LINEE DI RICERCA LABORATORIO DI ALTA QUALITÀ PROGETTO TERRITORIALE INTEGRATO

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1 LINEE DI RICERCA LABORATORIO DI ALTA QUALITÀ - PROGETTO TERRITORIALE INTEGRATO LABORATORIO DI ALTA QUALITÀ PROGETTO TERRITORIALE INTEGRATO DIPARTIMENTO DI PROGETTAZIONE ARCHITETTONICA E DISEGNO INDUSTRIALE DIPARTIMENTO INTERATENEO TERRITORIO POLITECNICO DI TORINO c.so Castelfidardo, 30/A Torino - Italia - tel fax laq-tip@polito.it web

2 Linee di ricerca consolidate Laboratorio di Alta Qualità - Progetto Territoriale Integrato Il Laboratorio di Alta Qualità - Progetto Territoriale Integrato (LAQ-TIP) è stato fondato nel 2002 dai Dipartimenti di Progettazione architettonica e di Disegno industriale ed InterAteneo Territorio, su cofinanziamento del Politecnico di Torino. Secondo la missione originaria del LAQ-TIP, il Laboratorio sperimenta l'impiego di innovative tecnologie di analisi, simulazione, modellizzazione, rappresentazione ed interazione per il supporto ai procedimenti di progetto e l'implementazione dei processi di progettazione e decisione relativi alle trasformazioni della città e del territorio. Sui temi che costituiscono oggetto di applicazione previsti nel programma del LAQ, il riferimento costante sono le ricerche di base, teoriche e sperimentali, sviluppate all interno dei due Dipartimenti fondatori. A tali ricerche, che riguardano i procedimenti analitici e progettuali alla scala edilizia, urbana e territoriale, il Laboratorio affianca la propria capacità di elaborazione di tecniche di rappresentazione e del loro sviluppo basata su una strumentazione informatica avanzata che consente di operare in modo innovativo su una serie di obiettivi diversificati. Il contributo scientifico di LAQ-TIP è quindi duplice: da un lato si propone di lavorare in modo innovativo sul fronte della ricerca conoscitiva sui fenomeni edilizi, urbani e territoriali e dall altro di fornire un valido supporto strumentale ai processi progettuali e decisionali. Intendendo la rappresentazione un attività già interna al processo del progetto il LAQ sperimenta e sviluppa rappresentazioni architettoniche e territoriali che hanno lo scopo sia di comunicare, controllare e prefigurare (rappresentazioni 3D, 4D), sia di indirizzare (rappresentazioni 2D), le elaborazioni progettuali. Il compito di ricerca strategico del LAQ-TIP è dunque quello di sviluppare, in una fase particolarmente convulsa e perciò delicata dello sviluppo tecnologico degli strumenti informatici di rappresentazione, una capacità specifica di impiego di queste tecnologie in termini di ricerca e innovazione da parte della cultura del progetto. Scenario rifunzionalizzazione area Porta Nuova Linee di ricerca consolidate Conformemente alla missione originaria, nel periodo il Laboratorio ha sviluppato le seguenti linee di ricerca: analisi multi-dimensionale e modellizzazione della dinamica urbana e territoriale; sperimentazioni delle teorie e tecniche Sintassi dello spazio; simulazioni di scenari urbani e territoriali; ambienti in realtà virtuale e interattività, per migliorare l'efficacia e la trasparenza dei processi decisionali e progettuali aperti alla partecipazione pubblica; ambienti virtuali avanzati per l'e-learning del progetto d'architettura e in generale per la rappresentazione e la trasmissione del sapere nel Web; 2

3 ottimizzazione dei modelli di trasferimento del sapere progettuale impiegati all'interno del progetto WINDS, e della formazione di II e III livello nelle discipline della progettazione architettonica, urbana e territoriale. Per lo sviluppo della ricerca sono stati applicati metodi e strumenti volti alla conoscenza degli spazi e dei fenomeni peculiari delle aree oggetto di studio. La proposta scientifica del LAQ-TIP sta proprio nel raccordare tra loro le diverse metodologie e gli strumenti di lavoro e di rappresentazione per dare la possibilità ai decisori di concretizzare le proprie idee progettuali nel modo più opportuno ed esplicitare ed informare i non addetti ai lavori su progetti e piani. Analisi multi-dimensionale e modellizzazione della dinamica urbana e territoriale LAQ-TIP ha messo a punto una metodologia ed un sistema informatico per analizzare e modellizzare i fenomeni urbani e territoriali nelle tre dimensioni più il tempo, ovvero rappresentare e studiare la dinamica dei fenomeni nelle quattro dimensioni. La metodologia permette di acquisire le diverse e disparate basi dati sul territorio (ad esempio GIS, ma anche riprese aeree e satellitari, dati dal Censimento o da Tasse locali, modelli CAD etc.) per generare modelli 4D dell ambiente. Il sistema informatico, che implementa la metodologia, stabilisce le relazioni tra le singole basi dati e le memorizza in un workflow che può essere eseguito dal cluster di calcolo ad alte prestazioni del LAQ-TIP per generare, automaticamente, modelli 4D anche molto dettagliati di estese aree geografiche. Ad esempio, nel corso del progetto Piemonte Virtuale il LAQ ha generato il modello all estensione regionale, circa km 2, alla risoluzione di 1 m, correlando la Carta Tecnica Regionale Numerica, dati dal Censimento ISTAT della Popolazione, ortofoto, immagini satellitari, complessivamente quantificabili in circa 200 GB di dati, per generare un modello 4D di circa 1,5 TB. Le dimensioni totali del modello 4D discendono dalla struttura interna del sistema, nello specifico articolato in diversi livelli di dettaglio delle rappresentazioni del terreno, dell edificato, delle infrastrutture etc. La struttura in livelli di dettaglio è funzionale alle diverse applicazioni ed usi del database, dal teatro di realtà virtuale immersivo, fino alla restituzione, ad esempio tramite animazioni. La scalabilità dei modelli è sovente utilizzata nelle attività di ricerca e conto-terzi del LAQ, permettendo di orientare le modalità di rappresentazione alle finalità proprie della specifica attività. Oltre alla flessibilità delle modalità di rappresentazione, il workflow è una rappresentazione intrinsecamente dinamica e generativa. È dinamica, perché mantiene una formalizzazione separata tra dati e procedure da realizzare su di essi, per produrre i modelli: una modifica o aggiornamento nei contenuti dei data base può essere rapidamente tradotta in un nuovo modello, aggiornato. È generativa, perché specifiche procedure possono, e sono già state implementate, per generare modelli di opere, ad esempio infrastrutturali, a scala regionale o sovraregionale (es. ricerca su Ampliamento del porto di Genova per SiTI). Bassa Val di Susa per Piemonte Virtuale 3

