Il BIM e la performance energetica

Durante la CoP26 di Glasgow, i leader mondiali hanno ribadito la necessità di dimezzare le emissioni nel prossimo decennio e raggiungere lo zero emissioni nette di carbonio entro la metà del secolo per limitare l’aumento della temperatura globale a 1,5 gradi. Il risultato di questa politica sta portando alla realizzazione di nuovi edifici con prestazioni molto elevate, ma c’è una forte necessità di migliorare le prestazioni energetiche del parco edilizio esistente per diminuire l’alto impatto che gli edifici hanno sulla produzione di CO₂ e quindi sui cambiamenti climatici. L’integrazione del BIM (Building Information Modeling) nelle politiche nazionali sui cambiamenti climatici e sull’energia è necessaria e impegnativa, poiché molti di questi edifici mancano di informazioni affidabili, che il BIM può aiutare a generare, scambiare e, soprattutto, archiviare in modo che possano essere utilizzate in futuro indipendentemente dal software che le ha generate. L’uso di standard aperti non è quindi un’opzione ma un obbligo. Vediamo dunque nel dettaglio come il BIM può contribuire al miglioramento della performance energetica in ciascuna fase del ciclo di vita di un edificio.

BIM: processo di modellazione delle condizioni esistenti

In fase di pre-progettazione, è fondamentale raccogliere tutte le informazioni relative alle condizioni esistenti nonché tutti i documenti relativi alle autorizzazioni dell’autorità regolatrice, agli interventi precedenti, all’eventuale cambio d’uso, alle bollette energetiche degli ultimi tre-cinque anni, e tutte le informazioni utili per valutare al meglio la strategia di riqualificazione.

Le piante e i prospetti di un progetto architettonico, archiviati dagli uffici delle autorità regolatorie, sono, molto spesso, diversi dalla geometria effettiva dell’edificio, soprattutto se l’edificio ha diversi decenni o addirittura secoli. Ma, oltre a ciò, è normale che un edificio esistente abbia problemi di manutenzione, ed è meglio finalizzare l’uso del BIM per la gestione e manutenzione fin dall’inizio, per sfruttare tutti i vantaggi dell’uso del BIM in ciascuna delle fasi successive. Ecco perché il rilievo dell’edificio reale è sempre necessario per avere un modello digitale affidabile.

Solitamente, in questa fase, che è solo preparatoria, le istituzioni finanziarie e/o le ESCo non sono ancora coinvolte. Viceversa, è fondamentale che, sin dall’inizio, il modello sia condiviso tra tutti gli attori per considerare i diversi punti di vista e prendere decisioni informate.

Lo standard COBie viene utilizzato per fornire un modello uniforme sotto forma di un catalogo con tutti i dati di prodotto utilizzati e che hanno bisogno di essere gestiti e manutenuti.

Questo formato viene utilizzato principalmente per rappresentare correttamente la tecnologia specifica del produttore e, quindi, integra le informazioni esistenti nel modello ifc.

Tutte le informazioni raccolte vengono scambiate con l’architetto. Il primo passo sarà la verifica della completezza e correttezza della documentazione per la predisposizione dell’Asset Information Model (AIM). In caso di incompletezza, sarà necessario un aggiornamento tramite l’utilizzo di strumenti come laser scanner, droni, fotogrammetria, ecc. per costruire un modello affidabile.

L’AIM conterrà:

– informazioni geometriche e alfanumeriche necessarie o richieste

– il collegamento alle informazioni esistenti relative a:

• sottostruttura
• involucro edilizio (superfici sia opache che trasparenti)
• interni
• servizi esistenti
• attrezzature
• lavori di cantiere

Una volta che l’AIM è pronto, può essere condiviso in un Common Data Environment (CDE) per scambiare le informazioni con gli altri attori del processo.

Il consulente BEM, che potrebbe essere lo stesso architetto, potrà, a questo punto, integrare eventuali carenze di informazioni, anche con il supporto di un esperto di analisi energetiche e ambientali, (ad esempio sulle caratteristiche termofisiche dell’edificio e/o sull’impianto HVAC, sulla produzione di fluidi caldi e freddi) ed eseguire uno studio di fattibilità preliminare.

Sarebbe molto importante stabilire, sin da questa prima fase, la procedura per l’acquisizione di tutti i dati. Ad esempio, buildingSMART international fornisce un servizio chiamato buildingSMART Data Dictionary (bSDD) che permette di costruire un database di proprietà specifiche che possono essere legate a elementi analoghi in domini diversi, in lingue diverse e soprattutto collegate a proprietà ifc. Sarebbe quindi molto utile per gli architetti che si occupano di beni storici, utilizzare questo servizio per creare un formato “standardizzato” per raccogliere queste informazioni ogni volta che si occupano di tali edifici. Ciò significa che ogni volta che si renda necessario utilizzare la stessa proprietà, un semplice collegamento permanente richiamerà tali proprietà.

