47 contenute nel modello relative alla architettura tecnica, alle strutture, agli impianti e alle specifiche tecnologie adottate dal progetto può consentire l’assegnazione degli spazi operativi e la scelta delle macchine, delle attrezzature e dei presidi di prevenzione e protezione più idonei da adottare per lo svolgimento di una determinata lavorazione in totale sicurezza, sia per quanto riguarda le interferenze che i rischi specifici delle attività da svolgere. Nel caso delle imprese esecutrici, il BIM può avere anche un altro utilizzo peculiare concernente la tutela dei lavoratori. La ripetitività delle operazioni, tipica di un’impresa specialistica, consente infatti di allestire scenari operativi tridimensionali nei quali collocare in modo riconoscibile il lavoratore. Diventa così possibile erogare al soggetto una formazione mirata alla sua mansione, contestualizzata agli scenari tipici in cui egli si troverà a lavorare in un approccio “learning by virtually doing”, potendo altresì simulare l’insorgere di non conformità prevedibili e/o accidentali così da indirizzare la reazione comportamentale del lavoratore verso una risoluzione positiva della situazione. Parte III CAPITOLO 3.3
48 Il BIM chiuso (closed BIM), noto anche come “lonely BIM”, è un approccio di lavoro basato sull’utilizzo di formati proprietari (file prodotti da un software BIM authoring). Questo presuppone che in un team di lavoro sia necessario accordarsi su un unico software BIM e talvolta anche sulla stessa versione di quel software, che dovrà essere utilizzato da tutti i professionisti. Si lavora con modelli BIM, dunque, ma non è contemplato l’utilizzo di file di interscambio aperti e non proprietari, come ad esempio il formato IFC. Il risultato è un processo chiuso e restrittivo che rende difficoltosa la collaborazione con professionisti che utilizzano strumenti, applicazioni e software diversi. Al contrario, l’open BIM si basa su un metodo e un flusso di lavoro in cui tutti i partecipanti collaborano e scambiano informazioni sul progetto, utilizzando formati aperti, non proprietari e neutri, indipendenti dagli strumenti e dalle applicazioni BIM utilizzate. La collaborazione digitale supporta i processi decisionali, riduce la frammentazione dei flussi di lavoro, favorisce la trasparenza, migliora la collaborazione multidisciplinare fra i team. 3.4 SOFTWARE BIM E INTEROPERABILITÀ 3.4.1 OPEN BIM VS CLOSED BIM Confronto schematico tra closed BIM e open BIM CLOSED BIM OPEN BIM
49 BuildingSMART International (bSI) è un’organizzazione no-profit che ha tra gli obiettivi il miglioramento dello scambio di informazioni tra le applicazioni software utilizzate nel settore delle costruzioni, e lo sviluppo di uno standard internazionale di strumenti e formazione per sostenere l’ampio uso del BIM. La missione del bSI è di facilitare l’utilizzo e la promulgazione di standard (Open BIM Standard), che consentano di integrare perfettamente i dati degli edifici, delle infrastrutture civili, nonché i processi del ciclo di vita, con l’obiettivo di migliorare il valore ottenuto dagli investimenti nell’ambiente costruito e favorire le opportunità di crescita. Tra i principali obiettivi strategici si evidenzia: • Stabilire standard BIM aperti e portare benefici misurabili per gli utenti. • Fornire certificazioni software e offrire servizi con test di conformità agli utenti per accelerare l’adozione degli standard. • Assumere il ruolo di partner e punto di riferimento per i governi e le organizzazioni leader del settore delle costruzioni. Gli elementi chiave del lavoro di bSI riguardano: • BuildingSMART Data model-Industry Foundation Classes (IFC): sviluppo di un formato file aperto, denominato IFC, per l’interoperabilità e l’interscambio dei dati tra gli attori coinvolti nei progetti BIM in modo sicuro, senza errori e perdita di dati. • BuildingSMART Data Dictionary-International Framework for Dictionaries (IFD): individuazione di una terminologia comune con codici di identificazione unici per i diversi elementi utilizzati nel processo di costruzione. • BuildingSMART Processes-Information Delivery Manual (IDM) and Model View Definitions (MVDs): definizione di processi e protocolli per la condivisione delle informazioni. • Certification 2.0: certificazione dei software conformi con lo standard. In pratica, per i professionisti è certamente conveniente passare all’open BIM per assicurare: • Efficienza nei processi interni e nel raggiungere gli obiettivi di qualità • Comunicazione più efficace tra gli attori • Procedure condivise • Sostenibilità ambientale • Accessibilità costante ai dati • Maggiore collaborazione ed interoperabilità L'open BIM è la risposta di buildingSMART International per ottenere tutti i predetti vantaggi. 3.4.2 BUILDINGSMART INTERNATIONAL Parte III CAPITOLO 3.4
50 Come già menzionato, l’IFC è un formato di file aperto e neutrale, registrato come standard internazionale ufficiale. In senso stretto, esso non è solo un formato di scambio, ma un “sistema di archiviazione” per organizzare e trasportare dati digitali. È possibile considerare l’IFC come un file di interscambio poiché consente di trasferire geometrie ed informazioni. Mantenendo inalterata la struttura dell’insieme e delle singole parti, gli oggetti avranno una precisa collocazione nello spazio e saranno distinti fra di loro per categorie, caratteristiche e funzione. Inoltre, attraverso tale sistema, è possibile scomporre e assemblare la struttura dei dati secondo un uso specifico, scegliendo quali componenti vadano scambiate, nonché quali caratteristiche debbano avere gli oggetti nella scena. In sintesi, possiamo riassumere che lo schema IFC definisce le classi di oggetti e le relazioni tra loro. Un altro aspetto da non sottovalutare riguarda l’accessibilità e l’archiviazione dei dati, che devono poter essere utilizzati da più operatori e per un arco di tempo abbastanza ampio. Per tale motivo l’IFC, in quanto formato aperto, è accessibile da chiunque, a prescindere dal software adottato e dalla sua versione. L’archiviazione del file IFC, oltre alla conservazione, deve garantire una facile consultazione, per cui i dati del modello devono essere strutturati e gli stessi modelli vanno identificati secondo uso e funzione. Lo schema IFC è in grado di definire elementi di edifici, prodotti pre-fabbricati, sistemi meccanici/elettrici e anche i modelli per l’analisi strutturale, per l’analisi energetica, per la suddivisione dei costi, per la programmazione dei lavori e molto altro ancora. Per quanto illustrato è evidente che il principale vantaggio offerto dal formato IFC consiste nel permettere la collaborazione tra le varie figure coinvolte nell’elaborato processo di costruzione, consentendo di scambiare informazioni attraverso un formato standard. Ciò comporta maggiore controllo e qualità, riduzione degli errori, abbattimento dei costi, risparmio dei tempi, con dati e informazioni coerenti in fase di progetto, esecuzione, gestione e manutenzione. CAPITOLO 3.4 Parte III 3.4.3 FORMATO IFC IFC Struttura Formato Diagramma composizione schema dati IFC Relazioni tra oggetti IfcRelationship Definizioni di oggetti IfcObjectDefinition Insiemi di proprietà IfcPropertyDefinition
51 Autodesk Revit Revit è una famiglia di prodotti integrati per Windows che attualmente include Revit Architecture, Revit Structure e Revit MEP. Il supporto per la generazione del disegno è molto buono: la produzione del disegno è fortemente associativa, così che le release sul disegno siano facilmente gestibili. Offre la modifica bidirezionale dai disegni al modello e dal modello ai disegni e anche la modifica bidirezionale dagli abachi degli oggetti. Posizionato come leader del mercato, è uno dei programmi maggiormente diffusi tra i progettisti dei diversi settori, grazie anche all’interoperabilità con i software proprietari Autodesk e molte altre applicazioni associate per le fasi successive di Model Validation, Clash Detection e Code Checking. Tra gli altri vantaggi che offre Revit è opportuno citare la sua intuitività nell’utilizzo e la presenza di una vasta libreria di oggetti, sviluppate sia da loro stesse sia da terze parti. Graphisoft ArchiCAD Il Software di Graphisoft è la più antica applicazione BIM di progettazione parametrica pensato per piccole e grandi architetture, commercializzato sia per Windows che per MacOS. Un vantaggio di Archicad è la possibilità di preimpostare gli standard progettuali permettendo di mantenere sotto controllo la documentazione di progetto e la rispondenza alle normative e alle esigenze contrattuali. La versatilità di Archicad è sottolineata anche dal fatto che presenta un apposito plug-in nativo che gestisce la modellazione MEP, installabile all’interno della piattaforma ed esso contiene tutti gli strumenti per creare modelli BIM di impianti elettrici, idraulici e meccanici. Le principali limitazioni dell’applicazione risiedono nelle ridotte funzionalità di modellazione parametrica e nel fatto che i disegni non sono bidirezionali, ma vengono trattati come report. Parte III CAPITOLO 3.4 3.4.4 PRINCIPALI SOFTWARE BIM Revit utilizzato per l’ingegneria strutturale
