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.

Modellazione e analisi numerica di cisterne per trasporto di liquidi pericolosi

Modellazione e analisi numerica di cisterne per trasporto di liquidi pericolosi, con riferimento alle normative vigenti, ed alla situazione esistente in termini di progettazione e realizzazione.

Modellazione numerica del sistema di distribuzione idrica di Cesena

Nel presente elaborato di tesi si esporranno le fasi di costruzione ed i risultati del modello idraulico del sistema di distribuzione idrica della città di Cesena, comprendente tutta l’area cittadina e la zona di pianura a nord-ovest adiacente. Il caso di studio è stato reso disponibile dal gestore del Servizio idrico integrato nel territorio Hera S.p.A. Il modello numerico è stato implementato utilizzando il programma Infoworks® WS di HR Wallingford per la progettazione e gestione delle reti idriche. La realizzazione di un modello idraulico richiede la conoscenza topologica della rete e del suo funzionamento, nonché informazioni sul consumo idrico, fondamentali per la determinazione della domanda idrica. Essa comprende il consumo idropotabile delle utenze e la perdita idrica. Per le elaborazioni sono stati utilizzati i programmi open source QGis e RStudio. La variabilità del consumo è stata rappresentata attraverso una curva costruita sulla base del bilancio idrico della rete, mentre quella della perdita attraverso un pattern basato sul metodo del Minimum Night Flow. Compiuta la prima simulazione su un periodo di 7 giorni e ottenuti i primi risultati, si sono rese necessarie delle operazioni di calibrazione eseguite confrontando i dati risultanti dal modello con quelli misurati sul campo. Uno dei vantaggi di un modello numerico è quello di poter indagare le grandezze idrauliche in ogni punto della rete. È stato, infatti, possibile creare vere e proprie mappe tematiche che illustrano la variazione delle grandezze di interesse al variare dello spazio e del tempo. Un altro vantaggio è quello di poter prevedere il comportamento della rete in seguito a delle modifiche. Si è potuto, infatti, applicare lo strumento modellistico ad un’ipotesi di distrettualizzazione del sistema.

La modellazione dell’impatto della rete di distribuzione idrica sulla qualita’ dell’acqua nel Water Safety Plan – Applicazione alla citta’ di Cesena

Lo studio ha indagato l’impatto delle reti di distribuzione idrica sulla qualità dell’acqua ed il supporto che in questo ambito possono fornire i modelli numerici nella redazione dei Piani di Sicurezza delle Acque (PSA) o Water Safety Plan (WSP). In una prima fase, esso è stato analizzato prendendo atto del percorso normativo europeo e nazionale e delle linee guida fornite dall’Organizzazione Mondiale di Sanità (OMS) e dall’Istituto Superiore di Sanità (ISS) che hanno portato i Piani di Sicurezza delle Acque nell’ambito del controllo delle acque potabili, tenendo conto, anche, dei vari soggetti coinvolti e delle problematiche generate dai cambiamenti climatici. In una seconda fase, si è analizzato il caso studio della rete di distribuzione idrica della città di Cesena, fornito dal gestore HERA S.p.A., modellando la qualità dell’acqua attraverso il programma EPANET 2.2. Questa analisi è stata sviluppata successivamente alla calibrazione del modello idraulico. Per gli aspetti che richiedono una georeferenziazione è stato utilizzato il programma open source QGIS, mentre per le analisi dei dati e le elaborazioni statistiche relative al campionamento del cloro residuo e delle portate immesse dalle fonti idriche è stato utilizzato il linguaggio R. E' stato quindi possibile creare mappe georeferenziate per diversi momenti della giornata del tempo di permanenza dell'acqua nella rete di distribuzione, delle concentrazioni di cloro residuo dell'acqua prelevata dagli utenti e analizzare il ruolo dei serbatoi di compenso.

Modellazione del trattamento a fanghi attivi del depuratore Ponte Metauro di Fano ed indicazioni gestionali per la riduzione dei consumi di energia.

