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HBim, la sfida del recupero degli edifici storici

L’HBim (Historical o Heritage Building Information Modeling) è un processo applicato agli edifici esistenti, monumentali e non, che aumenta enormemente le potenzialità del metodo Bim, estendendo il suo utilizzo anche alla creazione di modelli del costruito esistente, e non solo come loro restituzione digitale e geometrica in 3D, ma come modelli intelligenti ricchi di informazione, in cui tutte le parti che li compongono sono oggetti anch’essi intelligenti, parametrici e con un una semantica ben definita

La nuova frontiera della progettazione digitale passa attraverso il Bim applicato al  recupero degli edifici esistenti, in particolare, a quelli con alto valore storico.

Si tratta, in verità, di una disciplina tuttora poco esplorata nel nostro Paese, ma dalle enormi potenzialità, tenuto conto della ricchezza del nostro patrimonio artistico.

Il termine Historical o Heritage Building Information Modeling   è stato utilizzato la prima volta nel 2009 in un articolo scientifico del professore Maurice Murphy, e dei suoi colleghi, del Dublin Institute of Technology.

Il Bim  è nato per la progettazione delle nuove costruzioni, quindi tutti i processi e gli strumenti collegati a questa metodologia, come i diversi software basati sul linguaggio Bim, sono basati su questo presupposto fondamentale e che, in passato, una delle principali critiche rivolte  a questo metodo di lavoro riguardava infatti la possibilità di applicarlo esclusivamente ai nuovi  progetti.

Invece, con l’affermarsi dell’HBim, soprattutto all’estero, lo scenario è radicalmente cambiato e le potenzialità di questa metodologia sono notevolmente aumentate.

Le prime sperimentazioni  finalizzate a restituire un modello Bim di un edificio esistente si sono svolte su  manufatti  storici e monumentali: l’obiettivo principale era creare un database dove inserire i modelli creati contenenti  una serie di informazioni tecniche e divulgative.

Per progettare il recupero o il restauro di una struttura storica l’approccio in ottica Bim segue un percorso diverso rispetto a quello tradizionale: si parte innanzitutto dall’approfondita conoscenza della storia e dell’evoluzione che ha avuto nel tempo ogni singola caratteristica dell’edificio e, in seguito, si passa alla fare della modellazione. Tutto comincia quindi dallo studio dei processi costruttivi che hanno portato alla realizzazione di un particolare manufatto.

L’edilizia storica è per sua natura il risultato di diverse stratificazioni e modifiche architettoniche nel corso degli anni. Se a questo si aggiunge la mancanza di una chiara documentazione di progetto tipica delle nuove realizzazioni, è facile comprendere quanto sia complesso ogni intervento di riqualificazione e restauro.

Le tre fasi dell’HBim

Affinché un intervento di recupero in Bim sia il più possibile rispettoso delle caratteristiche architettoniche, strutturali e della storia di un edificio è necessario acquisire il più elevato numero di dati e informazioni specifiche.

A monte, in sostanza, è fondamentale svolgere una accurata indagine storica, geometrica e materica  del manufatto, senza la quale non sarebbe possibile pianificare al meglio i successivi interventi di recupero. Una fase che consiste nel rilievo e nella successiva restituzione di tutte le informazioni con metodi di acquisizione capaci di mettere a fuoco e descrivere ogni singolo dettaglio in modo efficace e completo.

In un secondo tempo, saranno questi dati a fornire una base di conoscenza adeguata per svolgere le necessarie analisi diagnostiche sull’edificio ed evidenziare sia  i dettagli dei contenuti dell’intervento di recupero, sia, in seconda battuta, il successivo piano di manutenzione.

Per la raccolta di informazioni nell’HBim vengono utilizzate le  tecnologie della fotogrammetria digitale ad alta definizione e la rilevazione laser scanner (terrestri o aree con l’impiego di droni), che anche grazie alla possibilità di associare le informazioni geometriche a immagini consentono di ottenere un modello virtuale particolarmente fedele alla realtà. Il rilievo laser scanner nel tempo potrà facilitare i vari interventi successivi, perché è in grado di mettere a disposizione tutte le informazioni e di tracciare la storia del manufatto.

