Progetto Bim a Helsinki: il Musiikkitalo

Al centro di Helsinki, di fronte al palazzo del Parlamento e vicino al Kiasma Museum of Contemporary Art, si trova la sala per concerti e centro musicale Musiikkitalo, dove suonano le tre principali orchestre sinfoniche della città: la Finnish Radio Symphony Orchestra, al Sibelius Academy e la Filarmonica di Helsinki.

Il progetto è stato scelto tra 234 concorrenti ed è stato assegnato nel 2000 allo studio LPR Architects di Turku; la soluzione progettuale proposta prevedeva una sala da concerto principale da 1.700 posti e cinque auditorium più piccoli con una capienza da 140 a 400 posti a sedere per concerti di musica da camera o jazz.

L’esterno dell’edificio è rivestito di rame patinato, materiale che si collega visivamente alla copertura della vicina Finlandia Hall di Helsinki mentre la sala da concerto è circondata dalla facciata in vetro satinato del foyer.

L’auditorium è caratterizzato dalle pareti realizzate con doppi vetri isolanti sul piano principale, che permettono alle persone all’interno della sala di vedere il foyer e il parco antistante.

Come per ogni sala da concerto l’acustica è stato l’aspetto più delicato del progetto ed è stato affidato ai consulenti giapponesi di Nagata Acoustics che hanno lavorato inizialmente su un modello digitale. Successivamente è stato creato un modello reale in scala 1:10 per capire il comportamento del suono nella sala, permettendo così di progettare i piani a quote diverse, le balconate e la particolare forma del soffitto. Utilizzando il modello riempito con azoto, e monitorato con una serie di sensori audio, è stato studiato lo stile della struttura e delle balconate della sala evitando il posizionamento delle consuete pareti laterali riflettenti.

Il Bim è stato utilizzato a partire dalla fase di progettazione preliminare per effettuare simulazioni energetiche e acustiche sulle diverse soluzioni progettuali.

Processo Bim a Helsinki

Il committente di questo progetto è stato il Senate Properties, il più grande gestore di patrimoni immobiliari della Finlandia e uno dei primi enti ad aver stabilito le linee guida Bim standard per l’edilizia al fine di stimolare uno sviluppo sostenibile.

Per quanto riguarda gli aspetti ambientali l’obiettivo principale del Senate Properties era quello di ottenere una notevole riduzione del consumo energetico del patrimonio immobiliare esistente e di ridurre al minimo l’impatto ambientale delle nuove costruzioni.

A partire dal 2001, il Senate Properties ha iniziato a lavorare su una serie di progetti pilota per ampliare la propria conoscenza della metodologia Bim.

Il committente ha quindi fortemente motivato l’utilizzo del Bim su questo progetto, principalmente per assicurare il rispetto delle specificazioni di progetto e dei costi e per integrare i processi e i flussi di lavoro di tutti i membri del team, in tutte le fasi del progetto.

I progettisti hanno utilizzato il Bim per il calcolo delle superfici utili e per generare i layout di distribuzione degli spazi. Le disarticolazioni spaziali dei diversi piani, aggiornate in relazione alle scelte progettuali, hanno supportato le fasi decisionali in merito all’organizzazione degli ambienti, avendo come feedback immediato le stime dei costi preliminari per ciascuna soluzione.

Per garantire un flusso informativo efficiente all’interno di un processo Bim è fondamentale che ciascun partecipante al progetto sia a conoscenza delle informazioni e dei modelli che servono alle altre parti coinvolte nel team di progetto. Questo lavoro dimostra che una simulazione energetica avanzata può essere integrata con il processo progettuale, e mostra come il team ha utilizzato i risultati di queste analisi per modificare e influenzare vari aspetti del progetto.

Vista interna della sala da concerti

Simulazioni energetiche nelle fasi preliminari

Una delle richieste iniziali della committenza di Helsinki riguardava l’efficienza energetica, aspetto definito da stringenti requisiti sui consumi, che ha richiesto al team di progettazione una serie di verifiche a partire dalle primissime fasi di impostazione di sviluppo del progetto. Avendo chiari gli obiettivi prestazionali da soddisfare il progettista ha potuto valutare i risultati delle analisi energetiche dalle prime soluzioni architettoniche proposte. Le simulazioni energetiche preliminari hanno un’importanza strategica per il committente che può valutare obiettivi realistici di consumi per unità di superficie e per stimare il costo di funzionamento e gestione dell’edificio.

Nel processo di riallineamento tra gli obiettivi della committenza e i risultati delle analisi ha portato a una mediazione tra la soluzione progettuale che rispondeva agli obiettivi di progettazione architettonica e i consumi per unità di superficie. I risultati delle simulazioni nella fase di progettazione preliminare hanno fornito informazioni anche sul consumo energetico di ciascun componente dell’edificio.

