprietari.

6 Tabella 3 Raffronto tra gli strumenti BIM più diffusi Il codice INNOVance associato ai prodotti del database, deve essere associato a ciascun oggetto BIM: il codice infatti garantisce l accesso alle proprietà contenute nel database. L esportazione dell oggetto, con il codice a esso associato, nel formato interoperabile IFC di buildingsmart International, garantisce l interoperabilità della libreria INNOVance con qualsiasi altro software certificato secondo gli standard di buildingsmart. Il partner One Team si è occupato di sviluppare l interfaccia tra il modellatore BIM e il database, con le procedure per associare gli oggetti al codice INNOVance e per verificare la congruenza tra i modelli e i corrispondenti attributi del database. La figura 5 riporta lo schema dei sottosistemi BIM INNOVance, come elaborato da One Team per il rapporto SAL4 sullo stato di avanzamento del lavoro di Luglio Ci si sofferma qui brevemente sulle caratteristiche del componente definito Add-in INNOVance, che è la parte del sistema che permette di associare il codice INNOVance agli oggetti e di eseguire le necessarie verifiche. Figura 5 Articolazione del sistema BIM + database INNOVance L Add-in permette di gestire le codifiche del sistema centrale, nonché la loro associazione a tutti gli oggetti di progetto: file di progetto; oggetti che identificano le aree e le destinazioni funzionali; oggetti architettonici; oggetti strutturali; oggetti impiantistici; altri.

7 Come detto sopra, gli oggetti modellati in questa fase appartengono alle categorie degli elementi architettonici e strutturali. L interfaccia resa disponibile da One Team (figura 6) consiste in un menu che rende disponibili alcune funzioni aggiuntive in ambiente Revit. Figura 6 Il menu dell Add in INNOVance per Revit Le funzioni aggiuntive principali utili per la modellazione degli oggetti BIM sono quelle di associazione e di gestione del codice INNOVance, operazione che può essere eseguita rispetto a elementi in opera per esempio gli strati di una parete o rispetto ai sistemi assemblati, gli oggetti BIM veri e propri dell ambiente di modellazione. Le funzioni di verifica, per completezza e coerenza, permettono di controllare che tutti gli oggetti in un modello siano associati a un codice INNOVance e la congruenza del modello di un oggetto con gli attributi contenuti nel database, corrispondenti al codice a esso assegnato. È inoltre possibile, con la funzione Distinta materiali, interrogare il database in merito alla distinta base dei materiali e delle lavorazioni necessari per la realizzazione delle opere modellate (figura 6). Figura 7 Distinta base di un oggetto INNOVance La figura 8 riporta l esempio un oggetto BIM, una chiusura verticale, modellato secondo le specifiche del repertorio Assimpredil. Gli oggetti con i materiali e le parti che li costituiscono, sono stati dapprima codificati e registrati nel database e successivamente modellati e associati al codice utilizzando l Add-inn INNOVance.

