Progetto Bim a Dublino: Aviva Stadium

L'Aviva Stadium (dal nome dell'omonima compagnia di assicurazioni) è il nuovo stadio di Dublino progettato da Populous, uno dei principali studi di architettura di impianti sportivi del mondo, insieme allo studio di Scott Tallon Walker.

L’impianto, progettato per partite di rugby e di calcio, è orientato secondo l’asse nord-sud, come lo stadio precedente, e nasce per sostituire la vecchia struttura, fornendo una sede all’avanguardia in grado di ospitare 50.000 spettatori.

Il nuovo progetto è caratterizzato da un involucro dalla forma curvilinea continua che racchiude tutti e quattro i lati dello stadio e la copertura. Ergendosi fino a un’altezza di quasi 50 m, l’impianto riesce a contenere a sud, est e ovest quattro livelli di tribune.

Il lato nord dello stadio di Dublino è pensato a un solo livello, allo scopo di ridurre al minimo l’impatto sul quartiere residenziale adiacente. La novità principale è la pelle organica semitrasparente che avvolge l’intero stadio.

La nuova copertura copre interamente le gradinate e, allo stesso tempo, fornisce livelli ottimali di luce naturale al campo sportivo. Iniziati nel maggio 2007, i lavori sono stati completati nel 2010.

L’impiego del Bim è stato molto utile per realizzare un design innovativo a forma libera; la progettazione parametrica ha permesso di utilizzare un unico modello per la progettazione integrata dell’involucro e della struttura metallica; lo stesso modello è stato poi utilizzato nella fase di montaggio.

Layout delle coperture. Controllo grafico tramite celle del foglio di calcolo e codici colore

Il processo Bim dello stadio di Dublino

L’obiettivo principale del progetto era quello di creare un punto di riferimento urbano in grado di ospitare eventi di livello internazionale, conciliando un insieme complesso di vincoli di contesto e ambientali per il processo di costruzione e per il ciclo di vita dell’edificio. Questa serie di requisiti e vincoli ha portato allo sviluppo di soluzioni molto innovative sia per la forma architettonica sia per lo schema strutturale.

Concept design phase: partendo dall’idea principale di avvolgere lo stadio con una pelle ‘‘a scandole’’ creando una soluzione continua tra facciata e copertura, sono state proposte più soluzioni progettuali, utilizzando un programma di modellazione 3D (Rhino) per generare rapidamente modelli di superfici volumetriche e per individuare la migliore configurazione progettuale. Il processo di valutazione ha tenuto conto di quattro aspetti principali:

  1. garantire la capienza richiesta offrendo punti di vista ottimali per gli spettatori e una giusta distanza dal campo;
  2. massimizzare l’esposizione al sole del campo di gioco, al fine di garantire la crescita naturale del manto erboso;
  3. ridurre al minimo l’ombra sugli edifici circostanti;
  4. ricavare ulteriore spazio per un campo d’allenamento e altri servizi ausiliari sul lato est.

Al termine delle analisi è stato scelto un orientamento nord-sud inclinato verso ovest. Per ridurre l’ombra proiettata sul quartiere situato a nord, i progettisti hanno deciso di limitare l’altezza dello stadio su quel lato a un solo livello; questa configurazione ha determinato la caratteristica distintiva dello stadio su cui è stata progettata la struttura della copertura che rappresenta l’aspetto ingegneristico più innovativo.

Buro Happold Engineers, la società di ingegneria che si è occupata della copertura, ha progettato un complesso sistema gerarchico di tralicci nel quale una trave di acciaio a ferro di cavallo intorno ai livelli est, sud, ovest dello stadio, va a formare la struttura principale. Questa trave è sostenuta a nord da una coppia di grandi pilastri rastremati di calcestruzzo e da una serie di travi secondarie che collegano il traliccio primario a un traliccio ad anello che corre lungo il perimetro dello stadio, retto dai pilastri alle spalle degli spalti. Le travi terziarie si estendono radialmente fra la trave primaria e il traliccio ad anello e poi, a sbalzo, fino a 15 m oltre il traliccio principale per formare il bordo interno del tetto.

Montaggio di segmenti della trave a traliccio in acciaio, poggiata su torri temporanee

Progettazione parametrica e collaborativa: la progettazione è stata gestita su due livelli: il “nucleo” dello stadio (il catino, il campo, tutti gli spazi interni e le strutture) e l’involucro di rivestimento. La necessità di gestire la complessità del rivestimento e le modifiche costanti di ottimizzazione della geometria in fase di progettazione hanno portato allo sviluppo di un flusso di lavoro collaborativo incentrato su modelli parametrici gestiti con Bentley Generative Components (GC).

La collaborazione è stata basata su una serie di regole comuni di progettazione e modellazione. I progettisti architettonici hanno voluto mantenere il controllo della geometria esterna del rivestimento dello stadio, mentre gli ingegneri strutturisti hanno progettato il sistema strutturale per sostenere l’involucro. Per consentire una corretta gestione del processo, sono stati definiti gli ambiti di competenza dei gruppi di lavoro: la geometria del rivestimento è stata controllata in una prima fase dagli architetti ed è passata poi al vaglio degli ingegneri. Questo ha permesso un controllo della geometria, mentre le relative analisi strutturali sono state generate e derivate automaticamente dal modello.

