Il BIM per la progettazione sostenibile

Il controllo e la consapevolezza delle scelte di progetto possono incidere in maniera rilevante sulla progettazione sostenibile. Vediamo perché

È ormai noto che buona parte delle risorse di materiale ed energia sono utilizzate per costruire e mantenere in esercizio le costruzioni. Lo stesso ragionamento vale anche per i rilasci di CO2 nell’ambiente e gli sprechi totali derivanti dalle attività di costruzione e demolizione del settore edile.

Noti questi dati, è impossibile non prendere in considerazione le giuste contromisure per incidere in modo meno negativo sul nostro sistema ambientale, economico e sociale.

Vediamo allora cos’è la progettazione sostenibile e come attuarla in modo virtuoso anche grazie all’utilizzo di processi e strumenti BIM per la progettazione architettonica.

Cos’è la costruzione sostenibile?

La costruzione sostenibile è un approccio globale all’architettura e all’edilizia che mira a progettare, realizzare, gestire e dismettere le opere edili nel pieno rispetto dell’equilibrio ambientale, garantendo al contempo efficienza economica ed equità sociale.

L’obiettivo fondamentale della progettazione e della costruzione sostenibile è quello di minimizzare l’impatto negativo sull’ambiente attraverso scelte tecnologiche e progettuali intelligenti, sensibili e mirate a migliorare la qualità della vita dei fruitori e delle comunità locali.

Sostenibilità ambientale, economica e sociale

Per essere definita realmente sostenibile, un’opera edilizia deve bilanciare tre dimensioni fondamentali, storicamente sancite a livello internazionale fin dai primi accordi globali sull’ambiente:

sostenibilità ambientale – consiste nella tutela degli ecosistemi, nella conservazione delle risorse naturali, nella riduzione delle emissioni inquinanti e nella corretta gestione dei rifiuti e dei materiali;
sostenibilità economica – garantisce che l’intervento sia economicamente fattibile, valorizzando l’efficienza nel tempo, riducendo i costi di gestione e manutenzione lungo l’intero ciclo di vita dell’edificio (Life Cycle Costing);
sostenibilità sociale – promuove l’equità, la salute e il benessere delle persone, garantendo ambienti interni salubri (Indoor Environmental Quality) e incoraggiando la partecipazione attiva delle comunità locali.

Questo approccio integrato risale ai grandi accordi internazionali, tra cui la Conferenza delle Nazioni Unite sull’Ambiente e lo Sviluppo (UNCED) tenutasi a Rio de Janeiro nel giugno 1992. In tale occasione venne stabilita l’Agenda 21, un piano d’azione globale sottoscritto da 178 paesi per affrontare le sfide ambientali e lo sviluppo sostenibile del 21º secolo.

I punti chiave dell’Agenda 21 applicati all’edilizia e allo sviluppo del territorio includono:

sviluppo sostenibile – promuovere interventi che soddisfino i bisogni del presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di soddisfare i propri;
partecipazione comunitaria – coinvolgere attivamente le comunità locali nella pianificazione e nell’implementazione delle strategie di sviluppo, riconoscendo il valore delle decisioni prese a livello territoriale;
conservazione delle risorse naturali – gestire in modo responsabile il territorio e le risorse idriche e materiali, minimizzando l’impronta ecologica;
responsabilità globale – promuovere la cooperazione internazionale per contrastare sfide transfrontaliere come il cambiamento climatico, la perdita di biodiversità e la povertà;
azione nei settori chiave – intervenire sulla protezione dell’atmosfera, sulla promozione di modelli di produzione e consumo sostenibili e sull’educazione ambientale.

I principi fondamentali della progettazione sostenibile

Durante l’EXPO 2000 di Hannover, l’architetto William McDonough ha formalizzato i princìpi guida necessari per una progettazione responsabile.