Lo scopo del presente studio è quello di modellare il processo di trattamento delle acque reflue dell’impianto a fanghi attivi Ponte Metauro di Fano. In particolare, si è posta l’attenzione sulle fasi di trattamento secondario, agendo sui parametri che regolano tali processi e simulando il funzionamento ottimale dell’impianto attraverso il programma di modellazione STOAT. Oltre a modellare l’impianto, è stato anche fatto uno studio per cercare di risparmiare i consumi di energia e reagenti. La prima fase quindi è stata incentrata sulla modellazione dell’impianto, soprattutto per i trattamenti secondari, con varie simulazioni per poi arrivare ad avere una rappresentazione corretta del fenomeno che avviene nella realtà. La seconda fase invece è stata incentrata sulla ricerca di un possibile risparmio energetico per ottimizzare i consumi di energia e reagenti all’interno delle vasche.

Protezione dei dati personali e tutela della sicurezza pubblica: la prospettiva europea sul caso Apple vs FBI e la strage di San Bernardino

L’obiettivo di questa trattazione è quello di esporre il rapporto controverso fra il diritto alla privacy, garantito ad ogni cittadino, e la tutela della sicurezza nazionale. L’episodio protagonista che verrà analizzato riguarda il contenzioso che, nel dicembre del 2015, ha coinvolto la società Apple Inc. e l’Fbi. Nella prima parte dell’elaborato l’attenzione verrà focalizzata sul concetto di privacy, approfondendo la sua diversa impostazione nelle normative americana e europea. In particolare, si partirà dal right to be let alone del 1890 per giungere a quella che è la concezione attuale del diritto alla protezione dei dati personali secondo il GDPR e il Privacy Act per poi elaborarne un confronto. Successivamente, verrà analizzato il tema della tutela della sicurezza pubblica facendo ricorso ad alcuni esempi di leggi emanate a seguito degli attentati terroristici dell’11 settembre. Nella seconda parte, dunque, si entrerà nel vivo della Strage di San Bernardino, ripercorrendo passo dopo passo le indagini. Il focus sarà lo scontro legale tra Apple e Fbi e le trattative in merito al dispositivo rinvenuto durante la strage. Infine, si ipotizzerà di “trasportare” il caso nella normativa europea, ossia immaginando la sua risoluzione qualora la normativa adottata non fosse stata quella americana.

Modellazione dell'effetto flangia nelle strutture in muratura: uno studio parametrico mediante un modello al continuo

La risposta sismica del patrimonio edilizio in muratura è molto articolata e richiede una completa comprensione del comportamento delle strutture stesse nel caso in cui siano soggette ad azione sismica, unitamente a corrette ed esaustive valutazioni numeriche. Questo elaborato è volto alla comprensione del fenomeno chiamato effetto flangia, ovvero l’interazione reciproca di pareti in muratura incidenti, mediante uno studio parametrico. Infatti, tale aspetto dipende da diversi parametri, tra i quali l’ammorsamento, lo spessore e le proporzioni tra i muri incidenti giocano un ruolo principale. Mediante un software ad elementi finiti (ABAQUS) è stato possibile implementare uno script di generazione dei modelli basato sui diversi parametri geometrici (lunghezza della parete incidente e della parete trasversale, e la loro posizione relativa) e su due diverse condizioni di vincolamento dei modelli. Inoltre, si è presa in considerazione la variabilità del carico verticale, stimandola in relazione al valore di resistenza a compressione della muratura: da un valore molto ridotto (5%), fino ad arrivare ad un valore elevato di compressione verticale (30%). L’analisi dei risultati utilizza le convenzionali curve di pushover per strutture in muratura costruite secondo i dettami della normativa tecnica italiana. Tali curve sono analizzate in funzione della percentuale di pressione che viene applicata catturando per ogni caso notevole l’effetto degli altri parametri variabili cercando quindi di descrivere la presenza dell’effetto flangia, ovvero evidenziando le variazioni della risposta strutturale (massimo taglio, duttilità, tipo di crisi etc.) quando è presente una interazione tra due pareti incidenti.

