Towards a Smart Campus Digital Twin: Promoting Awareness and Sustainability Through Wayfinding and Real-Time Environmental Data

The newly inaugurated Navile District of the University of Bologna is a complex created along the Navile canal, that now houses various teaching and research activities for the disciplines of Chemistry, Industrial Chemistry, Pharmacy, Biotechnology and Astronomy. A Building Information Modeling system (BIM) gives staff of the Navile campus several ways to monitor buildings in the complex throughout their life cycle, one of which is the ability to access real-time environmental data such as room temperature, humidity, air composition, and more, thereby simplifying operations like finding faults and optimizing environmental resource usage. But smart features at Navile are not only available to the staff: AlmaMap Navile is a web application, whose development is documented in this thesis, that powers the public touch kiosks available throughout the campus, offering maps of the district and indications on how to reach buildings and spaces. Even if these two systems, BIM and AlmaMap, don't seem to have many similarities, they share the common intent of promoting awareness for informed decision making in the campus, and they do it while relying on web standards for communication. This opens up interesting possibilities, and is the idea behind AlmaMap Navile 2.0, an app that interfaces with the BIM system and combines real-time sensor data with a comfort calculation algorithm, giving users the ability not just to ask for directions to a space, but also to see its comfort level in advance and, should they want to, check environmental measurements coming from each sensor in a granular manner. The end result is a first step towards building a smart campus Digital Twin, that can support all the people who are part of the campus life in their daily activities, improving their efficiency and satisfaction, giving them the ability to make informed decisions, and promoting awareness and sustainability.

Smart structures: sperimentazione mediante attuatori e sensori innovativi

L’idea di base della seguente tesi, finora mai applicata o descritta in letteratura scientifica in base alle ricerche effettuate, è stata quella di creare un sistema di monitoraggio strutturale intelligente (Structural Health Monitoring, SHM) mediante dei sensori di deformazione a reticolo di Bragg (Fiber Bragg Grating, FBG), incollati su fili a memoria di forma inseriti a loro volta, bloccati con opportuni ancoraggi esterni, in sei travi di betoncino cementizio armato. L’obbiettivo della sperimentazione è stato quindi quello di creare delle travi intelligenti che, in condizioni di carico eccezionali e critiche (monitorate dal sensore a fibra ottica), sapessero “autoripararsi” mediante gli attuatori a memoria di forma con un processo di riscaldamento appositamente progettato.

Progettazione e Implementazione di un modulo di Power Management per Smart Environments

Progettazione ed implementazione di un modulo che gestisca il consumo di energia in uno Smart Environment, contestualizzato nell'ambito di un progetto europeo, SOFIA (Smart Object For Intelligent Applications), che ambisce ad accelerare l'integrazione di oggetti intelligenti nella vita quotidiana. Il consumo energetico da gestire e' quello di una rete di sensori; e' stato dimostrato che, riducendo le trasmissioni di dati tra sensori ed il resto della rete, le batterie durano quasi il doppio del tempo e, di conseguenza, la vita della rete e' raddoppiata, con vantaggi evidenti per l'ambiente.

Imparare nel verde : progetto di riqualificazione e ampliamento del Campus Villa Romiti a Forli