Noti come Princìpi di Hannover (o Bill of Rights for the Planet), questi punti costituiscono la base concettuale del design sostenibile:

insistere sui diritti dell’umanità e della natura per coesistere in modo sano, solidale, diversificato e in una condizione sostenibile;
riconoscere l’interdipendenza. Gli elementi del design umano interagiscono e dipendono dal mondo naturale, con implicazioni ampie e diverse ad ogni scala. Espandere le considerazioni progettuali per riconoscere anche effetti distanti;
rispettare le relazioni tra spirito e materia. Considerare tutti gli aspetti dell’insediamento umano, inclusi comunità, abitazioni, industria e commercio in termini di connessioni esistenti ed in evoluzione tra la coscienza spirituale e quella materiale;
accettare la responsabilità delle conseguenze riguardo alle decisioni di progettazione sul benessere umano, sulla fattibilità dei sistemi naturali e sul loro diritto di coesistere;
creare oggetti sicuri di valore a lungo termine. Non sovraccaricare le generazioni future con i requisiti per la manutenzione o la gestione vigile di potenziali pericoli dovuti alla creazione imprudente di prodotti, processi o standard;
eliminare il concetto di rifiuto. Valutare e ottimizzare l’intero ciclo di vita di prodotti e processi, per avvicinarsi allo stato dei sistemi naturali nel quale non ci sono sprechi;
ispirarsi ai flussi di energia naturale. I progetti di design concepiti dall’uomo dovrebbero, proprio come il mondo naturale, trarre e basare le loro forze creative sull’energia del sole, incorporandola nei progetti in modo sicuro ed efficiente così da garantirne un uso responsabile;
comprendere i limiti del design. Nessuna creazione umana dura per sempre e il design non risolve tutti i problemi. Chi crea e progetta deve praticare l’umiltà di fronte alla natura. Considerare la natura come un modello e un mentore, non un disagio da eludere o controllare;
ricercare un miglioramento costante attraverso la condivisione della conoscenza. Incoraggiare la comunicazione diretta e aperta tra colleghi, clienti, produttori e utenti per collegare considerazioni sostenibili a lungo termine con la responsabilità etica e ristabilire la relazione integrale tra processi naturali e attività umane.

Ridurre l’energia, i materiali e i rifiuti di costruzione

In termini pratici, la realizzazione di un’opera sostenibile richiede interventi concreti sull’uso delle risorse durante le fasi di cantiere e di esercizio dell’edificio:

riduzione ed efficienza energetica – impiego prioritario di energie rinnovabili (solare, eolico, geotermico) e riduzione dei consumi primari mediante isolamento termico performante e strategie passive di illuminazione e ventilazione;
scelta responsabile dei materiali – utilizzo di materiali certificati (ad esempio con etichette ambientali EPD, FSC, ecc.), a basso impatto ambientale, locali (a filiera corta), riutilizzabili o ad alto contenuto di riciclato, la cui produzione e dismissione rientrino perfettamente nel ciclo della sostenibilità;
gestione dei rifiuti e manutenzione – minimizzazione degli sfridi in fase di cantiere, incentivazione del riuso e del riciclo dei componenti edilizi e pianificazione di interventi di manutenzione programmata per estendere la vita utile dell’opera ed evitarne il degrado precoce.

Cos’è il BIM per la sostenibilità?

Il BIM per la sostenibilità, noto anche come Green BIM, indica l’applicazione della metodologia Building Information Modeling volta ad analizzare, valutare e ottimizzare l’impatto ambientale, economico e sociale di un’opera lungo l’intero ciclo di vita.

Invece di considerare la sostenibilità come un adempimento teorico a valle del progetto, il Green BIM la trasforma in un processo informativo integrato. Attraverso la creazione di un modello digitale tridimensionale arricchito da dati prestazionali (attributi fisici, termici, ambientali e gestionali), i team di progettazione possono simulare il comportamento dell’edificio prima ancora che venga costruito, anticipando le scelte strategiche in materia di efficienza energetica, impiego delle risorse e riducendo al minimo l’impronta ecologica.

I vantaggi del BIM per le costruzioni sostenibili

L’adozione del BIM nel settore dell’edilizia sostenibile offre vantaggi concreti sia in fase progettuale che operativa:

valutazione preventiva delle prestazioni – consente di eseguire simulazioni termo-fluido-dinamiche, analisi dell’irraggiamento e studi sull’illuminazione naturale nelle prime fasi progettuali (Early Design Stage), riducendo i costi di variante;
ottimizzazione dell’uso delle risorse – riduce gli sprechi di materiale grazie alla modellazione accurata delle quantità (BIM 5D) e al rilevamento delle interferenze (clash detection), evitando rilavorazioni in cantiere;
semplificazione dell’iter certificativo – agevola l’estrazione automatica di schede tecniche e dati necessari all’ottenimento dei crediti previsti dai protocolli ambientali (LEED, BREEAM, ITACA, CAM);
trasparenza lungo la supply chain – traccia l’origine, il contenuto di riciclato e la dismissione dei materiali per favorire modelli di economia circolare e la redazione di passaporti dei materiali;
riduzione dei costi operativi (OpEx) – ottimizza la gestione delle strutture (Facility Management) monitorando i consumi in tempo reale e supportando la manutenzione predittiva.