4 Entropia LAQ-TIP ha sviluppato una metodologia per elaborare e rappresenterai analiticamente, tramite mappe e rappresentazioni 3D informazioni sulla densità di attività presenti in un area urbana, densità definita a partire dalla formalizzazione data da Shannon dell entropia. I dati puntuali ed aggiornati per la descrizione dettagliata dei diversi usi di uno spazio urbano ed edilizio hanno dimostrato essere quelli dell'anagrafe della Tassa per lo Smaltimento dei Rifiuti Solidi Urbani (TARSU), gestita e mantenuta dalla Divisione Tributi del Comune di Torino e dall'anagrafe dei residenti nel Comune di Torino. Entrambi questi tipi di dati, per essere elaborati in modo adeguato dal sistema, devono essere georeferenziati, LAQ-TIP ha sperimentato ed ha in corso di sperimentazioni metodologie per la georeferenziazione di dati associati ai numeri civici. Nell illustrazione la compresenza di attività diverse, nello stesso fabbricato, è quantificata tramite l Entropia, intesa come densità di diversità funzionale, dove sua una scala da zero a dieci, rappresentata con intensità di colore dal bianco al rosso, diviene possibile interpretare la compresenza quantitativa delle attività residenziali, commerciali, terziarie o destinate a servizi. La rappresentazione dell Entropia fornisce un riscontro sul grado di compresenza quantitativa alla scala del fabbricato: rosso scuro rappresenta un'alta densità di funzioni differenti tra loro, il bianco edifici mono-funzionali, le nuance intermedie diversi gradi di compresenza. La metodologia e la strumentazione ha avuto numerosi riscontri in ricerche completate dal LAQ, ad esempio Spina2, Porta Nuova, Molinette, Mirafiori. Mixité Il metodo di acquisizione dei dati per l elaborazione della Mixité è comune con l analisi dell Entropia, basata sui dati TARSU ed Anagrafici. L analisi della Mixité ha lo scopo di fornire un riscontro sintetico alla prevalenza, o meno, di una o più attività in ciascun fabbricato. Nell immagine la residenza è rappresentata in rosso, il commercio in blu, il terziario in verde ed i servizi in giallo. Le sfumature all interno di ogni classe di colore vogliono rappresentare la maggiore o minore presenza delle restanti categorie all interno di un determinato fabbricato. Nel concreto delle sperimentazioni compiute, LAQ-TIP ha inteso studiare la relazione tra l'intensità urbana e l Entropia-Mixité, ovvero il livello di mix (funzionale, di scala, morfologicotipologico, etc.) di porzioni città e porlo in relazione con la progettazione di spazi particolarmente vivibili, per chi vi abita o lavora, per chi li visita, vi transita o vi sosta, tale da favorire un'intensa vita di relazione, la fruizione del quartiere per un periodo di tempo il più possibile prolungato in condizioni di sicurezza, l'interazione e lo scambio fra gli spazi privati e quelli pubblici (mixité urbana ma anche sociale). Mappa dell Entropia per l area Porta Susa Mappa della Mixité per l area Molinette 4

