La tecnologia digital twin per i ponti: sfide e vantaggi

Costruire i digital twin dei ponti è utile per migliorare i processi di gestione, manutenzione e monitoraggio dell’infrastruttura fisica. Scopri tutti i vantaggi

La realizzazione di digital twin dei ponti rappresenta oggi una delle evoluzioni più significative nella gestione, manutenzione e nel monitoraggio delle infrastrutture critiche. Grazie alla creazione di una replica digitale costantemente aggiornata dell’opera fisica, è possibile migliorare in modo sostanziale i processi decisionali legati alla sicurezza strutturale, all’asset management e alla pianificazione del ciclo di vita.

Nel settore delle costruzioni e delle infrastrutture, i digital twin sono ormai considerati strumenti chiave non solo in fase di progettazione, ma soprattutto nella fase di esercizio e gestione. In questo articolo ci concentriamo in particolare sulle potenzialità dei bridge digital twin, ovvero i gemelli digitali applicati ai ponti, analizzando benefici, modalità di utilizzo e differenze rispetto ai sistemi di monitoraggio tradizionali.

Enti gestori, progettisti e operatori, attraverso soluzioni software specializzate come:

un digital twin software, possono replicare virtualmente ponti e infrastrutture di qualsiasi genere e analizzare, simulare e ottimizzare in tempo reale le prestazioni delle rispettive risorse fisiche;
un Bridge Management Software, possono semplificare i processi di gestione e manutenzione dei ponti e garantire più elevati standard di qualità, sicurezza ed efficienza.

Che cos’è un bridge digital twin?

I digital twin sono modelli computerizzati che hanno lo scopo di replicare virtualmente sistemi ed oggetti del mondo reale. In altre parole, i digital twins sono delle vere e proprie repliche digitali di un oggetto o sistema fisico progettati per facilitare e migliorare i processi decisionali, come ad esempio la gestione di ponti e infrastrutture.

Vengono utilizzati nel settore dell’ingegneria per fornire una rappresentazione digitale, dettagliata e interattiva dei progetti di costruzione (come quelli relativi ad edifici, impianti, infrastrutture o intere città).

La capacità dei digital twin di instaurare una comunicazione costante con la loro controparte fisica, ha trasformato questi modelli in un potente strumento per la progettazione, la gestione e il monitoraggio di infrastrutture critiche, inclusi ponti, viadotti, cavalcavia, ecc.

Il gemello digitale di un ponte, o bridge digital twin, può essere, quindi, considerato come la copia virtuale di un ponte reale, e costituisce un sistema unico e centralizzato attraverso il quale è possibile gestire tutti gli aspetti legati alla sicurezza, alla manutenzione e al monitoraggio della corrispondente infrastruttura fisica.

Come un bridge digital twin supporta l’asset management e la pianificazione del ciclo di vita?

Dal punto di vista dell’asset management infrastrutturale, il bridge digital twin assume un ruolo strategico perché accompagna il ponte lungo tutto il suo ciclo di vita, dalla fase di esercizio fino agli interventi di adeguamento o fine vita.

A differenza di un modello statico, il gemello digitale costituisce un sistema:

centralizzato;
aggiornabile;
orientato ai processi decisionali.

All’interno del bridge digital twin confluiscono dati di natura diversa:

informazioni geometriche e strutturali;
dati tecnici e prestazionali;
informazioni operative e manutentive;
dati provenienti dal monitoraggio in tempo reale.

Questo consente di superare una gestione frammentata dell’infrastruttura e di adottare un approccio basato su dati oggettivi e continuamente aggiornati.

Dalla manutenzione reattiva alla manutenzione predittiva

Grazie alla connessione costante con l’opera fisica, il bridge digital twin permette di:

intercettare tempestivamente anomalie e segnali di degrado;
analizzare l’evoluzione del comportamento strutturale nel tempo;
pianificare interventi prima che si verifichino situazioni critiche.

In questo modo si passa da una manutenzione reattiva, basata sull’emergenza, a una manutenzione predittiva, più efficiente e sostenibile.

Supporto alla pianificazione del ciclo di vita

Il gemello digitale supporta in particolare:

la programmazione degli interventi manutentivi nel medio e lungo periodo;
la valutazione comparativa di diverse strategie di intervento;
la stima dell’impatto economico, operativo e gestionale delle decisioni;
la creazione di uno storico digitale dell’infrastruttura, utile per audit, ispezioni e verifiche future.