BIM e gestione delle informazioni per la costruzione sostenibile

La sostenibilità di un’opera dipende direttamente dalla qualità e dalla fruibilità dei dati legati ai suoi componenti. Il BIM agisce come un unico hub informativo centralizzato che permette di governare la complessità delle informazioni ambientali e prestazionali dall’ideazione alla demolizione/selezionata.

Raccogliere e organizzare i dati di sostenibilità

Per prendere decisioni sostenibili occorre raccogliere dati accurati fin dalle fasi iniziali del processo. Questo presuppone la definizione di precisi requisiti informativi legati alla sostenibilità nei capitolati informativi:

attributi dei prodotti – inserimento nei componenti digitali di valori quali trasmittanza termica, conduttività, emissività e riflettanza;
dati ambientali EPD – associazione delle Dichiarazioni Ambientali di Prodotto (Environmental Product Declarations) alle famiglie BIM per calcolare il potenziale di riscaldamento globale (GWP – Global Warming Potential);
Criteri Ambientali Minimi (CAM) – strutturazione delle informazioni del modello per verificare la rispondenza ai requisiti normativi di sostenibilità cogenti.

Gestire le informazioni ambientali nel modello BIM

Attraverso i Property Set (Pset) personalizzati o standardizzati (come quelli previsti dalle specifiche IFC), il modello BIM tridimensionale diventa un database dinamico in cui ogni singolo oggetto edilizio contiene informazioni sull’impatto ambientale:

LCA (Life Cycle Assessment) – integrazione dei dati del modello con software dedicati all’analisi del ciclo di vita per calcolare l’energia incorporata (embodied carbon) e l’impronta di carbonio complessiva dei materiali;
gestione delle proprietà termiche – impostazione accurata dei parametri di isolamento e inerzia termica delle stratigrafie di involucro opaco e trasparente;
monitoraggio dei materiali – tracciamento del contenuto riciclato, della provenienza a filiera corta e dell’assenza di sostanze nocive o COV (Composti Organici Volatili).

Condividere i dati attraverso un ambiente di condivisione dati (CDE)

L’efficacia del Green BIM si fonda sulla collaborazione interoperabile. L’Ambiente di Condivisione Dati (CDE o ACDat) garantisce che tutte le parti interessate (architetti, ingegneri, consulenti ambientali, costruttori e committenti) lavorino su informazioni aggiornate e verificate:

centralizzazione dell’informazione – unico punto di accesso per i report ambientali, i certificati dei materiali e i modelli di simulazione;
interoperabilità aperta (openBIM) – utilizzo dei formati standard IFC (Industry Foundation Classes) per garantire che i dati di sostenibilità siano leggibili da qualsiasi software, senza perdita di informazioni;
controllo dei flussi di lavoro – tracciamento delle approvazioni e delle revisioni sulle scelte progettuali impattanti per l’ambiente.

Supportare decisioni sostenibili lungo tutto il ciclo di vita dell’opera

L’uso del BIM per la gestione informatica della sostenibilità si estende oltre la fase di consegna dell’edificio (Handover):

Asset Management sostenibile – trasferimento del modello BIM all’ambiente di gestione dell’immobile (BIM-FM) per monitorare e ottimizzare costantemente i consumi energetici reali rispetto a quelli simulati (Performance Gap);
pianificazione degli interventi – programmazione di manutenzioni ed efficientamenti per prolungare la vita utile dell’opera riducendo il consumo di nuove risorse;
edilizia circolare e demolizione selettiva – consultazione del modello come “banca materiali” alla fine del ciclo di vita dell’edificio, identificando con precisione i componenti che possono essere smontati, riutilizzati o riciclati.