5 Paesaggi temporali LAQ-TIP ha esteso lo studio del mix urbano nella dimensione temporale, ponendo in relazione la densità di attività antropica per fasce orarie. L analisi stima il numero di occupanti presenti per ogni civico ad una certa ora, istituendo una relazione probabilistica tra tipologia di attività e dati della popolazione, forniti analiticamente dall'anagrafe e dal Censimento. In ragione della suddivisione per fasce d'età e per numero civico, il metodo stima per ciascuna attività principale (residenza, industria, terziario e servizi) una probabilità di presenza nei locali di occupanti. Nell illustrazione la probabilità di occupazione da addetti delle differenti attività e di residenti nelle abitazioni è rappresentata tramite sia l elevazione delle curve gaussiane, sia dall'intensità di colore di queste curve. Sintassi dello spazio Dagli inizi degli anni 80 il Professor Bill Hillier e colleghi dell'university College London hanno iniziato a formalizzare una teoria per le analisi morfologiche e spaziali: la Sintassi dello spazio. L'assunto fondativo della Sintassi dello spazio è che la complessità della città può essere efficacemente studiata partendo dall'analisi dei sistemi di spazi e delle loro interconnessioni che l'edificato lascia in negativo, come operazione di sottrazione del costruito nel tessuto urbano. Gli spazi e le loro interconnessioni costituiscono il tenuto connettivo che lega e dà forma agli spazi urbani. Il punto di avvio dell'analisi sulla Sintassi dello spazio è la rappresentazione della rete di comunicazione della città, costituita da strade, corsi, piazze, percorsi pedonali. A differenza della rappresentazione del grafo stradale, utilizzata ad esempio per l'analisi del traffico, gli archi non sono pesati, ovvero non includono alcuna indicazione sulla capacità di quell'asse e neppure sui dati della sua percorribilità. Space Syntax realizza un'analisi sintattica del grafo, nella quale ciascun arco è esaminato al fine di calcolare per esso una misura del raggio di complessità di quell'arco nel grafo complessivo. Questa misura del raggio di complessità sintetizza il numero di archi che è necessario percorre, completamente o in parte, per connettere, raggiungere due vertici del grafo, e viene denominata connettività. È possibile stimare inoltre una misura d'integrazione globale che valuta la capacità potenziale di ciascun arco nel connettere tutti gli altri. Esistono poi misure di integrazioni che considerano un numero circoscritto di archi percorribili, ad esempio nel caso di tre archi è definita come raggio-3 o anche locale, poiché valuta gli spostamenti potenziali percorrendo al massimo tre archi connessi. LAQ-TIP ha studiato e sperimentato nel contesto locale la metodologia alla base della Sintassi dello spazio, sperimentandola in numerose delle ricerche menzionate, con lo scopo ultimo di analizzare i valori di qualità urbana, ricchezza sociale, economica e ambientale, attraverso scenari progettuali basati sulle analisi ed indici rilevati dalla Sintassi dello spazio. Paesaggi temporali dell area Spina2 Sintassi dello spazio per area Porta Nuova 5

6 Nell Anno Accademico LAQ-TIP ha approfondito la propria esperienza della metodologia e delle tecniche, formalizzando le collaborazioni già avviate con il Network internazionale Space Syntax e Space Syntax Limited a Londra, la struttura creata e diretta da Billi Hilier per promuovere lo sviluppo ed approfondimento delle teorie ed applicazioni Sintassi dello spazio. Ulteriori linee di approfondimento sono lo studio e sperimentazione delle Multicriteria Evaluation con nuovi indicatori, più articolati, per le analisi di connettività ed integrazione. Questi parametri concorrono a valutare i gradi di qualità urbana di un progetto di trasformazione e permettono un interpretazione grafica, sintetica ed intuitiva delle scelte, tramite Analytical Network Process. Simulazione di scenari urbani e territoriali LAQ-TIP ha messo a punto e sperimentato due strumenti principali per simulare la micro-dinamica di sistemi urbani e territoriali. Per micro-dinamica intendiamo la simulazione a partire dall azione delle parti che costituiscono i sistemi urbani e territoriali ed i cui comportamenti evolvono e mutano nel tempo. La loro identificazione non è univocamente data (Batty M. Cities and Complexity, MIT Press, 2005), è sinteticamente riconducibile o alle attività (antropiche / tropiche) o agli attori dei processi modellati e delle caratteristiche geografiche. Automi cellulari per la pianificazione strategica Il modello, la cui sperimentazione è cronologicamente anteriore, si basa sulla rappresentazione dei processi socio-economici, insediativi e pianificatori a diverse scale, alla scala macro, dei fattori esogeni, ed alla scala micro, delle attività antropiche (es. residenziale, industriale, commerciale, infrastrutture etc.) e tropiche dell uso dei suoli (es. arabile, pascolo, foresta, bacino etc.). I dati sulle attività antropiche e tropiche, elaborati a partire da basi dati GIS, sono rasterizzati su una griglia di 100 m di lato. La dinamica temporale è modellizzata tramite automi cellulari. A ciascuna cella (un ettaro) è associato un vettore che rappresenta destinazione d uso, accessibilità e zonizzazione. Questi valori sono normalizzati sulla scala 0 1 e rappresentano la capacità della cella-area di supportare una determinata attività o uso dei suoli. Un set di regole di transizione esprime un potenziale di attrazione (positivo o negativo) per ogni cella verso ciascuna attività ed uso. Il potenziale è calcolato sulla base dell idoneità, accessibilità, zonizzazione e vicinanza con altre attività/usi. Le regole di transizione sono applicate partendo dalla cella con il potenziale più elevato e procedendo, successivamente, con quelle a valori minori. La serie storica serve alla validazione delle regole di transizione. Il modello consente l inserimento di ipotesi progettuali alla grande scala, simulando il comportamento successivo del sistema territoriale. LAQ-TIP ha realizzato la principale sperimentazione del modello in collaborazione con lo Space Application Institute della Commissione Europea, su Contratto con la Provincia di Torino, con oggetto di studio la bassa Val di Susa. Nel corso della sperimentazione sono stati modellizzati quattro scenari, simulati su due decenni a venire. Simulazione per scenari bassa Val di Susa Scenario Dinamica Ordinaria bassa Val di Susa al