52 CAPITOLO 3.4 Parte III Trimble Tekla Structures Tekla Structures è un software specializzato per la progettazione strutturale su larga scala che necessita del BIM per gestire materiali da costruzione e risorse. È stato utilizzato per progettare ponti e aeroporti, stadi e centri commerciali. Tekla ha diverse divisioni: Building and Construction, Infrastructure ed Energy. Tekla Structures offre un ambiente di progettazione BIM che permette la condivisione delle informazioni tra committenti, ingegneri strutturisti, costruttori, disegnatori e produttori di componenti edili sia nel settore delle opere in acciaio sia in quello del cemento armato. Il modello 3D del “costruito” (as-built), realizzato e condiviso mediante le applicazioni software di Tekla, permette il più alto livello possibile di controllo della costruibilità e della produzione. Il software consente una buona modellazione parametrica e la creazione automatica di disegni con relativa revisione. Un’altra funzionalità di rilievo che offre Tekla Structures è la possibilità di eseguire operazioni simultanee sullo stesso progetto e con più utenti in contemporanea. ACCA Edificius Nel panorama italiano Acca è la software house leader per gli strumenti digitali dedicati al mondo AEC. La modellazione BIM delle diverse discipline è supportata dalla possibilità di integrare i modelli 3D prodotti all’interno dell’intero ecosistema di software, estendendo la pura progettazione agli ambiti di 4D e 5D. Una grande funzione integrata in Edificius è la realtà virtuale immersiva che permette l’esplorazione del modello con il rendering in real-time. L'interfaccia di Tekla Structures 2022
53 Al fine di contestualizzare l’adozione della metodologia BIM a livello internazionale, il seguente capitolo esaminerà lo stato dell’arte della diffusione e il livello di applicazione del BIM nei principali stati del mondo. Sarà presentata una disamina dei principali paesi che hanno adottato il BIM e che hanno prodotto report, guide o normative a riguardo, suddivisi per continenti. L’Europa vanta sicuramente il più alto numero di politiche e best pratices sul BIM, grazie ad un’apertura maggiore verso le politiche di rinnovamento del settore AEC. La maggior parte dei Governi europei, primo fra tutti il Regno Unito ed i Paesi scandinavi, hanno già compreso da molti anni che l’unica strada per rendere il settore delle costruzioni più efficiente, limitando al minimo gli sprechi in termini di tempi e costi, è quello di incentivare la trasformazione verso il digitale dei processi costruttivi. Tuttavia, l’adozione del BIM non è progredita uniformemente nelle varie nazioni europee. Infatti, i driver, le strategie e le tempistiche per l’adozione del BIM variano notevolmente nei diversi paesi. Risulta quindi complesso, fornire una semplice risposta alla domanda “Qual è lo stato dell’adozione del BIM in Europa?”. In questo paragrafo si esaminerà quindi nel dettaglio lo stato dell’arte dell’adozione del BIM nei principali stati europei. Paesi Scandinavi A differenza di molte altre nazioni, nel mondo, i Paesi scandinavi si coordinano l’un l’altro tramite enti e piattaforme comuni. BuildingSMART Nordic, ad esempio, è un’organizzazione no-profit comune a più Paesi, membro di buildingSMART International, composta da rappresentanze di Finlandia, Svezia, Danimarca e Norvegia. In Finlandia l’uso del BIM è oramai consolidato, avendo superato da tempo la fase sperimentale. Già dal 2001, l’azienda governativa Senate Properties, responsabile del patrimonio pubblico immobiliare, ha iniziato a promuovere i progetti con il BIM. Nel 2007 invece, la confederazione delle industrie costruttrici finlandesi impose che tutte le piattaforme software di progettazione dovessero essere conformi agli standard IFC. In un sondaggio condotto nello stesso anno, si è osservato che il 93% degli studi di architettura utilizzava già il BIM per alcune parti dei loro progetti, mentre l’uso da parte degli studi di ingegneria era quasi del 60%. In Svezia la Swedish Standards Institute (SIS) ha fin dal 1991 pubblicato una serie di guide per la promozione del BIM nel Paese, mentre dal 2014 la BIM Alliance Sweden ha riunito i principali enti e attori, sia pubblici che privati, con lo scopo di trovare maggiori risorse a supporto dell’innovazione delle costruzioni. 3.5 STATO DELL’ARTE DEL BIM NEL MONDO 3.5.1 EUROPA
Mappa di adozione del BIM nel mondo Utilizzo consolidato Utilizzo in fase di maturazione Utilizzo in rapida crescita Utilizzo in lenta crescita Scarso utilizzo Dati non disponibili
56 CAPITOLO 3.5 Parte III L’uso del BIM in Danimarca è stato promettente fin dagli inizi del nuovo millennio, anni in cui è nata questa nuova metodologia. Si registra che già nel 2006 il 50% degli architetti, il 29% dei clienti e il 40% degli ingegneri usavano il BIM in alcune parti dei loro progetti. Nel 2007 l’uso del BIM è stato reso obbligatorio per tutti i progetti pubblici statali e nel 2011 tale obbligo è stato esteso a tutte le istituzioni regionali e locali. In Norvegia, dal 2010, tutti i progetti adottano il BIM e il formato di file IFC per l’intero ciclo di vita dei loro edifici. L’organizzazione SINTEF sta anche conducendo ricerche nel BIM come parte del programma nazionale di ricerca e sviluppo incentrato su strumenti sostenibili per migliorare la costruzione e la gestione degli edifici. Regno Unito Il Regno Unito è oggi uno tra i paesi al mondo, e sicuramente il primo in Europa, con il più ampio grado di diffusione dei processi BIM nel settore delle AEC (Architecture Engineering Construction). Fin dal dopoguerra, il Governo inglese si è posto il problema di come poter utilizzare le tecnologie informatiche nel settore delle costruzioni al fine di sfruttarne gli evidenti vantaggi. L’amministrazione inglese ha infatti capito immediatamente il vantaggio di questa rivoluzione digitale, costituito dall’ottimizzazione dei processi, delle risorse economiche, delle tempistiche e dell’interoperabilità. I progressi fatti dal Regno Unito trovano un esempio nell’obbligo, introdotto dal 2011, di utilizzare modelli BIM per qualsiasi progetto pubblico e per le grandi infrastrutture: ciò ha posto il Regno Unito al primo posto in Europa per lo sviluppo delle costruzioni. Sempre nel 2011 il Bim Task Group definì i crescenti “livelli di maturità” del BIM. COLLABORAZIONE TRA MODELLI E OGGETTI DISEGNI 1990 2000 2010 2020 STRUMENTI FORMATI MATURITÀ BIM LEVEL 3 FOGLI FILE FILE + LIBRERIA SERVIZI WEB BIM LEVEL 0 BIM LEVEL 1 BIM LEVEL 2 INTEROPERABILITÀ, FORMATO IFC CAD 2D, 3D BIM BLM 4D, 5D, integrazione, progettazione parametrica Multidisciplinarietà, ottimizzazione, cloud
57 Parte III CAPITOLO 3.5 Livello 0 Rappresenta il livello di partenza; esso prevede l’uso di programmi CAD finalizzato esclusivamente all’elaborazione di singoli disegni 2D. È il passaggio che segna l’abbandono graduale del disegno “manuale” cartaceo a vantaggio dell’utilizzo di software per la progettazione/l’elaborazione grafica. A questo livello iniziale è prevista una bassa collaborazione tra i vari attori e ogni informazione viene trasmessa su carta e stampata. Ciò è dovuto all’ “obsoleto retaggio” dei processi di lavoro tradizionali. Gli elaborati grafici sono scollegati fra loro e sono classificati secondo uno schema tradizionale (piante, prospetti, sezioni, dettagli). Livello 1 In questo livello i progetti sono sviluppati attraverso un mix di disegni CAD 2D e 3D. Lo scambio di dati inizia ad essere digitalizzato. Il modello 3D viene utilizzato solo come verifica e restituzione grafica tridimensionale di disegni 2D realizzati ancora con software CAD. Il modello 3D è essenziale, composto da oggetti scollegati fra loro, privi di qualsiasi proprietà fisica e la cui unica finalità è generare viste tridimensionali e render realistici. La trasmissione delle informazioni avviene in maniera gerarchica: il general contractor condivide i dati con gli altri membri, mentre la comunicazione tra i singoli membri del team rimane ancora scarsa. Le varie professionalità che intervengono in un processo costruttivo generano dei disegni e dei modelli separati che solo in casi limitati e specifici interagiscono. Una modifica progettuale apportata da un operatore non viene comunicata automaticamente agli altri operatori, richiede uno scambio di file, generando rallentamenti e disfunzioni nel processo edile. Livello 2 Con questo livello si fa riferimento a progetti intelligenti, in cui ogni singolo oggetto è arricchito di informazioni che permettono, in un ambiente 3D BIM, di controllare il comportamento dell’edificio nei diversi ambiti disciplinari (termico, strutturale, funzionale…). Tutti gli attori che intervengono nel processo sono in grado di comunicare e condividere i dati attraverso un unico modello BIM su cui ognuno può caricare le rispettive informazioni in base alla propria specializzazione tenendo costantemente aggiornato ognuno sulle modifiche apportate. I processi BIM di questo livello vengono principalmente utilizzati nelle fasi di progettazione e costruzione e trovano una larga diffusione principalmente nelle opere pubbliche. Livello 3 Nel Livello 3 ci si riferisce a progetti totalmente collaborativi a tutti i livelli tra tutti gli operatori. Vi è una totale integrazione di tutte le informazioni in un unico modello 3D BIM in cui tutti possono accedere e condividere informazioni in tempo reale. In questa fase si utilizza una piattaforma BIM a cui gli operatori accedono e possono apportare modifiche progettuali secondo diversi gradi di “autorità”. Le piattaforme BIM prevedono la gestione di “gate”, per la descrizione e l’attuazione di procedure di revisione/validazione della documentazione progettuale, in ogni fase progettuale o di esecuzione. I processi BIM interessano tutto il ciclo di vita dell’edificio, compreso la gestione/manutenzione e la dismissione nell’ottica del BLM building lifecycle management. Partendo da una larga diffusione nel settore delle opere pubbliche, le imprese stanno iniziando ad applicare i protocolli BIM anche nell’edilizia privata e in opere di dimensioni più contenute.