Sulla base di queste regole, a ogni modifica della curvatura su una porzione della superficie architettonica, il sistema strutturale sottostante veniva aggiornato automaticamente e sottoposto a verifica. Al contrario, se veniva modificato il dimensionamento delle travi o la distanza tra i tralicci, l’architettura della superficie e tutti i suoi relativi componenti (pannelli di rivestimento e supporti) si adattavano automaticamente. Entrambi i modelli (architettonico e strutturale) erano collegati in modo dinamico attraverso i valori numerici dei punti di controllo contenuti in fogli Excel.

Una delle più grandi sfide di questo progetto è stato l’inserimento delle analisi strutturali in questo flusso di “lavoro parametrico”. A tal fine, è stata sviluppata un’applicazione personalizzata, in grado di estendere la funzionalità interna di GC, per supportare l’integrazione tra il modello parametrico e il software di analisi strutturale. Questa applicazione personalizzata è stata in grado di trasferire le informazioni dal modello parametrico GC direttamente all’interno di Robot Millennium, un pacchetto di analisi strutturale, e il file era pronto per l’analisi senza pre-elaborazione manuale dei dati caricati. Il programma definiva automaticamente le dimensioni delle sezioni per ogni elemento strutturale del modello, come per esempio connessioni delle travi, collegamenti degli elementi o irrigidimenti.

È stato creato un sistema completamente parametrico in grado di generare l’intero modello strutturale della copertura dello stadio a partire dai principi guida stabiliti dagli architetti e dal layout concettuale della struttura.

Ottimizzazione del Progetto, Produzione e montaggio dell’involucro: uno dei principali obiettivi della progettazione dell’involucro dello stadio è stato quello di generare una superficie continua tra la copertura e il rivestimento di facciata. È stato quindi necessario un coordinamento molto stretto tra il produttore del rivestimento e l’esecutore della copertura.

Struttura: l’utilizzo di un unico modello strutturale, generato a partire dal modello parametrico, ha permesso una collaborazione continua e un’attenta pianificazione del processo di costruzione. Per generare tutte le informazioni necessarie alla costruzione direttamente dal modello fornito dallo strutturista, è stato usato il sistema di fabbricazione tedesco BOCAD e l’applicazione CAD/CAM. In questo modello, i diversi tipi di sezione sono stati organizzati secondo layer che hanno facilitato la generazione automatica dei dettagli di connessione utilizzando macro personalizzate. BOCAD ha supportato altre attività di produzione come, ad esempio, la gestione dei materiali e delle distinte di produzione, la generazione dei codici NC per il taglio laser dell’acciaio, la pianificazione dell’assemblaggio finale. L’attività più impegnativa è stata l’assemblaggio dei segmenti di travi prefabbricate da 25 m di lunghezza che compongono il traliccio primario.

Rivestimento: l’involucro è costituito da una serie di pannelli di policarbonato che seguono la curvatura dello stadio. La modellazione iniziale del rivestimento è stata realizzata in Bentley Generative Components secondo un andamento parametrico dei pannelli lungo la superficie limite dello strato; i pannelli avevano tutti la stessa larghezza ma con una lunghezza variabile, mentre l’allineamento e il dimensionamento dei pannelli è stato adeguato automaticamente dal software per adattare le variazioni di curvatura sulla geometria dell’involucro. La percentuale di apertura della facciata era data nel modello come input: è stato creato un file Excel come interfaccia grafica, per controllare la disposizione delle fasce di apertura. I colori assegnati alle celle sono stati poi convertiti in valori angolari secondo una formula gradiente; il modello parametrico era, infatti, in grado di leggere il foglio di calcolo e applicare i valori angolari di apertura a ogni singolo pannello della facciata. Poiché sarebbe stato molto complicato creare un modello parametrico completo di tutto l’involucro, dal modello complessivo sono state derivate porzioni di modello collegate tra loro tramite punti di controllo, estratti attraverso una funzione di script ed esportati in fogli di calcolo Excel.

L’obiettivo principale della società di consulenza che si occupava della facciata continua, Clad Engineering, è stato quello di ingegnerizzare il rivestimento facendo analisi e simulazioni. I modelli di analisi di deflusso delle acque piovane sono stati realizzati utilizzando i modelli GC. I modelli successivi con un maggior livello di dettaglio sono stati implementati in SolidWorks utilizzando i modelli delle campate come punto di partenza. Il progetto di ottimizzazione dei pannelli si è concluso riducendo il numero di lunghezze differenti del pannello da 4.114 a 53. È stata appositamente sviluppata anche una staffa regolabile per fornire maggiore flessibilità all’assemblaggio finale del rivestimento.

La collaborazione tra il produttore della facciata, Williaam Cox, e la società Clad Engineering ha portato a un sistema semplificato di design-to-fabrication (progettazione per la costruzione).

