Criteri e strumenti per l'applicazione dell'H-BIM. La gestione digitalizzata dei processi tra teoria e prassi

La ricerca si pone l’obiettivo di analizzare strumenti e metodi per l’applicazione dell’H-BIM comprendendone le criticità e fornendo soluzioni utili in questo campo. Al contempo la finalità non è circoscrivibile alla semplice produzione di modelli 3D semanticamente strutturati e parametrici a partire da una nuvola di punti ottenuta con un rilievo digitale, ma si propone di definire i criteri e le metodiche di applicazione delle H-BIM all’interno dell’intero processo. L’impostazione metodologica scelta prevede un processo che parte dalla conoscenza dello stato dell’arte in tema di H-BIM con lo studio dell’attuale normativa in materia e i casi studio di maggior rilevanza. Si è condotta una revisione critica completa della letteratura in merito alla tecnologia BIM e H-BIM, analizzando esperienze di utilizzo della tecnologia BIM nel settore edile globale. Inoltre, al fine di promuovere soluzioni intelligenti all’interno del Facility Management è stato necessario analizzare le criticità presenti nelle procedure, rivedere i processi e i metodi per raccogliere e gestire i dati, nonché individuare le procedure adeguate per garantire il successo dell’implementazione. Sono state evidenziate le potenzialità procedurali e operative legate all’uso sistematico delle innovazioni digitali nell’ottica del Facility Management, oltre che allo studio degli strumenti di acquisizione ed elaborazione dei dati e di post-produzione. Si è proceduto al testing su casi specifici per l’analisi della fase di Scan-to-BIM, differenziati per tipologia di utilizzo, data di costruzione, proprietà e localizzazione. Il percorso seguito ha permesso di porre in luce il significato e le implicazioni dell’utilizzo del BIM nell’ambito del Facility Management, sulla base di una differenziazione delle applicazioni del modello BIM al variare delle condizioni in essere. Infine, sono state definite le conclusioni e formulate raccomandazioni riguardo al futuro utilizzo della tecnologia H-BIM nel settore delle costruzioni. In particolare, definendo l’emergente frontiera del Digital Twin, quale veicolo necessario nel futuro della Costruzione 4.0.

Evoluzione del progetto casa: un modello di rappresentazione

Il tema della casa, e più in generale dell’abitare, è argomento tornato al centro del dibattito sociale più di quanto non sia avvenuto in campo tecnico‐architettonico. Sono infatti abbastanza evidenti i limiti delle proposte che nel recente passato sono state, di norma, elaborate nelle nostre città, proposte molto spesso incapaci di tener conto delle molteplici dimensioni che l’evoluzione dei costumi e della struttura urbana e sociale ha indotto anche nella sfera della residenza e che sono legate a mutate condizioni lavorative, alla diversità di cultura e di religione di nuovi gruppi etnici insediati, alla struttura dei nuclei familiari (ove ancora esistano) ed a molti altri fattori; cambiate le esigenze, un tempo composte nella struttura della famiglia, sono cambiati desideri e richieste mentre l’apparato normativo è rimasto strutturato su modelli sociali ed economici superati. Il tema dunque assume, oggi più che mai, connotazioni con forti relazioni fra problematiche funzionali, tecnologiche e simboliche. Stimolata da queste osservazioni generali, la ricerca si è mossa partendo da un’analisi di casi realizzati nel periodo storico in cui si è esaurita, in Italia, l’emergenza abitativa post‐bellica, nell’intento di riconsiderare l’approccio vitale che era stato messo in campo in quella drammatica circostanza, ma già consapevole che lo sviluppo che avrebbe poi avuto sarebbe stato molto più circoscritto. La tesi infatti, dopo aver osservato rapidamente la consistenza tipologica ed architettonica di quegli interventi, per trarne suggestioni capaci di suggerire un credibile e nuovo prototipo da indagare, attraverso un’analisi comparativa sugli strumenti oggi disponibili per la comunicazione e gestione del progetto, si è soffermata sulla potenzialità delle nuove tecnologie dell'informazione (IT). Non si può infatti non osservare che esse hanno modificato non solo il modo di vivere, di lavorare, di produrre documenti e di scambiare informazioni, ma anche quello di controllare il processo di progetto. Il fenomeno è tuttora in corso ma è del tutto evidente che anche l'attività progettuale, seppure in un settore quale è quello dell'industria edilizia, caratterizzato da una notevole inerzia al cambiamento e restio all'innovazione, grazie alle nuove tecnologie ha conosciuto profonde trasformazioni (già iniziate con l’avvento del CAD) che hanno accelerato il progressivo mutamento delle procedure di rappresentazione e documentazione digitale del progetto. Su questo tema quindi si è concentrata la ricerca e la sperimentazione, valutando che l'”archivio di progetto integrato”, (ovvero IPDB ‐ Integrated Project Database) è, probabilmente, destinato a sostituire il concetto di CAD (utilizzato fino ad ora per il settore edilizio ed inteso quale strumento di elaborazione digitale, principalmente grafica ma non solo). Si è esplorata quindi, in una prima esperienza di progetto, la potenzialità e le caratteristiche del BIM (Building Information Model) per verificare se esso si dimostra realmente capace di formulare un archivio informativo, di sostegno al progetto per tutto il ciclo di vita del fabbricato, ed in grado di definirne il modello tridimensionale virtuale a partire dai suoi componenti ed a collezionare informazioni delle geometrie, delle caratteristiche fisiche dei materiali, della stima dei costi di costruzione, delle valutazioni sulle performance di materiali e componenti, delle scadenze manutentive, delle informazioni relative a contratti e procedure di appalto. La ricerca analizza la strutturazione del progetto di un edificio residenziale e presenta una costruzione teorica di modello finalizzata alla comunicazione e gestione della pianificazione, aperta a tutti i soggetti coinvolti nel processo edilizio e basata sulle potenzialità dell’approccio parametrico.

