Il BIM motore per smart building e smart city - Energyup

Smart city

Il BIM motore per smart building e smart city

Il Building Information Modeling coinvolge molti soggetti: committente, società di progettazione e di servizi, imprese di costruzioni, produttori di materiali e componenti, società di gestione immobiliare, organismi di valutazione della conformità, secondo quanto elenca la UNI-PDR 74/2019.

25 Feb 2021

Stefano Iadeluca

Gestione Aziendale, Alta formazione industria 4.0, RSPP, Formatore per la sicurezza, QHSE Manager, Auditor

“Il cliente ha sempre ragione!”. Per ‘cliente’ s’intende qualsiasi portatore d’interesse e in questo senso, i ‘clienti’ del BIM (Building Information Modeling) sono tanti: committente; società di progettazione e di servizi; imprese di costruzioni; produttori di materiali e componenti; società di gestione immobiliare; organismi di valutazione della conformità, secondo quanto elenca la prassi di riferimento, UNI-PDR 74/2019 Sistema di Gestione BIM – Requisiti. La metodologia di gestione dei progetti e dei programmi digitalmente attuata attraverso il BIM aiuta a dare voce a tutti questi clienti innescando un processo per il controllo del ciclo di vita del bene: progettazione, costruzione, gestione ed eventuale dismissione.

La norma considera il cespite immobile ma la metodologia BIM potrebbe essere applicata a una infrastruttura, un territorio o un prodotto qualsiasi. Il dibattito è in corso, si parla infatti di smart building, smart city, sostenibilità e transizione energetica, ma si tratta di lati diversi della stessa medaglia perché il minimo comune denominatore è la modellazione informativa dei dati (ovvero il BIM).

I vari livelli di maturità dei progetti BIM

Secondo bBiblusBIM, il Regno Unito è il primo in Europa e tra i principali paesi al mondo con la maggior diffusione di progetti BIM nel settore Architecture Engineering Construction. A dare una spinta all’utilizzo del BIM è stata la necessità di reagire alla crisi del comparto seguita alla crisi del 2008, con soluzioni in linea con la crescente domanda di sostenibilità economica ed ambientale, con l’ottimizzazione dei processi e della gestione del ciclo di vita di un edificio, attraverso l’utilizzo di soluzioni tecnologiche ed una maggiore consapevolezza dei cambiamenti climatici, oltre al negativo impatto ecologico dei sistemi costruttivi obsoleti.

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In questo senso l’indicazione del grado di maturità dei relativi progetti è interessante perché segnala le differenti caratteristiche che devono avere per raggiungere l’obiettivo di gestire l’intero ciclo di vita dell’edifico, ed in generale del bene costruito.

Livelli di maturità del BIM (bBLusBIM)

La distribuzione della frequenza di progetti BIM indica quali sono le potenziali applicazioni.

Distribuzione delle applicazioni del BIM (Kreider, R.Messner, J. & Dubler, C., 2013)

In Italia, nel 2017 il Ministero delle Infrastrutture e dei trasporti, con il decreto n.560 del 01 dicembre 2017, ha definito modalità e tempi per la progressiva introduzione – da parte delle stazioni appaltanti, delle amministrazioni concedenti e degli operatori economici – dell’obbligo di utilizzo di metodi e strumenti elettronici specifici, come la modellazione informativa per l’edilizia e le infrastrutture, nelle fasi di progettazione, costruzione e gestione delle opere inclusa la dismissione. Il decreto prescrive la definizione di un ambiente di condivisione dei dati, la definizione del Piano di gestione informativa (art. 2) e la definizione dei criteri di interoperabilità (art 4).

Il concetto di “collaborabilità” nel BIM

Lo sviluppo del BIM implica la collaborazione di molte individualità con diverse competenze e capacità. Questo aspetto interessa le persone all’interno delle proprie dinamiche organizzative, ma anche la comunicazione e l’architettura dei dati della modellazione, consultabili da organizzazioni, enti ed istituzioni interessate al progetto.

La prassi, come abbiamo visto, esplicita obiettivi di interoperabilità che significa “Capacità di due o più sistemi, reti, mezzi, applicazioni o componenti di scambiare informazioni tra loro e di essere poi in grado di utilizzarle…prevenendo gli effetti indesiderabili della frammentazione”, secondo Treccani.

