BIM-P, ambiente digitale di dati per il supporto delle attività di ristrutturazione degli edifici
Una delle più grandi sfide nel settore delle costruzioni riguarda la condivisione efficiente dei dati fra tutti gli stakeholder durante l’intero ciclo di vita di un edificio.
La quantità di dati generati da un asset può essere significativa e una gestione insoddisfacente di queste informazioni potrebbe avere l’effetto di ostacolare le decisioni strategiche e la collaborazione fra le parti interessante.
Un modo per risolvere questa criticità è la creazione di un hub di informazioni dell’edificio che consenta di raccogliere, gestire e condividere informazioni dalle prime fasi di progettazione fino a quella operativa.
Il crescente interesse nei confronti del BIM ha portato allo sviluppo dell’ISO 19650, un set di standard che definisce il CDE (Common Data Environment) come un ambiente digitale in grado di gestire i processi e i flussi di lavoro che devono adottare gli stakeholder coinvolti della gestione dell’edificio.
All’interno del Progetto Europeo INFINITE, One Team sta completando lo sviluppo della piattaforma digitale BIM-P che comprende l’ambiente di gestione dati (CDE), il visualizzatore IFC 3D e l’integrazione con i plugin di calcolo LCA, LCC e calcolo energetico che supporteranno le attività di ristrutturazione degli edifici dimostrativi.
Il progetto INFINITE punta all’aumento della penetrazione del mercato di tecnologie industrializzate all-in-one per l’involucro edilizio. In particolare, si studia come incrementare l’adozione di approcci industrializzati alla ristrutturazione degli edifici (deep renovation) implementando kit di involucro edilizio e piattaforme digitali di supporto agli stakeholders.
I kit includono facciate ad alte prestazioni con sistemi di distribuzione aria, fotovoltaico, solare termico, e copertura verde integrati. Il progetto ha ricevuto fondi dal programma dell’Unione Europea di ricerca ed innovazione Horizon 2020 (convenzione di sovvenzione n. 958397).
La piattaforma BIM (BIM-P)
La BIM-P permette ai differenti stakeholder di collaborare efficientemente durante l’intero ciclo di vita degli edifici. La piattaforma è costruita attorno ad un CDE che funziona da repository centrale per archiviare e condividere dati. La piattaforma gestisce le autorizzazioni di accesso degli utenti alle funzionalità e ai dati basandosi sul ruolo.
La funzione di gestione dei dati e delle risorse consente l’archiviazione dei formati di file più comuni per documenti, disegni, modelli e specifiche, con il supporto di file versioning, classificazione, link e riferimenti fra le risorse. I file possono essere collegati fra di loro per creare riferimenti parent-child, facilitando la relazione fra elementi dello stesso argomento.
La visualizzazione dei modelli 3D è integrata attraverso un BIM Viewer che supporta il formato IFC. Infine, sviluppatori e utenti avanzati possono utilizzare le interfacce API che espongono i dati e i metodi per connettere servizi multidisciplinari esterni.
La BIM-P è infatti connessa con i tool e plugin sviluppati all’interno del progetto INFINITE che forniscono valutazioni LCA e LCC, Analisi Energetica e del Comfort, Installazione e supporto a Operazioni e Manutenzione (O&M).
La piattaforma può essere implementata on premise o come una soluzione software as a service (SaaS) all’interno dell’organizzazione, come alternativa e ad integrazione dei comuni servizi di hosting di file.
Uso di BIM-P e scenari tipici
Una pratica comune fra gli utenti è quella di lavorare con il proprio strumento di authoring preferito, salvare il risultato in uno dei formati di file più comuni e di condividere il file in una piattaforma di condivisione. In questo scenario BIM-P può essere utilizzata come piattaforma di condivisione della documentazione.
Le caratteristiche di versioning e autorizzazione alle risorse archiviate nella BIM-P permettono agli utenti il controllo delle modifiche ai documenti e di gestire le informazioni in maniera sicura. Gli utenti possono apportare modifiche alle risorse, creando nuove versioni aggiornate con le modifiche.
Questo flusso di lavoro può essere utilizzato per inviare e condividere documenti, come ad esempio il report dei costi e la pianificazione della gestione dell’edificio, report delle riunioni con gli utenti dell’edificio, report sul consumo energetico e così via.