Elaborazione dati degli edifici storici

Quella dell’elaborazione dei dati è la seconda fase dell’Hbim. I metodi di rilievo ad alta definizione consentono di generare nuvole di punti a elevata risoluzione. Con i droni vengono realizzate riprese foto e video dalle quali ricavare immagini ad alta qualità georiferite che, combinate con rilievi a terra e opportune tecniche, vengono “tradotte” in nuvole di punti : queste ultime costituiranno la base per la modellazione dei manufatti e dei terreni.

Si tratta di strumenti che consentono di evidenziare le diverse misure e la volumetria, rendendo più semplice la modellazione dei vari elementi e dei suoi componenti. Siccome i punti rappresentati sono tantissimi – si parla in questo caso di “nuvola densa” la percezione è estremamente realistica, molto più di quanto possa essere con le metodologie tradizionali.

La nuvola di punti è di fondamentale supporto alla modellazione, in particolare nell’ambito dell’edilizia storica caratterizzata da una complessità di elementi, forme e particolari costruttivi intrinsecamente aggregati tra di loro.

Dall’elaborazione in base ai dati del rilievo si passa, in seguito, alla creazione di librerie con oggetti parametrici che rappresentano tutte le componenti del manufatto. A partire da dati non strutturati, come la nuvola di punti, il software genera dati strutturati, la mesh, o tessitura. In sostanza,  da una miriade di punti si arriva alla definizione di superfici. In pratica, con la creazione delle mesh – attraverso specifici software  – si passa da un insieme disordinato di punti a una superficie continua  che compone il modello 3D vero e proprio.

Il passaggio per arrivare alla vera digitalizzazione del modello consiste nella ricostruzione del modello Bim di quanto rilevato. Si tratta certamente della fase più delicata e complessa.  Infatti, da una superficie tridimensionale (costituita dalla tessitura) che raffigura l’opera rilevata è necessario creare un modello 3D parametrico. Considerando poi che gli edifici esistenti quasi mai presentano caratteristiche di regolarità e ripetitività, diventa un’operazione alquanto complessa il riconoscimento automatico di tali oggetti.

Attraverso la  fusione dei dati viene così costruito un modello Hbim, che racchiude tutte le informazioni relative alla storia dell’edificio, dal  quale deriverà la produzione di disegni tecnici, documentazione in 3D, proiezioni ortografiche, sezioni, dettagli e abachi.

Un modello che deve dare la possibilità di accedere a tutte le informazioni specifiche di ogni singolo dettaglio architettonico del manufatto, con una definizione molto precisa del dettaglio. E’ possibile anche evidenziare i dati attraverso un codice di colori, molto utili per esempio a identificare i vari livelli di degradi di una parete attraverso le diverse tinte.

Bim e HBim a confronto

Nell’HBim la suddivisione in parti è molto più spinta rispetto al Bim. Per esempio, un pilastro non può essere considerato un’unica entità, ma sarà necessario suddividerlo in base, fusto e capitello. Quest’ultimo, a sua volta, verrà ripartito in relazione ai singoli elementi che lo compongono e che magari lo differenziano da un altro capitello.

L’HBim non è soltanto un modello o una rappresentazione di un manufatto esistente, perché uno degli aspetti più importanti, quando si lavora su un edificio storico, sono le sue caratteristiche strutturali, tenuto conto che si tratta di costruzioni che nel tempo possono aver subito traumi ed essere stati stressati da terremoti.

L’uso di dati storici offre l’opportunità di sviluppare i dettagli dietro la superficie dell’oggetto per quanto riguarda i suoi metodi di costruzione e composizione dei materiali.

In ambiente HBim l’alto livello di interoperabilità è ancora più importante che nel Bim tradizionalmente inteso. Questo perché si lavora utilizzando un elevato numero di software specifici che devono interfacciarsi in open Bim e condividere tutte le informazioni.

Trattandosi di opere che fanno parte del nostro patrimonio storico, tutti i dati che vengono inseriti nel modello 3D devono poter essere fruibili da una serie di figure diverse (dallo storico, agli operatori della conservazione, ai progettisti, fino ai visitatori) in modo semplice e intuitivo, navigando per esempio all’interno di una chiesa, cliccando su un quadro, una statua o un capitello per poter accedere a tutte le possibili notizie storiche e artistiche.