L’integrazione di queste parole, collaborazione ed interoperabilità, anche solo per inventare un neologismo – “la collaborabilità appunto – può essere un modo pratico per focalizzare nuovi scenari e paradigmi ma, soprattutto, per riflettere sui risultati che la dottrina stessa delinea (rif. BIM Level 3).

La digitalizzazione nelle costruzioni

Nel settore delle costruzioni, la digitalizzazione ha introdotto significative trasformazioni, tra cui: la gestione delle risorse umane; il disegno assistito dal computer; la partecipazione alle gare di appalto, ormai partecipate su piattaforme digitali; la contabilità dei lavori con software dedicati; l’integrazione dei processi di approvvigionamento ed impiego dei materiali, di pianificazione finanziaria, fatturazione e bilancio anche gestite con software del tipo Enterprise Resource Planning; l’introduzione della tecnologia CAD (Computer-Aided Design) – CAM (Computer-Aided Manufacturing), insostituibile nelle aziende che producono carpenteria metallica.

Ora è il momento del BIM – il cui cuore pulsante è il Common Data Environment (CDE) – necessario per raccogliere, archiviare ed organizzare dati ed elaborare le conseguenti informazioni. Il suo funzionamento logico è illustrato dallo standard UNI 11337-1 Edilizia e opere di ingegneria civile – Gestione digitale dei processi informativi delle costruzioni – Parte 1: Modelli, elaborati e oggetti informativi per prodotti e processi.

Processo informativo delle costruzioni (UNI EN 11337-1)

Negli edifici di nuova realizzazione, la combinazione e la scelta dei materiali, delle tecnologie di costruzione, delle fonti energetiche, del loro controllo e della regolazione portano notevoli benefici in termini di sostenibilità e comfort abitativo. L’approccio Smart, inoltre, impatta direttamente sul risparmio energetico in termini di efficiente utilizzo delle fonti di energia, consumate dagli apparati, dagli impianti e indirettamente dal manufatto stesso. Viceversa, negli edifici obsoleti, questa scelta di materiali, tecnologie di costruzione e spesso delle fonti energetiche e della loro regolazione viene meno.

Il Rapporto annuale sulla Certificazione Energetica degli Edifici, redatto dall’Enea in collaborazione con il Comitato Termotecnico Italiano, presentato nel settembre 2020, mostra che circa il 60% degli immobili residenziali certificati si trova oggi nelle fasce più basse (G e F), e gli edifici ricadenti nelle fasce più alte (A4-B) risultano meno del 10%.

Gli elementi chiave, per lo Smart building e in ottica di ottimizzazione del consumo energetico sono:

  • Apparecchiature e impianti (fotovoltaico, fotovoltaico + accumulo, solare termico, cogenerazione, chiusure vetrate, caldaie a condensazione, pompe di calore)
  • Tecnologie di automazione quali sensori di rilevazione (di temperatura, di umidità, ecc.), attuatori di funzioni (ad esempio elettrovalvole su caloriferi e/o impianti a pavimento)
  • Piattaforme di controllo e gestione (numero di presenze, controlli diversi)
  • Connettività (cablate, wireless, miste)

Inoltre, leggendo i capitolati informativi dei progetti BIM, pubblicati in Italia dalle stazioni appaltanti, si nota l’elevato numero di professionalità coinvolte. Particolare da considerare attentamente nel processo di digitalizzazione.

Professionalità richieste nei progetti BIM

Ogni stazione appaltante, in funzione dell’opera, della sua dimensione economica e della specializzazione occorrente allo sviluppo del modello informativo commissionato, definisce ruoli e team-BIM più o meno partecipati. Prima di identificare i ruoli richiesti all’appaltatore dell’opera, vediamo quali sono le dimensioni – ovvero gli ambiti previsti – della modellazione informativa del costruito (BIM).

BIM

Dimensioni del BIM – UNI 11337

Di seguito i ruoli e le responsabilità richieste (tra parentesi la dimensione BIM interessata):