La piattaforma può essere utilizzata per condividere dati fra i proprietari e i professionisti scelti per la fornitura dei servizi. Anche gli utilizzatori dell’edificio possono trarre beneficio dalla BIM-P in qualità di piattaforma di condivisione di documenti per ricevere e fornire feedback riguardo le attività portate avanti dai professionisti.
Successivamente all’upload iniziale, le risorse vengono condivise con gli architetti e gli ingegneri in modo tale che possano cominciare le proprie attività. In questo modo ci aspettiamo un loop di feedback in cui tutti i documenti necessari vengono aggiornati con una traccia chiara dello storico delle modifiche utilizzando le revisioni.
I professionisti sono inoltre in grado di caricare i modelli 3D utilizzando il viewer apposito, oppure di scaricare l’IFC e i file sorgente nativi localmente sui propri dispositivi.
Contenitori informativi, definiti dalla ISO 19650
Per lavorare efficientemente in un ambiente BIM, BIM-P supporta il concetto di information container, definito nello standard BIM ISO 19650 che in prevede un sistema di classificazione, codice di stato, versioning e storico delle modifiche tracciate.
Gli stati sono utilizzati per gestire il progresso della creazione delle informazioni e per definire l’affidabilità del contenuto. La classificazione delle risorse consente all’utente di organizzare i documenti per i loro contenuti e scopi, mentre il codice di stato definisce in che modo vengono condivisi con altri membri del team, esterni o interni. La ISO 19650 fornisce tre codici di stato principali, definiti come in lavorazione (wip), condiviso e pubblicato.
- Lo stato wip si usa comunemente per le risorse gestite da un singolo utente oppure da membri interni del team.
- Lo stato condiviso viene utilizzato per approvazioni interne tra i team di progettisti prima della consegna finale al cliente.
Il cambiamento di stato da wip a condiviso è solitamente effettuato con un check preliminare, una revisione o attività di approvazione sul contenitore informativo.
Le informazioni contenute in condiviso sono visibili a tutto il team operativo e, se necessario, possono essere condivise con il cliente per raccogliere commenti e feedback da includere nel loop di progettazione successivo. - Al termine del processo di condivisione la risorsa può cambiare lo stato a pubblicato, siccome supera il processo di revisione e autorizzazione ed è pronta ad essere condivisa con i membri esterni del team.
Il flusso di condivisione di una risorsa
Il workflow viene spiegato nella Figura 2, con il tipico flusso fra due utenti che lavorano su un documento editato nelle aree wip locali. I colori degli elementi possono rappresentare una semplificazione dei cambiamenti fatti alla risorsa, come l’editing di un documento in un ciclo di progettazione tipico. Gli utenti possono archiviare diverse versioni della risorsa (in quanto lo sviluppo del progetto può cambiare) prima di modificare lo stato a condiviso.
Come la risorsa cambia di stato da wip a condiviso, il doppio codice di versione viene eliminato, mantenendo solo la numerazione primaria. Se la risorsa condivisa viene modificata, il sistema in automatico crea una copia nell’area wip dell’utente, ne incrementa la versione, e blocca la risorsa condivisa.
L’operazione di blocco è data dalle funzioni di check-in e check-out, e permette di evitare modifiche concorrenti sulle risorse. Un’icona con lucchetto indica lo status del blocco e se la risorsa è disponibile (check-in) o se è bloccata per la modifica (check-out) da parte di altri utenti.
Nel processo di condivisione delle risorse, gli utenti possono utilizzare le funzionalità di approvazione del flusso di lavoro. Il proprietario della risorsa (che comincia il flusso d’approvazione) può notificare gli utenti di revisionare i contenuti delle risorse per approvare o rifiutare i cambiamenti di stato.
I revisori ricevono una notifica e-mail e possono vedere la risorsa nell’apposito pannello con lo stato di approvazione “in sospeso”. Gli utenti possono controllare lo storico delle modifiche delle risorse, quali utenti hanno apportato modifiche, quando queste sono avvenute e quando poi sono state portate a termine. Gli utenti possono aggiungere commenti, oppure questi possono essere programmati automaticamente dalla piattaforma quando una risorsa cambia stato.