Questa tesi affronta il progetto di riqualificazione energetica, riorganizzazione funzionale ed ampliamento del plesso scolastico a Villa Romiti a Forlì, costituito da tre istituti scolastici (scuola dell'infanzia "Le Api", scuola primaria "P. Squadrani" e scuola secondaria inferiore "G. Mercuriali") inseriti in un comparto su cui insistono anche il palazzetto dello sport "Pala-Romiti" e la torre piezometrica dell'acquedotto, a servizio dell'omonimo quartiere. Al fine di comprendere meglio le dinamiche che intercorrono tra il plesso scolastico, il quartiere in cui è collocato e la città , è stata inizialmente effettuata un'analisi dell'area, del territorio circostante e del sistema scolastico forlivese, che ne ha evidenziato alcuni dei tratti salienti. Il comparto è una superficie pianeggiante di forma rettangolare, con un'estensione di 34000 mq, collocata a ovest del centro storico di Forlì, in prossimità  del fiume Montone e a contatto diretto con il territorio agricolo periurbano, delimitata su due lati dalla rete viaria urbana e sui restanti due dai campi circostanti. Questa particolare collocazione dispone l'area nel punto di incontro tra due diverse trame del territorio: quella urbana definita dall'allineamento dei corpi di fabbrica del quartiere Romiti, ripreso dall'orientamento degli edifici all'interno del plesso scolastico, e la trama agricola derivante dalla centuriazione romana, che segna l'intero territorio circostante in relazione al tracciato dell'antica via Emilia. In seguito, l'attenzione si è focalizzata sulle relazioni tra i vari elementi che occupano l'area e sugli elementi di criticità  che le condizionano. Sulla scorta dei programmi fissati dall'Amministrazione comunale, un ulteriore approfondimento ha permesso di individuare le criticità  a livello del singolo edificio e di delineare le strategie di intervento per la riqualificazione del comparto. Rispetto al sistema scolastico forlivese, che si è sviluppato invece seguendo le direttrici di espansione della città storica verso est, l'area appare come un nucleo isolato, in cui gli indirizzi dell'Amministrazione prevedono di mantenere ed intensificare la presenza di più istituti scolastici, in modo da rafforzarne il carattere di polo di formazione, a servizio di un bacino di utenza molto vasto, che dall'insediamento urbano più prossimo si estende fino alle frazioni presenti sui colli circostanti. La presenza all'interno del comparto del Palazzetto dello sport accentua le difficoltà  di gestione e l'utilizzo promiscuo degli spazi connettivi e di pertinenza, già  complesse a causa della convivenza di diverse scuole. La necessità  di assicurare l'accesso al Palazzetto anche da parte degli utenti esterni alle scuole ha generato una confusa rete di percorsi di accesso all'area; in cui percorrenze carrabili e pedonali si sovrappongono, con conseguenti problemi sia di funzionalità  che di sicurezza, soprattutto per gli alunni degli istituti. Elemento positivo su cui innestare una riqualificazione del plesso è la presenza di estese aree verdi, in parte di pertinenza esclusiva, che ospitano le attività  ludiche degli studenti ma che attualmente soffrono di incuria e di scarsa manutenzione, aggravate dalla mancanza di un efficiente sistema perimetrale di controllo. Il palazzetto dello sport e la torre piezometrica, servizi di quartiere utili alla collettività , rappresentano due emergenze architettoniche che, nell'ottica di una sistemazione planivolumetrica dell'area, necessitano di un'attenzione particolare, al fine di integrarle all'interno di un unico disegno generale di un "campus" scolastico. Approfondendo l'analisi alla scala dei singoli edifici, di ciascuno di essi sono state evidenziate le principali criticità , in termini architettonici, funzionali ed energetici. La scuola primaria "P. Squadrani", costruita alla fine degli anni "40, è un edificio a corte, con un regolare disegno di facciata scandito da aperture ad arco, che gli conferiscono un'identità  architettonica, molto più debole invece negli altri edifici del comparto. Per questo edificio, che presenta problemi legati alla fruizione e all'orientamento delle aule per la didattica, il programma dell'Amministrazione comunale prevede un ampliamento in grado di ospitare un'ulteriore sezione. L'Amministrazione non prevede prossimi interventi, invece, per scuola secondaria inferiore "G. Mercuriali", che però, nonostante la sua costruzione risalga agli anni '80, appare in cattivo stato di conservazione e manca sia di un'adeguata area verde di pertinenza, che di una palestra a uso esclusivo. Infine, la scuola dell'infanzia "Le Api", di recente costruzione, è dotata di un'area verde di grande estensione, ma collocata in posizione sfavorevole, a causa dell'ombra proiettata dall'edificio "Pala-Romiti". Per questo istituto, l'Amministrazione prevede il raddoppio della capienza, per raggiungere il numero di sei unità  pedagogiche complessive. Le analisi effettuate sul comportamento energetico evidenziano che le prestazioni di tutti e tre gli edifici sono inadeguate e devono essere sensibilmente migliorate per allinearsi agli standard della recente normativa regionale (DAL 156/2008 Regione Emilia-Romagna). Sulla base degli elementi emersi dalle analisi preliminari e degli obiettivi fissati dall'Amministrazione comunale, la strategia di progetto adottata si è focalizzata su sette principali obiettivi: riorganizzare il sistema di accessi e percorsi, separando l'uso carrabile da quello pedonale: si è previsto di declassare e riservare ai soli mezzi pubblici il tratto di strada comunale antistante il lato sud del comparto e di innestarvi un asse principale di accesso all'area scolastica, ad uso esclusivo degli utenti delle scuole; attestare sul nuovo asse principale di percorrenza i cinque diversi nuclei funzionali presenti nell'area: le tre scuole, il palazzetto dello sport, il nuovo parco pubblico e infine l'area riservata alla torre piezometrica e ai parcheggi; progettare un'unica nuova scuola per l'infanzia, dimensionata per ospitare tutte le sei sezioni previste, collocata a diretto contatto con il verde agricolo circostante, caratterizzata da una separazione netta -funzionale e volumetrica- tra gli spazi dedicati ai bambini e quelli dedicati al personale e organizzata in due blocchi indipendenti di unità pedagogiche, da tre aule ciascuno, dotate di un ampio spazio esterno di gioco e attività all'aperto; riqualificare energeticamente e funzionalmente la scuola primaria e ampliarla con l'aggiunta di un adiacente corpo di fabbrica di nuova costruzione, in continuità planimetrica e volumetrica con l'edificio esistente, a cui il nuovo volume si collega tramite una corte coperta; sottoporre il "Pala-Romiti" ad un "restyling" delle facciate e riorganizzarne i sistemi di collegamento verticale esterni; riconfigurare l'area di pertinenza esclusiva della scuola secondaria inferiore, raccordandola con il nuovo parco pubblico progettato sull'area liberata dalla demolizione della precedente scuola dell'infanzia, collocato nelle vicinanze dell'attuale parco di quartiere, cosi da rinforzare la presenza di verde urbano nel comparto; dotare la torre piezometrica di una propria via di accesso indipendente, sulla quale vengono concentrati i parcheggi necessari alle esigenze dell'intera area. In sintesi, l'obiettivo da raggiungere attraverso questa tesi è quello di proporre un intervento che analizzi e ponga rimedio alle criticità  e contemporaneamente valorizzi i punti di forza già presenti, cercando di progettare uno spazio a misura di bambino, un'isola pedonale immersa nel verde.