La maggior parte delle informazioni necessarie alla realizzazione dei pannelli di rivestimento di policarbonato, era contenuta in fogli di calcolo Excel, estratti direttamente dal modello parametrico. Le informazioni identificavano ogni pannello all’interno di una campata, insieme alla sua specifica lunghezza, orientamento e angolo di apertura. Le informazioni relativa a ogni posizione dei fori e dei diametri di profili in alluminio estruso, sono state ottenute da disegni esecutivi generati automaticamente dal modello SolidWorks 3D.

Infine, ogni montante era identificato tramite un codice a barre che definiva la campata e la posizione specifica all’interno della stessa. I pannelli di policarbonato e i telai sono stati preassemblati fuori sede e trasportati al cantiere in ordine, identificati con i codici a barre dei pallet.

Simulazioni per la valutazione delle forme rispetto all'orientamento e alle ombre prodotte sull'ambiente circostante

I riscontri positivi

La partnership ingegneristico-architettonica creata per lo Stadio Aviva è un eccellente esempio di come la tecnologia Bim sia stata utilizzata per sostenere un processo di progettazione altamente collaborativo al fine di generare risultati innovativi.

Questa collaborazione è stata costruita su un accordo di regole comuni che hanno definito e controllato il comportamento geometrico di oggetti edilizi rilevanti. Queste regole riflettono l’unicità del progetto e l’esperienza ingegneristica dei membri del team. La modellazione parametrica usata per integrare i vari tipi di competenze è stata la chiave di volta per il raggiungimento della soluzione più conveniente.

La natura complessa della geometria dell’involucro a doppia curvatura e il suo sistema a traliccio ha prodotto un’enorme quantità di calcoli che avrebbero dovuto essere eseguiti tutte le volte che il modello architettonico veniva modificato. L’integrazione della modellazione parametrica con l’analisi strutturale ha consentito tempi brevi di ricalcolo e un processo automatizzato meno soggetto a errori. Con questo sistema, gli ingegneri di Buro Happold Engineering sono stati in grado di generare una serie di 51 scenari di carico pronti per l’analisi, senza necessità di intervento manuale. Questo approccio si è rivelato molto conveniente e sarà possibile adottarlo in futuro in progetti simili.

Dal punto di vista architettonico, l’uso della modellazione parametrica ha portato grandi vantaggi. Il più importante è stato il raggiungimento degli obiettivi di progettazione dell’involucro dopo aver sperimentato più alternative in maniera esaustiva. I primi studi hanno infatti esplorato diversi schemi di montaggio dei pannelli, sulla base delle dimensioni fisse e variabili degli stessi. Inoltre, i pannelli planari e curvi sono stati valutati sia da un punto di vista estetico che costruttivo.

Sono stati creati strumenti personalizzati per valutare le direzioni di drenaggio della pioggia e per contrassegnare i pannelli che non rispondevano alle specifiche del produttore. Il modello parametrico e la collaborazione tra progettisti e costruttori ha portato a un progetto di alto valore ingegneristico, ottimizzato per essere prodotto e installato a basso costo.

Problematiche rilevate

Le capacità di modellazione avanzate sono state utili per lo sviluppo e la modifica dei modelli parametrici, ma hanno consentito solo a pochi membri di avere una chiara visione dei modelli. All’epoca del progetto, il Bim non era ampiamente diffuso, ma questa metodologia, attualmente più in uso, contribuirà certamente a ridurre gli ostacoli nel flusso di lavoro e a stimolare lo sviluppo di modelli più ricchi e più sofisticati e di conseguenza edifici più efficienti.

In generale, per progetti analoghi, ci sarebbero grandi vantaggi se altri specialisti e consulenti fossero coinvolti fin dalle prime fasi del processo di progettazione. Anche se non è necessario che tutti i subappaltatori abbiano competenze nella modellazione parametrica, la loro esperienza nel settore dovrebbe essere considerata e incorporata all’interno di regole formalizzate per definire nuove funzionalità personalizzate.

Una tale iniziativa migliora certamente la collaborazione attraverso l’identificazione precoce delle problematiche di costruibilità e fabbricazione, così come il riutilizzo di competenze inserite in pregresse soluzioni parametriche. Queste osservazioni hanno ovvie ricadute sui metodi di distribuzione correnti e sui modelli contrattuali.
 

I dati del progetto a Dublino

Localizzazione 62 Lansdowne Road, Dublino
Committente Aviva Stadium (Previously (LRSDC)
Destinazione d’uso Stadio
Progetto architettonico Populous and Scott Tallon Walker
Progetto strutturale Buro Happold Engineers
Progettista della ristorazione: Smart Design Group & QA Design
Progettista del campo di gioco: The Sports Turf Research Institute (STRI)
Consulente: Tom Philips Associates
Consulenza VV.F.: Michael Slattery Associates
Impresa Principale John Sisk and Son Ltd.
Subappaltatore sottostrutture: BAM
Subappaltatore strutture in acciaio: SIAC/Cimolai JV
Subappaltatore impianti meccanici: Mercury
Subappaltatore impianti elettrici: Kentz
Coperture e rivestimenti: Williaam Cox
Anno di costruzione 2007-2010
Dimensioni: 105 m - 70 m
Posti a sedere: 51.700

 

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