Integrazione dei dati BIM e GIS in un modello di bridge digital twin

Un bridge digital twin realmente efficace nasce dall’integrazione di modelli informativi BIM con dati geospaziali GIS, così da collocare l’infrastruttura non solo come oggetto isolato, ma come parte di un sistema territoriale più ampio. Questa integrazione consente di arricchire il gemello digitale con informazioni fondamentali legate al contesto in cui il ponte è inserito.

Il BIM fornisce la rappresentazione tridimensionale dettagliata dell’opera, insieme alle informazioni geometriche, strutturali e prestazionali necessarie per la gestione del ciclo di vita. Il GIS, invece, aggiunge la dimensione territoriale, permettendo di associare al ponte dati quali la posizione geografica, le caratteristiche ambientali, la rete infrastrutturale circostante, i vincoli urbanistici e le condizioni di accessibilità.

All’interno di un bridge digital twin, la combinazione di BIM e GIS consente, ad esempio, di:

localizzare con precisione l’infrastruttura all’interno della rete viaria o ferroviaria;
analizzare l’interazione del ponte con l’ambiente circostante, come corsi d’acqua, aree a rischio idrogeologico o zone soggette a traffico intenso;
supportare le attività di ispezione e manutenzione, pianificando gli interventi in funzione delle condizioni territoriali e logistiche;
migliorare la gestione degli asset a scala di rete, soprattutto quando si opera su un insieme di ponti distribuiti sul territorio.

L’integrazione BIM–GIS rappresenta inoltre un elemento chiave per garantire l’interoperabilità dei dati e la continuità informativa tra le diverse fasi del ciclo di vita dell’infrastruttura. In questo contesto, il Bridge Information Modeling (BrIM) costituisce un’evoluzione naturale del BIM applicato ai ponti, ponendo le basi per la creazione di gemelli digitali coerenti, aggiornabili e realmente utili ai processi decisionali.

Bridge digital twin e monitoraggio strutturale: differenze rispetto ai sistemi tradizionali

I sistemi tradizionali di monitoraggio strutturale dei ponti si basano generalmente sull’installazione di sensori dedicati alla raccolta in tempo reale di informazioni riguardanti:

condizioni ambientali;
invecchiamento dei materiali;
sicurezza strutturale;
impatto del traffico e altri parametri significativi.

Queste informazioni vengono trasmesse a una piattaforma digitale destinata al monitoraggio, dove possono essere elaborate e analizzate per individuare eventuali anomalie o situazioni critiche.

Sebbene questo approccio consenta un controllo efficace delle prestazioni strutturali, rimane spesso limitato alla sola lettura del dato e non sempre permette una visione integrata dell’infrastruttura nel suo complesso. I sistemi di monitoraggio tradizionali, infatti, operano di frequente come strumenti isolati, scollegati dai modelli informativi e dai processi decisionali di gestione dell’asset.

Il bridge digital twin supera questi limiti integrando i dati di monitoraggio all’interno di un modello informativo dinamico, in cui geometria, informazioni tecniche e dati in tempo reale convivono in un unico ambiente digitale. In questo modo, i valori rilevati dai sensori non vengono semplicemente visualizzati, ma contestualizzati rispetto al comportamento strutturale del ponte e alla sua evoluzione nel tempo.

A differenza dei sistemi di monitoraggio tradizionali, il bridge digital twin permette inoltre di:

simulare scenari di carico o di degrado direttamente sul modello digitale;
valutare l’impatto di diverse strategie di intervento prima della loro attuazione;
supportare decisioni basate su una visione globale dell’asset, anziché su singoli indicatori.

Il passaggio dal monitoraggio strutturale tradizionale al bridge digital twin rappresenta quindi un’evoluzione da un approccio reattivo e frammentato a un modello predittivo e integrato, in cui i dati diventano parte attiva del processo di gestione dell’infrastruttura. Un confronto più ampio tra modelli informativi e gemelli digitali è disponibile in questo approfondimento sulle differenze tra BIM e Digital Twin.

Tecnologie chiave alla base di un bridge digital twin: IoT, AI, sensori e simulazione