7 Micro-simulazione integrata attori-uso dei suoli-trasporti Il funzionamento del modello può sinteticamente essere riassunto in due aspetti salienti: 1. è alla micro-scala, gli elementi unitari della simulazione sono i singoli, rispettivamente famiglie, lavoratori, imprese, veicoli, lotti e fabbricati; 2. è integrato, dalla molteplicità degli attori e delle loro azioni ed interazioni emerge la dinamica nello spazio e nel tempo del sistema: famiglie e imprese decidono delle proprie attività e delle loro localizzazioni, gli operatori valutano ed investono in attività immobiliari, le pubbliche amministrazioni insediano servizi ed infrastrutture, deliberano ed applicano politiche e piani. La figura illustra la struttura del modello integrato. Il modello simula le decisioni ed i comportamenti localizzativi dei singoli attori (famiglie, imprese, lavoratori) e conseguentemente le dinamiche negli usi dei suoli e dei fabbricati, nei valori fondiari ed immobiliari (operatori immobiliari e costruttori). Le politiche dei decisori pubblici (governo in figura) sono attuate con la realizzazione di infrastrutture e servizi, con l attuazione di piani e norme. Gli interventi di governo interagiscono con le decisioni degli attori nel simulare la dinamica del sistema territoriale (processi urbani, ambiente e territorio), rispetto al: territorio, le decisioni localizzative di famiglie, imprese e lavoratori, investitori rispetto alle dinamiche delle destinazioni d uso e del mercato immobiliare; infrastrutture, la metodologia integrata permette di valutare, le esternalità incrociate positive (sui tre ambiti: economico, sociale e ambientale) e nel contempo quelle negative, agendo su tecnologie, modelli organizzativi e trasportistici, architetture territoriali e pattern insidiativi; ambiente, le dinamiche del territorio e delle infrastrutture sono poste in relazione con gli impatti ambientali al livello delle funzioni. Nel modello i comportamenti e decisioni dei singoli attori sono localizzati sulla griglia della rappresentazione del territorio e posti in relazione con le risorse naturali ed i componenti biofisici locali. LAQ-TIP ha in corso la sperimentazione di questo modello sull area metropolitana torinese (cfr. successivo Linee di ricerca per il Programma Scientifico LAQ ). E-learning per il progetto d'architettura Nell ambito dell e-learning LAQ-TIP ha intrapreso la ricerca orientata allo sviluppo e sperimentazione di un sistema informatico che guidi lo studente nella realizzazione di un progetto di architettura che evolve nella collaborazione distribuita, ad esempio tra diverse competenze e team in differenti sedi. Strumento della collaborazione è un sistema web, su Internet, che gestisce, condivide e memorizza i lavori dei singoli studenti, nei diversi stati di evoluzione del processo progettuale. Il sistema web implementa la Griglia di progetto interattiva dove le operazioni di progetto sono introdotte, istruite, guidate e corrette. Di fatto il sistema in Internet diviene il campo di interlocuzione tra docenti e studenti e tra studenti stessi, tra le diverse sedi che partecipano alla sperimentazioni progettuali condivise. Struttura del modello micro-simulazione Griglia on-line per l e-learning 7

8 La sperimentazione è volta, anche, ad indagare come metodologie e tecniche avanzate possano supportare ed innovare la pratica professionale, dove la collaborazione remota, particolarmente tramite Internet, è tuttora e sta divenendo sempre più una metodologia consolidata in progetti internazionali, cui collaborano team e competenze da diversi sedi. Nel quadriennio la ricerca sui modelli di trasferimento del sapere progettuale tramite tecnologie dell informazione e comunicazione è stata supportata e finanziata dal progetto Europeo Web-Based Intelligent Design Support (University Key Action, IST-10253). Nel biennio è stata sperimentata una nuova generazione del server, accessibile da Internet supportato e finanziato dal Ministero dell'istruzione, dell'università e della Ricerca con un Progetto di Ricerca di Interesse Nazionale. Cluster computer ad alte prestazioni Per l analisi, simulazione e visualizzazione in realtà virtuale, LAQ-TIP si è dotato di un cluster computer ad alte prestazioni di calcolo. Il cluster progettato e realizzato da LAQ-TIP è costituito da un numero di nodi variabili, nell attuale implementazione fino a sette, ciascuno con proprie capacità di elaborazione, connessi tra loro tramite reti ad alte prestazioni (in fibra ottica) con accesso anche ad un sistema condiviso di dischi ad alta velocità ed elevata capacità (storage). I cluster si differenziano dai super computer degli scorsi decenni per la maggiore flessibilità nelle applicazioni supportate ed economicità di esercizio. Il cluster del LAQ-TIP, oltre a pilotare il sistema di realtà virtuale interattiva nel Auditorium, è stato utilizzato per l analisi multidimensionale e modellizzazione della dinamica urbana e territoriale, per la simulazione di scenari urbani e territoriali, nella pratica di numerose ricerche e contratti, portati a termine dal Laboratorio. Ad inizio 2007 sono stati rinnovati i nodi computazionali del cluster, con lo stato dell arte nei sistemi di calcolo e grafici. Nel biennio è stato esteso il numero delle applicazioni supportate dal cluster, segnatamente integrando la simulazione dell'interazione tra materiali e luci e le proprietà acustiche per il progetto, micro-simulazione e generazione di scenari. Auditorium interattivo per la visualizzazione in realtà virtuale LAQ-TIP ha progettato e realizzato, anche tramite proprie tecnologie, una struttura di realtà virtuale, stereoscopica, immersiva ed interattiva. Se, in generale, per realtà virtuale è accettata la definizione di interfaccia uomo-macchina tramite la navigazione in ambienti simulati, la ricostruzione di ambienti reali o progettati, in luogo di realtà virtuale immersiva è intesa l esperienza sensoriale di coinvolgimento in uno spazio tridimensionale, tramite la percezione della profondità degli ambienti simulati. Schema cluster computing Realtà virtuale immersiva ed interattiva nell Auditorium 8

