Developmentof engineering projects supported by BIM technology: internship report

Building Information Modeling (BIM) concept is able to reshape each AEC project and the industry in general, offering a comprehensive collaboration process over a model of structure with regularly actualized and synchronized information. This report presents an overview of BIM with focus on its core concepts, applications in the project life cycle and benefits for project stakeholders through four case studies carried out during the internship in the engineering office NEWTON - Engineering Consultancy Company. The aim of the four cases studies was to cover multidisciplinary and varied projects. The first case study highlights the engineering project’s workflow and presents a comparison of traditional procedures and BIM concepts applied on the rehabilitation of an existing building. In the second and third case study, attention is focused on the goals achieved, particularly by structural engineer, due to the implementation of the mentioned technology on a full-lifecycle BIM project of a small residence and a complex project of residential building in Porto and on its architectural integration. In addition, through the fourth case study, the spatial coordination of Mechanical, Electrical and Plumbing (MEP) systems at a large-scale hotel project has been analyzed and accomplished, highlighting merits of BIM at this project stage. Through a reduction of the space used for facilities and infrastructures and the ability to identify conflicts and to nullify the related costs, its advantage for a complex building was proved.

Assessment of Health-Related Quality of Life using the EQ-5D-3L in Individuals with Type 2 Diabetes Mellitus

The daily experience with type 2 diabetes mellitus (T2DM) has significant adverse effects on health-related quality of life (HRQoL). HRQoL assessment is essential for measuring the impact of the disease on the patient and selecting individualized strategies. Generic measures for assessing HRQoL are very useful because, unlike specific measurement instruments, they allow for the comparison with other instruments. The EQ-5D-3L is a generic measure and it describes HRQoL in five dimensions; mobility, self-care, usual activities, pain/discomfort and anxiety/depression, with three levels each. In Portugal, studies using the EQ-5D-3L as a generic measure to assess HRQoL in diabetic patients are scarce. Objective: To assess HRQoL in individuals with T2DM using the Portuguese version of the EQ-5D-3L. Methodology: An accidental sample of patients with T2DM (n=437) was selected at Family Health Units and healthcare centers in Coimbra, Portugal, between January 2013 and January 2014. The EQ-5D-3L was applied in interviews. The EQ-5D-3L score was calculated based on the answers to the five dimensions and the value system for the Portuguese population. Results: In this sample, 100% of the participants answered the EQ-5D-3L. The HRQoL score was 0.6772 in the EQ-5D-3L and 64.85 in the EQ-VAS. The most frequent answers to the five dimensions were no problems or some problems. The mean score of the EQ-5D-3L was significantly associated with age, male gender, high level of education, having an occupation, practicing physical activity, being single and having been diagnosed with T2DM for less time. The Cronbach alpha's value was 0.674, confirming an acceptable internal consistency. Conclusion: HRQoL levels in individuals with T2DM are lower than the national average and vary depending on sociodemographic and clinical characteristics. The EQ-5D-3L is a reliable instrument that can be used to assess the quality of life of diabetic patients and contribute to assess the patients' overall health status, adding data from the subjective dimension of self-care management.

Dalla generazione di modelli 3D densi mediante TLS e fotogrammetria alla modellazione BIM