Alla base di un bridge digital twin vi è un insieme di tecnologie che operano in modo integrato per consentire il monitoraggio, l’analisi e la simulazione del comportamento dell’infrastruttura nel tempo. Tra queste, un ruolo centrale è svolto da:

dispositivi IoT (Internet of Things): sistemi interconnessi che comunicano tra loro attraverso internet e includono sensori, attuatori e componenti per l’elaborazione dei dati. Nel contesto dei ponti, i dispositivi IoT vengono utilizzati per monitorare parametri come vibrazioni, deformazioni, temperatura e traffico, consentendo un controllo continuo delle condizioni strutturali e supportando una manutenzione più efficiente e tempestiva;
sensori intelligenti: installati nei punti strategici dell’infrastruttura fisica, rilevano variazioni strutturali e ambientali fornendo informazioni fondamentali sullo stato di salute del ponte. Sensori di vibrazione e deformazione permettono di individuare anomalie e cambiamenti nel comportamento strutturale, mentre sensori di temperatura e umidità aiutano a monitorare condizioni che possono influire sulla durabilità dei materiali e favorire fenomeni di degrado;
strumenti di simulazione avanzata: consentono di analizzare il comportamento del ponte in scenari ipotetici, valutando l’effetto di carichi variabili, condizioni ambientali estreme o diverse strategie di intervento. Le simulazioni permettono di anticipare le risposte della struttura e di supportare le decisioni tecniche prima di intervenire sull’opera reale;
algoritmi di intelligenza artificiale (AI): utilizzati per analizzare grandi quantità di dati storici e in tempo reale, individuare pattern ricorrenti e prevedere fenomeni di degrado. Attraverso tecniche di machine learning, l’AI può contribuire all’individuazione precoce di anomalie, alla classificazione delle criticità strutturali e alla definizione delle priorità di intervento manutentivo.

Se vuoi approfondire il ruolo di queste tecnologie ti consiglio un contributo dedicato ai digital twin e alla trasformazione digitale del settore AEC.

Il contributo dei bridge digital twin alla sostenibilità e alla riduzione dell’impronta di carbonio

I bridge digital twin rappresentano uno strumento efficace per migliorare la sostenibilità delle infrastrutture, poiché consentono di ottimizzare le decisioni tecniche e ridurre gli sprechi lungo l’intero ciclo di vita dell’opera.

In particolare, l’impiego di un gemello digitale contribuisce alla riduzione dell’impronta di carbonio grazie a:

manutenzione mirata e predittiva, che limita interventi non necessari, ispezioni ripetute e cantieri frequenti, riducendo il consumo di risorse e le emissioni associate;
simulazione preventiva degli interventi, che permette di confrontare diverse soluzioni progettuali e manutentive, scegliendo quelle con minore impatto ambientale e minori interferenze con il traffico;
ottimizzazione delle attività di gestione, grazie a una pianificazione più efficiente degli interventi e a una riduzione degli spostamenti e delle operazioni sul campo;
prolungamento della vita utile dell’infrastruttura, ottenuto attraverso l’individuazione precoce dei fenomeni di degrado e la conservazione delle prestazioni strutturali nel tempo.

Casi d’uso dei bridge digital twin: viadotti urbani, ponti rurali e cavalcavia autostradali

I bridge digital twin trovano applicazione in contesti infrastrutturali molto diversi tra loro, adattandosi alle specifiche esigenze operative, ambientali e gestionali di ciascuna tipologia di ponte. Vediamo allora insieme i principali casi d’uso:

viadotti urbani: nei viadotti urbani, caratterizzati da flussi di traffico elevati e da una forte interazione con l’ambiente costruito, il bridge digital twin supporta il monitoraggio continuo delle prestazioni strutturali e la valutazione dell’impatto dei carichi dinamici. Il modello digitale permette inoltre di pianificare gli interventi di manutenzione riducendo le interferenze con la mobilità cittadina e migliorando i livelli di sicurezza in aree densamente popolate;
ponti rurali: per i ponti rurali, spesso distribuiti su territori ampi e difficilmente accessibili, il gemello digitale rappresenta uno strumento efficace per il monitoraggio remoto delle condizioni strutturali e ambientali. Questo approccio consente di limitare le ispezioni in loco non strettamente necessarie, ottimizzare l’allocazione delle risorse e definire priorità di intervento basate sul reale stato di degrado dell’opera;
cavalcavia e sovrappassi autostradali: nel caso dei cavalcavia e dei sovrappassi autostradali, soggetti a carichi elevati e a condizioni di esercizio particolarmente gravose, il bridge digital twin permette di analizzare il comportamento strutturale sotto traffico intenso e di individuare precocemente fenomeni di affaticamento o degrado. Le simulazioni supportano la pianificazione coordinata degli interventi, contribuendo a garantire la continuità del servizio e la sicurezza lungo le principali arterie di collegamento.

L’applicazione del bridge digital twin alle diverse tipologie di opere dimostra come questa tecnologia possa supportare una gestione più consapevole ed efficace dell’intero patrimonio infrastrutturale. Per un inquadramento generale sulle caratteristiche e sulle complessità delle opere di attraversamento, ti consiglio di approfondire il tema nell’articolo interamente dedicato alla costruzione dei ponti.