9 La struttura di realtà virtuale immersiva del LAQ-TIP è di grandi dimensioni, 900 x 400 cm. È ad altissima risoluzione, 4350 x 2048 pixel, per permettere un osservazione molto dettagliata. Inoltre, per garantire un elevata fedeltà cromatica, implementa innovative tecnologie digitali, oggetto di brevetto. Dimensioni e risoluzione fanno della struttura di realtà virtuale di LAQ-TIP una delle più importanti a livello accademico in Europa. L auditorium si può configurare in modo flessibile, combinando i diversi media per l analisi ed interazione in realtà virtuale immersiva di modelli tridimensionali e quadridimensionali, secondo le esigenze, ad esempio: per gruppi di lavoro (decision-room, media-room); presentazioni di ricerche a piccoli gruppi (10-20 persone); didattica avanzata (25 studenti per Dottorato); presentazioni estese o conferenze (fino a 80 persone). La struttura di realtà virtuale del LAQ-TIP, oltre che immersiva, è definita anche interattiva, perché specifiche ricerche sono state compiute su modalità di interazione particolarmente intuitive con gli ambienti simulati. Sono state studiate modalità d interazione peculiari alla simulazione di spazi architettonici ed urbani. Segnatamente per l interazione con il progetto urbano e territoriale, all interno del LAQ-TIP è stata messa a punto e sperimentata un interfaccia basata su una bicicletta, appositamente predisposta per il collegamento al cluster, quale medium per l esplorazione di scenari e progetti. Nel biennio , le possibilità dell auditorium sono state estese alla simulazione e restituzione anche delle proprietà acustiche dei modelli virtuali visualizzati. A questo fine il cluster computazionale supporta la simulazione in tempo reale dell acustica e piloterà in tempo reale il sistema audio a sette canali audio indipendenti, installato nel Decision-room locale (fino ad 80 persone) e remota Realtà virtuale immersiva ed interattiva: interfaccia tramite una bicicletta 9

10 Linee di ricerca per il Programma Scientifico LAQ Micro-simulazione integrata area metropolitana torinese Il progetto è l estensione e lo sviluppo della ricerca sulla simulazione intrapresa dal LAQ-TIP (cfr. Micro-simulazione integrata attori-uso dei suoli-trasporti). La ricerca ha l obiettivo di simulare la dinamica futura dell area metropolitana torinese, inserita nella rete delle aree metropolitane di più diretta relazione (es. Milano, Genova, Lione), in una scala temporale di due, tre decenni. Lo scopo è analizzare non solo gli esiti, ma i processi, ad esempio fornendo riscontri quantitativi e qualitativi a differenti ipotesi ed obiettivi. Ulteriore obiettivo è sperimentare la simulazione come metodo e strumento per gestire le incertezze, intrinseche ai processi di decisione, ai piani e alle politiche territoriali nell area metropolitana per estensioni temporali medio-lunghe. Il modello integrato simula le decisioni ed i comportamenti localizzativi dei singoli attori (famiglie, imprese, lavoratori) e conseguentemente le dinamiche negli usi dei suoli e dei fabbricati, nei valori fondiari ed immobiliari (operatori immobiliari e costruttori). Le politiche dei decisori pubblici (governo in figura) sono attuate con la realizzazione di infrastrutture e servizi, con l attuazione di piani e norme. Gli interventi di governo interagiscono con le decisioni degli attori nel simulare la dinamica del sistema territoriale (processi urbani, ambiente e territorio), rispetto al territorio, come decisioni localizzative, alle infrastrutture, all ambiente. Tra le finalità esplicite, che ci siamo dati, la simulazione integrata intende proporsi anche come strumento a supporto delle decisioni: dovrebbe permettere di porre a diretto confronto diversi, molteplici scenari di sviluppo del territorio ed organizzazione dei trasporti. Verificando il modo in cui si modificano le traiettorie di sviluppo riferite a grandezze significative, consente di orientare le azioni di governo delle trasformazioni territoriali e le decisioni di investimento in maniera coerente rispetto ad obiettivi generali assunti come guida, ma contemporaneamente consente di verificare scostamenti e contraddizioni e quindi innescare un processo di apprendimento allargato all insieme dei soggetti coinvolti. Il progetto è finanziato dal Progetto Lagrange, dal Comune di Torino, Assessorato all'urbanistica, all Edilizia privata e al Patrimonio e Assessorato al Decentramento e all'area metropolitana. Collaborano Provincia di Torino, Torino Internazionale, CSI Piemonte, Agenzia per la Mobilità e Institut d'amenagement et d'urbanisme de la Région d'ile de France, Netherlands Environmental Assessment Agency Spatial Analysis. La ricerca è giunta ad un importante punto di svolta: conclusa la fase, particolarmente impegnativa, di acquisizione ed elaborazione dei dati, trattandosi di un modello alla microscala. Contestualmente, stiamo intraprendendo le fasi conclusive della ricerca che intendono proporre la simulazione come strumento operativo. Queste fasi sono costituite dalla calibrazione del modello e dalla validazione del modello stesso. Estensione area metropolitana Struttura del modello 10

