La competizione Solar Decathlon nasce nel 1999 come evento promosso dal Dipartimento di Energia del Governo degli Stati Uniti e nel 2002 viene organizzato il primo evento lungo il National Mall di Washington DC. Nel 2007 grazie a un accordo tra Spagna e Stati Uniti nasce il primo Solar Decathlon Europe, con cadenza biennale.

Ogni edizione del Solar Decathlon propone la sfida tra 20 team universitari provenienti da tutto il mondo, che hanno come obiettivo la progettazione e la realizzazione di moduli abitativi con funzione residenziale, alimentati a energia solare e dotati di tecnologie ad alta efficienza energetica.

Il primo team italiano ammesso a partecipare alla competizione Solar Decathlon è stato il team della Facoltà di Architettura, Ingegneria e di Studi Aziendali dell’Università di Roma TRE e da un team di Disegno Industriale della Sapienza Università di Roma, che ha partecipato all’edizione 2012 con il progetto “MED in Italy” ottenendo il terzo posto assoluto e vincendo diversi premi tra cui il primo premio per la sostenibilità.

Nella successiva edizione del Solar Decathlon Europe 2014 il team dell’Università Roma TRE ha partecipato nuovamente con i Dipartimenti di Architettura, Ingegneria ed Economia come unico invitato italiano alla competizione, vincendo il primo premio assoluto con il progetto “RhOME for denCity”. La proposta intende dare una risposta concreta alle problematiche delle grandi città, in primo luogo in merito al consumo di suolo e al degrado delle zone periferiche.

Proprio in questo quadro, e in risposta a questi interrogativi, si collocava il tema della competizione internazionale del Solar Decathlon che, a partire proprio dall’edizione 2014, ha deciso di svincolarsi dal singolo modulo di villa unifamiliare, chiedendo ai team in gara lo sforzo di aprirsi alla città e confrontarsi col tema sociale dell’evoluzione delle grandi città.

Il team italiano ha introdotto fin dall’inizio del processo una struttura di progettazione e ingegnerizzazione basata sull’utilizzo della modellazione informativa Bim per la gestione integrata del flusso informativo durante tutte le fasi di lavoro.

Il workflow con l’indicazione dei software utilizzati per la creazione e le analisi dei modelli Bim: simulazioni sulla radiazione solare, simulazione termica dinamica, illuminazione, fluidodinamica, verifica incrociata delle analisi per la scelta più opportuna secondo il Design Optioneering

Il Bim per il progetto e l’ingegnerizzazione

La modellazione Bim per il Solar Decathlon è stata utilizzata in questo percorso progettuale a più livelli e in più fasi: nella pianificazione dell’inserimento dei moduli nel contesto urbano, così come esplicitamente richiesto dal concorso, e nella progettazione, ingegnerizzazione, trasporto, costruzione e gestione degli edifici. Pur essendo finalizzati alla gestione integrata dell’intero processo gli obiettivi sono diversi per ogni fase e nascono dal principale input dato dalla competizione: il confronto con una nuova committenza capace di interagire con l’edificio per la creazione di una città di nuova generazione.

Una smart city dove gli edifici vengono connessi grazie alla modellazione informativa. L’utilizzo della metodologia Bim è stata introdotta fin dalle prime fasi di impostazione planimetrica, creando una rete informativa efficiente tra i vari edifici del quartiere. Sono stati inoltre connessi tutti i sistemi edificio-impianto, anch’essi progettati con la modellazione Bim in modo da poter considerare in modo integrato tutte le varie discipline di progetto.

È stata creata una struttura integrata di modelli digitali a supporto di tutto il processo: un modello Bim impostato in modalità multiutente che ha reso possibile la collaborazione di 15 utenti al lavoro in contemporanea sul progetto, con possibilità di lavoro da remoto mediante Bim server durante le fasi di pre-assemblaggio.

La strutturazione dei modelli digitali, infatti, è stata collegata a una struttura innovativa per il team di progettazione, interamente multidisciplinare, che integra gli studenti con specialisti, ricercatori e aziende partner del progetto provenienti dai settori più diversi e dal mondo dell’innovazione italiana.