Si tratta di informazioni che devono essere utilizzabili per tutto l’arco di vita dell’edificio e devono servire a conoscere e conservare al meglio il patrimonio architettonico.  Per esempio, è di estrema importanza valutare le reazioni di un immobile storico al variare della temperatura e del tasso di umidità nell’aria nel caso in cui siano presenti degli affreschi. Questo significa che il progetto di restauro dovrà  privilegiare gli aspetti prestazionali dell’edificio dal punto di vista energetico, quindi la necessità di coibentazione per preservare al meglio le pareti affrescate.

Se già l’adozione della filosofia Bim presenta diverse complessità ma anche numerosi vantaggi, lavorare in ottica HBim è ancora più difficile, tuttavia anche i benefici sono decisamente maggiori. Infatti, la possibilità di sezionare il manufatto in qualunque modo e sotto ogni profilo ne migliora la comprensione e garantisce un approccio ottimale sul piano della manutenzione.

Oggi anche in Italia i tempi sono maturi per l’adozione dell’HBim e cresce l’attenzione nei confronti di questa metodologia da parte del demanio, consapevole che la conoscenza approfondita del nostro patrimonio ne migliori la conservazione nel tempo e la condivisione e diffusione di tutte le informazioni.

In pratica, i modelli geometrici ottenuti attraverso i rilievi devono costituire degli indici di contenuti, con dati consultabili che riguardino storia e caratteristiche tecniche dei singoli componenti, stato di degrado delle diverse parti dell’opera, nome delle imprese che hanno eseguito i diversi interventi nel tempo. Un ampio ventaglio di informazioni, quindi, tutte inserite in un data base – nel tempo sempre implementabile – e fruibili a più livelli di interesse anche dalla committenza e dalla cittadinanza.

L’esperienza di Mantova

Un importante intervento italiano in HBim ha riguardato il recupero delle Logge di Levante di Giulio Romano a Mantova. L’immobile, di proprietà del Comune, è un edificio di grande importanza storico artistica e soggetto alla tutela del Ministero per i beni e le Attività Culturali e del Turismo.

Le Logge di Levante fanno parte del “Complesso delle Pescherie di Giulio Romano”, edificate nel 1536. Verso la fine del XX secolo questi manufatti furono ristrutturati e persero la loro originaria funzione che divenne residenziale, ma con il passare del tempo le condizioni delle ex Pescherie peggiorarono sempre più, fino ad arrivare al completo abbandono.

Nonostante l’HBim in Italia sia un terreno ancora tutto da esplorare e dalle enormi prospettive, tenuto conto della ricchezza del nostro patrimonio artistico, in questo intervento l’aspetto più interessante è stato  il coinvolgimento degli enti pubblici interessati ( il Comune di Mantova e la Soprintendenza) che si sono dimostrati estremamente sensibili al potenziale dell’applicazione delle metodologie BIM nell’ambito del restauro.

L’immobile a partire dal 2013 è stato inserito nel piano alienazioni degli immobili del Comune di Mantova con una serie di esperimenti di gara per la vendita non andati a buon fine. Da qui la decisione della Giunta, di restituire il monumento all’uso pubblico mediante il recupero e la valorizzazione delle Pescherie e della sottostante riva del Rio, attraverso un bando a evidenza pubblica.

Il progetto dell’intervento è stato affidato a un pool tecnico d’eccellenza e di grande esperienza che, per la prima volta, ha scelto di sperimentare l’applicazione delle metodologie Bim a un intervento di recupero complesso e di alto valore artistico.

Le società Pda di Mantova, Bim Factory di Brescia e PiScan di Bergamo hanno collaborato al coordinamento di tutte le relative attività: la predisposizione del modello Bim del progetto definitivo ed esecutivo, le mappature dei modelli con l’inserimento dei dati relativi alla pianificazione del programma operativo di cantiere e ai computi, l’aggiornamento dei modelli al fine di monitorare il cantiere, la restituzione del modello finale “as built” e la predisposizione del modello ai fini manutentivi.

Per la realizzazione del progetto sono stati utilizzati i programmi Archicad di Graphisoft  software per la progettazione architettonica in ottica Bim e Str Vision Cpm, che serve alla progettazione, programmazione e direzione lavori, gestione del cantiere, condividendo al cento per cento la filosofia Bim.

La base di dati è stata fornita sia dalla raccolta della documentazione storica disponibile relativa all’opera, sia dalla campagna di rilievi tramite laser scanner condotta dalla società PiScan per la generazione delle nuvole di punti, la restituzione del rilievo e la predisposizione del modello Bim dello stato di fatto.

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