58 Nel complesso, il Regno Unito ha attuato un piano d’azione ben strutturato per l’implementazione del BIM all’interno del settore AEC, nel 2016 infatti ha raggiunto l’utilizzo del BIM di livello 2 su tutti i progetti del settore pubblico. Da allora è iniziata la transizione al livello 3 del BIM, che coprirà l’intero ciclo di vita dell’edificio e permetterà di ridurre i costi e gli sprechi di tempo. Attraverso l’uso della “Construction Strategy BIM Level 2” e quindi l’implementazione del livello 2, il Governo ha già raggiunto un risparmio del 20% sui costi degli appalti pubblici permettendo di risparmiare 1,2 miliardi di sterline nel 2015/2016. The Construction Leadership Council ha messo il BIM al centro della sua Construction Strategy 2025, con l’obiettivo di ridurre i costi di costruzione del 33% e un risparmio di tempo ed emissioni di carbonio del 50%. Italia In Italia, uno dei primi documenti volti a normare l’introduzione del BIM fu il Nuovo Codice dei Contratti Pubblici del 2016. Pur senza utilizzarne il termine, il decreto faceva riferimento alla digitalizzazione dei processi e all’integrazione di strumenti elettronici specifici. Un grande passo in avanti avvenne nel 2017, attraverso il DM 560/2017, detto anche Decreto BIM, che definì le modalità e i tempi di progressiva introduzione, da parte delle stazioni appaltanti, dell’obbligatorietà dei metodi e degli strumenti BIM, nelle fasi di progettazione, costruzione e gestione delle opere e relative verifiche. In un periodo compreso tra il 2019 e il 2025, il decreto prevede l’adozione del BIM attraverso queste tappe: • 1° gennaio 2019: opere di importo pari o superiore a 100 mln € • 1° gennaio 2020: opere di importo pari o superiore a 50 mln € • 1° gennaio 2021: opere di importo pari o superiore a 15 mln € • 1° gennaio 2022: opere di importo pari o superiore a 5.225 mln € • 1° gennaio 2023: opere di importo pari o superiore a 1 mln € • 1° gennaio 2025: opere di importo inferiore a 1 mln € Il provvedimento nello specifico impose l’utilizzo, da parte delle stazioni appaltanti, di piattaforme interoperabili basate su formati aperti non proprietari e stabilì inoltre l’obbligo di condivisione, tra tutti gli operatori coinvolti, delle informazioni prodotte durante tutte le fasi del progetto. Un ulteriore decreto del 2021 modificò il precedente DM 560/2017 e introdusse una diversa tempistica sull’obbligatorietà dell’uso di metodi e strumenti elettronici di modellazione per l’edilizia e le infrastrutture negli appalti pubblici. L’obbligatorietà del BIM venne imposta secondo il seguente calendario: • 1° gennaio 2022: opere di importo pari o superiore a 15 mln € • 1° gennaio 2023: opere di importo pari o superiore a 5.225 mln € • 1° gennaio 2025: opere di importo pari o superiore a 1 mln € CAPITOLO 3.5 Parte III
59 L’analisi della diffusione del BIM a livello internazionale non può prescindere dal continente asiatico, poiché nel pieno dello sviluppo digitale ed economico. Nel continente asiatico la Cina è sicuramente il Paese che ha maggiore familiarità con il BIM, avendo anche il maggior tasso di crescita e diffusione di tale metodologia. A partire dal 2016 in questo paese si è registrata una crescita esponenziale nel grado di utilizzo del BIM da parte di architetti e soprattutto impresari cinesi. Dal 2016 ad oggi il numero di architetti che hanno iniziato ad utilizzare il BIM per una parte dei loro progetti è salito dell’89%, e addirittura del 108% fra le imprese. Un livello di crescita che dimostra chiaramente l’elevato valore aggiunto attribuito a questo strumento. La Russia sta cercando di diventare uno tra i Paesi leader nell’utilizzo del BIM nel mondo delle costruzioni, con l’obiettivo di esportare le proprie competenze a livello internazionale. Ha imposto l’utilizzo obbligatorio del BIM a partire dal 2018 a tutti i progetti finanziati dallo Stato. Il Governo russo è attratto dal BIM sia grazie alla sua efficienza e ai potenziali risparmi economici che ne derivano, sia perché vede l’importanza nell’esportare le proprie competenze BIM in altre nazioni, contribuendo a far crescere l’economia dei Paesi che dipendono dalla Russia. Negli Stati Uniti, dopo una prima fase di implementazione, a causa della forte frammentazione tra enti federali ed i singoli stati, il processo di trasformazione del settore AEC ha perso slancio. Oggi la digitalizzazione dei processi costruttivi negli Stati Uniti ha di nuovo preso vigore grazie a 2 aspetti fondamentali, che hanno permesso i maggiori progressi della produttività del mondo delle costruzioni americane: standardizzazione e collaborazione. In Canada sono notevoli gli sforzi politici compiuti negli ultimi anni mirati a favorire l’adozione del BIM. Mentre la comunità canadese di tecnici ed imprese del settore AEC è già pronta al cambiamento verso il digitale nelle costruzioni, le istituzioni non lo sono ancora, non avendo una politica istituzionale sul BIM e tanto meno obblighi normativi per il suo uso nei lavori pubblici. Le imprese ed i tecnici canadesi si stanno così auto organizzando, permettendo la diffusione di progetti pilota innovativi ed all’avanguardia. 3.5.2 ASIA Parte III CAPITOLO 3.5 3.5.3 NORD AMERICA
Proposta di un approccio BIM In questa sezione vine analizzata l'applicazione del BIM sia a livello teorico che pratico nel contesto del caso di studio Rover 50. In primo luogo, viene selezionata la piattaforma software più idonea da implementare. Successivamente, il progetto viene esaminato valutando i benefici del BIM 3D, BIM 4D e dell’introduzione di un Common Data Environment, confrontando l’inserimento dell’approccio integrato con gli strumenti e tecnologie attualmente in utilizzo. PARTE IV
63 Nella progettazione integrata delle imbarcazioni da diporto, l’utilizzo di piattaforme software unificate e integrate è indispensabile per gestire in modo efficace ed efficiente tutte le fasi progettuali e costruttive. L’integrazione di strumenti avanzati coordinati da una metodologia BIM consente di ottimizzare i processi, ridurre gli errori e garantire risultati di maggiore qualità. La metodologia tradizionale presenta diverse lacune che possono essere superate mediante la progettazione integrata basata su un modello digitale unico e aggiornabile in tempo reale dello yacht. I moderni strumenti BIM e le piattaforme software complete e integrate sono elementi chiave per abilitare questa transizione. Tuttavia, la scelta della piattaforma software più adatta deve essere fatta in funzione delle specifiche esigenze progettuali. Tra gli obiettivi primari vi è quello di migliorare la collaborazione e la condivisione delle informazioni tra i diversi attori coinvolti: studio di design, studio di architettura navale e ingegneria e cantiere. La possibilità di accedere e aggiornare in tempo reale un modello digitale unico dell’imbarcazione rende più semplice il coordinamento delle attività e l’individuazione di eventuali problemi. Ciò comporta minori errori, costi ridotti e un ampliamento delle possibilità di esplorare scenari alternativi diminuendo i tempi di progettazione grazie all’automazione e alla modellazione parametrica. Il ruolo fondamentale della piattaforma software è quello di supportare in maniera olistica il processo BIM, offrendo strumenti per la modellazione 3D parametrica e oggetti arricchiti di dati, software per la simulazione, applicativi per la gestione delle informazioni ingegneristiche e del ciclo di vita. Un ambiente unico e similare al Common Data Environment, capace di collegare tra loro i vari attori interessati oltre che i diversi aspetti del progetto in tutte le sue fasi, risulta quindi indispensabile. Diventa quindi necessario scegliere una piattaforma software in grado di supportare al meglio la metodologia BIM e di integrare le feature di programmi utilizzati tradizionalmente, in modo tale da rendere più fluido e semplice l’adozione di un nuovo workflow. 4.1 SCELTA DELLA PIATTAFORMA SOFTWARE 4.1.1 PREREQUISITI 4.1.2 PIATTAFORME INTEGRATE Sul mercato sono disponibili diverse soluzioni software in grado di supportare efficacemente il processo BIM per la progettazione di yacht. Le principali aziende fornitrici di software specifici, come Dassault Systèmes, Siemens, Autodesk e PTC, propongono soluzioni integrate avanzate, appositamente sviluppate per il settore navale. Alcune integrano nei loro sistemi CAD e PLM funzionalità e strumenti utili alla progettazione di imbarcazioni.