La tesi tratta la ricerca di procedure che permettano di rilevare oggetti utilizzando il maggior numero di informazioni geometriche ottenibili da una nuvola di punti densa generata da un rilievo fotogrammetrico o da TLS realizzando un modello 3D importabile in ambiente FEM. Il primo test si è eseguito su una piccola struttura, 1.2x0.5x0.2m, in modo da definire delle procedure di analisi ripetibili; la prima consente di passare dalla nuvola di punti “Cloud” all’oggetto solido “Solid” al modello agli elementi finiti “Fem” e per questo motivo è stata chiamata “metodo CSF”, mentre la seconda, che prevede di realizzare il modello della struttura con un software BIM è stata chiamata semplicemente “metodo BIM”. Una volta dimostrata la fattibilità della procedura la si è validata adottando come oggetto di studio un monumento storico di grandi dimensioni, l’Arco di Augusto di Rimini, confrontando i risultati ottenuti con quelli di altre tesi sulla medesima struttura, in particolare si è fatto riferimento a modelli FEM 2D e a modelli ottenuti da una nuvola di punti con i metodi CAD e con un software scientifico sviluppato al DICAM Cloud2FEM. Sull’arco sono state eseguite due tipi di analisi, una lineare sotto peso proprio e una modale ottenendo risultati compatibili tra i vari metodi sia dal punto di vista degli spostamenti, 0.1-0.2mm, che delle frequenze naturali ma si osserva che le frequenze naturali del modello BIM sono più simili a quelle dei modelli generati da cloud rispetto al modello CAD. Il quarto modo di vibrare invece presenta differenze maggiori. Il confronto con le frequenze naturali del modello FEM ha restituito differenze percentuali maggiori dovute alla natura 2D del modello e all’assenza della muratura limitrofa. Si sono confrontate le tensioni normali dei modelli CSF e BIM con quelle ottenute dal modello FEM ottenendo differenze inferiori a 1.28 kg/cm2 per le tensioni normali verticali e sull’ordine 10-2 kg/cm2 per quelle orizzontali.

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.

Analisi costi-benefici del Building Information Modeling (BIM) mediante casi studio e simulazione

Il lavoro svolto in questa tesi vuole proporsi come un’analisi critica ed economica di ciò che il Building Information Modeling (BIM) rappresenta. La tesi si articola in una prima introduzione sul panorama attuale, identificando il problema che costituisce la sfida ingegneristica: l’ottimizzazione dei processi tecnici e realizzativi dell’industria delle costruzioni, migliorandone l’interoperabilità. Di seguito, dopo un’attenta valutazione della letteratura disponibile, si desumeranno quanti più dati validi per dare compiutezza alle analisi che verranno svolte dopo, in merito agli aspetti tecnici, pratici, e ai risvolti economici annessi. Si è scelto come oggetto di studio un esperimento di collaborazione con l’Università di Ferrara. Per dimostrare le potenzialità del BIM, si è voluto riproporre in ambito accademico un’anteprima della realtà professionale, affinché la simulazione possa essere quanto più fedele alle problematiche discusse. Il lavoro svolto ha previsto la creazione del modello architettonico e strutturale del Co-Housing San Rocco, un complesso di edifici di nuova realizzazione proposto nella tesi di Bulletti. Il compito di ogni tesista è ben definito: Bulletti Simone, studente di Architettura dell’Università di Ferrara, ha trattato gli aspetti architettonici del progetto. L’autore della presente tesi ha invece sviluppato il modello strutturale, svolgendo in seguito un’analisi dei vantaggi economici e gestionali che questa metodologia ha offerto.

Advanced numerical modeling of masonry vaulted structures based on BIM parametric geometry generation

Vaults are an architectural element which during construction history have been built with a great variety of different materials, shapes, and sizes. The shape of these structural elements was often dependent by the necessity to cover complex spaces, by the needed loading capacity, or by architectural aesthetics. Within this complex scenario masonry patterns generates also different effects on loading capacity, load percolation and stiffness of the structure. These effects were been extensively investigated, both with empirical observations and with modern numerical methods. While most of them focus on analyzing the load bearing capacity or the texture effect on vaulted structures, the aim of this analysis is to investigate on the effects of the variation of a single structural characteristic on the load percolation in the vault. Moreover, an additional purpose of the work is related to the coding of a parametrical model aiming at generating different masonry vaulted structures. Nevertheless, proposed script can generate different typology of vaulted structure basing on some structural characteristics, such as the span and the length to cover and the dimensions of the blocks.