Simulazione dell’irraggiamento sulle superfici delle logge

Analisi preliminari e pianificazione

Attraverso l’utilizzo di software parametrici di simulazione dinamica, interfacciati in modo diretto o mediato da codici scritti ad hoc con i dati del modello Bim costruttivo è stato possibile ipotizzare il comportamento attivo e passivo dell’edificio e validare le scelte della strategia energetica fissando, fin dall’inizio, i migliori standard di comfort sia per l’intervento urbano, considerando come clima la città di Roma, che per il prototipo in competizione, situato a Versailles, in Francia. Questo processo di progettazione è iniziato studiando le caratteristiche macroclimatiche dell’area di riferimento per poi mettere l’accento sulle condizioni favorevoli e sfavorevoli intorno alle quali avrebbero preso forma gli edifici dell’impianto urbano.

Simulando le condizioni climatiche e morfologiche, si è infine arrivati all’interpretazione formale dell’edificio e all’integrazione tra sistemi attivi e passivi in grado di adattarsi a climi diversi e a orientamenti differenti, tutte situazioni variabili in relazione al lotto urbano di riferimento.

L’impianto distributivo chiave dei singoli appartamenti, è la loggia a forma di L che presenta 3 fronti vetrati, caratteristica che permette a ogni appartamento di avere, indipendentemente dall’orientamento, almeno una parete della loggia esposta a Sud. Questo aspetto permette una flessibilità di orientamento negli impianti urbani non compromettendo i rendimenti energetici. Su tali aspetti si è concentrata la modellazione Bim comparata e integrata, che ha avuto in questo caso come centro di modelli dettagliati il tema delle logge, su cui si è sperimentata la simulazione fluidodinamica, comparata nei risultati ad altri modelli in una proficua relazione di ricerca con le aziende software interessate.

Modello e immagini del sistema costruttivo platform frame del progetto, modellato suddividendo il modello Bim in sub assembles che simulano i componenti prefabbricati generando gli elaborati esecutivi per ogni parete strutturale, utili ai fini costruttivi e per il calcolo delle pareti

Particolare attenzione è stata riservata anche all’analisi per determinare dimensioni, posizione e sistemi ombreggianti per le superfici vetrate del prototipo.

Nella progettazione dell’involucro, l’attenzione è stata posta alle caratteristiche dei materiali utilizzati in modo che fossero adatti a una costruzione in zona mediterranea; scegliendo la soluzione in legno infatti si ottiene una bassa inerzia termica, non adatta a climi che alternano periodi molto caldi estivi, a periodi invernali più freddi.

Attraverso il confronto dei risultati delle simulazioni dinamiche, è stato possibile verificare che, con l’utilizzo dello strato di massa termica interna, è possibile ridurre sensibilmente l’utilizzo degli impianti di climatizzazione sia invernale che estiva contribuendo sia a diminuire le ore effettive di accensione degli impianti che la potenza di funzionamento degli stessi.

Il Bim per la produzione degli elementi prefabbricati in legno

Il materiale principale utilizzato, sia per la struttura che per l’isolamento termico e finiture, è il legno perché a basso impatto energetico, con un’energia e una quantità di CO2 incorporate molto basse. L’uso del legno consente inoltre di utilizzare gli scarti di lavorazione come combustibile nel processo produttivo, e di servirsi di un materiale rinnovabile proveniente da foreste certificate con controllo e marchio (FSC).

Inoltre il legno, essendo una struttura leggera è adatta alla produzione prefabbricata con macchine a controllo numerico, richiede molta meno energia anche nelle fasi di lavorazione e movimentazione in cantiere permettendo di abbattere notevolmente anche i costi energetici legati alla costruzione dell’edificio. Per ragioni di smontabilità e trasportabilità è stato progettato il sistema costruttivo prefabbricato misto a telaio e platform frame, con un isolamento realizzato in fibra di legno a bassa densità, posato tra i montanti, e un rivestimento di fibra di legno ad alta densità come cappotto termico uniforme in facciata. I

l modello centralizzato Bim, strutturato come simulazione costruttiva delle tecniche di prefabbricazione avanzata in legno secondo una modalità recentemente definita BAM (Building Assembly Model), è stato integrato con analisi strutturali di valutazione antisismica, energetiche dinamiche di radiazione solare, simulazione termica e fluidodinamica con il calcolo LCA (Life Cycle Assessment) del ciclo di vita dei materiali impiegati e per la valutazione dell’impatto ambientale in termini di Embodied Energy. In ultimo è stata effettuata una stima dettagliata, componente per componente, dei costi di costruzione e di trasporto.