8 Figura 8 Esempio di oggetto BIM: paret a cappotto, soluzione Assimpredil M11

9 5. Prime verifiche di interoperabilità La fase successiva alla modellazione è quella della predisposizione per le verifiche di interoperabilità in formato IFC di buildingsmart. L operazione da eseguire in prima istanza, è di per sé elementare, poiché consiste in una semplice esportazione da Revit nel formato buildingsmart IFC 2X3. È poi necessario verificare che l oggetto esito dell esportazione contenga le stesse informazioni e relazioni del modello BIM di partenza. Con il software Solibri Model Viewer v7.1, si è verificata la congruenza dei file in formato IFC 2X3 con quelli originali. Si è rilevato che gli attributi del formato RVT2013 sono leggibili anche in formato IFC (figura 9). Figura 9 Oggetto BIM INNOVance visualizzato in Solibri In particolare, il codice univoco e l ID che permette di associare ciascun oggetto al database INNOVance, sono conservati allorché si passa da Revit a IFC. Questo, in linea teorica, permette a qualsiasi applicativo interoperabile su base IFC di recuperare l informazione del database INNOVance grade al codice univoco associato agli oggetti. Obiettivo dei successivi controlli da eseguirsi nel prosieguo dei lavori, è quello di verificare con altre applicazioni la effettiva interoperabilità sulla base della procedura finora seguita. 6. Criticità e conclusioni L originalità dell approccio INNOVance alla modellazione delle primitive BIM, sta nel riconoscere l impossibilità di associare agli oggetti BIM, nel software di modellazione, tutti gli attributi e le caratteristiche degli oggetti reali classificati nel database e necessari lungo il processo. La soluzione adottata è quella di associare un codice univoco alle primitive BIM, che rimanda a una scheda tecnica esterna, aperta e interoperabile, poiché in formato testo. La scheda tecnica, associata alla primitiva BIM con un codice, rende in questo modo disponibili tutte le informazioni necessarie, in qualsiasi fase del processo edilizio si operi. Inoltre, qualora la scheda di un prodotto o di un componente debba essere aggiornata o modificata per aggiungere ulteriori caratteristiche eventualmente non ancora prese in considerazione, questo comporta solo un intervento sulla scheda e sui record del database,

10 senza la necessità di dovere ridefinire gli oggetti BIM relativi, che restano comunque vincolati alla scheda grazie al codice univoco, e che recepiscono quindi come ovvia conseguenza ogni aggiornamento dei dati contenuti nella scheda. In questo modo gli oggetti BIM non necessitano di essere rimodellati e la manutenzione della libreria BIM è molto più agevole. Nel processo di sviluppo delle librerie BIM, si sono individuate criticità che costituiscono altrettante possibilità per lo sviluppo della ricerca, e sono comunque fattori di cui bisogna tenere conto per la preparazione degli oggetti BIM. In primo luogo va evidenziato che le caratteristiche tecniche del software utilizzato per modellare condizionano il metodo di costruzione degli oggetti. Nel caso delle stratigrafie dei muri, per esempio, Revit dispone di alcune categorie di strati tra le quali scegliere, con denominazioni specifiche che non sono modificabili dall utente, e presenta dei limiti per quanto riguarda gli spessori di strati inferiori a 1,6 mm, che devono essere rappresentati come strati virtuali (strati membrana, nella terminologia di Revit) con spessore uguale a zero. Se, per le tolleranze dell edilizia tradizionale, questo può non essere di rilievo, è comunque un fattore di cui si deve tenere conto qualora si voglia mantenere una corrispondenza diretta tra modello oggettuale e virtuale, soprattutto da un punto di vista prestazionale dell oggetto modellato. Inoltre la soluzione di modellazione adottata per risolvere questo problema, deve essere mantenuta tra oggetti diversi, per motivi di coerenza generale. Come già visto, l Add-inn sviluppato da One Team permette di associare correttamente i modelli BIM ai codici SAP e, per gli oggetti stratificati, per esempio muri e solai, permette di automatizzare la definizione degli strati a partire dalla lettura del database SAP. L Add-inn presenta inoltre funzionalità che permettono di verificare la coerenza tra un oggetto BIM associato a uno specifico codice INNOVance, e le caratteristiche reali contenute nel database: per esempio, se si associa il codice di una finestra a un oggetto muro, il sistema è in grado di rilevare l errore. L esempio qui proposto si riferisce evidentemente a un errore grossolano, ma il sistema è comunque in grado di eseguire verifiche a livelli più raffinati, come quelli della stratigrafia di un muro. Ciò nonostante, l Add-inn non permette ancora la mappatura automatica dei materiali INNOVance con i materiali Revit: ne segue che in fase di computo le BOM (bill of materials, o distinte materiali) devono essere comunque definite con l appoggio di SAP, a meno di eseguire una mappatura manuale con il database materiali di Revit. Dal lato SAP, il codificatore INNOVance è in grado di associare a una medesima tipologia di elemento tecnico, diverse distinte materiali (per esempio per differenziare tra produttori diversi). L Add-inn INNOVance per Revit invece non è ancora in grado di recepire diverse distinte materiali associate a un medesimo codice. Per questo motivo, la soluzione che si preferisce a questo stato di avanzamento è di rendere univoca la corrispondenza tra codice e distinta materiali nel database. Un ulteriore criticità dell Add-inn INNOVance è costituita dal fatto che è direttamente legato alla specifica release Revit. Quest ultimo è uno strumento in costante evoluzione e aggiornamento: attualmente Autodesk rilascia per lo meno una nuova versione ogni anno.