Analisi della performance sismica di un edificio esistente in C.A. mediante metodo SLaMA e valutazione delle perdite economiche attese

A metà del secolo scorso in Italia un elevato numero di edifici in cemento armato con struttura a telaio è stata realizzata, in accordo con la Normativa dell’epoca, per resistere unicamente alle azioni verticali presentando un’elevata vulnerabilità nei riguardi delle azioni sismiche. I cambiamenti apportati dalle più recenti Normative volgono l’attenzione alla problematica della vulnerabilità sismica degli edifici esistenti, rendendo l’analisi del comportamento di questi ultimi un tema di grande rilevanza ed attualità. In questo contesto, viene selezionato un edificio esistente per il quale viene valutata la capacità sismica mediante una metodologia analitica denominata SLaMA, e vengono stimate le perdite economiche sismiche utilizzando la metodologia del Sisma Bonus Italiano. L’utilizzo di metodologie di calcolo semplificate rappresenta al giorno d’oggi una robusta alternativa da utilizzare in fase di valutazione progettuale preliminare. Le operazioni eseguite per l’edificio esistente vengono poi ripetute anche per due differenti opzioni di rinforzo strutturale proposte per lo stesso. I risultati ottenuti in termini di capacità sono stati posti a confronto con quelli ricavati dalla modellazione ad elementi finiti su software di calcolo per validare il metodo semplificato, mentre i risultati derivati dal calcolo delle perdite economiche sono stati confrontati con quelli ricavati mediante una metodologia più raffinata di analisi per verificare la corrispondenza e l’accuratezza del parametro di perdita calcolato (PAM). Infine, vengono esposti i risultati ottenuti per gli edifici analizzati proponendo dei confronti fra gli stessi, in modo da individuare la scelta progettuale più conveniente sia in merito alla performance sismica dell’edificio che alla riduzione della perdita economica attesa.

Sviluppo di un modello stocastico per la simulazione di sperimentazioni cliniche di nuovi trattamenti per l’osteoporosi

Le fratture fragili del collo del femore rappresentano un grave problema sociosanitario, in via di aggravamento a causa dell’aumento dell’età media e dell’aspettativa di vita. Il verificarsi di tale evento dipende da più fattori: la frequenza con la quale si verificano cadute, la gravità delle stesse e lo stato di salute del paziente, in particolare la resistenza meccanica delle sue ossa e il suo grado di controllo neuro-motorio. Negli ultimi anni gli strumenti di analisi e stima della resistenza meccanica del femore basati su modelli agli elementi finiti hanno raggiunto un tale livello di maturità da prospettarne l’utilizzo nel contesto di “in silico trials”, ovvero la simulazione virtuale di sperimentazioni cliniche e precliniche. In questo studio si è sviluppato un modello stocastico in grado di simulare la sperimentazione clinica di nuovi trattamenti per l’osteoporosi. Questo comprende più sotto modelli in grado di simulare il processo di invecchiamento, determinare stocasticamente le cadute che si verificano in una certa popolazione in un determinato orizzonte temporale e l’entità delle forze che agiscono sul grande trocantere. In particolare, le cadute sono state generate a partire da una distribuzione di Poisson e le forze sono state stimate attraverso un modello stocastico multiscala. La tesi si è concentrata su aspetti metodologici e procedurali, nell’ottica di sviluppare un modello che permettesse agevolmente la variazione dei parametri associati alla caduta, dotato di buone robustezza ed applicabilità. È stato verificato come la discretizzazione nel dominio del tempo del rimodellamento osseo non influisca significativamente nella determinazione delle fratture; inoltre, il modello si è dimostrato capace di fornire risultati stabili in modo computazionalmente efficiente. La validazione dei risultati del modello, invece, ha dato risultati non soddisfacenti, per cui sarà necessario procedere in futuro a un’attenta calibrazione dei parametri del modello.