  • BIM manager appaltatore (da 3 a 7): aggiorna la base dati e si coordina con la direzione lavori e la struttura BIM del committente; identifica interferenze e relative soluzioni tra le aree di progettazione (Clash detection); definisce e mette in pratica le procedure di gestione dei dati; ha competenze nella gestione dei processi che implicano l’uso di sistemi Product Data Management, Product Lifecycle Management o Engineering Content Management; verifica che i componenti della fase di costruzione siano adeguatamente corredati delle informazioni che, oltre a descrivere le funzionalità, diano evidenza dei parametri di manutenzione, dei collegamenti ai moduli di certificazione, qualificazione, accettazione ed alle indicazioni del produttore ed installatore oltre che alla corretta compilazione dei parametri di controllo.
  • BIM Safety (da 4 a 6): verifica le attività provenienti dal cantiere in materia di logistica e sicurezza; verifica gli apprestamenti provvisionali, le macchine, le attrezzature e i lavoratori, nei termini previsti dalla norma; rappresenta l’interfaccia del coordinatore della sicurezza in fase di esecuzione; risponde al BIM manager per quanto concerne ai dati provenienti dall’area safety.
  • BIM information manager (da 3 a 7): preserva la sicurezza fisica dell’ambiente di condivisione dei dati (CDE); verifica i dati e ne garantisce il corretto utilizzo; definisce e attua strategie di controllo dei dati anche documentando procedure di disaster recovery; ha la responsabilità del corretto utilizzo del CDE e della configurazione degli accessi coerentemente ai ruoli e alle responsabilità.
  • BIM virtual data construction manager (da 3 a 6): verifica la congruenza dei dati col programma dei lavori; indica all’engineering BIM manager gli avanzamenti produttivi, anche simulando modifiche concordate con la direzione tecnica del cantiere; raccoglie le istanze degli assistenti di cantiere e le condivide col BIM manager per l’eventuale confronto con la direzione lavori.
  • BIM interface manager (3 a 7): verifica la corretta connessione dei componenti; valuta le varie discipline e le relative intersezioni, individua preventivamente le problematiche che potrebbero influire sul rallentamento dell’esecuzione dell’opera; verifica, ad esempio, che le facciate siano compatibili con gli attacchi di facciata, che gli impianti non interferiscano con le strutture, che le strutture in acciaio abbiano una corretta connessione con le strutture in CLS.
  • BIM planner manager (da 3 a 6): verifica la corrispondenza del programma dei lavori con l’avanzamento fisico del cantiere simulando e anticipando eventuali scostamenti e proponendo le relative correzioni; Fornisce al BIM manager elementi per dimostrare che la dimensione 4D del progetto BIM è congruente con quanto previsto; ha esperienza sia di programmazione lavori che di modellazione di dati BIM 4D.
  • BIM cost control manager (3 a 6): verifica la corrispondenza tra previsioni economiche e costi effettivi di produzione; registra le istanze provenienti dall’area construction, s’interfaccia col BIM planner manager e riporta al BIM manager.
  • Engineering BIM manager (3 a 6): coordina l’aggiornamento e la congruenza tra le informazioni contenute nei modelli e quelle derivanti dai controlli effettuati in cantiere; valuta la qualità del modello dati BIM costruttivo e quella as-built; valuta il coinvolgimento di uno o più BIM interface manager per il coordinamento spaziale e la gestione delle interazioni interdisciplinari.
  • Structural/Architettural/Mechanical/Electrical/Special Installations/Plumbing BIM modeler (da 3 a 6): ha esperienza nel campo della modellazione 3D di strutture/opere architettoniche/impianti meccanici, elettrici, speciali e idraulici; realizza e aggiorna i relativi modelli 3D e compila le informazioni non grafiche.

La significatività di quanto descritto suggerisce la necessità di sviluppare adeguate soluzioni, da parte delle società informatiche; le relative caratteristiche di interoperabilità dovranno favorire la collaborazione tra utenti, che sembrerebbe scontata, ma rappresenta oggi una delle principali problematiche.

Sviluppo sostenibile e transizione energetica

Il ciclo di vita dei beni – come abbiamo detto presentando i livelli di maturità BIM – le modalità con cui li fabbrichiamo, li scambiamo, li utilizziamo ed infine ce ne disfiamo sono le nostre priorità. Se da un lato l’applicazione di nuove tecnologie può permettere la corretta gestione del costruito, dall’altro i progetti BIM possono costituire il comune denominatore tra il prodotto edilizio e gli altri ambiti collegati: Urbanistica; Paesaggistica; Inquinamento ambientale ed in generale i materiali impiegati.

Proprio su questi temi condivido la critica mossa da Andrea Tiveron nel suo e-BIM: La metodologia della modellazione informativa in una economia “a risultato” sull’attuale sviluppo del BIM come mero strumento di modellazione tridimensionale, oggi confinato nell’ambito della fase di progettazione (silos, è l’espressione utilizzata). Oltre alle considerazioni riguardanti l’ambiente e la società, trovo interessante l’idea di arricchire finalmente il nostro sistema economico con sua maestà ‘il risultato’.

