Modelli HBIM e piattaforme Cloud, un caso d’uso

I vantaggi delle piattaforme Cloud per la gestione dei modelli HBIM: l’esempio della Chiesa napoletana di San Pietro in Vinculis

Cos’è un modello HBIM (Historic BIM)? Che vantaggi ci sono a gestirlo con piattaforme Cloud? Quali sono gli strumenti e le tecnologie a supporto di tecnici ed amministrazioni per digitalizzare e gestire il patrimonio storico?

In questo articolo ti mostro, con un esempio pratico, la generazione di un modello HBIM ed i vantaggi nella gestione del modello attraverso l’uso di una piattaforma Cloud. Ho preso come riferimento la chiesa di San Pietro in Vinculis, a Napoli ed ho utilizzato l’ambiente HBIM di Edificius per creare il modello 3D BIM e la piattaforma usBIM.platform per gestire il modello informativo e il flusso di lavoro, totalmente in Cloud.

Il progetto è stato sviluppato da ACCA Software Spa in partenariato con ETT spa ed il Distretto STRESS, in collaborazione con gruppi di ricerca dell’Università di Napoli Federico II.

Gruppo di ricerca DIARC: prof. Antonella di Luggo, prof. Massimiliano Campi, prof. Mara Capone, prof. Daniela Palomba, arch. Ph.D. Emanuela Lanzara, Ph.D. Simona Scandurra, arch. Margherita Pulcrano.
Gruppo di ricerca DIST: prof. Domenico Asprone , ing. Christian Musella, ing. Milena Serra.

Cos’è l’HBIM?

L’HBIM, acronimo di Historic o Heritage Building Information Modeling, è un nuovo approccio per la progettazione, conservazione e valutazione degli edifici storici; si riferisce all’uso della tecnologia BIM per la modellazione di strutture storiche rilevate con scansioni laser e metodi fotogrammetrici.

Ciò avviene attraverso la creazione di modelli BIM (Digital Twin) utilizzabili per contenere e organizzare tutte le informazioni che descrivono nel dettaglio l’intera opera (geometria, caratteristiche fisiche, analisi del degrado, ecc.).

Quindi, l’HBIM è un procedimento tecnico che interessa sia la modellazione geometrica e che l’informazione data ai vari elementi, il cui risultato è la restituzione digitale dell’edificio esistente.

I processi HBIM sono più efficienti quando sfruttano l’uso di piattaforme e sistemi cloud. Questo consente una maggior interoperabilità tra le figure coinvolte e la gestione ottimizzata delle informazioni. Infatti ai dati ottenuti dal modello (geometria, parametri fisici, ecc.), è possibile aggiungere altri tipi di informazione (diritti di gestione dei modelli, organizzazione del flusso di lavoro, ecc.) utili per la completa gestione ed organizzazione del processo HBIM.

Per saperne di più sull’HBIM ti consiglio di leggere l’articolo di approfondimento.

Il Cloud a sostegno dell’HBIM

Per organizzare tutte le informazioni e i dati associati al modello HBIM, in modo che esse possano essere fruite al meglio dal team di progetto, e per rendere più efficiente l’intero ciclo di vita dell’edificio (dalla progettazione all’esecuzione dei lavori, fino alla gestione e all’eventuale dismissione del bene), è indispensabile l’utilizzo di una piattaforma Cloud.

Nel caso studio di cui ti parlo, per gestire la realizzazione del modello 3D, i rilievi, le analisi sullo stato di fatto e coordinare i flussi di lavoro si è scelto di lavorare totalmente in Cloud, sfruttando tutte le potenzialità della piattaforma usBIM.platform.

Utilizzare un Cloud per gestire un modello HBIM, è utile per:

il monitoraggio dello stato di degrado dell’edificio, attraverso il confronto tra un dato inserito nel modello digitale e lo stesso dato analizzato in tempo reale
la pianificazione di eventuali interventi
la tutela delle informazioni raccolte, che vengono archiviate e aggiornate nel tempo
la simulazione di eventi catastrofici
la tramandabilità del bene in tutti i suoi dettagli, anche in caso di perdita di materiale, crolli, degrado, ecc.
le ricostruzioni digitali di eventuali parti mancanti o l’eliminazione di superfetazioni realizzate nel corso del tempo
le visite virtuali e la conoscenza del bene anche di parti non accessibili o aperte al pubblico.

Il caso pratico di San Pietro in Vinculis: organizzazione degli strumenti utilizzati

Il flusso di lavoro di analisi e modellazione della Chiesa di San Pietro in Vinculis parte dalle fasi conoscitive del bene, ovvero da studi storici con cui risalire alle diverse fasi costruttive, stratigrafie, sovrapposizioni, ecc.