Interoperabilità BIM nella modellazione strutturale di edifici storici in muratura: il caso della Rocca Estense di S. Felice sul Panaro

In questa tesi si propone una metodologia per il trasferimento interattivo semiautomatico di dati da modelli geometrici semantici sviluppati in ambiente BIM a modelli strutturali supportati da analisi per elementi finiti. Il caso della Rocca estense di San Felice sul Panaro, gravemente danneggiata dagli eventi sismici del 2012, è utilizzato come caso di studio applicativo. La metodologia prevede in prima battuta la modellazione di elementi speciali BIM quali contenitori locali dei dati semantici definiti mediante regioni nello spazio del modello che individuano particolari condizioni fisiche individuate mediante la definizione di opportuni metadati. Successivamente, tali informazioni vengono processate automaticamente, mediante uno script integrato in ambiente BIM, rendendole compatibili con i set di dati che tipicamente vengono trasmessi in input per analisi ad elementi finiti. Tali operazioni permettono quindi la generazione di un modello strutturale che recepisce direttamente le attribuzioni semantiche del modello geometrico iniziale. Nell'elaborato sono inoltre discusse alcune metodologie alternative per la generazione del modello agli elementi finiti, partendo da diverse definizioni geometriche in ambiente BIM.

Structural steel design with BIM technology - interventions on a three buildings block in Deruta (PG)

The aim of this thesis is to use the developments, advantages and applications of "Building Information Modelling" (BIM) with emphasis on the discipline of structural design for steel building located in Perugia. BIM was mainly considered as a new way of planning, constructing and operating buildings or infrastructures. It has been found to offer greater opportunities for increased efficiency, optimization of resources and generally better management throughout the life cycle of a facility. BIM increases the digitalization of processes and offers integrated and collaborative technologies for design, construction and operation. To understand BIM and its benefits, one must consider all phases of a project. Higher initial design costs often lead to lower construction and operation costs. Creating data-rich digital models helps to better predict and coordinate the construction phases and operation of a building. One of the main limitations identified in the implementation of BIM is the lack of knowledge and qualified professionals. Certain disciplines such as structural and mechanical design depend on whether the main contractor, owner, general contractor or architect need to use or apply BIM to their projects. The existence of a supporting or mandatory BIM guideline may then eventually lead to its adoption. To test the potential of the BIM adoption in the steel design process, some models were developed taking advantage of a largely diffuse authoring software (Autodesk Revit), to produce construction drawings and also material schedule that were needed in order to estimate quantities and features of a real steel building. Once the model has been built the whole process has been analyzed and then compared with the traditional design process of steel structure. Many relevant aspect in term of clearness and also in time spent were shown and lead to final conclusions about the benefits from BIM methodology.

BIM-FEM model interoperability for the design of a prestressed concrete bridge deck

In questa tesi ho analizzato il passaggio dall'ambiente BIM a quello FEM di un impalcato da ponte a travata precompressa, identificando criteri e applicando una metodologia che hanno consentito lo sviluppo di un modello FEM utilizzabile per l'analisi strutturale. Nella tesi si descrive l'opera e il suo dimensionamento, con l'analisi statica e le verifiche strutturali eseguite sia a mano sia sul modello in ambiente FEM importato dall'ambiente BIM. Oltre a ciò, viene modellata l'opera nella sua interezza ed inserita in un contesto reale. La tesi discute l'interoperabilità tra i due software evidenziando vantaggi (modello geometrico di partenza in ambiente FEM, trasferimento di informazioni inserite in ambiente BIM, riduzione dei tempi di modellazione e inserimento proprietà dei materiali e caratteristiche degli oggetti, inserimento armature di precompressione) e criticità (implementazione manuale di alcuni elementi nel modello geometrico, perdita di alcune informazioni, definizione di alcuni parametri, limitata interoperabilità FEM-BIM) della metodologia applicata.