Le simulazioni effettuate con i modelli Bim nelle fasi preliminari sono state utilizzate per valutare le alternative progettuali; i risparmi energetici ed economici che sono stati raggiunti pur mantenendo la massima qualità acustica. Sono state valutate molte alternative progettuali e per ogni soluzione è stato fornito un feedback ai progettisti architettonici realizzando una simulazione energetica nella fase iniziale della progettazione.

Interno sala da concerti

Bim per simulazioni di dettaglio

Successivamente il modello di Helsinki è stato utilizzato per la scelta delle prestazioni di ogni singolo componente dell’involucro, andando costantemente a verificare il comportamento dell’edificio con simulazioni e analisi. Quello che segue è un esempio di valutazione che confronta diversi tipi di vetri per facciate continue. Le facciate continue sono molto diffuse nella progettazione di edifici prevalentemente per l’aspetto di trasparenza e per i benefici sull’apporto di luce diurna agli ambienti.

Tuttavia, la definizione dei parametri legati al guadagno solare è difficile da determinare, specialmente per le facciate continue in vetro. Il fatto che il guadagno solare sia un fattore positivo o meno dal punto di vista del consumo energetico dipende da più fattori, tra i quali le condizioni ambientali esterne e il guadagno di calore interno, e questi variano caso per caso.Pertanto è necessaria una simulazione energetica che possa informare il processo decisionale.

Eseguendo una simulazione oraria durante tutto l’anno, si possono utilizzare i risultati per:

- analisi dei livelli alternativi di qualità dell’aria interna;

- confronto di finestre e oscuramenti alternativi;

- dimensionamento dell’impianto di climatizzazione;

- analisi delle variazioni di temperatura negli edifici esistenti.

I risultati delle simulazioni per le tipologie di vetro sono presentati nella XX. Il consumo di energia per il riscaldamento dei vetri di tipo 2 è di circa il 10% più basso, anche se il suo valore di trasmittanza è più alto, ciò è dovuto al guadagno solare che è maggiore per il vetro di tipo 2 rispetto al vetro di tipo 1.

Per il raffrescamento invece, il consumo di energia con i vetri di tipo 2 risulta maggiore del 20% e ciò è dovuto proprio al maggiore guadagno di calore solare. Considerando il clima di Helsinki la stagione di riscaldamento è molto più lunga della stagione di raffreddamento, quindi un vetro di tipo 2 offre una migliore prestazione basata sul consumo totale annuo di energia.

Modello Bim della sala da concerti

Analisi di valutazione del ciclo di vita

La valutazione del ciclo di vita (Lifecycle Assessment, LCA) è un metodo efficace per analizzare, valutare e confrontare alternative progettuali da un’ampia prospettiva ecologica. Per farla si richiede un vasto insieme di misure legate a tutto il ciclo di vita dell’edificio, a partire dai costi di costruzione, di esercizio e di manutenzione, il consumo di energia, il consumo di acqua, le tecnologie costruttive e i materiali utilizzati per le strutture, gli impianti tecnologici e le attrezzature.

Con uno strumento adeguatamente concepito e implementato di tutte le informazioni necessarie, i team possono prendere decisioni applicabili in tutte le fasi del ciclo di vita dell’edificio, dalla progettazione preliminare alla costruzione e infine all’esercizio e alla gestione. La maggior parte degli attuali approcci LCA utilizza disegni 2D e l’inserimento manuale delle informazioni dei materiali e della costruzione.

Tali analisi comportano una spesa in termini di tempo e spesso vengono eseguite in ritardo nel processo di progettazione operativa o dopo che la costruzione è stata completata. Il Bim fornisce invece ai progettisti e agli ingegneri dati che si possono integrare più facilmente con gli strumenti LCA già a partire dalla progettazione.

BSLCA (Building Services Life Cycle Analysis) è un pacchetto software altamente integrato che collega i dati di layout e dei materiali del modello Bim, i dati degli impianti contenuti nel database di progetto, le informazioni sulle tubazioni e sulle condotte impiantistiche e i dati di consumo di energia dalla simulazione energetica dell’edificio. BSLCA si basa su strumenti che possono operare sui modelli BIM degli edifici a vari livelli di dettaglio. Questi includono un pacchetto di modellazione spaziale dedicato alla misurazione degli ambienti e ai vari utilizzi dell’edificio, uno strumento di progettazione degli impianti che è legato alla struttura del database BSLCA per affrontare i diversi aspetti dell’edificio: attrezzature HVAC, impianti elettrici, di automazione ecc.

Questo strumento a Helsinki è stato utilizzato quotidianamente dai progettisti degli impianti al fine di organizzare tutte le informazioni tecniche in un unico database. Questo database impiantistico dell’edificio costituisce anche la base delle informazioni utili per la gestione del Facility Management degli impianti in fase di esercizio. Un altro software è stato utilizzato per prevedere i costi del riscaldamento, di raffreddamento, delle attrezzature interne e di illuminazione. I dati necessari per BSLCA possono essere generati da diversi strumenti esterni che sono strutturati rispetto a diversi pacchetti all’interno del database LCA, da cui vengono effettuate le valutazioni globali.