Formati di dati e standard più comuni per i bridge digital twin (IFC, openBIM, ecc.)

La realizzazione e la gestione efficace di un bridge digital twin richiedono l’adozione di formati di dati e standard aperti, in grado di garantire interoperabilità, coerenza informativa e continuità lungo l’intero ciclo di vita dell’infrastruttura. In ambito infrastrutturale, questi aspetti sono particolarmente rilevanti, poiché coinvolgono numerosi attori, discipline e strumenti software diversi.

Tra i formati più utilizzati rientra l’IFC (Industry Foundation Classes), standard aperto che consente di rappresentare in modo strutturato la geometria e le informazioni associate agli elementi del ponte. L’uso di IFC permette di superare i limiti dei formati proprietari, facilitando lo scambio di dati tra piattaforme differenti e rendendo il modello informativo accessibile anche nel lungo periodo.

Il paradigma openBIM estende questo concetto, promuovendo un approccio collaborativo basato su standard condivisi, processi trasparenti e flussi informativi aperti. All’interno di un bridge digital twin, l’openBIM consente di integrare modelli, dati di monitoraggio, informazioni di gestione e risultati delle simulazioni in un ecosistema digitale coerente, riducendo il rischio di perdita o duplicazione delle informazioni.

Accanto ai modelli informativi, assumono un ruolo importante anche gli standard per la gestione dei dati e dei requisiti informativi, che permettono di definire in modo chiaro quali informazioni devono essere presenti nel gemello digitale e in quale fase del ciclo di vita. Questo aspetto è fondamentale per garantire che il bridge digital twin rimanga aggiornato, affidabile e realmente utilizzabile a supporto delle decisioni.

Il ruolo dei bridge digital twin nelle smart city e nelle infrastrutture connesse

I gemelli digitali dei ponti si inseriscono in modo naturale all’interno delle smart city, dove infrastrutture, sistemi di mobilità e servizi urbani sono sempre più interconnessi e guidati dai dati. In questo contesto, il gemello digitale del ponte non è più un sistema isolato, ma diventa parte integrante di una rete infrastrutturale più ampia.

L’integrazione del bridge digital twin con piattaforme urbane consente di:

condividere dati strutturali e di monitoraggio con i sistemi di gestione del traffico;
supportare le autorità nella gestione delle emergenze e nella pianificazione della sicurezza;
coordinare interventi infrastrutturali con altri servizi urbani (trasporti, utility, protezione civile);
migliorare la resilienza delle reti di collegamento attraverso una visione unificata degli asset.

Grazie alla connessione con altri gemelli digitali e sistemi informativi territoriali, i bridge digital twin contribuiscono alla creazione di infrastrutture connesse, capaci di adattarsi alle condizioni operative e ambientali in tempo reale. Questo approccio favorisce una gestione più efficiente del patrimonio infrastrutturale e rafforza il ruolo dei dati come elemento centrale per il governo delle città.

Se vuoi approfondire il ruolo dei digital twin nel contesto delle infrastrutture intelligente ti consiglio la lettura dell’articolo dedicato ai digital twin e alle infrastrutture.

Come creare il bridge digital twin passo dopo passo

La realizzazione di un bridge digital twin segue un percorso strutturato che, pur variando in base alla complessità dell’opera, può essere ricondotto ad alcune fasi fondamentali. Vediamo insieme le principali:

Rilievo e modellazione geometrica della struttura:
Il primo passo consiste nel rilievo accurato del ponte, utilizzando tecniche e strumenti adeguati al contesto, come rilievi topografici, laser scanner o droni. Una geometria affidabile rappresenta la base indispensabile per la costruzione di un modello digitale coerente.
Creazione del modello BIM del ponte:
A partire dai dati di rilievo, si sviluppa il modello BIM, arricchito con informazioni strutturali, materiali e dati tecnici necessari alla gestione dell’opera. In questa fase, l’adozione del Bridge Information Modeling (BrIM) consente di organizzare in modo strutturato le informazioni e preparare il modello all’evoluzione verso il digital twin.
Integrazione dei sensori e dei dispositivi IoT:
Il modello BIM viene quindi collegato alla controparte fisica attraverso sensori e dispositivi IoT. I dati raccolti in tempo reale (vibrazioni, deformazioni, condizioni ambientali, traffico) vengono associati agli elementi del modello, trasformandolo in un sistema dinamico e continuamente aggiornato.
Gestione, analisi e simulazione dei dati:
Il bridge digital twin viene infine integrato in una piattaforma di gestione che consente di analizzare i dati, simulare scenari, pianificare gli interventi e generare report a supporto delle decisioni. In questa fase il gemello digitale diventa uno strumento operativo per il monitoraggio, la manutenzione e la gestione dell’infrastruttura.