64 Nella selezione della piattaforma più adatta è importante considerare diversi fattori, tra cui: il grado di personalizzazione e integrazione necessario tra le varie aree di progettazione in base alla tipologia e dimensione delle imbarcazioni; le funzionalità specifiche offerte per la progettazione nautica; l’infrastruttura digitale in cui si intende operare. Un ambiente tecnologico avanzato che metta a disposizione degli strumenti all’avanguardia per lo yacht design consentirà di implementare processi altamente ottimizzati e centrati su di un modello BIM dinamico condiviso, ottenendo notevoli vantaggi in termini di tempi, costi e qualità. Siemens PLM Software: • NX - per CAD, CAM, CAE e gestione dei dati di progettazione. Include moduli specifici per yacht design come “Hull Designer” e “Stability and Motion Analysis”. • Teamcenter X - piattaforma PLM (Product Lifecycle Management) cloud-based che facilita la collaborazione in tempo reale su modelli informativi condivisi tra le figure coinvolte nel progetto. • HEEDS - Software di ottimizzazione che, interfacciandosi con CAD e CAE, esplora in maniera automatizzata diverse soluzioni, generando e valutando alternative di progetto. • Simcenter STAR-CCM+ - Software di simulazione basato sulla Computational Fluid Dynamics (CFD) e Finite Element Method (FEM). Consente la modellazione e l’analisi di una vasta gamma di problemi ingegneristici che coinvolgono flusso di fluidi, trasferimento di calore, stress, flusso di particelle, elettromagnetismo e fenomeni correlati. CAPITOLO 4.1 Parte IV Siemens NX usato per la modellazione di uno scafo
65 Dassault Systèmes: • 3DEXPERIENCE Sea Boat Builder - Offre una soluzione “all-in-one” in cloud che consente ai progettisti di yacht e navi da lavoro di piccole dimensioni di controllare l’intero processo di sviluppo da un unico ambiente collaborativo. I progettisti collaborano tra di loro condividendo un’unica fonte di informazioni, aggiornata e accurata. I software inclusi nel pacchetto sono ENOVIA per il Project planning e il management e CATIA per la modellazione e rendering, lo studio di materiali compositi e impianti di bordo. PTC: • Windchill+ - Piattaforma PLM (Product Lifecycle Management) cloud-based che facilita la collaborazione tra team, accelera lo sviluppo e il time-to-market del prodotto. • Creo - famiglia di prodotti software CAD dedicati alla progettazione meccanica. La denominazione Creo raggruppa una serie di software indipendenti dedicati a varie fasi ed esigenze del processo di sviluppo del prodotto, dalla progettazione alla comunicazione. Per la famiglia di prodotti esiste anche la versione basata sul cloud, viene chiamata Creo+. La scelta di un determinato fornitore deve essere fatta con attenzione, valutando la rispondenza delle funzionalità offerte alle esigenze dello specifico processo di sviluppo del prodotto. Non esiste infatti una soluzione universale. Nel nostro caso particolare, la scelta è ricaduta sulla piattaforma PLM di Siemens perché più adatta alle nostre esigenze, sebbene anche le altre opzioni presentate precedentemente rappresentino soluzioni efficaci. La piattaforma PLM di Siemens offre una suite completa di strumenti avanzati per la progettazione (NX), l’ottimizzazione (Heeds), la gestione dei dati (Teamcenter) e la simulazione (Simcenter) che consentono di gestire l’intero ciclo di vita del prodotto con un unico ambiente integrato. L’intuitività, l’usabilità e le prestazioni comprovate della piattaforma in progetti come quello del Rover 50 facilitano sia l’apprendimento che l’utilizzo degli strumenti, riducendo i tempi di formazione e massimizzando l’efficacia. Inoltre, la possibilità di testare gratuitamente alcuni prodotti, come NX e Teamcenter X, permette di valutarne con mano le funzionalità ed effettuare una scelta consapevole basata sulle specifiche esigenze. Le soluzioni offerte si sono dimostrate perfettamente allineate alle esigenze del nostro progetto, consentendo di accelerare le fasi di design sfruttando le funzionalità del programma come la modellazione parametrica, l’automazione o la gestione della libreria. La scelta di Siemens come fornitore della piattaforma PLM si è rivelata quindi efficace e la piattaforma di e-learning unita all’intuitività dei prodotti della Siemens ne hanno semplificato la curva di apprendimento, permettendoci di sfruttare al meglio le potenzialità dei vari programmi. Parte IV CAPITOLO 4.1 4.1.3 MOTIVAZIONI DELLA SCELTA
66 Esaminando lo stato dell’arte della progettazione nautica, si è potuto constatare che le attuali tecnologie di modellazione vantano una grande intuitività nel generare superfici complesse, ma rispetto a metodologie più innovative impiegate in altri settori questo approccio si rivela inadeguato e obsoleto. Uno dei principali limiti delle tecnologie di modellazione tradizionali è la loro mancanza di flessibilità. Questi programmi software spesso richiedono input manuali ripetitivi e dispendiosi in termini di tempo, rendendo difficile modificare i modelli in modo rapido e preciso. Di conseguenza, i progettisti potrebbero dover ricominciare da capo o apportare modifiche dispendiose in termini di tempo al progetto esistente, con conseguenti ritardi nel processo di progettazione. Inoltre, La mancanza di flessibilità rende più difficile creare diverse versioni dello stesso oggetto, requisito fondamentale nello yacht design, dove spesso è necessario progettare versioni di scafo, attrezzatura velica ed elementi interni in diverse dimensioni. Superare le limitazioni riscontrate non significa solamente trovare un nuovo sistema di modellazione più flessibile, ma richiede anche l’integrazione con gli altri aspetti della progettazione al fine di agevolare il lavoro di tutti i professionisti coinvolti. A questo proposito, uno degli elementi fondamentali della metodologia BIM è la modellazione parametrica, che rappresenta un approccio completamente diverso rispetto alle tradizionali forme di disegno 2D e modellazione tridimensionale nel campo del CAD. 4.2 BIM 3D 4.2.1 MODELLAZIONE Modello parametrico di un’automobile sportiva
67 Essa rappresenta un approccio al mondo del CAD del tutto differente rispetto alle tradizionali forme di disegno 2D e di modellazione tridimensionale. In questo tipo di modellazione ogni oggetto, solido o superficie, viene creato attraverso una sequenza di lavorazioni o features che costituiscono tutte le operazioni che si possono svolgere nell’ambiente di lavoro: dalle quattro operazioni fondamentali, ovvero estrusioni, rivoluzioni, loft e sweep, a lavorazioni quali forature, raccordi, smussi, svuotamenti e altri ancora. Ogni volta che viene eseguita una lavorazione, essa viene salvata dal software in una timeline in ordine cronologico sempre accessibile e modificabile. Le informazioni di base che definiscono le caratteristiche delle lavorazioni, come il raggio di una circonferenza o la lunghezza di uno spigolo, sono i parametri che costituiscono la base matematica e anche le unità elementari della modellazione parametrica. Un parametro può essere un numero (una funzione matematica o una misura), un valore testuale o booleano (vero/falso). Si tratta di informazioni che hanno un legame bidirezionale con la geometria: i parametri dipendono dalla geometria e, al contempo, la geometria dipende dai parametri. Ciò significa che è possibile modificare le caratteristiche geometriche di un solido o di una superficie non solamente attraverso la manipolazione diretta della geometria, ma anche cambiando i valori di alcuni parametri rilevanti sulla lista delle espressioni. Questo è un grande vantaggio della modellazione parametrica, perché permette in qualunque momento di avere pieno controllo delle misure e delle caratteristiche di un oggetto. Parte IV CAPITOLO 4.2 Feature che compongono il modello (a sinistra) - Lista dei parametri (a destra)