Con le informazioni raccolte, il consulente BEM può eseguire una prima “simulazione ante operam calibrata” e valutare l’attuale comportamento energetico e ambientale dell’edificio. Poi proporrà interventi per aumentare le prestazioni energetiche e quindi eseguirà una seconda “simulazione post operam”. Se il risultato è soddisfacente l’architetto verificherà se gli interventi sono idonei (e compatibili nel caso di edificio vincolato) dal punto di vista architettonico o di restauro ed elaborerà l’Asset Information Model (AIM) preliminare, mentre l’ingegnere MEP verificherà se la soluzione è adeguata dal punto di vista tecnico. Tutte le osservazioni verranno riportate, come commenti all’AIM, utilizzando il BIM Collaboration Format (BCF).

È da notare che la fase di analisi, fino al modello ante operam calibrato, è l’operazione più lunga e probabilmente costosa. Inoltre, lo sforzo aumenta a seconda della complessità dell’edificio. Ad esempio, gli edifici storici richiedono una documentazione aggiuntiva sulle analisi storiche e architettoniche necessarie per caratterizzare le prestazioni energetiche e ambientali dell’edificio. Queste onerose operazioni sono ben ripagate nelle fasi successive che saranno più rapide, meno onerose e forniranno risultati migliori con meno incertezze.

BIM: processo di progettazione preliminare

Se è stata eseguita un’analisi della condizione esistente di alta qualità, gli attori coinvolti nella progettazione preliminare avranno tutti gli strumenti a loro disposizione per eseguire la progettazione preliminare più velocemente e meglio. Tuttavia, in questa fase è importante impostare la “strategia” per gli utilizzi futuri del modello.

I diversi “usi del BIM” devono essere concordati con il proprietario ed essere descritti nel piano di esecuzione del BIM.

In questa fase è importante organizzare le informazioni relative all’impianto HVAC, ai suoi servizi ausiliari e ai suoi sistemi di monitoraggio e controllo (ma in generale di tutti i sistemi che comportano un consumo energetico) in modo che possano essere consegnate al proprietario/facility manager in un formato aperto per poterle gestire con qualsiasi software futuro. A tal fine, potrebbe essere utilizzato lo standard COBie.

Processo di progettazione definitiva

Questa fase è sempre più integrata con la progettazione definitiva. Il motivo è che l’AIM delle condizioni esistenti è già stato sviluppato e gli interventi sull’involucro e/o sugli impianti è già stato definito nella progettazione preliminare. Ora devono essere dimensionati per ottenere le migliori prestazioni con la migliore soluzione economica. La differenza sostanziale tra la progettazione esecutiva e quella definitiva è l’uso di una libreria BIM generica in questa fase e lo sviluppo della libreria BIM dei prodotti reali che verranno utilizzati per la fase di costruzione, nella progettazione esecutiva. Tuttavia, è importante affinare il common data environment, le regole per l’accesso alle informazioni da parte dei diversi attori e definire gli standard che verranno utilizzati per la libreria BIM e la gestione dell’edificio.

Il BIM collaborative format (BCF) faciliterà la comunicazione in modo tale che la maggior parte dei problemi sarà risolta in una fase iniziale quando qualsiasi variazione è ancora possibile con poco sforzo. Diverse soluzioni possono essere valutate dal punto di vista dell’architetto, del BEM consultant, della ESCo, del proprietario, grazie a software di simulazione che forniscono la “realtà virtuale” delle soluzioni applicabili.

L’AIM sarà aggiornato e integrato con il database con la descrizione dei prodotti che verranno utilizzati.

Processo di progettazione esecutiva

Durante la fase di progettazione esecutiva vengono prese tutte le decisioni finali per garantire le migliori prestazioni con i prodotti disponibili. Il ruolo principale dei diversi attori sarà la realizzazione del modello dell’edificio così come sarà dopo la costruzione. Tutte le informazioni relative ai prodotti previsti nella costruzione verranno caricate nel CDE, il modello sarà collegato ad ogni oggetto BIM caricato nella libreria. La connessione tra il modello geometrico e gli oggetti BIM rimarrà connessa in modo tale che ogni variazione del prodotto utilizzato, sarà sempre registrata e verrà utilizzata per definire la classe energetica dell’edificio dopo la riqualificazione. Il documento finale con la classe energetica verificata sarà presentato all’autorità di regolazione per l’approvazione finale insieme al progetto esecutivo.

L’AIM verrà aggiornato e ogni oggetto BIM sarà collegato agli elementi della tabella COBie.