Il campus come parte di città. Riqualificazione urbana dell'area di via Cavalcavia a Cesena.

L’area di progetto, sulla quale convergono parti costruite in tempi e modalità diverse, si confronta con limiti importanti rispetto ai quali il progetto viene declinato in modi differenti: la via Emilia, la ferrovia, l’intervento Gregotti, sull’area dell’ex Zuccherificio, il lungo Savio e la vicinanza con lo svincolo della secante; tramite il progetto si vuole disegnare un ingresso per la città di Cesena, ridefinendone i margini e un fronte per la ferrovia e per la strada. L’intento è di lavorare a un progetto a scala urbana, capace di confrontarsi con la città e di instaurare con essa un rapporto di complementarietà e integrazione. La particolare articolazione dell’area ha comportato uno studio preciso della geometria che regolasse il disegno planimetrico, in modo da chiarire le relazioni fra i diversi edifici e fra essi e gli spazi vuoti; tentando di definire un sistema di gerarchie e allineamenti chiaro e riconoscibile. La rete dei percorsi che collega i nuovi spazi, alcuni pubblici altri privati, tenta di ristabilire quel sistema di relazioni e di riprodurre quella complessità che sono l’elemento fondante della città. L’intero progetto è trattato in modo unitario, perciò se da un lato il campus è un sistema autonomo, con funzioni proprie, allo stesso tempo si relaziona a tutto il resto grazie al parco e ai percorsi accompagnati dal sistema dei portici; si crea in tal modo uno spazio articolato che concilia al suo interno l’elemento naturale, l’urbanizzazione residenziale e gli edifici dell’università; in modo che diventi un complesso riconoscibile e allo stesso tempo integrato nella città e fruibile dai cittadini.