Studio sull'interoperabilità BIM to FEM per strutture a parete in legno

Nel seguente elaborato di tesi è stato approfondito il tema dell’interoperabilità da software BIM a FEM nell’ambito degli edifici a parete in legno. L’utilizzo di programmi di Building Information Modeling si è affermato in maniera crescente nel mondo delle costruzioni. Infatti, la possibilità di costruire modelli tridimensionali della struttura, che associano ad ogni elemento presente nell’opera tutte le informazioni utili ai fini della sua, realizzazione (quali geometrie, costi, proprietà meccaniche, fasi d’impiego, ecc..) permette di accorciare notevolmente il tempo di progettazione e costruzione, diminuendo gli errori dovuti alla trasmissione dei dati tra le varie figure professionali. Nel campo delle costruzioni, l’elemento “parete in legno” non è ancora presente all’interno dei principali software BIM. Per questo motivo, è stato necessario, per lo svolgimento del presente progetto di tesi, uno studio dei principali parametri meccanici descrittivi del reale comportamento in opera delle pareti in legno. Tali parametri sono stati calcolati secondo i due principali metodi esistenti nell’ambito delle costruzioni in legno: il metodo fenomenologico e il metodo per componenti. Nel primo caso, l’influenza sul comportamento delle pareti da parte delle connessioni metalliche viene calcolata sotto forma di parametri meccanici equivalenti. Nel secondo metodo, invece, il comportamento in opera della parete risulta essere la conseguenza dell’interazione tra la rigidezza della parete stessa e quella delle connessioni, che vengono modellate come dei vincoli equivalenti. Al fine di validare i risultati ottenuti, si è proceduto ad applicare i parametri equivalenti a due casi studio. Il primo caso è rappresentato da una parete semplice (3.2m x 3.75m) sottoposta ad una forza concentrata in sommità. Successivamente è stato studiato il caso di un edificio a parete di legno di tre piani, sottoposto ai carichi di un edificio adibito a civile abitazione.

Modelli informativi per la valutazione BIM del livello di reversibilità e circolarità di componenti edilizi: il Design for Disassembly

La Tesi presenta un metodo per valutare il livello di reversibilità e circolarità dei componenti edili. Il concetto cardine dello studio è il Design for Disassembly (DfD), definibile come un approccio alla progettazione di organismi edilizi secondo criteri costruttivi volti a facilitare successivi cambiamenti e smantellamenti (completi o parziali), consentendo il riutilizzo dei componenti, al fine di ridurre l’impatto ambientale degli interventi. Attualmente, diverse ricerche in ambito scientifico si dedicano all’approfondimento di questa tematica, correlandola ad altri concetti come la metodologia del Building Information Modeling (BIM), che consente di digitalizzare il processo progettuale, la sua realizzazione e la sua gestione attraverso modelli. Dopo l’analisi dello stato dell’arte, il lavoro è giunto alla definizione di un insieme di parametri idonei per essere introdotti in un modello informativo, in grado di rappresentare la circolarità del componente in termini di DfD. Per ogni elemento del componente analizzato viene assegnato un valore numerico (variabile da 0,1 a 1) a ogni parametro. Tramite l’utilizzo di una formula elaborata nell’ambito di precedenti ricerche svolte dal Dipartimento di Architettura dell'Università di Bologna, opportunamente modificata, si ottiene un indice sintetico finale denominato “Express Building Circularity Indicators” (EBCI). Il metodo di analisi proposto come strumento a supporto del processo progettuale è stato validato tramite l’applicazione a diverse soluzioni di facciata per l’efficientamento energetico di un fabbricato selezionato come caso di studio italiano dal progetto Europeo Horizon 2020 "DRIVE 0 – Driving decarbonization of the EU building stock by enhancing a consumer centred and locally based circular renovation process". I risultati ottenuti hanno consentito di verificare la replicabilità del processo digitalizzato a diverse soluzioni costruttive e l’affidabilità del metodo di valutazione del grado di circolarità.

Impact Of Severe Haemophilia A On Patients' Health Status: Results From The Guardian(™) 1 Clinical Trial Of Turoctocog Alfa (novoeight(®) ).