A tali valutazioni si somma una caratteristica peculiare del progetto Solar Decathlon che è la gestione integrata della fase di cantierizzazione: ogni team è responsabile di gestire in prima persona l’assemblaggio del proprio prototipo abitativo, con gli studenti che vi lavorano in prima persona.

Il modello Bim è stato utilizzato per la simulazione dell’intero sistema costruttivo controllando i dettagli costruttivi e il posizionamento dei giunti, da realizzare sempre in modalità reversibile, vista la necessità di smontaggio

Il modello Bim è stato concepito per simulare tutta la fase di assemblaggio con l’integrazione nel progetto dei sub-assembly: suddivisione dei macro-componenti direttamente prodotti in stabilimento di prefabbricazione avanzata CAM di Rubner Haus, con macchine a controllo numerico, direttamente dai file di progetto (File to Factory).

Ogni Sub-Assembly è stato quindi da subito integrato nel modello Bim e ha permesso di visualizzare le fasi di stoccaggio e carico degli elementi, del loro trasporto e montaggio in un cronoprogramma collegato al modello; il sistema di simulazione permette la relativa valutazione dei rischi ai fini della sicurezza, con la modellazione completa delle strutture provvisionali e di montaggio. Tale strutturazione è stata legata contemporaneamente alla stima dei mezzi di trasporto, con generazione dinamica dei piani di carico per i mezzi, forniti agli interlocutori, in questo caso Trenitalia, visto che la casa italiana ha viaggiato verso Versailles in treno, il mezzo più sostenibile.

Tutta la casa è stata infrastrutturata con sensori per il monitoraggio dei parametri ambientali di comfort e dei consumi elettrici e idrici di dettaglio, ma anche la posizione fisica di finestre e parti della casa, con la realizzazione di un modello interattivo 3D di data reference nell’innovativo per l’epoca standard WebGL, usato, tra gli altri da Google. Il modello mette in rete e documenta il funzionamento di tutti i sistemi di impianto. È stato questo elemento fondamentale per superare le prove in competizione potendo creare tutta una serie di scenari delle condizioni di comfort all’interno della casa, integrando al modello i parametri gestionali sui consumi del prototipo.

Il modello Bim ha collegato la suddivisione della costruzione insub-assembles alla loro collocazione in modelli per gestire il trasporto

Vantaggi del Bim

Progettare in modalità Bim ha comportato una struttura molto peculiare che nel gruppo Solar Decathlon, durante tutta l’esperienza quadriennale si è voluto dare al team interdisciplinare e numeroso, che comprendeva persone con diversisissimi gradi di preparazione, tempo, impegno, coinvolgimento, e simmetricamente portatrici di forma mentis, software, ambiente di lavoro ottimizzato e “verticale” al proprio settore. Una semplice modellazione Bim, anche se accurata, non avrebbe risolto questi problemi.

Al contrario, uno degli sforzi maggiori compiuto dal management di Roma TRE è stato quello di costruire un team che avesse la capacità peculiare di fare da integratore, mediante la formazione di figure professionali nuove, in grado di raccogliere dai diversi interlocutori e poi condividere, a quel punto nei modelli digitali, simultaneamente tutti gli aspetti relative all’oggetto in esame. In questo modo si è superato il tema della “rete tra specialisti”, ma si è costruita una proficua e inedita inbridazione tra competenze di management, tecniche e digitali, basata su un dialogo costante, e soprattutto sulla capacità costante di raccogliere e integrare, consentita dal digitale.