Strategie di modellazione numerica di interventi per la riqualificazione di un edificio in muratura mediante cappotto sismico

Il lavoro svolto in questa tesi si colloca nel contesto della riqualificazione di una struttura in muratura portante esistente tramite cappotto sismico. Ha come oggetto l’analisi della sua risposta meccanica, con particolare attenzione alla modellazione numerica. L’immobile oggetto di studio è edificato nella zona costiera del comune di San Benedetto del Tronto (AP). La prima fase di analisi consiste in un approfondito percorso di conoscenza della struttura, che riguarda un attento studio storico-critico dell’evoluzione strutturale seguito, poi, da un’indagine conoscitiva della geometria della struttura e delle caratteristiche meccaniche dei materiali costituenti. Per migliorare il comportamento dell’edificio sotto carichi sismici, si sceglie di intervenire tramite la realizzazione di un’epidermide sismo-resistente, che deve essere correttamente modellata congiuntamente alla muratura portante. Viene proposta una prima modellazione semplificata nella quale le pareti del cappotto vengono implementate mediante l’utilizzo di elementi bidimensionali, mentre la muratura esistente viene considerata solamente come massa sismica. Nella seconda strategia di modellazione, seppure si mantenga la stessa impostazione per la schematizzazione del cappotto sismico, si avanza l’ipotesi di discretizzare la struttura esistente mediante il metodo a telaio equivalente, per valutare così la ripartizione delle azioni sismiche tra cappotto e muratura. Vengono eseguite tutte le verifiche necessarie per la valutazione di fattibilità dell’opera, esaminando anche i livelli di sicurezza raggiunti per lo stato di progetto. Con entrambe le strategie si raggiunge un’ottima riqualificazione dell’immobile.

'Aedes sacrae' e 'edifici destinati all'esercizio pubblico del culto cattolico': la condizione giuridica delle chiese in Italia tra diritto canonico e ordinamento statale

Già ad uno sguardo esterno la normativa chiamata a disciplinare la condizione giuridica delle chiese cattoliche nel nostro Paese appare caratterizzata da un elevato grado di complessità: impressione che trova conferma sia con riferimento al diritto canonico, nella cui prospettiva le disposizioni appositamente dedicate ai 'loca sacra' dal Codex Iuris Canonici richiedono di essere affiancate dalle indicazioni provenienti – ai rispettivi, differenti livelli – tanto dalla Conferenza Episcopale Italiana quanto dai dicasteri della Curia romana; sia nell'ottica dell'ordinamento italiano, che agli 'edifici destinati all’esercizio pubblico del culto cattolico' riserva un'attenzione specifica, emergente nella legislazione unilaterale così come in quella pattizia. A fronte di una simile eterogeneità, sono d’altra parte note le problematiche che il tempo presente pone innanzi alle esigenze di una corretta amministrazione del patrimonio ecclesiastico – spesso pure dotato di un inestimabile valore storico-artistico –, le quali si riversano sulla preservazione stessa di tali immobili. Prendendo le mosse da questi presupposti, la trattazione si propone di effettuare una lettura sistematica delle diverse fasi in cui si articola il 'ciclo vitale' di un'ipotetica chiesa cattolica, così da ricostruire organicamente e criticamente quel quadro complessivo che permetta di formulare le soluzioni più appropriate per rispondere a questioni risalenti e sfide inedite. È quindi con questo intento che, una volta definito esattamente il concetto di chiesa-edificio, vengono ripercorsi i momenti in cui si sviluppa, anche giuridicamente, la sua esistenza: dalla pianificazione al finanziamento delle nuove costruzioni, con una speciale attenzione all'apporto che può essere offerto da parte della CEI; dagli utilizzi ammessi nel diritto canonico alle tutele garantite da parte statale; dalle misure di salvaguardia ai criteri per la loro adeguata gestione, comprendenti tanto i profili relativi alla conservazione quanto quelli riguardanti la valorizzazione; dalle implicazioni di un'eventuale riduzione a uso profano fino ai requisiti dettati per la nuova destinazione dell'immobile.