Haemophilia and its treatment interfere with patients' life and may affect adherence to treatment. This study explored the impact of severe haemophilia A on patients' health status, especially in young adults (YA), using data from guardian(™) 1, a multinational, open-label, non-controlled phase 3 trial investigating safety and efficacy of turoctocog alfa (NovoEight(®) ) in previously treated patients aged 12 years and older with severe haemophilia A (FVIII ≤ 1%). Health status was assessed using the EuroQoL-5 dimensions (EQ-5D-3L), covering 5 dimensions of health (mobility, self-care, usual activities, pain/discomfort and anxiety/depression), and a visual analogue scale (VAS) measuring self-rated overall health status. EQ-5D was administered pretreatment (screening/baseline) and posttreatment (end-of-trial). Baseline responses to the EQ-5D dimensions and VAS were described overall and by age and compared to reference values from UK general population. Guardian(™) 1 included 150 patients (16 adolescents, 83 YA aged 16-29 and 51 adults aged 30+). All five dimensions of patients' health status were impacted at baseline. The percentage of haemophilia patients reporting problems was consistently significantly greater than age-matched general population reference values. Likewise, for all age groups mean baseline EQ-5D VAS score was significantly lower for haemophilia patients (YA: 78.0) than for the general population (YA aged 18-29: 87.3). The health status of patients with severe haemophilia A entering guardian(™) 1 was markedly poorer than that of the general population, particularly regarding mobility and pain. YA patients reported better health status than older patients, but considerably lower than that of the general YA population.

Model Independent Tests of Skyrmions and Their Holographic Cousins

We describe a new exact relation for large N(c) QCD for the long-distance behavior of baryon form factors in the chiral limit. This model-independent relation is used to test the consistency of the structure of several baryon models. All 4D semiclassical chiral soliton models satisfy the relation, as does the Pomarol-Wulzer holographic model of baryons as 5D Skyrmions. However, remarkably, we find that the holographic model treating baryons as instantons in the Sakai-Sugimoto model does not satisfy the relation.

Optical third-harmonic spectroscopy of the magnetic semiconductor EuTe

EuTe possesses the centrosymmetric crystal structure m3m of rocksalt type in which the second-harmonic generation is forbidden in electric dipole approximation but the third-harmonic generation (THG) is allowed. We studied the THG spectra of this material and observed several resonances in the vicinity of the band gap at 2.2-2.5 eV and at higher energies up to 4 eV, which are related to four-photon THG processes. The observed resonances are assigned to specific combinations of electronic transitions between the ground 4f(7) state at the top of the valence band and excited 4f(6)5d(1) states of Eu(2+) ions, which form the lowest energy conduction band. Temperature, magnetic field, and rotational anisotropy studies allowed us to distinguish crystallographic and magnetic-field-induced contributions to the THG. A strong modification of THG intensity for the 2.4 eV band and suppression of the THG for the 3.15 eV band was observed in applied magnetic field. Two main features of the THG spectra were assigned to 5d(t(2g)) and 5d(e(g)) subbands at 2.4 eV and 3.15 eV, respectively. A microscopic quantum-mechanical model of the THG response was developed and its conclusions are in qualitative agreement with the experimental results.

Optical second harmonic generation in the centrosymmetric magnetic semiconductors EuTe and EuSe

The magnetic europium chalcogenide semiconductors EuTe and EuSe are investigated by the spectroscopy of second harmonic generation (SHG) in the vicinity of the optical band gap formed by transitions involving the 4f and 5d electronic orbitals of the magnetic Eu(2+) ions. In these materials with centrosymmetric crystal lattice the electric-dipole SHG process is symmetry forbidden so that no signal is observed in zero magnetic field. Signal appears, however, in applied magnetic field with the SHG intensity being proportional to the square of magnetization. The magnetic field and temperature dependencies of the induced SHG allow us to introduce a type of nonlinear optical susceptibility determined by the magnetic-dipole contribution in combination with a spontaneous or induced magnetization. The experimental results can be described qualitatively by a phenomenological model based on a symmetry analysis and are in good quantitative agreement with microscopic model calculations accounting for details of the electronic energy and spin structure.