Quindi prevede la strutturazione di schede informative ready to use e piattaforma collaborativa web-based per la gestione condivisa del processo, attraverso la definizione di idonei workflow disciplinari che abbracciano l’intero processo di costruzione di un modello HBIM.

La piattaforma usBIM.platform semplifica tutti i processi di importazione, gestione, visualizzazione, scambio, implementazione e aggiornamento di questi dati ed è funzionale alla realizzazione del digital twin dell’edificio storico.

Ti illustro sinteticamente i principali benefici derivanti dall’utilizzo della piattaforma:

razionalizzazione e automazione di processi e procedure
tracciabilità delle informazioni e delle decisioni per evitare potenziali conflitti
riduzione della ridondanza di dati con la conseguente riduzione dei rischi legati alla loro duplicazione
comunicazioni tra le parti interessate attraverso appositi moduli e interfacce di riferimento (richieste di informazioni, meccanismi di notifica, ecc.)
trasparenza informativa in tema di proprietà dei dati, azioni compiute su di essi e disponibilità temporale delle informazioni
verifica e controllo del lavoro di tutti gli utenti
gestione e organizzazione dei dati in Cloud
assegnazione ruoli e permessi di accesso
salvataggio di file prodotti con qualsiasi software
gestione del modello HBIM con modelli 3D, documenti e dati
visualizzazione di file in formato IFC, DWG, DXF, OBJ, SKP, 3DS, RVT, ecc.
backup automatico dei dati e disaster recovery
funzioni avanzate per la gestione di gate e workflow
visualizzazione di modelli BIM in Real-Time e in VRi (realtà virtuale immersiva)
importazione di nuvole di punti e mesh texturizzate di grandi dimensioni.

Di seguito ti indico i principali aspetti da tenere in considerazione in un processo HBIM associato al Cloud.

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Organizzazione delle cartelle

Uno degli aspetti fondamentali nella gestione del processo HBIM con usBIM.platform è l’archiviazione dei dati. Questi, infatti, devono essere gestiti ed organizzati in modo tale da essere facilmente consultabili e consentire un facile accesso alle varie figure interessate.

In quest’ottica è stato fondamentale definire una struttura precisa delle cartelle in cui archiviare le informazioni e assegnare diritti di visualizzazione e modifica dei file per coordinare meglio le operazioni e mantenere sotto controllo l’intero iter.

E’ stata creata anche una cartella per ogni fase della vita dell’edificio così da ottenere una cartella per il rilievo, una per il progetto di restauro ed altre per l’esecuzione e la direzione dei lavori.

Concentrandoci sulla fase di progettazione, possiamo prendere in riferimento quanto indicato dalla normativa nazionale ed internazionale.

La ISO 19650 individua tre fasi di sviluppo:

WIP (Work In Progress) – Stato di Elaborazione
Shared – Stato di Condivisione
Published – Stato di Pubblicazione

A questi può essere inserita un’ulteriore cartella:

Archive – Archivio

Questo sistema consente di tenere sempre sotto controllo qualsiasi momento della vita dell’opera e di conservare qualsiasi documento nel tempo, creando un fascicolo digitale dell’opera.

Gestione dei permessi

La gestione dei permessi sulle cartelle di progetto è strutturata su più livelli.

Essi sono:

Solo Upload (U): l’utente carica la documentazione in piattaforma e vede solo la documentazione che ha caricato (primo livello)
Solo Visualizzazione (V): l’utente vede e scarica tutto il contenuto di una cartella ma non può caricare altro materiale (primo livello)
Visualizzazione + Upload (V+U): l’utente vede e scarica tutto il contenuto di una cartella ed inoltre ha la possibilità di caricare altra documentazione (secondo livello)
Visualizzazione + Upload + Modifica (V+U+E): l’utente vede e scarica tutto il contenuto di una cartella e carica altra documentazione. Inoltre, attraverso la funzione di Editing, può modificare gli attributi della documentazione, eliminarla o creare sottocartelle (terzo livello).

I parametri che entrano in gioco nell’attribuzione dei permessi sono:

Utente: il permesso viene attribuito a un Utente specifico
Ruolo: il permesso viene attribuito a un Ruolo specifico
Gruppo: il permesso viene attribuito a un Gruppo specifico
Compagnia: il permesso viene attribuito a una Compagnia specifica
Tutti: il permesso viene attribuito a chiunque.