Modelli Digitali e Archivi di Progetto. Sistemi integrati di documentazione per l'architettura.

Le tecniche dell'informazione e i metodi della comunicazione hanno modificato il modo di redigere documenti destinati a trasmettere la conoscenza, in un processo che è a tutt'oggi in corso di evoluzione. Anche l'attività progettuale in ingegneria ed architettura, pure in un settore caratterizzato da una notevole inerzia metodologica e restio all'innovazione quale è quello dell'industria edilizia, ha conosciuto profonde trasformazioni in ragione delle nuove espressioni tecnologiche. Da tempo l'informazione necessaria per realizzare un edificio, dai disegni che lo rappresentano sino ai documenti che ne indicano le modalità costruttive, può essere gestita in maniera centralizzata mediante un unico archivio di progetto denominato IPDB (Integrated Project DataBase) pur essendone stata recentemente introdotta sul mercato una variante più operativa chiamata BIM (Building Information Modelling). Tuttavia l'industrializzazione del progetto che questi strumenti esplicano non rende conto appieno di tutti gli aspetti che vedono la realizzazione dell'opera architettonica come collettore di conoscenze proprie di una cultura progettuale che, particolarmente in Italia, è radicata nel tempo. La semantica della rappresentazione digitale è volta alla perequazione degli elementi costitutivi del progetto con l'obiettivo di catalogarne le sole caratteristiche fabbricative. L'analisi della letteratura scientifica pertinente alla materia mostra come non sia possibile attribuire ai metodi ed ai software presenti sul mercato la valenza di raccoglitori omnicomprensivi di informazione: questo approccio olistico costituisce invece il fondamento della modellazione integrata intesa come originale processo di rappresentazione della conoscenza, ordinata secondo il paradigma delle "scatole cinesi", modello evolvente che unifica linguaggi appartenenti ai differenti attori compartecipanti nei settori impiantistici, strutturali e della visualizzazione avanzata. Evidenziando criticamente i pregi e i limiti operativi derivanti dalla modellazione integrata, la componente sperimentale della ricerca è stata articolata con l'approfondimento di esperienze condotte in contesti accademici e professionali. Il risultato conseguito ha coniugato le tecniche di rilevamento alle potenzialità di "modelli tridimensionali intelligenti", dotati cioè di criteri discriminanti per la valutazione del relazionamento topologico dei componenti con l'insieme globale.