Power consumption analysis for self-diagnosis of Wireless Sensor Nodes

Wireless sensor networks can transform our buildings in smart environments, improving comfort, energy efficiency and safety. Today however, wireless sensor networks are not considered reliable enough for being deployed on large scale. In this thesis, we study the main failure causes for wireless sensor networks, the existing solutions to improve reliability and investigate the possibility to implement self-diagnosis through power consumption measurements on the sensor nodes. Especially, we focus our interest on faults that generate in-range errors: those are wrong readings but belong to the range of the sensor and can therefore be missed by external observers. Using a wireless sensor network deployed in the R\&D building of NXP at the High Tech Campus of Eindhoven, we performed a power consumption characterization of the Wireless Autonomous Sensor (WAS), and studied through some experiments the effect that faults have in the power consumption of the sensor.

Smart cities, analysis of a strategic plan.

Abstract (English) Cities nowadays face complex challenges to meet objectives regarding socio-economic development and quality of life. The concept of "smart city" is a response to these challenges. Although common practices are being developed all over the world, different priorities are defined and different architectures are followed. In this master thesis I focuses on the applied architecture of Riverside's case study, through a progression model that underline the main steps that moves the city from a situation of crisis, to be appointed "Intelligent Community" of the 2012 by Intelligent Community Forum. I discuss the problem of integration among the physical, institutional and digital dimension of smart cities and the "bridges" that connect these three spatialities. Riverside's progression model takes as a reference a comprehensive framework made unifying the keys component of the three most quoted framework in this field: a technology-oriented vision (strongly promoted by IBM [Dirks et al. 2009]), an approach-oriented one [Schaffers et al. 2011] that is sponsored by many initiatives within the European Commission, and a purely service-oriented one [Giffinger et al. 2007][Toppeta, 2010].

Scheduling application-aware in piattaforme di stream processing distribuito per scenari smart city

In piattaforme di Stream Processing è spesso necessario eseguire elaborazioni differenziate degli stream di input. Questa tesi ha l'obiettivo di realizzare uno scheduler in grado di attribuire priorità di esecuzione differenti agli operatori deputati all'elaborazione degli stream.

Smart cities: azioni di sostenibilita nelle nostre città

Il concetto di Smart City ha iniziato a svilupparsi negli ultimi anni, acquisendo un'importanza sempre maggiore anche in seguito ai cambiamenti sociali e tecnologici dell'ultimo periodo. La tesi si concentra sull'analisi della situazione italiana per quanto riguarda questo tema, cercando di capire quali sfide dovranno affrontare le città italiane per fronteggiare i cambiamenti in atto; si è quindi cercato di rispondere a questa domanda sviluppando tre delle principali aree tematiche che contribuiscono a definire il concetto di Smart City: Smart Mobility, Smart Waste Management e Smart Water Management; ne vengono quindi analizzate le maggiori criticità e i vantaggi, sia economici che ambientali, che si potrebbero ottenere attraverso una gestione più efficiente di questi settori.

Smart guide: un'applicazione basata sulla ludicizzazione per la valorizzazione turistica delle risorse monumentali

La ludicizzazione (deriv. Gamification) è l’utilizzo delle dinamiche proprie dei giochi, quali livelli, punti o premi, in contesti che, senza di essa, non avrebbero alcuna caratteristica di tipo ludico. Il suo principale scopo è quello di ridurre la percezione di compiere azioni noiose, routinarie e ripetitive focalizzando l'attenzione sul maggiore coinvolgimento e divertimento degli utenti. Il campo di applicazione della ludicizzazione è potenzialmente sconfinato. Sono numerose le aziende che investono su processi di produzione mirati all'attribuzione di una caratteristica ludica ai propri prodotti, allo scopo di aumentare la soddisfazione e la fedeltà dei clienti finali. In questo senso, anche il settore del turismo ha iniziato ad introdurre strumenti e tecnologie "ludicizzate", in grado di valorizzare maggiormente le risorse monumentali e fornire al turista un'esperienza completamente nuova e rinnovata. Il presente studio analizza in primis gli aspetti fondamentali del processo di ludicizzazione di un generico sistema o prodotto. Nella seconda parte dell'elaborato, invece, viene illustrata l'applicazione di tali principi per la progettazione di un'applicazione Android il cui scopo è fornire una guida interattiva della città di Bologna basata sulla ludicizzazione.

Smart hospitality. Intervento di recupero sostenibile a bertinoro

Intervento di recupero sostenibile a Bertinoro su edificio del centro storico. Il progetto prevede la rifunzionalizzazione e la riqualificazione energetica del complesso edilizio.