Creare la struttura delle cartelle è semplice:

dalla schermata Home, seleziona il progetto di riferimento
aggiungi le cartelle alla struttura di default, cliccando sull’icona a forma di cartella.

Se accedi alla sezione Opzioni Notifiche Cartella del menu contestuale della cartella di progetto, attivi il servizio di notifica inerente alle operazioni effettuate sulla cartella e sul suo contenuto. Per attivare o disattivare il servizio di notifica desiderato, seleziona ON/OFF nella relativa finestra modale.

Se l’opzione di notifica è attiva, nel momento in cui effettui la relativa operazione in piattaforma, ti viene inviata una mail con le relative informazioni.

Il caso pratico di San Pietro in Vinculis: le attività svolte

Dal rilievo Scan-to-BIM al Digital Twin: il flusso di lavoro

Il passaggio dai dati grezzi di rilievo a modelli HBIM intelligenti e interrogabili richiede una pipeline di lavoro rigorosa e ben strutturata. Questo processo, noto come workflow Scan-to-BIM (o Scan-to-HBIM), non si limita a una mera ricalcatura tridimensionale, ma rappresenta una vera e propria transizione digitale verso il Digital Twin dell’edificio storico.

Per la Chiesa di San Pietro in Vinculis a Napoli, l’attività di ricerca affrontata dal DIARC ha codificato questo flusso in 5 step principali:

Rilievo architettonico e strutturale integrato;
Categorizzazione e parametrizzazione dei fenomeni di degrado e delle lesioni;
Gestione dei dati reality-based tramite l’importazione di porzioni di nuvole di punti o mesh texturizzate;
Modellazione parametrica avanzata degli elementi complessi ed eterogenei;
Informatizzazione e condivisione del sistema tramite piattaforme Cloud.

Il superamento dei limiti strumentali: Laser Scanner + DroneIl

Il punto di partenza fondamentale è l’acquisizione della geometria dello stato di fatto. Nel patrimonio storico, tuttavia, le condizioni ambientali pongono spesso vincoli severi. All’interno della Chiesa di San Pietro in Vinculis, il team universitario ha dovuto affrontare e superare due grandi ostacoli critici: la scarsa luminosità e la presenza di geometrie fortemente aggettanti.

Per risolvere queste problematiche è stata adottata una strategia di rilievo mista:

Rilievo laser scanner – una prima campagna di acquisizione laser scanner ha permesso di superare del tutto il problema della scarsa illuminazione naturale degli interni, restituendo una nuvola di punti iniziale estremamente fitta e precisa, estesa sia alla navata principale che alle cappelle adiacenti;
Rilievo fotogrammetrico da drone – la presenza di cornicioni aggettanti generava inevitabilmente vistose zone d’ombra (e quindi lacune di dati) nella nuvola da laser scanner. Per compensare questi “buchi” informativi, è stato eseguito un rilievo fotogrammetrico pilotando un drone DJI Mavic 2 Pro direttamente all’interno della navata. Questo ha permesso di scansionare millimetricamente le aree superiori, le quote di imposta e l’estradosso delle volte, altrimenti inaccessibili da terra.

Dalla nuvola di punti all’oggetto parametrico

Una volta registrate e fuse le nuvole di punti (laser e fotogrammetriche), il dato reality-based è stato importato all’interno del software di authoring BIM. Qui si compie la vera magia del flusso HBIM: la nuvola non viene usata come un semplice sfondo visivo, ma viene scomposta semanticamente. Attraverso l’estrazione di piante e sezioni in formato DXF a diverse quote altimetriche, è stato possibile mappare i livelli e i sottolivelli della struttura. Ogni porzione della nuvola è stata così progressivamente convertita in oggetti intelligenti e parametrici: i macroelementi architettonici (pareti, chiusure) sono stati arricchiti con dettagli tecnologici, decorativi e strutturali (stucchi, capitelli, quadri fessurativi), pronti per essere gestiti nello spazio condiviso generato dall’unione tra Modelli HBIM e piattaforme Cloud. Prossimo step?Se il testo ti convince, procediamo con il terzo H2: “La scomposizione semantica e la modellazione parametrica degli elementi complessi”, dove spiegheremo la modellazione pratica delle volte, dei capitelli e l’uso delle mesh texturizzate in Edificius.