11 Il progetto di ricerca è strutturato in sotto-progetti, secondo un articolazione disciplinare che trova riscontro, anche, nell organizzazione modulare del sistema di simulazione. Il sistema implementa cinque sotto-modelli: Modello Demografico Il sotto-modello simula nascite e decessi nella popolazione. La composizione della popolazione totale è un fattore esogeno che può essere ulteriormente articolato secondo reddito, età, dimensione del nucleo familiare etc. Esiti della simulazione Modello Transizione economica Il sotto-modello transizione economica simula la creazione e perdita di posti di lavoro. La composizione complessiva del mercato del lavoro è un fattore esogeno, eventualmente articolabile per distribuzione e settori. Modello Mobilità e localizzazione Il modulo della mobilità dei nuclei familiari e quello della mobilità dei lavoratori simulano la propensione individuale a rilocalizzarsi sulla base di serie storiche. Il modulo di scelta della localizzazione per i nuclei familiari simula in comportamento localizzativi tra possibili scelte alternative tramite un modello logit multinomiale, calibrato tramite l osservazione di pattern di scelta per composizione e caratteristiche del singolo nucleo. Le variabili prese in esame sono le caratteristiche delle nuove localizzazioni e del loro diretto intorno (prezzo, densità ed età dell immobile), del loro circondario (destinazioni d uso predominanti, densità, valore medio immobiliare) e delle modalità di accessibilità. Il modulo di scelta della localizzazione per i lavoratori si basa anch esso su un modello logit multinomiale. Le variabili sono le caratteristiche immobiliari del fabbricato e del suo intorno (valore, tipo di spazi, densità ed età), del circondario (valore immobiliare medio, destinazioni d uso e attività) e delle modalità di accessibilità. Modello Dinamica del mercato immobiliare Il modulo simula le scelte di promotori e costruttori sul cosa e dove edificare o ristrutturare. Ogni anno il modello crea un elenco di possibili interventi (secondo diversi tipi di sviluppo), compresa l opzione di non intervenire. Le variabili prese in esame per ciascun lotto/fabbricato sono le caratteristiche del suo intorno (stato attuale, vincoli normativi, potenziali di crescita di valore), caratteristiche dello specifico lotto/fabbricato (accessibilità, attuale valore e stima del valore atteso). Destinazioni residenzali nello scenario Dinamica ordinaria Destinazioni commerciali nello scenario Dinamica ordinaria Modello Trasporti Il modulo dei trasporti analizza in funzionamento delle reti; tramite una rappresentazione disaggregata tra mobilità pubblica e privata. Il modello computa i tempi di trasporto e le accessibilità in funzione della domanda, dei flussi e dei collegamenti. Pricescape: rappresentazione dei valori immobiliari 11