Simulazione CFD di incendio in galleria: confronto tra modello e test in scala reale

Le tecniche di fluidodinamica computazionale vengono utilizzate in numerosi settori dell’ingegneria per risolvere in modo efficiente i problemi di flusso e di termodinamica nei fluidi. Uno di questi settori in cui si è diffuso l’utilizzo delle tecniche CFD (Computational Fluid Dynamics) è il settore dell’ingegneria antincendio. Tra i vari software di simulazione presenti, FDS (Fire Dynamics Simulator) è quello più diffuso nella comunità antincendio e utilizzato all’interno della presente analisi. L’elaborato introduce le basi dell’ingegneria antincendio spiegando le varie fasi attraverso il quale passa la metodologia prestazionale, passando poi ad approfondire le dinamiche d’incendio, in particolare nelle gallerie stradali e le tecniche di modellazione termo fluidodinamica degli incendi. L’analisi tratta il confronto tra delle prove d’incendio in scala reale effettuate all’interno di una galleria e le relative simulazioni fluidodinamiche realizzate al fine di verificare la corrispondenza tra la modellazione con software e l’effettiva evoluzione dell’incendio. Nell’analisi verranno confrontati diversi metodi di modellazione, evidenziando i vantaggi e i limiti incontrati nel corso delle simulazioni, confrontandoli al tempo stesso con i risultati ottenuti dai test in scala reale. I modelli ottenuti hanno permesso di estendere le simulazioni a focolari di potenza maggiore al fine di effettuare un’analisi delle prestazioni antincendio della galleria oggetto di studio.

Ottimizzazione impiantistica di servizi di climatizzazione e acqua calda con produzione di energia da fotovoltaico: il caso studio del progetto "e-SAFE"

In questa tesi si è approfondito dal punto di vista impiantistico ed energetico il primo progetto pilota “e-SAFE”, relativo ad un condominio di edilizia popolare sito a Catania. Il progetto europeo “e-SAFE” mira alla riqualificazione “globale” del patrimonio edilizio UE, con obiettivi quali la decarbonizzazione, tramite raggiungimento di edifici nZEB, e la sicurezza sismica, includendo finalità sociali. È stata svolta la progettazione degli impianti tecnici relativi ai servizi di climatizzazione (riscaldamento e raffrescamento) e produzione acqua calda sanitaria (ACS), tramite adozione di sistema a pompa di calore abbinato ad impianto fotovoltaico provvisto di batterie di accumulo, al fine di massimizzare l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili. Una soluzione innovativa è stata prevista per il sistema ACS tramite bollitori decentralizzati che permettono l’eliminazione della rete di ricircolo e dotano il servizio centralizzato di una certa “individualità”, con adozione di logiche di controllo che consentono di sfruttare al massimo l’energia da fotovoltaico. Sono state quindi svolte analisi energetiche, relative a tre casi impiantistici (senza PV, con PV e con batterie d’accumulo), con modellazione del sistema edificio-impianto adottando una procedura di calcolo orario, per poi confrontare i consumi elettrici, le emissioni e i principali indicatori energetici al fine di dimostrare la bontà delle scelte progettuali effettuate. Si è dimostrato come l’impiego dell’impianto fotovoltaico, abbinato ad un corretto dimensionamento delle batterie di accumulo, consente di ottimizzare la contemporaneità di produzione e consumo di energia. Nonché permette di minimizzare il prelievo di energia elettrica dalla rete nazionale, consumando e stoccando in loco l’elettricità autoprodotta da fonti energetiche totalmente rinnovabili.