Bioarchitettura e BIM

Nel campo dell’architettura, la bioarchitettura o architettura bioclimatica è il ramo del settore delle costruzioni con una più spiccata sensibilità verso le tematiche ambientali.

La bioarchitettura è un approccio all’edilizia che mette in primo piano il rispetto per l’ambiente naturale circostante, cercando di integrare armoniosamente gli edifici  nel contesto ecologico. Questo approccio si ispira a principi biologici ed ecologici, mirando a creare ambienti costruiti che siano sani, sostenibili e in equilibrio con la natura.

In un contesto bioarchitettonico, l’attenzione è rivolta all’uso di materiali sostenibili e a basso impatto ambientale, all’ottimizzazione dell’orientamento degli edifici per sfruttare al meglio le risorse naturali e le fonti di energia rinnovabili e alla creazione di spazi che favoriscano il benessere degli occupanti. Questo approccio considera anche l’efficienza energetica, cercando di ridurre al minimo l’impatto ambientale degli edifici durante il loro ciclo di vita.

L’impiego di software BIM (Building Information Modeling) e l’integrazione completa dei diversi aspetti della progettazione strutturale, progettazione impiantistica e progettazione architettonica può essere visto come un naturale alleato della bioarchitettura, poiché contribuisce a tradurre in pratica questi principi in modo efficace e preciso.

In un processo BIM, i progettisti possono creare modelli digitali dettagliati che integrano informazioni sulla disposizione degli spazi, l’utilizzo di materiali sostenibili e che aiutano a gestire gli edifici durante tutto il ciclo di vita (dall’ideazione fino alla loro dismissione). In questo modo si ha pieno controllo delle risorse impiegate in ogni fase della vita del bene e si dà vita ad un processo di qualità procedurale, tecnologica, ambientale e spaziale.

Come il BIM supporta la progettazione edilizia sostenibile

La forza della metodologia BIM nella progettazione sostenibile risiede nell’approccio integrato e collaborativo. Invece di valutare le prestazioni ambientali a progetto concluso, il BIM consente di simulare e ottimizzare l’edificio fin dalle prime fasi ideative (Early Design Stage).

Progettazione parametrica e adattiva – la modifica di un parametro (come l’orientamento delle superfici vetrate o lo spessore dell’isolamento) aggiorna istantaneamente sia la geometria sia il comportamento termico e luminoso dell’immobile.
Integrazione multidisciplinare – architetti, ingegneri strutturisti e impiantisti lavorano su un unico modello informativo, eliminando i conflitti spaziali e ottimizzando le prestazioni complessive del sistema edificio-impianto.
Valutazione multicriterio anticipata – consente ai progettisti di confrontare rapidamente diverse opzioni di design basandosi su metriche concrete: impronta di carbonio, apporti solari, costi del ciclo di vita ed efficienza delle risorse.

 

Il BIM contribuisce anche ad una gestione virtuosa della catena dei fornitori (supply chain) nel settore dell’edilizia e delle costruzioni, in particolare per:

tracciabilità e gestione dei materiali

è possibile integrare informazioni dettagliate sui materiali utilizzati in un progetto. Ciò include non solo i dettagli sulla specifica del materiale, ma anche la sua provenienza, i processi di produzione e le informazioni sulla sostenibilità ambientale;
il BIM può essere utilizzato per calcolare l’impronta ambientale dei materiali lungo l’intera supply chain. Questo consente ai progettisti e ai responsabili delle decisioni di fare scelte informate riguardo ai materiali più sostenibili;

ottimizzazione del trasporto

le simulazioni di logistica aiutano a ridurre gli sprechi e a ottimizzare i percorsi, contribuendo a una logistica più efficiente e sostenibile;
ottimizzando la logistica, è possibile ridurre anche le emissioni di gas serra e minimizzare l’impatto ambientale associato al trasporto dei materiali e dei componenti;

gestione dell’energia e dei rifiuti

condurre analisi energetiche e ambientali su tutto il ciclo di vita di un edificio o di un progetto include la gestione e l’ottimizzazione del consumo energetico e la valutazione delle pratiche di gestione dei rifiuti;
utilizzando il BIM per pianificare e coordinare le fasi di costruzione, è possibile ridurre il consumo di risorse e minimizzare gli sprechi durante l’esecuzione dei lavori;

