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Perché modellazione 3D e il BIM sono il futuro della progettazione delle infrastrutture

01 settembre 2021

di John Barone

La tecnologia BIM applicata a progetti di trasporto ed edifici, permette di risparmiare tempo e denaro, oltre che migliorare le infrastrutture stesse.

A vent'anni dall'inizio del XXI secolo stiamo ancora usando una tecnologia di progettazione obsoleta per importanti progetti infrastrutturali. Il Building Information Modeling (BIM) - fondamentalmente modelli digitali sviluppati in 3D - è ampiamente adottato nell’edilizia. Se non si progetta con il BIM, si è della vecchia scuola - e non in senso positivo.

Il BIM è una metodologia di progettazione matura che ha un potenziale enorme per migliorare il modo in cui si realizzano i progetti di infrastrutture di trasporto, anche se, purtroppo, ad oggi ci rendiamo conto che l'industria dei trasporti è in ritardo in questo senso.

Il bisogno di BIM è chiaro. Le nostre infrastrutture di trasporto stanno invecchiando - in alcuni casi, sono significativamente oltre la loro "data di scadenza", e la nostra popolazione, specialmente nelle aree urbane, continua a crescere e a mettere sotto pressione le vecchie infrastrutture. Questa combinazione di sfide significa che ora è il momento di introdurre tecnologie più efficienti ed economiche per costruire, mantenere, monitorare e riparare strade, ponti e altre infrastrutture inevitabilmente soggette a usura.

Una sezione trasversale del modello 3D della “Red Purple Bypass” e della “North Mainline” per il programma “Red and Purple Modernization Program” a Chicago. I modelli digitali 3D forniscono molti più dettagli, meno errori, maggiore sicurezza e risparmi significativi rispetto a una serie di disegni cartacei tradizionali in 2D.

Uscire dal vecchio insieme di disegni cartacei 2D e dalle loro limitazioni, entrare nel mondo dei modelli digitali 3D - e anche 4D e 5D - con molti più dettagli, meno errori, maggiore sicurezza e risparmi significativi: questi sono solo alcuni dei miglioramenti che si ottendono dall'utilizzo del BIM per la progettazione di infrastrutture..

1. Migliore prevedibilità dei costi - e uno sguardo al 4D e al 5D

Per decenni abbiamo progettato con successo strade, ponti e altri progetti utilizzando disegni in 2D, ma al giorno d'oggi le esigenze sono cambiate. Guardando con attenzione i vecchi progetti, ci rendiamo conto che spesso c'è uno scollamento tra ciò che è sulla carta e ciò che viene costruito. Quando si fa una sezione trasversale ogni 15 metri, è facile arrivare a delle interpretazioni errate. L'appaltatore e il progettista devono sempre collaborare in sinergia, mettendo le esigenze del cliente al primo posto. 

Con la modellazione digitale, sappiamo esattamente cosa aspettarci.

Per esempio, quando si progetta una nuova autostrada, si possono vedere tutti gli elementi nel loro insieme e il modo in cui interagiscono,  oltre che avere accesso a tutte le informazioni necessarie per prendere decisioni. Gli strumenti digitali permettono di scegliere cosa quantificare (volume di calcestruzzo, numero di cartelli, pali della luce etc.) e ottenere calcoli precisi. Come vantaggio collaterale, il modello produce ancora i tradizionali disegni 2D, come richiesto dai nostri clienti. Ma quando aggiungiamo gli elementi 4D (pianificazione temporale) e 5D (costi) del modello digitale, otteniamo un quadro ancora più preciso e utile.

Naturalmente, la pianificazione temporale e il budget sono due fattori importanti per il successo dei progetti, specialmente per mega progetti come i due su cui ho lavorato di recente: il “Red and Purple Line Modernization Program” a Chicago e il progetto “Long Island Railroad Expansion” da 1,9 miliardi di dollari a New York.

 L'aspetto “4D” di un modello digitale fa sì che la pianificazione temporale della costruzione sia parte integrante del progetto. Si può vedere quando ogni cosa verrà costruita - in alcuni casi fino all'installazione dei cartelli o alla realizzazione della segnaletica stradale.

Per quanto riguarda il “5D”, i costi vengono integrati nel progetto. Il cliente e l'appaltatore sapranno quando i materiali arriveranno in cantiere, quando dovranno pagare i materiali, quando arriveranno le fatture. Questo aiuta a eliminare i costi extra.

Un rendering da un modello 3D per la sostituzione di un ponte della Port Authority of New York & New Jersey al Lincoln Tunnel, New Jersey.

2. Meno errori - I modelli 3D rendono facile individuare gli errori

Ci sono poche cose più dolorose in un progetto che dover demolire il calcestruzzo appena gettato a causa di un errore. I modelli digitali riducono notevolmente gli errori, facendo risparmiare tempo e denaro.

Quando gli errori vengono corretti in fase di costruzione, possono essere esponenzialmente più costosi rispetto a quanto sarebbe costato correggerli nella fase di progettazione.