Approfondimento della modellazione parametrica per la valutazione delle capriate lignee. Analisi degli spostamenti e degli stati deformativi della copertura della Cattedrale di San Pietro a Bologna.

La presente tesi si posiziona all’interno di un percorso di ricerca avviato riguardante lo studio delle coperture lignee di vari edifici storici. Gli obiettivi del lavoro consistono nel fornire un quadro generale sullo stato dell’arte della modellazione parametrica per la diagnosi di strutture lignee storiche, completare e approfondire lo studio delle capriate della Cattedrale di S.Pietro a Bologna ed effettuare un confronto sia in termini quantitativi che di velocità esecutiva con metodologia e risultati degli studi precedenti. Il metodo proposto,è stato perfezionato grazie ai feedback ottenuti in corso d’opera a seguito della sua applicazione a nuovi casi studio.L’intento principale è quello di consentire maggior automatizzazione e parametrizzazione del metodo per conferire alle procedure di modellazione un carattere generalizzato e rapidamente replicabile.Sono state ottimizzate le fasi di editing della nuvola di punti e di vettorializzazione delle sezioni degli elementi strutturali.Al fine di approfondire la conoscenza di queste strutture,si è acquisito il rilievo 3D completo del sottotetto dell’edificio con laser scanner.Il primo output consiste quindi in una nuvola di punti dalla quale sono state estrapolate le singole capriate;da queste è possibile estrarre le sezioni delle aste afferenti ai nodi,poi vettorializzate tramite software di modellazione parametrica:sono stati utilizzati algoritmi,programmati e testati nei precedenti studi,che generano 3 modelli per ogni capriata:il modello di rilievo, il modello proiettato e quello “ideale o teorico”.Comparando i modelli e la nuvola di punti di rilievo è possibile analizzare spostamenti e deformazioni delle capriate,ottenere informazioni sul loro comportamento puntale e trarre considerazioni sullo“stato di salute”globale del sottotetto.I dati raccolti permettono di acquisire una maggiore consapevolezza sulle capriate oggetto di indagine e potrebbero essere utilizzati per progettare eventuali interventi di recupero.

Sistemi di stoccaggio non tradizionali: modellazione analitica ed analisi prestazionale multi-scenario

Il seguente elaborato di tesi prevede la simulazione del comportamento di quattro diversi layout di magazzino contenenti lo stesso numero di vani, ipotizzando uno stoccaggio della merce secondo il criterio delle classi. Inoltre è stata analizzata l’influenza della variabile altezza sul tempo di ciclo dei singoli magazzini. I quattro layout analizzati sono stati: il layout tradizionale, il layout diagonal cross aisle, il layout fishbone e il layout leaf. Il primo è un magazzino “convenzionale”, nel quale l’intersezione dei corridoi genera sempre angoli retti, i restanti tre sono magazzini “non convenzionali”, ovvero l’intersezione dei corridoi genera angoli particolari. Per ciascun magazzino è stato realizzato un modello matematico discreto in grado di determinare la posizione di ogni singolo vano, la sua distanza dal punto I/O e la sua altezza da terra. Il modello matematico e la tipologia di gestione del magazzino sono stati successivamente implementati in un programma scritto su Microsoft Excel, mediante il linguaggio integrato VBA (Visual Basic for Application). Questo ha permesso di determinare i tempi di ciclo medi per ciascun magazzino, facendo il rapporto tra le distanze precedentemente calcolate e le velocità di traslazione e sollevamento del carrello elevatore. Per ottenere dalla simulazioni dei valori il più possibile prossimi alla realtà è stata adottata la metodologia di Simulazione Monte Carlo e un numero di estrazioni pari a 1000. Dai risultati ottenuti è emerso che il magazzino fishbone è in grado di garantire i miglior tempo di ciclo e che i tempi di ciclo più bassi si ottengono, a parità di vani presenti in un magazzino, aumentando le dimensioni in pianta piuttosto che aumentando l’altezza del magazzino.