collaborazione e comunicazione migliorate

il BIM facilita la collaborazione tra tutti gli attori della supply chain, inclusi progettisti, costruttori, fornitori di materiali e altre parti interessate. Una comunicazione più efficiente riduce le inefficienze e aiuta a implementare pratiche più sostenibili lungo la catena di approvvigionamento;

documentazione digitale e certificazioni

il BIM può contribuire alla raccolta e alla documentazione digitale delle certificazioni ambientali per i materiali e i processi utilizzati. Ciò semplifica la verifica della sostenibilità e facilita l’ottenimento di crediti ambientali nei progetti certificati.

Inoltre, la perfetta integrazione tra modello energetico e modello architettonico di ciascun edificio, consente di ottimizzarne la progettazione anche in termini energetici.

L’utilizzo di software per il calcolo energetico consente di valutare e ottimizzare le prestazioni energetiche degli edifici, garantendo che siano progettati per massimizzare l’efficienza e ridurre al minimo il consumo energetico. Questi strumenti possono essere utilizzati per eseguire analisi approfondite sull’isolamento termico, sull’illuminazione naturale e sulla gestione delle risorse energetiche, aiutando i progettisti a prendere decisioni informate che favoriscano la sostenibilità.

Questa sinergia tra progettazione sostenibile e tecnologie digitali contribuisce a realizzare green building che non solo si integrano nella natura, ma che sono anche ottimizzati per rispondere alle esigenze energetiche e ambientali contemporanee.

Progetti di architettura sostenibile e applicazioni BIM

Citiamo a titolo d’esempio, alcuni tra i più noti progetti di architettura sostenibile.

A breve distanza da Piazza Gae Aulenti, a Milano, svetta il noto Bosco Verticale di Stefano Boeri. Sono due grattacieli, di 28 e 26 piani, da cui si affacciano 900 alberi, 5mila arbusti e 11 mila piante, corrispondenti in totale a due ettari di bosco. Costruito tra il 2007 e il 2014 è stato concepito, come dichiarato dall’architetto stesso, per essere “un rifugio per alberi che accoglie anche esseri umani e uccelli”. Le due torri costituiscono, quindi, un microclima in cui la vegetazione controlla l’umidità, produce ossigeno e riduce la presenza di anidride carbonica.

Spostiamoci un po’ più a sud per scoprire a Guastalla, in provincia di Reggio Emilia, la Struttura “Balena”, un asilo nido costruito da MCArchitects riproducendo attraverso una composizione di telai in legno la pancia della balena di Pinocchio.

Concepito secondo le più rigorose norme antisismiche, ha sostituito due asili nido danneggiati dal sisma del 2012. Isolamento termico, sistema di riciclo dell’acqua piovana e impianto fotovoltaico lo rendono un esempio di architettura sostenibile.

In Europa, il The Edge ad Amsterdam è considerato l’ufficio più sostenibile al mondo, capace di autoprodurre elettricità. Ha ricevuto numerosi premi e la certificazione Breeam (Building Research Establishment Environmental Assessment Methodology).

Spostando l’attenzione verso Oriente, non possiamo dimenticare la Shanghai Tower, nella città omonima. Può essere descritta come una vera città sviluppata su 127 piani. Può ospitare oltre sedicimila persone ed è composta da uffici, un centro congressi, ristoranti, camere d’albergo e zone di intrattenimento. Dotata di giardini verticali e spazi verdi, illuminazione naturale, eccellente isolamento termico, è un edificio interamente in classe energetica A. Dispone di turbine eoliche, un impianto geotermico e un sistema di raccolta e riciclo dell’acqua piovana, che hanno conferito all’edificio la certificazione LEED Platinum da parte del Green Building Council degli Stati Uniti.

Ma potremmo continuare a lungo citando la casa solare passiva di Edmonton in Canada, il complesso di Bedzed ad Hackbridge, nei sobborghi londinesi, il One Angel Square a Manchester, il Pearl River Tower a Guangzhou in Cina, il Bahrain World Trade Center nel Bahrain e una moltitudine di edifici meno celebri che contribuiscono al benessere dell’ambiente riducendo l’impatto della loro presenza.

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