68 CAPITOLO 4.2 Parte IV Attraverso questo metodo flessibile e innovativo, il risultato della modellazione non è un oggetto ordinario ma costituisce un’intera classe di oggetti modificabili; è infatti possibile creare infinite combinazioni di parametri per generare potenzialmente infinite variazioni dello stesso oggetto. La modellazione parametrica, malgrado le innumerevoli potenzialità riscontrabili per gran parte del processo progettuale, presenta alcuni punti critici da tenere in considerazione prima di una sua integrazione. Una delle sfide principali di questo strumento riguarda la curva di apprendimento richiesta per padroneggiare le competenze necessarie. Per raggiungere una padronanza completa di questo strumento infatti, oltre a una conoscenza approfondita delle tecniche di modellazione tradizionali, è necessaria soprattutto una buona comprensione dei concetti matematici e geometrici coinvolti, nonché della logica di programmazione utilizzata per definire i parametri e le relazioni tra di essi. Un’altra limitazione della modellazione parametrica riguarda la sua applicazione nelle prime fasi di progettazione, in cui il focus principale è l’esplorazione delle diverse forme e stili partendo da un foglio bianco, attraverso numerosi tentativi e sessioni di brainstorming. L’impiego di un modello parametrizzato, per le sue proprietà, è meno indicato per queste situazioni poiché richiede già una forma di massima stabilita su cui lavorare. Infine, per le ragioni precedentemente descritte, occorre sottolineare che la modellazione parametrica può non risultare idonea per la realizzazione di oggetti non ripetibili, come ad esempio le sculture. Nel momento in cui si è certi che l’oggetto da modellare sia unico e non debba subire alcuna modifica, l’impostazione di parametri è un procedimento superfluo e talvolta difficoltoso, nel caso di forme irregolari che non seguono regole matematiche. Come evidenziato nella seconda parte del presente elaborato, il processo di ricerca della soluzione ottimale per la progettazione e le prestazioni richiede un grande sforzo manuale, con una quantità considerevole di prove ed errori. Questo processo può essere semplificato e accelerato attraverso l’utilizzo di software interoperabili, che consentono di migliorare il workflow e ridurre i tempi e i costi. In particolare, l’integrazione dei software NX, Simcenter STAR-CCM+ e HEEDS permette di automatizzare gran parte di questo processo grazie alla natura parametrica del modello 3D. Il modello parametrico di Rover 50, proveniente da NX, può venire importato su Simcenter STAR-CCM+ per configurare la simulazione e la conversione in mesh. In seguito, sia il modello che il file della simulazione possono essere caricati su HEEDS. Attraverso la specificazione di un intervallo di valori per ogni variabile associata alla barca parametrizzata e ai dati della simulazione, è possibile generare numerose versioni in modo completamente automatizzato, analizzando il comportamento fisico del prodotto nelle diverse declinazioni morfologiche. 4.2.2 AUTOMAZIONE
69 Parte IV CAPITOLO 4.2 Schema del processo di simulazione automatizzato I risultati ottenuti attraverso questa procedura vengono accompagnati da report e grafici che semplificano il confronto e la classificazione in base alla conformità ai requisiti richiesti. L’automazione permette quindi di raggiungere risultati qualitativamente superiori, poiché attraverso un elevato numero di simulazioni i diversi aspetti della barca vengono rapidamente ottimizzati, raggiungendo e talvolta superando gli obiettivi prefissati, grazie a soluzioni innovative. In questo modo, il team di progetto riesce a ottenere in tempi rapidi una barca che offre sia un’ampia capienza interna, elevate prestazioni e consumi ridotti, tutto grazie all’utilizzo di un metodo di lavoro efficace e automatizzato. Si tratta di un approccio che può risultare estremamente vantaggioso in termini di efficienza e di risultati, e che rappresenta quindi una soluzione vincente per la progettazione di prodotti complessi come le barche a vela. Modello parametrico Meshing automatizzato Valutazione automatica delle prestazioni Modifica automatizzata del design Impostazione della simulazione Multiple analisi
70 Attualmente la pianificazione e l’organizzazione delle attività (scheduling) avviene tramite fogli di calcolo come Excel oppure, nei casi peggiori, tramite una to-do list cartacea realizzata giornalmente. Questi sistemi sono sicuramente semplici ed economici, tuttavia la loro efficacia è scarsa per progetti complessi come una barca a vela. I limiti di questi strumenti come la difficoltà nel coordinamento, l’insufficiente flessibilità e una mancanza di collegamento diretto con il modello, possono causare errori e ritardi rispetto alle milestone e ai risultati attesi (i cosiddetti deliverable). Monitorare lo stato di avanzamento in tempo reale ed intervenire tempestivamente in caso di ritardi o imprevisti risulta infatti molto complesso, specialmente quando i membri del team sono molti. Risulta molto vantaggioso quindi adottare un sistema SaaS (Software as a Service) basato su una piattaforma cloud per superare questi ostacoli. Attraverso il cloud, nel nostro caso Teamcenter X, sarebbe possibile condividere lo scheduling in tempo reale con tutti i membri del team, rendendo le informazioni sempre aggiornate e accessibili ovunque. I vari task vengono inseriti all’interno della piattaforma e collegati tramite workflow che ne definiscono le dipendenze logiche. Man mano che il progetto evolve e i task vengono completati, la pianificazione viene aggiornata costantemente al suo interno. Ogni task può essere associato a uno o più deliverable, ovvero risultati concreti come documenti, prototipi o software sviluppati. Questa associazione fornisce una panoramica chiara dello stato di avanzamento dei lavori facendo corrispondere task e output ad essi collegati. Il collegamento diretto tra task e deliverable è agevolato da un’integrazione del modello e dei programmi (come NX) con la piattaforma cloud. 4.3 BIM 4D 4.3.1 SCHEDULING I workflow sono condivisi, le statistiche sono visibili attraverso dei grafici
71 Le notifiche di avanzamento e le informazioni relative ai task da completare vengono ricevute direttamente all’interno del software di modellazione, in questo modo si agevola la comunicazione dei team di progetto. Il monitoraggio costante dei deliverable consente di rendersi conto tempestivamente se un task è in ritardo rispetto alla tabella di marcia, permettendo una rapida segnalazione in caso di criticità emergenti. Tutto ciò aumenta la trasparenza e la tracciabilità dello stato di avanzamento dei lavori, rendendo il team più reattivo ai cambiamenti e migliorando la comunicazione tra le diverse figure coinvolte. L’accesso centralizzato ed on-demand a tutti i dettagli di progetto contribuisce altresì a ridurre i tempi di risposta, evitare duplicazioni di informazioni e favorire la condivisione della conoscenza all’interno dell’organizzazione. Parte IV CAPITOLO 4.3 Assegnazione dei deliverable al task Visualizzazione schematica di un workflow
72 La progettazione nautica è una disciplina molto complessa in cui convergono diversi ambiti di lavoro comprendenti una moltitudine di ruoli. In questo contesto che prevede un continuo scambio di dati, la gestione avanzata della libreria rappresenta un elemento cruciale per favorire la condivisione delle informazioni, l’accessibilità ai dati rilevanti e la collaborazione sinergica tra i diversi professionisti coinvolti. Allo stato attuale però questa gestione, nella maggior parte dei casi, avviene in computer locali attraverso la semplice suddivisione dei file in cartelle, rallentando così l’intero processo progettuale a causa dei problemi che ne derivano. Esaminando la situazione in un’ottica di integrazione BIM, l’impiego di un CDE come Teamcenter X consentirebbe una transizione del settore verso l’innovazione, offrendo un ambiente virtuale in cui il modello della barca e le informazioni correlate sono collegati in modo sinergico. Uno dei pilastri fondamentali del CDE è la presenza di un potente motore di ricerca, che consente agli utenti di accedere rapidamente ai dati necessari, filtrando i risultati in base a vari criteri. Tra questi, i più importanti sono: • Tipo di contenuto, come documenti, parti, file di varia natura e compiti da svolgere • Proprietari del contenuto • Date di rilascio e di modifica del file • Progetto di appartenenza 4.4 COMMON DATA ENVIRONMENT 4.4.1 GESTIONE DELLA LIBRERIA Motore di ricerca di Teamcenter X