Se traguardiamo infatti questi obiettivi con la teoria dei sistemi di gestione per la qualità – i cui paradigmi sono l’efficacia e l’efficienza del risultato ottenuto – possiamo osservare nuovi scenari. Il noleggio a lungo termine delle autovetture, per esempio, si è sviluppato col crescere dell’efficienza delle automobili. Probabilmente è successo perché, il fornitore del servizio di noleggio, in questo modello, è interessato a curare non solo la fase di costruzione del bene ma il suo intero ciclo di vita, dovendone garantire il corretto utilizzo e non solo la vendita.

La disponibilità di microsonde capaci di fornire dati di monitoraggio, durante il ciclo di vita del prodotto edilizio, arricchirà la domotica che, grazie a sensori di presenza, ad esempio, consente il controllo della temperatura di una singola stanza quando non ci sono persone. Sistemi avanzati di questo tipo esistono già per le automazioni di uffici e smart building, tuttavia sono ancora poco diffusi nelle abitazioni comuni, dove invece ci si sposta da una stanza all’altra frequentemente.

Il programma industria 4.0 ha permesso di elevare le capacità di interoperabilità di macchine e sistemi utilizzati nelle fabbriche. Analogamente il proliferare di nuove piattaforme Italiane che promuovono l’efficienza energetica di condomini, aziende e pubblica amministrazione, favorirà la transizione energetica, in linea con gli obiettivi di sviluppo sostenibile fissati dall’Agenda 2030 delle Nazioni Unite e dal Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima.

Molti paesi hanno sviluppato procedure di certificazione energetica, con l’obiettivo di migliorare la qualità del processo di progettazione, riducendo i consumi energetici e gli impatti ambientali. In dottrina si distinguono due tipi di valutazione: quelle basate su analisi multi-criteriali (es BREEAM, LEED, CASBEE) e quelle basate sul Life Cycle Assessment (quali BEES, BEAT, EcoQuantum). Alcuni criteri di valutazione della sostenibilità, con riferimento alla classificazione delle categorie considerate nello standard LEES, sono ad esempio: (C1) Sviluppo sostenibile del sito; (C2) Acqua; (C3) Materiali e consumo delle risorse; (C4) Energia; (C5) Qualità dell’ambiente interno; (C6) Innovazione; (C7) Sociale ed economico; (C8) Qualità dei servizi; (C9) Economia circolare; (C10) Cambiamenti climatici.

In questo contesto, pertanto, il BIM assume un ruolo chiave, perché in grado di facilitare la valutazione della qualità del progetto, tenendo conto di criteri ambientali ed economici. Il tema è collegato al benessere e alla qualità della vita, e presuppone una maggiore attenzione all’assetto dello spazio urbano e del territorio.

Esempi di politiche e obiettivi per la sostenibilità

Buone notizie – in ottica di transizione energetica – per la prima volta nella storia europea le risorse rinnovabili hanno scalzato i combustibili fossili come primaria fonte di elettricità (fonte Il Sole 24 Ore).

Fonte: infodata – Il Sole 24 Ore

La Conteq Industry ha presentato ulteriori interessanti risultati – in tema di sostenibilità – nel corso del webinar “Gestione acque industriali e strategie di sostenibilità: innovazione e finanziamenti europei a sostegno”. Eccone alcuni.

AziendaObiettivi di sostenibilità
Danone
  • 2 volte meno suolo
  • 2,5 volte meno CO2
  • 4 volte meno ACQUA
Sika Visco Crete
  • Fino a 40% meno acqua
Fluke
  • In due anni – 80% meno acqua
  • -140.000 $ anno
  • Grazie a innovazioni di processo
Circuit Bak GreenIn cinque anni:
  • 75% meno acqua
  • Con relativi costi

E intanto:

  • + 77% fatturato
  • + 300% utili
  • + 73% occupazione

Diverse realtà produttive, infine, hanno sviluppato progetti di successo che – a giudicare dalle caratteristiche presentate – rientrano nei criteri di modellazione informativa di cui abbiamo visto i livelli di maturità.