Il BIM Viewer come strumento
BIM-P supporta il caricamento di diversi formati di file, e per i modelli BIM, fornisce un visualizzatore integrato IFC. L’utente può navigare fra i modelli, selezionare oggetti in 3D nell’albero gerarchico e visualizzare le proprietà. Un set di funzioni per la visualizzazione aiutano l’utente ad isolare, nascondere ed evidenziare gli elementi del modello, anche in modelli geometrici complessi.
Gli elementi del modello possono essere collegati ad altre risorse che sono già archiviate nella BIM-P per definire referenze dirette e link a documentazione come report, datasheet o disegni. Gli elementi collegati sono visibili nel pannello proprietà, che permette agli utenti di raccogliere tutta la documentazione relativa ad un elemento specifico.
Per migliorare l’usabilità ed estendere le funzionalità ulteriormente, è stata implementata la possibilità di creare gruppi di elementi selezionando gli oggetti nel visualizzatore 3D o nel pannello gerarchia. La funzionalità dei gruppi permette agli utenti di creare set di oggetti basati su tipi, materiali o qualsivoglia regola personalizzata di cui l’utente ha bisogno.
In questo modo l’intero gruppo può essere riferito e connesso con altre risorse, senza limitarsi alla documentazione, ma agendo anche come connessione di dati per strumenti esterni, migliorando lo scambio di dati fra il modello BIM e i plugin integrati.
Infine, gli elementi raggruppati possono essere archiviati nel modello IFC come un IfcGroup standard e disponibile quando il file IFC viene scaricato e referenziato in applicazioni di BIM authoring come Revit, Archicad ed altri. Una funzionalità simile aiuta gli utenti a creare e modificare le IfcZones direttamente nel viewer 3D.
Questa caratteristica aiuta gli utenti a definire le zone termiche e spaziali per la simulazione energetica e la gestione degli spazi direttamente nell’applicazione web per evitare l’uso di strumenti di authoring specifici.
I file IFC in BIM-P
In BIM-P gli utenti possono gestire diversi tipi di file fra cui modelli BIM 3D, disegni, report, fogli di calcolo, immagini ed altri tipi di media utilizzabili per archiviare la documentazione relativa all’edificio. I modelli BIM 3D vengono archiviati utilizzando il formato interoperabile IFC.
Il file IFC definisce un modello EXPRESS entità-relazione, consistente in diverse centinaia di entità organizzate in una gerarchia di eredità basata sugli oggetti. La struttura dell’IFC consente di analizzare i file per estrarre tutte le entità IFC, le loro proprietà e relazioni, e salvarli nel database mantenendo le relazioni del file originale.
Nonostante la BIM-P archivi i file IFC originali nel sistema, la disponibilità dei loro contenuti nel database migliora la velocitò di lettura e scrittura di dati IFC e di recuperare dati di oggetti in tempo reale, per supportare la visualizzazione all’interno del BIM viewer.
L’applicazione “IFC to Relational DB”, attiva come servizio sul server BIM-P, analizza asincronamente i file IFC caricati nel CDE e ne scrive i contenuti all’interno del database. L’applicazione è programmata e coglie le modifiche alle versioni dei file, aggiornando i dati caricati nel database quasi contemporaneamente all’aggiornamento dei file IFC.
I dati vengono utilizzati per velocizzare la visualizzazione delle proprietà nel BIM Viewer e per supportare la creazione e modifica di elementi IFC spaziali (come IfcZones e IfcGroups).
Questa caratteristica permette agli utenti di modificare la gerarchia spaziale di un modello IFC, aggiungendo o modificando IfcZones e IfcGroup utilizzati per gestire zone termiche per la simulazione energetica, zone spaziali per attività basate sulla località, luoghi per il posizionamento di sensori e raggruppamento di elementi per la gestione di attività e risorse.
Tutte le modifiche vengono salvate in tempo reale nel database e sono immediatamente disponibili nel BIM Viewer, nel modello IFC quando scaricato e nelle applicazioni connesse che scambiano dati attraverso le API di BIM-P.