Se desideri anche tu ottenere il massimo dalla gestione delle tue risorse, puoi affidarti ad un Bridge Management Software, la soluzione completa per la gestione dei ponti che ti permette di effettuare ispezioni intelligenti, creare piani di manutenzione accurati, generare report personalizzati, localizzare con facilità le tue infrastrutture e garantire un’efficiente integrazione con la tecnologia IoT.

Con questo sistema potrai simulare l’impatto di diverse soluzioni progettuali direttamente sul modello BIM della tua infrastruttura. Avrai, inoltre, a disposizione una potente piattaforma da cui potrai gestire in maniera centralizzata ogni attività relativa alla sicurezza, al monitoraggio e alla manutenzione dei tuoi ponti o di qualsiasi altra opera infrastrutturale.

FAQ – Bridge Digital Twin per ponti

Cos’è un gemello digitale applicato ai ponti?

Un bridge digital twin (gemello digitale di un ponte) è la replica virtuale di un ponte reale: un modello digitale centralizzato e dinamico che consente di gestire in modo integrato sicurezza, manutenzione e monitoraggio dell’infrastruttura fisica. A differenza di un semplice modello 3D, collega geometria, informazioni tecniche e dati operativi (anche in tempo reale) in un unico ambiente.

In cosa differisce un bridge digital twin da un modello BIM tradizionale?

Il BIM fornisce una rappresentazione tridimensionale dettagliata con informazioni geometriche, strutturali e prestazionali utili alla gestione del ciclo di vita. Il bridge digital twin nasce quando quel modello viene collegato alla controparte fisica e diventa aggiornabile nel tempo, integrando dati di monitoraggio, storico e informazioni operative per supportare decisioni e pianificazione.

Come funziona la tecnologia digital twin per la manutenzione dei ponti?

La tecnologia digital twin supporta la manutenzione perché integra dati di rilievo, modello informativo e monitoraggio in un sistema unico. Grazie alla connessione costante con l’opera fisica (tramite sensori e dispositivi IoT), il bridge digital twin permette di:

intercettare segnali di degrado e anomalie;
analizzare l’evoluzione del comportamento strutturale;
pianificare interventi prima che si verifichino situazioni critiche.

Quali sono i vantaggi dell’uso di gemelli digitali per la gestione infrastrutturale?

I principali vantaggi, in ottica di asset management e gestione del ciclo di vita, includono:

ambiente centralizzato in cui confluiscono dati geometrici, tecnici, operativi e di monitoraggio;
supporto alla programmazione manutentiva nel medio-lungo periodo;
possibilità di valutare strategie alternative prima di intervenire;
stima dell’impatto economico, operativo e gestionale delle decisioni;
creazione di uno storico digitale utile per audit, ispezioni e verifiche.

Perché il bridge digital twin è più efficace del monitoraggio strutturale tradizionale?

Il monitoraggio tradizionale raccoglie dati (ambientali, materiali, sicurezza strutturale, traffico) e li visualizza su piattaforme spesso separate e poco integrate. Il bridge digital twin, invece, contestualizza quei dati dentro un modello informativo dinamico: non si limita a “mostrare il valore”, ma aiuta a interpretarlo rispetto a geometria, componenti e comportamento nel tempo, supportando anche simulazioni e scelte di intervento.

Quali tecnologie rendono possibile un bridge digital twin?

Un bridge digital twin si basa su tecnologie integrate, tra cui:

IoT per connettere la struttura e trasmettere dati (vibrazioni, deformazioni, temperatura, traffico);
sensori intelligenti per rilevare variazioni strutturali e ambientali;
strumenti di simulazione avanzata per valutare scenari di carico, condizioni estreme e strategie d’intervento;
algoritmi di AI per analizzare dati storici e real-time, individuare pattern e prevedere fenomeni di degrado.

Quali standard e formati dati sono comuni per gestire un bridge digital twin?

Per garantire interoperabilità e continuità informativa lungo il ciclo di vita, sono centrali l’IFC, standard aperto per rappresentare geometria e informazioni degli elementi dell’opera e facilitare lo scambio dati tra piattaforme e l’openBIM, approccio basato su standard condivisi e flussi informativi aperti, utile per integrare modelli, dati di monitoraggio e risultati delle simulazioni in un ecosistema coerente.

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