Modello Bim degli impianti

Il team di progetto dell’Helsinki Music Center ha utilizzato BSLCA per confrontare il progetto rispetto allo standard impostato per la progettazione. Sono state effettuate ipotesi tenendo come riferimento una progettazione standard avente simile tecnologia costruttiva e impostazione di progetto, con un consumo di energia termica complessiva di 114 kWh/m2anno; l’obiettivo del progetto del Music Center era stato impostato su un consumo di energia termica complessiva di 105 kWh/m2a.

Il secondo scenario consuma meno energia durante il funzionamento dell’edificio, ma richiede l’impiego di materiali più costosi e con prestazioni termiche più elevate durante il processo di costruzione per poter conseguire tale obiettivo. L’analisi del ciclo di vita è un modo efficace per bilanciare il consumo energetico tra la fase di costruzione e la fase di esercizio. I risultati del ciclo di vita a 50 anni illustrati nella Figura 10.7.9 rivelano che questi due schemi progettuali hanno consumi di energia del ciclo di vita simili, mentre il secondo scenario ha una prestazione ambientale del ciclo di vita leggermente migliore, in riferimento agli indicatori di impatto ambientale calcolati.

Sezione del modello Bim in cui sono state integrate tutte le discipline: architettonico, strutturale e impianti

Riscontri positivi

Il progetto del Music Center di Helsinki offre diverse letture sull’applicazione delle metodologie Bim. In primo luogo evidenzia l’importanza di avere dei dati di progetto condivisi da tutti i membri del team di progettazione e di costruzione. Inoltre l’utilizzo del Bim diventa strumento di supporto alle decisioni poiché consente di valutare, a partire dalle primissime fasi di concept, i risultati delle scelte di layout di progetto, dei materiali e delle tecnologie proposte, potendo quindi fornire al committente un quadro complessivo sul ciclo di vita dell’edificio.

Il modello Bim è utilizzato come base di partenza per tutte le simulazioni energetiche sul ciclo di vita e sulla distribuzione termica nei singoli ambienti, valutazioni acustiche ecc. che sono invece state gestite con altri strumenti.

Il modello Bim e il database a esso associato, ha fornito tutte le informazioni necessarie alle varie analisi effettuate in fase di progettazione. L’analisi sul ciclo di vita (LCA) ha confrontato l’impatto ambientale delle alternative di progetto e sarà sempre di maggior validità, anche in relazione alle indicazioni delle direttive europee che spingono a valutare l’impatto ambientale degli edifici non soltanto con valutazioni energetiche in merito ai consumi durante l’uso ma su tutto il ciclo di costruzione, gestione e dismissione dell’immobile. LCA è un tipo di analisi che giocherà un ruolo sempre più importante nel processo decisionale del progetto e Il Bim è sicuramente un supporto strutturato al fine di raccogliere e fornire dati relativi ai materiali e all’energia utilizzata, estratti dal modello dell’edificio.

Problematiche rilevate

Come succede per gli strumenti di analisi avanzata e di simulazione, il principale ostacolo all’utilizzo quotidiano nelle diverse fasi del processo di progettazione dell’edificio è costituito dal tempo necessario all’inserimento manuale dei dati, soprattutto in relazione alle informazioni geometriche dell’edificio. Tuttavia il continuo sviluppo degli standard IFC crea nuove possibilità per raggiungere l’interoperabilità tra i software di progettazione.

In questo progetto IFC è stato utilizzato come deposito di dati per il trasferimento di dati aperti. Olof Granlund Oy ha sviluppato congiuntamente uno strumento di intermediazione software, BSProCOM-Server, con Laurance Berkeley Labs, MIT, eHalton Group per la gestione delle viste IFC per la progettazione e l’analisi degli impianti meccanici. Utilizzando questo strumento lo sviluppatore software è stato in grado di raggiungere la compatibilità IFC in strumenti nuovi o esistenti con uno sforzo ragionevole. Questo ha permesso di inserire le informazioni in BSLCA, Riuska, MagiCAD e altri strumenti.

I dati del progetto di Helsinki

Localizzazione Mannerheimintie 13 A, 00100 Helsinki, Finlandia
Committente State of Finland, Senate Properties, City of

Helsinki, YLE

Destinazione d’uso Sala per concerti
Progetto architettonico LPR-arkkitehdit Oy
Progetto strutturale Mikko Vahanen Oy
Progetto acustico Nagata Acoustics Inc./Yasuhisa Toyota
Progetto impianto meccanico Olof Granlund Oy
Progetto impianto elettrico Lausamo Oy
Impresa principale SRV
Subappaltatore strutture in acciaio Peikko Group
Pannelli di facciata Normek Oy
Anno di costruzione 2008-2011
Superficie 36.000 m2
Posti a sedere 1.704
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