Con un modello 3D, i progettisti vedono immediatamente cosa non funziona. I modelli digitali permettono naturalmente di fare la “clash detection” (il rilevamento delle interferenze), perché mostrano il progetto completo. Se i tubi si intersecano tra loro o attraversano la fondazione di un ponte, ciò è immediatamente visibile in 3D, cosa che i disegni in 2D non possono mostrare.

Inoltre, i disegni tradizionali di solito includono sezioni trasversali ogni 15 o 30 metri: questo costringe i progettisti a dover intrepretare i tratti delle piante tra le sezioni trasversali. Un modello 3D è fondamentalmente una sezione trasversale gigante, che fornisce un livello di dettaglio impossibile nel mondo 2D.

3. Comprensione migliore - e stakeholder più felici

Non sarebbe bello poter camminare attraverso un progetto ancor prima che un singolo metro cubo di cemento sia stato gettato? I modelli digitali ci consentono di farlo.

Il modello digitale può essere utilizzato con la realtà virtuale (VR) o la realtà aumentata (AR) per mostrare il progetto prima che venga costruito. AR e VR migliorano la comunicazione, facilitano l'integrazione delle idee e aiutano a semplificare il processo,, specialmente con stakeholder, a diversi livelli di comprensione.

È un punto di svolta assoluto per il coinvolgimento del pubblico e del cliente, che spesso ha difficoltà a visualizzare il concept del progetto attraverso i soli disegni tecnici. Grazie alle nuove tecnologie, oggi possiamo mostrare come sarà esattamente il progetto una volta finito. In questo modo vengono risparmiate brutte sorprese al cliente, limitando moltissimo i potenziali imprevisti. I modelli ci aiutano a vedere come sarà il progetto una volta finalizzato, ed è bellissimo poter avere una visione chiara di come sarà il risultato finale.

Durante la pandemia di COVID-19, abbiamo usato un headset Oculus Quest e abbiamo avuto cinque persone contemporaneamente all’interno del modello virtuale di uno dei nostri siti di progetto. Questo tipo di visualizzazione consente una progettazione migliore e più completa. Come team di progettazione, siamo stati in grado di risolvere una serie di problemi prima dell'inizio della costruzione, mettendo d'accordo cliente e appaltatore.

Un esempio di modellazione 4D per i sottoservizi, parte del progetto “Terminal C Roadways” al Boston Logan International Airport a Boston, Massachusetts. I modelli 4D aggiungono il cronoprogramma di progetto al modello 3D. Il progetto fa parte del “Massport’s Logan Forward Program”.

4. Costo inferiore, prodotto migliore e costruzione più sicura

I progetti in 3D costano di più rispetto ai disegni tradizionali in 2D, solitamente fino al 10% in più di costi di progettazione. E questo sembra molto, finché non ci si rende conto che il risparmio previsto alla conclusione della costruzione è di circa il 4%: su un progetto da 2 miliardi di dollari, ad esempio, è un risparmio di 80 milioni di dollari. La progettazione potrebbe costare il 10% in più, ma il risparmio nella fase di costruzione è così significativo che i costi di progettazione più alti sono essenzialmente gocce nell’oceano. Avendo a disposizione un modello 3D completo, sarà meno probabile dover apportare modifiche sostanziali al progetto: questo si traduce in un grande risparmio, sia in termini di denaro che di tempo, oltre che migliorare significativamente la sicurezza.

La precisione deriva dall'automazione di molte funzioni, tra cui la posa delle fondazioni, dello strato di base, della pavimentazione e dell'uso di rulli compressori. Onestamente, più elementi umani possiamo rimuovere dal processo, meno spazio c'è per gli errori.

La modellazione digitale ha giocato un ruolo chiave nel successo del progetto delle “State Highway 288 Toll Lanes” a Houston, Texas. L’autostrada lunga 16,5 km crea un tragitto casa-lavoro più diretto in una delle aree metropolitane in più rapida crescita degli Stati Uniti.

Il futuro è 3D

Nel mondo tecnologico di oggi, i tradizionali disegni su carta sono anacronistici. Con la modellazione BIM/3D per i progetti infrastrutturali possiamo fornire ai clienti, agli appaltatori e ai fruitori del progetto un'autostrada, una strada, un ponte o altre infrastrutture migliori e a costi inferiori.

È eccitante vedere - e possiamo vedere virtualmente questi progetti - dove la modellazione porterà la nostra industria. Con i modelli 3D, ci prepariamo per miglioramenti futuri, come l'inserimento di sensori in un ponte per tracciarne le prestazioni, la creazione di as-built digitali, il monitoraggio dei livelli di CO2: le opzioni sono quasi infinite.

I modelli digitali 3D ci danno molti più dettagli, meno errori, risparmi significativi e un cantieri più sicuri. È ora che il futuro digitale diventi la realtà di oggi.

Questo articolo, tradotto dall’inglese, è stato pubblicato originariamente sul blog internazionale di Stantec. 

  • John Barone

    As digital practice manager, John leverages new technologies like parametric, computational, and generative design to help better deliver work, faster. His team also uses animation, visualization, and virtual and augmented reality to help win work.

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