12 Costruzione ed analisi di scenari La ricerca sperimenta metodi per costruire, analizzare ed evidenziare le incertezze intrinseche a piani e decisioni nei sistemi urbani e territoriali. Per affrontare le incertezze di medio e lungo periodo la ricerca propone come metodologia la costruzione di scenari: lo scopo non è simulare il futuro più plausibile, in un contesto globale e locale sempre più dinamico (ed incerto), bensì un multiforme novero di alternative. Le dinamiche economiche, sociali e ambientali globali e di lungo periodo sono simulate tramite modelli globali, oggetto di sperimentazioni internazionali condotte dall International Institute for Applied Systems Analysis, Austria, e dalla RAND, USA. I futuri simulati con questi modelli globali sono dell ordine delle migliaia, con un equivalente numero di micro-simulazioni alla scala metropolitana. L approccio è applicare i computer per evidenziare nei futuri simulati delle strategie affidabili. Il cluster computing del Laboratorio in 24 ore di elaborazione realizza una cinquantina di differenti macro- e micro-simulazioni dell intera area metropolitana nei prossimi tre decenni. Per ricondurre l enorme massa di dati, generata dalla simulazione di migliaia di alternative future, ad informazioni utili a decisori e ai cittadini, il Laboratorio applica le tecnologie interattive della realtà virtuale. Tramite gli strumenti di visualizzazione scientifica il LAQ rappresenta sinteticamente i possibili futuri simulati, evidenziando le transizioni più rilevanti tra alternative future ed il confronto delle conseguenze potenziali, commisurate a differenti contesti prossimi. La figura illustra i possibili esiti della simulazione per due scenari venturi, rispettivamente Dinamica ordinaria (la proiezione delle attuali dinamiche economiche, sociali e ambientali) e Protocollo di Kyoto (ovvero l adozione dei parametri ambientali previsti dal Trattato). Sono stati simulati centinaia di scenari e loro combinazioni, facendo variare combinatorialmente le incertezze, intrinseche a differenti probabilità rispettivamente nella sensitività ambientale, nell irreversibilità dei cambiamenti e nell impatto ambientale delle tecnologie. Ad esempio è simulato l emerge in futuro di tecnologie energetiche innovative, e le possibili alternative per i loro costi di adozione ed per il loro impatto sull ambiente. La figura permette ai decisori di rapportare prestazioni ed esiti tra differenti strategie. Nel grafico, il poligono in rosso, nell angolo inferiore, rappresenta l insensibilità dell ambiente all inquinamento e tecnologie ad impatto ambientale invariato rispetto all attuale. Il poligono porpora, nell angolo superiore, rappresenta l elevata sensibilità dell ambiente all inquinamento e nuove tecnologie con minore impatto ambientale. Il poligono verde rappresenta lo spazio delle decisioni-strategie con esiti migliori, rispetto a quelle dei singoli scenari. Inoltre le decisioni evidenziate dall area verde sono più robuste verso una gamma più estesa ed eterogenea di incertezze. Rappresentazione di alternative future Rappresentazione dei possibili esiti della simulazione per due scenari: Dinamica ordinaria e Protocollo di Kyoto Sito web per l interazione con gli scenari 12

13 La ricerca ha lo scopo di verificare se è possibile analizzare ed evidenziare aree di decisioni-strategie o più sensibili a certi assunti o con maggiore stabilità-affidabilità. Riteniamo che queste aree siano rilevanti per le decisioni, evidenziando i fattori di maggiore criticità. La ricerca li studia e proporre strumenti operativi per definire strategie adattive, evolutive che i decisori possano utilizzare per gestire le incertezze in divenire, intrinseche a reali processi decisionali. La ricerca è svolta in collaborazione con Institute for Scientific Interchange Foundation. Progetto e pianificazione basata sulla conoscenza La ricerca ha l obiettivo di sperimentare metodi e strumenti per supportare la progettazione tramite la rappresentazione formale della conoscenza (Knowledge-Based Design, KBD). Il Laboratorio sta procedendo in parallelo nella: formalizzazione della conoscenza in un linguaggio prossimo a quello naturale, tramite le ontologie informatiche. Il tema è il social housing, segnatamente su innovative tipologie d intervento che coniughino residenza con altre attività e destinazioni. La scala è riconducibile ai PEC/PRIU/PEEP/PRUSST. nello sviluppo del sistema generativo che interpeta le ontologie e produce delle rappresentazioni morfologiche, progettuali. Il sistema si propone come strumento operativo per assistere la progettazione, particolarmente nelle fasi iniziali, perché può generare un universo di soluzioni progettuali, conformi alla base di conoscenza e nel contempo a criteri definiti dal progettista, quali valutazioni economiche e finanziarie di piani e interventi, valutazioni socio-economiche, normativa nazionali/europee, risparmio energetico e sostenibilità ambientale, sviluppo sostenibile e responsabilità sociale, integrazione sociale, rinnovamento urbano. La ricerca è finanziata dal Ministero dell'istruzione, dell'università e della Ricerca con un Progetto di Ricerca di Interesse Nazionale, dall Agenzia Territoriale per la Casa e dal progetto Europeo COST Semantic enrichment of 3D city models for sustainable urban development. Sistema per generare gli spazi del problema progettuale interpretando le ontologie sul progetto Analisi e rappresentazione dello spazio delle soluzioni progettuali generate 13