73 Parte IV CAPITOLO 4.4 Le ricerche mirate, unite alla personalizzazione della piattaforma in base al ruolo ricoperto nel processo progettuale, permettono agli operatori di risparmiare tempo prezioso, focalizzandosi solo sui file rilevanti di loro pertinenza. In una piattaforma cloud, dove i dati sono archiviati in maniera intelligente, la gestione della libreria è facilitata tramite un controllo completo della scheda prodotto. In Teamcenter X l’oggetto è visualizzabile accuratamente in 3D, anche attraverso sezioni, consentendo quindi una panoramica completa dei componenti della barca e dei relativi dettagli senza dover avviare il software di modellazione. Il sistema offre anche la possibilità di allegare file e documentazione correlata all’elemento, quali disegni tecnici 2D, manuali o certificazioni, conservando tutte le informazioni relative ai componenti in un unico posto, facilitando e velocizzando l’accesso ai dati. Lo stesso ambiente di visualizzazione del prodotto permette inoltre di vedere dove la singola parte viene utilizzata in altre barche della flotta e raffigura in ordine cronologico le revisioni effettuate agli oggetti nel corso del tempo, fornendo un quadro completo della loro evoluzione. Pur rappresentando un’innovazione nello yacht design, l’adozione di una piattaforma cloud non è priva di criticità. Una delle principali risiede nella dipendenza da una connessione Internet affidabile. Senza una connessione adeguata, l’accesso al CDE viene interrotto, impedendo agli operatori di accedere ai dati e alle funzionalità della piattaforma, compromettendo così la continuità delle attività di progettazione e la comunicazione tra i membri del team in sedi separate. Nella metodologia tradizionale, il documento della distinta base (BOM) viene compilato e aggiornato manualmente attraverso semplici fogli di calcolo ogni qualvolta vengano fatte modifiche o incrementi del livello di dettaglio per ogni fase di avanzamento. Questo processo manuale può essere estremamente inefficiente e soggetto a errori, richiedendo un grande sforzo per stare al passo con i continui cambiamenti. Le nuove tecnologie consentono di ovviare alla scarsa produttività di questo metodo di lavoro, consentendo una compilazione e gestione più fluida della distinta base attraverso la piattaforma cloud Teamcenter X e un’integrazione con il software di modellazione NX. La BOM viene generata automaticamente sul CDE sulla base del modello parametrico rispettando i suoi legami padre-figlio. Un tipico modello parametrico infatti è strutturato secondo un ordine gerarchico di componenti interconnessi: • Assieme: costituisce il livello più alto della gerarchia, contenendo tutti gli altri componenti. L’assieme rappresenta il prodotto finito. • Sottoassieme: all’interno dell’assieme possono trovarsi uno o più sottoassiemi, ovvero assiemi più piccoli che definiscono sezioni specifiche del modello. • Parte: il livello più basso della gerarchia contiene le singole parti che compongono i sottoassiemi. Le parti possono essere considerate come i mattoni di un modello parametrico, ovvero sono gli elementi base che vengono combinati per creare un oggetto più complesso. 4.4.2 GESTIONE DELLA DISTINTA BASE
74 Grazie alla piattaforma cloud, è possibile avere un accesso condiviso alla distinta base e al modello, consentendo a tutti gli attori di intervenire sul progetto e di registrare simultaneamente nella BOM i cambiamenti effettuati, con il risultato di un documento più preciso e sempre aggiornato. Affinché la distinta base possa rappresentare un'unica fonte di informazioni affidabili per i vari attori coinvolti nel processo (studio di progettazione, studio di architettura navale e ingegneria e cantiere), in un CDE essa è direttamente collegata all'interfaccia delle schede prodotto, contenenti dati esaustivi sulle singole parti. CAPITOLO 4.4 Parte IV Collegamento diretto tra la BOM e la scheda prodotto in Teamcenter X
BUILDING INFORMATION MODELING METODO TRADIZIONALE PRO CONTRO PRO CONTRO BIM 3D • Rapidità di modifica dei • valori nei modelli parametrici. Creazione facilitata di diverse • versioni dello stesso oggetto Processi di ottimizzazione, • automatizzati simulazione e resoconti Drafting 2D automatico • Modellazione parametrica • ripetibili creare oggetti unici non iniziale delle forme e per poco adatta per lo studio Curva di apprendimento strumenti ripida per padroneggiare gli • Intuitività dei programmi • Facilità nel generare curve e superfici complesse • Processi di simulazione • lunghi e con molte iterazioni Modellazione diretta poco • modelli flessibile per modifica dei Mancanza di funzionalità per il drafting automatizzato BIM 4D • Creazione di workflow e • scheduling condivisi Task collegati con i workflow • Deliverable allegati ai task • Dipendenza da una connessione a internet • Strumenti intuitivi • Scarsa efficacia per progetti • complessi Mancanza di collegamento • con il modello digitale Poca coordinazione e flessibilità • Aggiornamenti manuali Gestione delle informazioni • Informazioni condivise e • accessibili Unico modello digitale • Creazione automatica della • BOMFunzionalità avanzate della scheda prodotto • Dipendenza da una connessione a internet • Strumenti intuitivi • Gestione dei file in locale • Poca coordinazione e • flessibilità Aggiornamenti manuali
Approfondimenti Questa parte si focalizza sulla terza dimensione del BIM, analizzando le sue potenzialità applicative nel progetto di riferimento Rover 50. Lo scafo dell’imbarcazione verrà esaminato nella sua fase preliminare, dove verrà rielaborato tramite gli strumenti di modellazione parametrica e successivamente di automazione per l’ottimizzazione delle forme. Grazie alla progettazione integrata, questi passaggi possono avvenire all’interno della stessa piattaforma senza soluzione di continuità. Questi strumenti potranno combinarsi tra loro per perfezionare la terza dimensione, superando le limitazioni a cui sono soggetti gli attuali sistemi tradizionali. PARTE V
79 PARAMETRIZZAZIONE DELLO SCAFO: MODELLAZIONE 5.1 Il presente approfondimento punta a fornire una panoramica sulle potenzialità della modellazione parametrica, utilizzando come soggetto applicativo lo scafo dell’imbarcazione. Attraverso questa metodologia è possibile effettuare rapidi cambiamenti in fase preliminare, senza dover ricreare forme e superfici da zero. Eseguendo modifiche mirate e precise su uno scafo di origine parametrica si possono così apportare migliorie e progettare varianti con caratteristiche differenti. L’iter realizzativo per la parametrizzazione dello scafo si è basato sull’estrazione di specifiche sezioni trasversali, derivate da un modello di massima, a cui poi sono stati associati diversi parametri per ottenere un modello facilmente modificabile. Lo scafo di partenza è stato realizzato per modellazione diretta con il software Rhinoceros, durante il corso di Disegno Industriale 1. Per permetterne un maggiore controllo successivo tramite i parametri, lo specchio di poppa è stato reso verticale e la ruota di prua è stata rettificata. Dopo aver verificato la correttezza della morfologia, si è proceduto a importare lo scafo su NX. Successivamente, sono state realizzate due linee con punto di partenza nell’origine, una lungo l’asse X, selezionato come asse longitudinale dello spazio di lavoro, e una lungo l’asse Y. Le linee sono state rispettivamente nominate X e Y. Alla linea X è stato assegnato come valore di lunghezza la LOA del progetto, equivalente a 15,5m. X e Y sono state utilizzate come guide per l’estrapolazione delle sezioni utilizzando il 5.1.1 OBIETTIVI E FORME DI MASSIMA 5.1.2 ESTRAZIONE DELLE SEZIONI Modello dello scafo realizzato con Rhinoceros