AziendaProgettoRisultati
Kalundborg
  • Luogo: Danimarca
  • Anno di avvio: 1961
  • Imprese coinvolte: 16
  • Modalità di gestione: nel distretto le imprese condividono le acque sotterrane e, le acque superficiali e le acque reflue, il vapore, l’elettricità e una varietà di residui per un’impresa che diventano materie prime nei processi produttivi di altre (20 diverse tipologie in totale)
  • 635.000t di CO2
  • 19.000t di petrolio
  • 30.000t di carbone
  • 1,2 milioni t di acqua
  • 14,1 milioni € in risparmi socio-economici
  • 24,2 milioni € in risparmi economici
BIM
Kalundborg, parco industriale fondato sul principio della simbiosi.
Nisp
  • Luogo: Inghilterra
  • Anno di avvio: 2005
  • Imprese coinvolte: 14.000
  • Modalità di gestione: il programma è il primo mondiale su scala nazionale. Si basa su una volontà del governo inglese, che ha demandato tutta la parte operativa ad una società privata specializzata in ecologia industriale (International Synergies).
  • Risparmi annuali
  • 35 milioni t di rifiuti
  • 1,8 milioni t di rifiuti pericolosi
  • 48 milioni t di acqua
  • 30 milioni t di CO2
  • 49 milioni t di materie prime vergini
  • 1.100 miliardi di euro per le aziende che in aggiunta hanno registrato aumenti delle vendite pari a 1.200 miliardi €
  • Sono stati inoltre creati 22mils posti di lavoro
Programma nazionale per la simbiosi industriale dell’Inghilterra. Il progetto si fonda sul principio della condivisione. Raccolte le adesioni delle imprese, attraverso tavoli di confronto viene chiesto loro di stilare una lista delle materie prime necessarie ai propri processi produttivi, dei rifiuti prodotti e delle conoscenze che l’azienda può mettere a disposizione. L’azienda si occupa di studiare e favorire le possibili sinergie da creare e ne favorisce la creazione.
City of Cape Town
  • Luogo: Cape Town
  • Anno di avvio: 2013
  • Imprese coinvolte: 950 imprese
  • Cos’è? Modalità di gestione: il programma è il primo dell’Africa e si basa sulla necessità del governo regionale del Western Cape di non arrivare a saturazione delle di scariche esistenti non potendo sostenere la spesa per nuove, considerando che al 2013 l’87% dei rifiuti della regione era inviato a discarica.
  • Ogni Rsnd investito ha prodotto 7
  • 104,900 t di rifiuti non inviati a discarica
  • -42% consumo di acqua
  • 218 nuovi posti di lavoro
  • 7 milioni di $ di aumentati guadagni per le imprese
  • 147.700 t di CO2 risparmiate
  • Progetto avviato in altre 4 regioni del Sudafrica
  • Progetto allo studio di Ghana e Mauritius

Programma regionale per la simbiosi industriale del Western Cape, settori food, packaging, elettronica, tessile. Nel 2013 il governo stabilisce l’avvio del progetto col supporto di una società specializzata nell’implementazione di soluzioni ecologiche nella regione (Green Cape). Anche qui il progetto si fonda sul principio della condivisione, a partire dalla lista delle materie prime necessarie ai propri processi produttivi, dei rifiuti prodotti e delle conoscenze che l’azienda può mettere a disposizione.

Conclusioni

Il risparmio di risorse è il frutto d’investimenti in ricerca e innovazione con l’obiettivo di migliorare l’impatto complessivo sui tre pilastri della sostenibilità: ambientale, sociale ed economico. L’interoperabilità, tuttavia, resta ancora il vero collo di bottiglia. Solo 2 delle 10 categorie caratterizzanti il sistema di certificazione LEED, per esempio, risultano facilmente integrabili nei software BIM (BIM for green buildings: A critical review and future directions Yujie Lua , Zhilei Wub , Ruidong Changa , Yongkui Li – 2017).

È necessario connettere e integrare nuovi progetti BIM, sostenendo non solo obiettivi di efficienza energetica ma anche di recupero e valorizzazione del patrimonio urbanistico, edilizio, ambientale, sociale e culturale. Favorire l’accesso ai progetti BIM delle parti interessate può essere la chiave di volta, ed anche una importante azione di contrasto al degrado a cui abbiamo assistito negli ultimi decenni, soprattutto nelle periferie del mondo.

Come la stanza del capitolo è il luogo dove si prendono le principali decisioni nella comunità monastica, da cui ha origine il detto ‘avere voce in capitolo’, così il BIM può essere un importante spazio virtuale dove tutti gli attori coinvolti, possono informarsi per prendere decisioni appropriate.

Goethe diceva “Comunicare l’un l’altro, scambiarsi informazioni è natura; tener conto delle informazioni che ci vengono date è cultura.”.

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