BIM: processo di costruzione

Nel processo di costruzione tradizionale, la perdita di informazioni raggiunge il suo livello più alto. Il costruttore, che non è stato coinvolto nelle fasi precedenti, solitamente riceve dei disegni che interpreta secondo la propria esperienza. In un processo BIM, il costruttore deve sia eseguire la riqualificazione, così come è stata ideata dal team del proprietario e/o dalla ESCo, sia trasferire le informazioni di quanto fatto, al proprietario, per aggiornare il modello BIM. Il modello integrato, quando interfacciato con il sistema di monitoraggio, costituirà il gemello digitale dell’edificio pronto per qualsiasi utilizzo futuro.

È importante, quindi, che il team del proprietario fornisca al costruttore l’accesso al CDE e sia pronto a fornire qualsiasi spiegazione relativa alle decisioni prese. Il costruttore deve essere un esperto in BIM e utilizzerà il modello per fornire la tempistica e la distribuzione dei costi nel tempo (BIM 4D e BIM 5D).

Utilizzerà il modello anche per definire la planimetria del cantiere e verificare preventivamente l’accessibilità all’edificio con le attrezzature necessarie per eseguire i lavori di riqualificazione.

Anche gli installatori hanno un ruolo molto importante in quanto devono leggere il modello e aggiornare le informazioni relative a qualsiasi altra informazione successiva, come la durata delle garanzie, le istruzioni per la manutenzione e lo smaltimento ed eventuali requisiti di accessibilità agli impianti.

Processo di gestione e manutenzione

La gestione e manutenzione è il processo in cui tutti gli errori delle fasi precedenti potrebbero portare a raddoppiare il consumo di energia o anche di più. Il monitoraggio delle prestazioni energetiche è fondamentale per tenere sotto controllo i valori previsti. È inoltre importante capire se l’eventuale aumento dei consumi è dovuto allo scorretto comportamento degli occupanti o al cattivo funzionamento degli impianti. Questo è il motivo per cui l’ingegnere MEP deve progettare il sistema di monitoraggio con diversi sensori che controllano i comportamenti sia dell’uomo che dei sistemi installati.

Un corretto monitoraggio e gestione sono essenziali per:

• diminuire l’uso di risorse naturali
• diminuire il costo di utilizzo delle strutture
• garantire il giusto comfort per la salute degli abitanti
• intervenire sul sistema installato non appena si verifica un malfunzionamento

Conclusioni

Ciò che è importante sottolineare per ciascuno dei processi sopra descritti, è che gli standard, quando concordati sin dall’inizio con i diversi attori:

• facilitano la comunicazione tra i diversi attori
• garantiscono la coerenza dei dati durante l’intero ciclo di vita dell’edificio
• garantiscono la leggibilità dei dati in futuro da parte di chiunque ne abbia bisogno
• consentono l’implementazione del gemello digitale dell’edificio per il controllo e la gestione da remoto
• semplificano e riducono i costi operativi e di gestione

Quando il BIM sarà completamente integrato in tutti i processi compreso quello autorizzativo, altri vantaggi saranno:

• velocizzare il processo di autorizzazione
• facilitare la certificazione, tramite blockchain, dell’autenticità di qualsiasi permesso e contratto in formato digitale
• avere l’archiviazione centralizzata del progetto dell’edificio per altri usi, come l’identificazione di distretti energetici da realizzare, o l’ottimizzazione del trasporto pubblico, ecc.
• dati strategici accessibili per prendere decisioni o intervenire in caso di disastri naturali e incidenti causati dall’uomo
• progettazione con principi del ciclo chiuso, ovvero poter riutilizzare o riciclare tutti i prodotti utilizzati nella costruzione e/o riqualificazione dell’edificio

La digitalizzazione del settore edilizio è in continua crescita, producendo standard che non solo faciliteranno lo scambio di informazioni in un ambiente collaborativo, ma consentiranno anche nuovi modi di concepire gli edifici. Gli edifici sono “corpi viventi” e devono essere curati come un essere umano e, come un essere umano, più invecchiano e più hanno bisogno di essere curati. Le norme forniscono gli strumenti per prendersi cura dei nostri edifici lungo il loro ciclo di vita fino alla loro “destinazione finale”, ovvero la dismissione cercando di ridurre il più possibile l’impatto ambientale, o la continua conservazione nel caso di edifici storici vincolati.

Molti standard sono già pubblicati, altri sono in fase di sviluppo ma ancora pochissimi ingegneri e architetti li utilizzano. La ragione è sia la resistenza al cambiamento che la mancanza di conoscenza. La community buildingSMART è un contesto aperto in cui tutti i professionisti possono accrescere le proprie competenze e contribuire alla definizione di standard che consentiranno loro di lavorare meglio, più velocemente e contribuire a costruire un patrimonio edilizio a energia zero entro il 2050.