Workflow innovativi con BIM-P
Gli utenti professionisti, in particolare quelli direttamente coinvolti nelle attività di progettazione e costruzione, spesso utilizzano strumenti di authoring BIM. Questi salvano i dati nel formato nativo ed esportano in formati di file interoperabili per condividere le informazioni con altri team.
Uno dei colli di bottiglia della condivisione dei dati in un ambiente BIM è la funzionalità di esportazione disponibile in strumenti di authoring BIM, incline ad errori e perdita di dati, perciò i dati scambiati vengono controllati per assicurare correttezza e consistenza. Inoltre, l’export e il controllo della qualità dei dati sono i compiti che più fanno perdere tempo in un normale loop di feedback di progetto.
Le best practice di BIM management raccomandano l’utilizzo dello stesso strumento di BIM authoring negli stessi team di progettazione per disciplina, di programmare gli scambi di dati e limitare l’esportazione per condividere l’output di progettazione solo fra il team di design e il cliente, oppure fra team di diverse discipline. Queste raccomandazioni e pratiche possono limitare la collaborazione fra team, parti e stakeholder coinvolti nei lavori di ristrutturazione.
Le funzionalità sviluppate in BIM-P permettono l’utilizzo degli strumenti di authoring preferiti e lo scambio dei dati fra le versioni locali dei file (nei formati nativi) e i file condivisi sulla piattaforma (in formato interoperabile), gestendo i cambiamenti e gli aggiornamenti fra i due sistemi.
Il flusso di lavoro IFC
È stato testato su un workflow con un progettista che lavora con uno strumento di BIM authoring in un ambiente locale e BIM-P come piattaforma di data management, come mostrato in Figura 4.
Il progettista, utilizzando uno strumento di BIM authoring, può esportare una versione del progetto come un modello IFC interoperabile. Il file viene caricato nella BIM-P come una risorsa con la corretta classificazione, stato e permessi per condividere con gli altri membri del team.
In un flusso di lavoro collaborativo fra diverse discipline di progettazione, visto che la risorsa è condivisa sulla BIM-P, gli altri membri possono utilizzarla come riferimento (ossia link ad un file esterno) per lavorare su altri modelli all’interno degli strumenti di authoring.
La BIM-P rende disponibili metodi API che possono essere utilizzati per ottenere ed aggiornare gli elementi del modello IFC con la gestione delle IfcZones, IfcGroups, link ai file e riferimenti. Le API possono essere utilizzate per scambiare dati direttamente fra l’applicazione (client) e BIM-P (server host).
Sfruttando questa funzionalità, il team di progettisti può recuperare update ed apportare modifiche ai dati del modello direttamente all’interno della propria applicazione, mantenendo un collegamento bidirezionale al modello IFC condiviso e alla copia locale nel format nativo.
In un loop di feedback tipico gli utenti possono salvare fino al 70% di tempo solitamente perso durante l’esportazione, l’upload, il download e la conversione di file IFC nelle applicazioni di origine e di ricezione.
Le attività che ne beneficiano di più sono quelle che coinvolgono la modifica delle proprietà degli elementi, come i set di parametri utilizzati per trasferire le informazioni sulle operazioni e manutenzione, simulazioni e riferimenti alla documentazione.
Ciò è più efficace per alcune mansioni delle fasi di progettazione e costruzione e anche per la gestione operativa degli asset, spesso caratterizzate da nessuna modifica nella geometria del modello as-built, comparato invece ai continui cambiamenti dei parametri dei dati lungo l’avanzamento del ciclo di vita.
Il flusso di lavoro non è ancora applicabile alle modiche della geometria, e nel caso in cui le modifiche includono tali elementi, occorre esportare il file IFC con le procedure tradizionali.
La procedura è comunque estremamente utile durante le attività di simulazione e l’analisi che possono essere portate a compimento iniziando da un file IFC, per poi essere scaricate e convertite nelle applicazioni del destinatario.
Applicazioni come LCC, LCA, plugin Energy e O&M, che si scambiano dati attraverso le API di BIM-P, possono riferire direttamente ai dati del modello BIM raccolti dal file IFC e conservati nel database della piattaforma. I plugin possono recuperare direttamente i modelli degli elementi e i loro valori necessari alle simulazioni. Gli output delle applicazioni possono essere salvati o collegati al modello BIM e a singoli oggetti IFC.
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