Il modello Bim mediante la modalitùà 4D ha permesso di prefigurare e verificare con l’organizzazione il sistema di assemblaggio e la relativa sicurezza mediante un cronoprogramma collegato a fasi 3D

Senza tale sforzo anche modelli evoluti non necessariamente evitano la dispersione delle informazioni tra tutti gli attori coinvolti nell’intero processo, garantendo quindi la consapevolezza di ognuno sullo stato del processo e potendo avere sempre disponibili tutta una serie di dati pronti all’uso, in tempo reale allo stato di avanzamento. Ciò che ne giova maggiormente è il progetto stesso in termini di qualità: è stato possibile anticipare e risolvere numerose interferenze tra le varie discipline, prima della cantierizzazione, favorendo l’abbattimento dei tempi di costruzione, la riduzione dei rischi in cantiere, la riduzione dei costi, garanzia di un controllo gestionale in termini di consumi e manutenzione, incrementando la sua efficienza energetica.

Affinché tutto ciò potesse funzionare in maniera corretta era necessario che tutti i professionisti coinvolti avessero consapevolezza e fossero disposti a calare la propria pratica in un processo integrato. Tali vantaggi, spesso citati in tutta la documentazione di marketing connessa al Bim, hanno potuto essere raggiunti solo con un lavoro sulle figure professionali coinvolte, non a caso in parte oggi protagoniste della scena bim nazionale.

Abbandonare gli “habitus” non è semplice, ma è stata l’unica condizione per garantire il successo di un’operazione in cui il software ha funzionato solo come facilitatore di un processo di innovazione più profondo dei rapporti e a un struttura di gestione innovativa, consentita da una delle committenze più “moderne” che il contesto contemporaneo può garantire, sia pure applicata a una costruzione temporanea.

Il progetto per il Solar Decathlon in sintesi

Dimensioni modulo 47 m2
Area totale ingombro edificio 150 m2
Team leader: Chiara Tonelli
Componenti del Team
Università partecipanti Dipartimenti di Architettura, Ingegneria e Studi Economici dell’Università di Roma TRE – Faculty of Architecture, Economics and Engineering of the University of Roma TRE

 

Progettista architettonico Luigi Franciosini, Cristina Casadei

 

Progettista impianti Luca Solero, Gabriele Bellingeri, Ilaria Montella, Roberto De Lieto Vollaro

 

Progettista strutture in legno Ginevra Salerno, Ugo Carusi

 

Consumi stimati per il prototipo 42 kWh/m2a
Produzione annua di energia 3.900 kWh (fotovoltaico)
Tempi di realizzazione Produzione – Production 15 gg
Montaggio – Assembly 10 gg

 

Credits – teamRhOME Solar Decathlon

Professori
Chiara Tonelli, Gabriele Bellingeri, Maria Grazia Cianci, Stefano Converso, Roberto De Lieto Vollaro, Luigi Franciosini, Marco Frascarolo, Michele La Rocca, Francesco Lidozzi, Costanza Nosi, Alfredo Passeri, Carlo Alberto Pratesi, Ginevra Salerno, Luca Solero

Collaboratori e decatleti
Giulia Assogna, Gabriele Battista, Luca Bigarelli, Sara Boraschi, Francesca Bottaro, Manuel André Bottiglieri, Michele Caltabiano, Giuseppe Campanile, Michele Cappuccio, Barbara Cardone, Emiliano Carnielo, Ugo Carusi, Cristina Casadei, Paolo Cioffi, Alessio Clarizio, Federico Corazza, Flaminia De Rossi, Massimo Del Buono, Camilla Desideri, Chiara Di Battista, Francesca Di Benedetto, Filippo Mattia Dobrovich, Arianna Dolce, Luca Evangelisti, Edoardo Franchi, Roberta Franza, Ilaria Grugni, Stefano Latella, Paola Lenzoni Milli, Francesca Marino, Chiara Melchionna, Ilaria Montella, Valentina Moro, Nicola Moscheni, Elena Oetiker, Vincenzo Panasiti, Pierangelo Perna, Matteo Persanti, Cristiano Piagnerelli, Silvia Pinci, Lorenzo Pirone, Matteo Pisani, Lorenzo Procaccini, Andrea Rastrello, Patrizia Recco, Angelo Romano, Gabriele Roselli, Valerio Sabatini, Rodrigo Salsedo, Marco Sinopoli, Elena Ugolini, Giuliano Valeri, Antonio Vellucci, Marta Vignali, Valeria Vitale

 

 

 

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