80 comando “sketch on path”, che permette di creare sketch 2D in un qualsiasi punto di un tracciato impostando la distanza dall’origine. Questa distanza viene automaticamente riconosciuta come espressione dal programma e cambiando il valore diventa quindi possibile spostare le sezioni lungo l’asse X. Le linee di sezione sono state ricavate con il comando “intersection curve” che disegna le linee di intersezione tra lo spazio di lavoro 2D dello sketch e il modello di Rhinoceros. La prima sezione ricavata è quella di poppa, chiamata Sezione_0 e situata su X=0. Successivamente è stata estratta la sezione maestra. Per avere un maggior controllo sulle forme poppiere si è scelto di ricavare un’ulteriore sezione trasversale, denominata Sezione_1, a metà tra la Sezione_0 e la sezione maestra, denominata Sezione_2. La Sezione_3 è stata estratta nell’ascissa in cui lo scafo interseca la linea di costruzione, così da poter controllare la posizione del punto più basso dello scafo. La porzione di scafo che si estende dalla Sezione_3 alla prua è divisa in tre parti uguali dalla Sezione_4 e dalla Sezione_5, che permettono l’intervento sulle forme di questa parte. Per quanto riguarda il controllo del dritto di prua, modificabile come Sezione_6, è stata seguita una procedura differente: in primo luogo è stato creato un piano XZ a una distanza dalla linea X pari al mezzo baglio dell’estrema prua. Sul piano appena creato è stato poi realizzato uno sketch del dritto di prua a distanza LOA dall’origine, in modo tale che il disegno si adatti ai cambi di lunghezza dello scafo. Esaminando le sezioni considerate, sono state identificate le caratteristiche geometriche e le distanze principali su cui intervenire per ottenere variazioni di forma. I parametri associati a questi dati sono: (Nota: i parametri che riportano “CP” si riferiscono alla posizione del punto di controllo della spline che disegna la murata) • MB: lunghezza del mezzo baglio • H: altezza di costruzione • Fondo_H: distanza tra la CL e il fondo dello scafo • Fondo_Lperc: lunghezza % del mezzo fondo orizzontale rispetto a MB • Fondo_Lvalue: lunghezza risultante del mezzo fondo orizzontale, calcolata con la formula MB/100*Fondo_Lperc • Murata_CP_Hperc: altezza % del CP rispetto ad H • Murata_CP_Hvalue: altezza risultante del CP, calcolata con la formula H/100*Murata_CP_Hperc • Murata_CP_Lperc: distanza % del CP dalla linea di simmetria rispetto a MB • Murata_CP_Lvalue: distanza risultante del CP dalla linea di simmetria rispetto a MB, calcolata con la formula MB/100*Murata_CP_Lperc • Ang: angolo tra la parte orizzontale del fondo e la parte inclinata • Xperc: valore % dell’ascissa in cui si trova la sezione rispetto alla LOA • X: valore risultante dell’ascissa in cui si trova la sezione, calcolato con la formula LOA/100*Xperc CAPITOLO 5.1 Parte V 5.1.3 DEFINIZIONE DEI PARAMETRI E MODELLAZIONE
CAPITOLO 5.1 Sz. 0 Sz. 1 Sz. 2 Sz. 3 Sz. 4 Sz. 5
82 CAPITOLO 5.1 Parte V Alcuni parametri esprimono il valore percentuale di una data misura. In questo modo, cambiando il valore di un parametro, si ottengono cambiamenti anche su altri aspetti geometrici correlati, permettendo un maggiore controllo delle forme Oltre a questa lista, comune a tutte le sezioni, per la Sezione_0 e Sezione_6 è presente anche il parametro Inclinazione con cui si può intervenire sull’angolo di inclinazione dello specchio di poppa e del dritto di prua. Per la Sezione_6 inoltre è presente R, che indica il raggio della ruota di prua. Una volta tracciate le linee necessarie, si è proceduto con la modellazione delle superfici, ottenute tramite una sequenza di features: 1. Realizzazione della superficie del dritto di prua attraverso il comando "extrude" lungo l’asse Y 2. Selezione di tutte le sezioni presenti con il comando "through curves" per creare il fondo e la murata 3. Applicando il comando "mirror" alle superfici di fondo-murata e dritto di prua si è ottenuto lo scafo simmetrico 4. Estrazione della coperta utilizzando il comando "swept" con le curve del cavallino 5. Superficie della poppa ricavata tramite un "bounded plane" 6. Inclinazione dello specchio di poppa ottenuta tramite il comando "draft" 7. Utilizzo del comando "edge blend" per ricavare la ruota di prua Modello parametrico dello scafo
83 PARAMETRI ASSOCIATI ALLO SCAFO
84 CAPITOLO 5.1 Parte V 5.1.4 CREAZIONE DI VARIANTI Partendo dal modello genitore, sono state generate due varianti dello scafo mediante variazioni parametriche. La prima variante è orientata a ottenere una barca più lunga e slanciata, pertanto la lunghezza è stata aumentata a 18 metri, dimensione che implica anche un aumento delle altre misure. Per questo motivo il dritto di prua ha un'inclinazione superiore, il raggio della ruota di prua è stato portato a 250 mm e l’inclinazione dello specchio di poppa è stata aumentata a 25° per conferire una forma più avviata. Il baglio e l'altezza di costruzione sono stati incrementati del 10% rispetto al modello genitore. La seconda variante, invece, persegue l’obiettivo opposto ottenendo una barca più corta e compatta. La lunghezza totale è stata dunque ridotta fino a raggiungere i 13 metri, valore che comporta una modifica delle dimensioni principali in relazione agli obiettivi preposti.
85 Parte V CAPITOLO 5.1 L'inclinazione dello specchio di poppa è stata ridotta fino a 15 gradi per conferire una forma poppiera più verticale e sfruttare al meglio gli spazi interni. Infine, per adattare le dimensioni trasversali alle esigenze di una barca più piccola, il baglio e l'altezza di costruzione sono stati ridotto del 10% rispetto al modello genitore. Grazie a questi cambiamenti parametrici è stato possibile generare due forme di scafo completamente diverse, come ben evidenziato dagli screenshot allegati, in maniera semplice e veloce. Le modifiche apportate hanno interessato parametri diversi in modo indipendente, sfruttando il potenziale automatico del modello parametrico sviluppato. Prima variante, LOA di 18 metri Seconda variante, LOA di 13 metri
86 Nel presente capitolo verrà approfondito il processo di automazione per l’ottimizzazione dei parametri, selezionando come caso applicativo lo scafo di Rover 50 modellato su NX. Le analisi effettuate per il perfezionamento delle forme di scafo mirano a fornire una panoramica esemplificativa sul processo di automazione; pertanto, la procedura seguita si limita a dimostrare i benefici di tale implementazione, senza trattare calcoli sulle performance, possibili tramite l’integrazione con Simcenter STAR-CCM+. Prima di passare a HEEDS, il software di automazione, è fondamentale stabilire gli obiettivi delle simulazioni, specificando i parametri target da ottimizzare sul modello 3D. A tal fine, si inizia aggiungendo uno spessore interno di 10 mm sul fondo e di 7 mm sui fianchi e sulla coperta, tramite il comando “shell” applicato allo scafo. Successivamente, si assegna al modello un materiale generico in vetroresina, con densità di 1600 kg/m3. A seguito di questi passaggi iniziali, vengono effettuate tre misurazioni principali che definiscono i criteri delle analisi: volume interno, massa e area della coperta. Questi valori sono stati associati a delle espressioni per permetterne l’utilizzo su HEEDS. Per importare i parametri del modello su HEEDS, sono necessarie due procedure distinte. Inizialmente, si caricano le espressioni utilizzate come variabili di input, definendo un intervallo di valori tramite la specifica di un valore minimo e di un valore massimo. In questo modo, si stabilisce un range su cui il programma interverrà per migliorare le forme del modello. Di seguito sono elencate le variabili di input per il modello di scafo, insieme ai rispettivi intervalli di valori impostati per ognuna di esse. È importante sottolineare che questi range sono stati definiti a scopo puramente dimostrativo e non riflettono necessariamente i valori ottimali per un miglioramento delle forme. • Per MB (lunghezza del mezzo baglio) è stato impostato un range di 20 mm • Per H (altezza di costruzione) è stato impostato un range di 20 mm • Per “Ang” (angolo tra la parte orizzontale del fondo e la parte inclinata) è stato impostato un range di 2° OTTIMIZZAZIONE DELLE FORME: AUTOMAZIONE 5.2 5.2.1 OBIETTIVI E IMPOSTAZIONE DEL MODELLO 5.2.2 IMPORTAZIONE SUL PROGRAMMA DI AUTOMAZIONE Parametri associati allo scafo
87 Parte V CAPITOLO 5.2 • Per Fondo_H (distanza tra la CL e il fondo dello scafo) è stato impostato un range di 20 mm • Per Fondo_Lperc (lunghezza percentuale del mezzo fondo orizzontale rispetto al mezzo baglio) è stata impostata una variazione massima di ±2% • Per Murata_CP_Hperc (altezza percentuale del CP rispetto all’altezza di costruzione H) è stata impostata una variazione massima di ±5% • Per Murata_CP_Lperc (distanza percentuale del CP dalla linea di simmetria rispetto alla lunghezza del mezzo baglio) è stata impostata una variazione massima di ±5% • Per Xperc (valore percentuale dell’ascissa in cui si trova la sezione rispetto alla LOA della barca) è stata impostata una variazione massima di ±2% • Per Inclinazione_sz0 (angolo di inclinazione dello specchio di poppa) è stato impostato un range di 4° • Per R_sz6 (raggio della ruota di prua) è stato impostato un range di 100 mm
88 CAPITOLO 5.2 Parte V Impostazione del range di valori per le variabili di input