14 Visualizzazione scientifica Lo scopo della ricerca è definire le metodologie e gli strumenti per elaborare in modelli virtuali grandi quantità di dati, ottenute da rilevamento o da simulazione, per evidenziare le relazioni, interazioni e retroazioni tra le variabili. Ad esempio tutti gli scenari con esiti analoghi sono rappresentati con uno stesso colore, così interrelazioni complesse nel fenomeno divengono percepibili e analizzabili. Nell auditorium di realtà virtuale interattiva divengono visibili fenomeni e dinamiche, altrimenti difficilmente studiabili. Gli esiti di ricerche urbane e territoriali diventano facilmente comprensibili anche per un pubblico di non addetti ai lavori. Storicamente la pianificazione ha fatto esteso ricorso a rappresentazioni bidimensionali, la zonizzazione ed il piano regolatore sono paradigmatici. La visualizzazione scientifica permette di osservare i fenomeni nella loro dinamica spaziotemporale: la terza dimensione, la verticalità della città contemporanea, dove molte funzioni diverse sono sovrapposte nello stesso fabbricato; e la quarta dimensione, cioè il tempo, ad esempio il vivere un luogo come ricchezza di molteplicità e variazioni nell arco di una giornata, di un mese, di un anno o di un secolo. La visualizzazione scientifica è strumento di studio e scoperta delle dimensioni intuibili, ma non palesi del territorio. La visualizzazione è, anche, strumento per porre in relazione funzioni del territorio non così evidenti come, invece, la sua morfologia. Questo contributo della visualizzazione al progetto e pianificazione è rilevante, perché sovente si tende a far coincidere la condizione del territorio essenzialmente con quella dei suoi elementi fisici. Probabilmente il contributo più rilevante, che la visualizzazione scientifica può dare allo studio della città e territorio, è metodologico: la rappresentazione dei fenomeni diviene ausilio alla validazione, perché, noti i criteri e modalità di generazione, offre un linguaggio intuitivo per confrontare gli esiti. Visualizzazione e simulazione a supporto di piani, programmi e progetti urbani Il Laboratorio intende promuovere la simulazione a supporto di piani, programmi e progetti urbani e loro analisi presso gli Enti locali, particolarmente proponendo venga recepita negli indirizzi operativi, ad esempio in analogia al provvedimento nel Del.G.R , in materia di VAS di piani e programmi. Il Laboratorio potrebbe proporre alcune delle metodologie e tecnologie, fin qui sperimentate, a supporto dell analisi, in termini di qualità, anche morfologica, delle opere e degli spazi pubblici, realizzati insieme alle trasformazioni. Le metodologie e tecnologie sono peculiari dei tre assi della ricerca e sperimentazione al LAQ-TIP: sperimentazione, verificare sperimentalmente gli effetti alla scala regionale, metropolitana, urbana e locale di trasformazioni in progetto, esplorando tramite le metodologie e tecnologie di simulazione le alternative di progetto e mostrando gli esiti. Tra queste metodologie proponiamo Analisi multi-dimensionale e modellizzazione della dinamica Visualizzazione della simulazione microclimatica per edifici alti Dinamica spazio-temporale dell attività antropica nell area Spina2 14

15 urbana e territoriale, Entropia, Mixité, Paesaggi temporali Micro-simulazione integrata e Sintassi dello spazio. comunicazione, facilitare la comunicazione con tecnici, decisori e cittadini delle scelte di progetto o di piano. Per superari i limiti usuali alle rappresentazioni di opere (rendering e video, sovente finalizzati alla persuasione ed asserzione, più che all analisi e comunicazione), LAQ-TIP può formalizzare le metodologie orientate ad integrare la rappresentazione delle condizioni presenti e del cambiamento progettato/pianificato, eventualmente evidenziando la pluralità, il confronto dei punti di vista sulle modificazioni, favorendo la partecipazione informata. Il Laboratorio potrebbe elaborare le norme e linee guida, codificate dall ISO 9000 e seguenti, orientandole e finalizzandole alla gestione e qualità dei processi di analisi e comunicazione di opere e spazi pubblici. Gli Enti locali potrebbero recepirle nei propri indirizzi. innovazione, promuovere l integrazione nei provvedimenti locali delle metodologie e tecniche, sviluppate e sperimentate dal Laboratorio, di simulazione morfologica e di analisi della qualità degli spazi pubblici, volte a tradurre il divenire della capacità di studio in supporto legislativo e normativo. Analisi della visibilità sul complesso Ospedaliero Molinette 15

16 LABORATORIO DI ALTA QUALITÀ PROGETTO TERRITORIALE INTEGRATO DIPARTIMENTO DI PROGETTAZIONE ARCHITETTONICA E DISEGNO INDUSTRIALE DIPARTIMENTO INTERATENEO TERRITORIO POLITECNICO DI TORINO Responsabile Scientifico: Prof.ssa BAZZANELLA Liliana (DIPRADI) Direttore Tecnico: Prof. CANEPARO Luca (DIPRADI) Giunta: Prof.ssa BAZZANELLA Liliana (DIPRADI), Prof. CANEPARO Luca (DIPRADI), Prof. CORSICO Franco (SiTI), Prof. MOTTA Giancarlo (DIPRADI), Prof.ssa SPAZIANTE Agata (DITER) Consiglio Scientifico: Prof.ssa BAZZANELLA Liliana (DIPRADI), Prof. CANEPARO Luca (DIPRADI), Prof. CORSICO Franco (SiTI), Prof. DEROSSI Antonio (DIPRADI), Prof. GIAMMARCO Carlo (DIPRADI), Dott.ssa GRIFFA Silvana (CSI- Piemonte), Prof. JANIN RIVOLIN Umberto (DITER), Prof. LATTES Franco (DIPRADI), Prof. MOTTA Giancarlo (DIPRADI), Prof. PALMA Riccardo (DIPRADI), Prof. ROBIGLIO Matteo (DIPRADI), Prof.ssa SPAZIANTE Agata (DITER), Prof. VICO Franco (DITER) Collaboratori alle ricerche: Arch. COLLO Mattia (Borsa di Ricerca Lagrange, PhD, DIPRADI), Arch. Marilena Gai (Borsa di Ricerca Lagrange, DIPRADI), Arch. GUERRA Francesco (Assegno di Ricerca, PhD, DIPRADI), Arch. MASALA Elena (Assegno di Ricerca SiTI, PhD, DIPRADI), Dott. MONTUORI Alfonso (Tecnico laureato, PhD, DIPRADI), Arch. PENSA Stefano (Dottorando, DIPRADI), Arch. ROCCASALVA Giuseppe (Assegno di Ricerca SiTI, Dottorando, DIPRADI).