A Semantic-based Framework for Digital Survey of Architectural Heritage

The research aims at developing a framework for semantic-based digital survey of architectural heritage. Rooted in knowledge-based modeling which extracts mathematical constraints of geometry from architectural treatises, as-built information of architecture obtained from image-based modeling is integrated with the ideal model in BIM platform. The knowledge-based modeling transforms the geometry and parametric relation of architectural components from 2D printings to 3D digital models, and create large amount variations based on shape grammar in real time thanks to parametric modeling. It also provides prior knowledge for semantically segmenting unorganized survey data. The emergence of SfM (Structure from Motion) provides access to reconstruct large complex architectural scenes with high flexibility, low cost and full automation, but low reliability of metric accuracy. We solve this problem by combing photogrammetric approaches which consists of camera configuration, image enhancement, and bundle adjustment, etc. Experiments show the accuracy of image-based modeling following our workflow is comparable to that from range-based modeling. We also demonstrate positive results of our optimized approach in digital reconstruction of portico where low-texture-vault and dramatical transition of illumination bring huge difficulties in the workflow without optimization. Once the as-built model is obtained, it is integrated with the ideal model in BIM platform which allows multiple data enrichment. In spite of its promising prospect in AEC industry, BIM is developed with limited consideration of reverse-engineering from survey data. Besides representing the architectural heritage in parallel ways (ideal model and as-built model) and comparing their difference, we concern how to create as-built model in BIM software which is still an open area to be addressed. The research is supposed to be fundamental for research of architectural history, documentation and conservation of architectural heritage, and renovation of existing buildings.

3D Surveying and Data Management towards the Realization of a Knowledge System for Cultural Heritage

The research activities involved the application of the Geomatic techniques in the Cultural Heritage field, following the development of two themes: Firstly, the application of high precision surveying techniques for the restoration and interpretation of relevant monuments and archaeological finds. The main case regards the activities for the generation of a high-fidelity 3D model of the Fountain of Neptune in Bologna. In this work, aimed to the restoration of the manufacture, both the geometrical and radiometrical aspects were crucial. The final product was the base of a 3D information system representing a shared tool where the different figures involved in the restoration activities shared their contribution in a multidisciplinary approach. Secondly, the arrangement of 3D databases for a Building Information Modeling (BIM) approach, in a process which involves the generation and management of digital representations of physical and functional characteristics of historical buildings, towards a so-called Historical Building Information Model (HBIM). A first application was conducted for the San Michele in Acerboli’s church in Santarcangelo di Romagna. The survey was performed by the integration of the classical and modern Geomatic techniques and the point cloud representing the church was used for the development of a HBIM model, where the relevant information connected to the building could be stored and georeferenced. A second application regards the domus of Obellio Firmo in Pompeii, surveyed by the integration of the classical and modern Geomatic techniques. An historical analysis permitted the definitions of phases and the organization of a database of materials and constructive elements. The goal is the obtaining of a federate model able to manage the different aspects: documental, analytic and reconstructive ones.

Digital 3D reconstruction as a research environment in art and architecture history: uncertainty classification and visualisation

The dissertation addresses the still not solved challenges concerned with the source-based digital 3D reconstruction, visualisation and documentation in the domain of archaeology, art and architecture history. The emerging BIM methodology and the exchange data format IFC are changing the way of collaboration, visualisation and documentation in the planning, construction and facility management process. The introduction and development of the Semantic Web (Web 3.0), spreading the idea of structured, formalised and linked data, offers semantically enriched human- and machine-readable data. In contrast to civil engineering and cultural heritage, academic object-oriented disciplines, like archaeology, art and architecture history, are acting as outside spectators. Since the 1990s, it has been argued that a 3D model is not likely to be considered a scientific reconstruction unless it is grounded on accurate documentation and visualisation. However, these standards are still missing and the validation of the outcomes is not fulfilled. Meanwhile, the digital research data remain ephemeral and continue to fill the growing digital cemeteries. This study focuses, therefore, on the evaluation of the source-based digital 3D reconstructions and, especially, on uncertainty assessment in the case of hypothetical reconstructions of destroyed or never built artefacts according to scientific principles, making the models shareable and reusable by a potentially wide audience. The work initially focuses on terminology and on the definition of a workflow especially related to the classification and visualisation of uncertainty. The workflow is then applied to specific cases of 3D models uploaded to the DFG repository of the AI Mainz. In this way, the available methods of documenting, visualising and communicating uncertainty are analysed. In the end, this process will lead to a validation or a correction of the workflow and the initial assumptions, but also (dealing with different hypotheses) to a better definition of the levels of uncertainty.