89 Parte V CAPITOLO 5.2 Dopo aver specificato l’intervallo di valori delle variabili di input, vengono importate le risposte di output, che rappresentano i valori del progetto che si vogliono migliorare. Vengono quindi caricate le tre misurazioni effettuate nel modello parametrico: • Coperta_Area: superficie della coperta. Il valore dovrà essere massimizzato • Massa: massa dello scafo in vetroresina. Il valore dovrà essere minimizzato • Volume: volume interno dello scafo. Il valore dovrà essere massimizzato Il passo successivo è l’impostazione del numero di analisi da effettuare: più alto è il numero, maggiore sarà la possibilità di ottenere una variante che soddisfi al meglio i requisiti stabiliti. Per questo approfondimento esemplificativo, il numero di analisi viene impostato a 50. Trattandosi di analisi prive di calcoli strutturali o delle performance, sono stati impiegati poco meno di 8 minuti per completarle. Per fornire una maggiore comprensione delle versioni generate, ogni risultato riporta i cambiamenti effettuati alle singole variabili di input ed è facilmente confrontabile con le altre varianti attraverso la visualizzazione di diverse rappresentazioni grafiche personalizzabili. 5.2.3 ANALISI E VISUALIZZAZIONE DEI RISULTATI Impostazione delle risposte di output Visualizzazione e confronto delle analisi condotte
90 CAPITOLO 5.2 Parte V Il primo grafico di confronto realizzato riporta nell’asse delle ordinate il volume interno dello scafo, mentre nelle ascisse la massa. Dall’esame dei risultati rappresentati graficamente si evince che la versione n. 48 riesce a conseguire il migliore equilibrio tra volume interno e massa, collocandosi tra le prime cinque posizioni per quanto riguarda il volume, pur avendo una delle dieci masse inferiori. Il secondo grafico, invece, mette in relazione le varianti in termini di superficie del ponte di coperta (lungo l’asse Y) e di massa (lungo l’asse X). In questo caso, lo scafo n. 42 si dimostra una buona opzione, nonostante la massa superi leggermente la media. Grafico Massa vs Volume (in alto) - Grafico Massa vs Area coperta (in basso)
91 Parte V CAPITOLO 5.2 Un grafico radar ha poi permesso di avere una visione completa delle caratteristiche delle diverse versioni, mostrando che la variante n. 48, nonostante i generosi volumi interni e il basso peso, non fornisce una superficie di coperta sufficiente. Al contrario, la variante n. 42 fornisce un migliore compromesso in quanto, pur avendo un volume interno leggermente inferiore, presenta un’area del ponte di coperta tra le più ampie, seppur con un lieve incremento della massa. In ultimo, per confrontare i risultati sotto un’altra prospettiva, è stato creato un grafico a 3 dimensioni, dove lungo l’asse Z viene rappresentata la massa, nell’asse X l’area della coperta e nell’asse Y il volume interno. Grafico radar (in alto) - Grafico a 3 dimensioni (in basso)
Conclusioni In quest’ultima parte dell’elaborato verranno discusse le valutazioni conclusive sull’approccio proposto, evidenziando i risultati ottenuti attraverso l’adozione della metodologia BIM nel caso di studio. Particolare attenzione sarà posta tuttavia anche ai limiti dell’approccio proposto, sia dal punto di vista pratico che delle potenzialità applicative. Per il superamento di tali limiti, verranno successivamente prospettate ulteriori aree di ricerca in grado di guidare l’impiego della metodologia BIM per un’evoluzione del settore nautico. PARTE VI
95 L’implementazione della metodologia BIM come supporto alla progettazione di Rover 50 ha permesso di raggiungere risultati qualitativamente superiori rispetto all’approccio tradizionale. Attraverso l’analisi dell’approccio proposto e degli approfondimenti esemplificativi, è possibile comprendere appieno l’impatto positivo che il BIM ha avuto sul progetto caso di studio. I primi vantaggi concreti sono legati all’introduzione della modellazione parametrica nel processo progettuale. Ripercorrendo il paragrafo 4.2.1 e l’attività descritta nel capitolo 5.1, si è in grado di comprendere le potenzialità di questo strumento nel contesto nautico. In particolare, modellando lo scafo con questa tecnologia, si è riusciti ad aumentare la flessibilità del risultato finale. L’intervento sui parametri legati alle caratteristiche geometriche della barca ha permesso di esplorare con maggiore rapidità diverse proposte di layout e morfologie del modello, come ad esempio una prua più slanciata o uno scafo più lungo. Grazie a questi aspetti, la modellazione parametrica ha consentito di ottenere una libreria di oggetti facilmente modificabili e riutilizzabili nei progetti futuri. Le tecnologie messe a disposizione dall’approccio BIM portano ulteriori benefici nella terza dimensione progettuale, come evidenziato nel paragrafo 4.2.2 e approfondito nel capitolo 5.2. Importando lo scafo parametrizzato di Rover 50 sul software di automazione HEEDS, è stato possibile generare 50 varianti diverse del modello. In tempi notevolmente ridotti rispetto alla metodologia tradizionale, siamo riusciti a ottimizzarne il peso, i volumi interni e l’area di coperta. 6.1 CONSIDERAZIONI FINALI 6.1.1 TRAGUARDI RAGGIUNTI Modello parametrico dello scafo di Rover 50
96 CAPITOLO 6.1 Parte VI Attraverso l’esplorazione delle funzionalità offerte dal Common Data Environment Teamcenter X, abbiamo riscontrato notevoli potenzialità nell’ambito della collaborazione, della condivisione e della gestione delle informazioni relative al progetto. In primo luogo, la piattaforma cloud supporta il lavoro su un unico modello digitale, accessibile da tutti gli operatori. Grazie a questa possibilità, le modifiche vengono riportate automaticamente su tutti gli aspetti del progetto, risparmiando tediosi aggiornamenti manuali. Come spiegato nel capitolo 4.3, impiegando questo sistema integrato, siamo riusciti ad ottimizzare la componente 4D del progetto, creando scheduling condivisi e task collegati direttamente con i deliverable del progetto. Inoltre, l’utilizzo di un CDE ha mostrato considerevoli vantaggi nella gestione della documentazione allegata al modello. Il capitolo 4.4 infatti, evidenzia come la scheda prodotto e la distinta base siano strettamente interconnesse tra loro, garantendo piena accessibilità e controllo sul modello e i suoi elementi. Analizzando i benefici rilevati dall’impiego di una piattaforma cloud, si può ritenere che essi possano estendersi anche a uno scenario realistico di collaborazione tra cantiere navale, studio di architettura navale e ingegneria e studio di design. In un contesto professionale questa tecnologia favorirebbe una maggiore produttività e cooperazione tra il team di lavoro, riducendo i tempi di comunicazione e consentendo un accesso semplificato e sicuro alle informazioni relative al progetto. Il monitoraggio delle attività e la gestione delle informazioni migliorerebbero significativamente l’assegnazione e la tracciabilità dei lavori nonché la precisione degli elaborati. In conclusione, grazie ai processi BIM implementati la gestione del progetto Rover 50 è stata in grado di superare notevolmente la rigidità dell’approccio tradizionale, ottenendo vantaggi significativi in termini di precisione, controllo ed efficienza. Tuttavia, gli ostacoli all’adozione di queste innovative metodologie rimangono ancora da superare. Sebbene l’introduzione del BIM abbia apportato una serie di benefici al progetto Rover 50, è importante notare che l’approccio proposto presenta alcune limitazioni che dovrebbero essere debitamente menzionate. In primo luogo, è importante considerare che la soluzione adottata nella tesi si basa su un sistema closed BIM, poiché sfrutta quasi unicamente piattaforma software della Siemens. Il risultato, pur essendo vantaggioso rispetto ai metodi tradizionali, comporta un processo rigido e limitante, ostacolando la cooperazione tra professionisti che impiegano software differenti. Inoltre, quando i flussi di lavoro sono basati sull’impiego di una specifica piattaforma, un eventuale cambiamento di sistema per far fronte a nuove necessità implicherebbe un considerevole sforzo di adattamento. Pertanto, si evidenziano le criticità del closed BIM in rapporto all’open BIM (per un confronto approfondito tra i due sistemi si rimanda al paragrafo 3.4.1) all’interno di questo contesto. 6.1.2 LIMITI DELLA RICERCA