11 Ciò comporta l impossibilità di utilizzare l Add-inn su nuove versioni del software di modellazione, a meno di una sua completa ridefinizione per la nuova release di Revit. Allo stato attuale il flusso di lavoro, come indicato all inizio, comincia con la codifica e definizione degli oggetti nel database, con le caratteristiche e gli attributi a essi associati. La fase di modellazione in ambiente BIM e di associazione del codice avviene in un secondo tempo. Il processo opposto, a partire dalla modellazione in ambiente BIM, è uno dei potenziali sviluppi della ricerca: gli oggetti BIM, che sono comunque dotati di una serie di attributi indispensabili per la modellazione, potrebbero essere utilizzati come sorgente per la generazione di una prima codifica. Certamente gli attributi previsti nel database dovrebbero comunque essere completati, poiché gli attributi specifici del software BIM non sono esaustivi della complessità di un oggetto reale, tuttavia questo percorso potrebbe essere una strategia alternativa per popolare il database INNOVance. Nel corso dell attività di produzione degli oggetti BIM è inoltre emersa la necessità di definire standard comuni per la modellazione. In primo luogo devono essere resi disponibili in un medesimo formato i template per la modellazione, che contengano formati grafici standard e impostino la struttura generale dell ambiente di modellazione. Devono poi essere definiti i criteri con cui le primitive possono o devono essere utilizzate: si tratta di definire linee guida per la modellazione, che aiutino gli operatori a realizzare modelli BIM secondo procedure semplici e versatili, utili per diversi tipi di output senza la necessità di dovere ricorrere a modellazioni multiple. Un altra importante questione è poi quella del livello di dettaglio LOD della modellazione, per le esigenze di rappresentazione nelle diverse fasi e scale di progettazione. Bibliografia AEC3 Ltd. (2006) Design Object Library Study, Monaco di Baviera Borghi R. (2008) Efficienza energetica e requisiti acustici passivi degli edifici, Assimpredil ANCE, Milano Caffi, V., (2010) CAD, BIM, Interoperabilità: tecnologie informatiche per il progetto e la sua rappresentazione, in Progetto di Architettura e Interoperabilità,, Edizioni Capitolo Italiano I.A.I., Milano. Pavan, A., (2009) Gestione integrata delle informazioni tecnico/economiche per l ottimizzazione del processo edilizio, Convegno ISTeA 2009, Isola d Elba. Tobin, J. (2008, Maggio). Proto-Building: To BIM is to Build. Fleming K., Long N., Swindler A., (2012) The Building Component Library: An Online Repository to Facilitate Building Energy Model Creation., National Renewable Energy Laboratory, ISO/PAS 16739:2005 Industry Foundation Classes, Release 2x, Platform Specification (IFC2x Platform). UNI 11337:2009, Edilizia e opere di ingegneria Criteri di codificazione di opere, attività e risorse Identificazione, descrizione e interoperabilità. 1 Di Alberto Pavan, Fulvio Re Cecconi, Sebastiano Maltese, Vittorio Caffi Dipartimento di Architettura, Ingegneria delle Costruzioni e Ambiente Costruito (ABC), Politecnico di Milano, Via G. Ponzio, 31 I Milano (MI)