La scomposizione semantica e la modellazione parametrica degli elementi complessiUna delle maggiori complessità nella transizione da una nuvola di punti a un modello HBIM risiede nella natura stessa degli elementi architettonici storici. Se nell’edilizia moderna i componenti sono standardizzati, in una struttura monumentale ci si scontra con l’assenza di regolarità geometrica. Per superare questo divario metodologico senza gravare eccessivamente sulle risorse computazionali dell’hardware, il team di ricerca ha adottato un approccio basato sulla scomposizione semantica dell’edificio. Nel caso studio della Chiesa di San Pietro in Vinculis, l’organismo architettonico è stato progressivamente strutturato in macroelementi (come chiusure e partizioni altimetriche) e successivamente arricchito con microelementi descritti da specifici dettagli tecnologici e decorativi. Per la modellazione pratica all’interno del software Edificius, sono state implementate tre diverse strategie geometriche in base alla complessità dell’elemento:1. Oggetti parametrici per estrusi (Cornici e Archivolti)Gli elementi decorativi lineari, come la fitta trama di cornici modanate e gli archivolti che caratterizzano la navata e le cappelle della chiesa, sono stati gestiti attraverso un metodo speditivo. Il loro inserimento come oggetti BIM si basa sulla semplice estrusione di sezioni modanate personalizzate lungo traiettorie rettilinee o curvilinee estratti dal rilievo. 2. Integrazione di Mesh Texturizzate (Stucchi, Capitelli e Arredi fissi)Per i dettagli di massima complessità morfologica – come i capitelli, gli stucchi figurativi, il pulpito, il vestibolo e gli altari – la modellazione geometrica da zero avrebbe richiesto un dispendio di tempo e risorse insostenibile. La soluzione strategica è stata l’ibridazione del modello: sono state ritagliate e importate direttamente nel software delle porzioni di mesh 3D texturizzate derivanti dal rilievo fotogrammetrico reality-based. In questo modo, le viste bidimensionali tradizionali (piante e sezioni) derivate dal modello HBIM integrano perfettamente questi oggetti tridimensionali complessi, garantendo la massima fedeltà visiva e storica. 3. L’oggetto intelligente “Volta” (Botte, Crociera, Cupola)La presenza di coperture voltate, sia semplici che composte, ha rappresentato un banco di prova fondamentale per la nuova barra Heritage BIM di Edificius. L’oggetto intelligente “Volta” è stato strutturato attorno a tre caratteri identitari: forma, materia e struttura. Attraverso la combinazione e la manipolazione booleana di oggetti geometrici standard (come l’intersezione tra solidi e l’applicazione di fori), il sistema permette di governare diverse tipologie variando semplicemente il sesto degli archi generatori (a tutto sesto, sesto acuto, ribassato o ellittico): Volte a botte lunettate: modellate simulando l’intersezione geometrica tra una botte cilindrica principale e botti secondarie rampanti (o cupole dotate di taglio verticale in caso di doppia curvatura). Cupola ellissoidale dell’altare: realizzata testando l’oggetto cupola su imposta circolare, utilizzando il diametro dell’asse minore dell’ellisse reale come riferimento e impostando un foro automatico per la lanterna, mentre i pennacchi d’imposta sono stati simulati con l’oggetto volta a vela. Volte a crociera fortemente ribassate: (come quelle delle cappelle laterali e dei disimpegni minori) modellate con generatrici rettilinee e archi laterali, controllando analiticamente i parametri della quota di imposta e della chiave dell’arco. Questo livello di scomposizione non solo assicura un’elevata accuratezza grafica, ma popola la toolbox dell’oggetto

HBIM con informazioni geometriche e strutturali pronte per essere coordinate e condivise in tempo reale su piattaforme Cloud.

Digitalizzazione del degrado materico e della vulnerabilità sismica nell’HBIM

Un vero modello informativo per l’edilizia storica non può limitarsi a descrivere la geometria ideale del manufatto, ma deve necessariamente documentarne lo stato di conservazione reale, comprensivo delle patologie materiche e dei dissesti strutturali. Nell’ambito della ricerca applicata alla Chiesa di San Pietro in Vinculis, l’integrazione di questi aspetti ha portato alla nascita di oggetti parametrici d’avanguardia inseriti nella barra Heritage BIM di Edificius: l’oggetto Area di degrado e l’oggetto Lesione. La mappatura del degrado superficiale secondo la Norma UNI 11182La digitalizzazione del danno materico superficiale è stata rigorosamente sistematizzata basandosi sui contenuti della norma UNI 11182, che disciplina la terminologia e la definizione dei fenomeni di degrado dei materiali lapidei naturali e artificiali. L’approccio innovativo ha permesso di superare le vecchie mappature 2D bidimensionali, raccogliendo all’interno dello stesso oggetto BIM le diverse patologie rilevate sulla facciata e sugli interni della chiesa, organizzate secondo una precisa gerarchia semantica: Alterazioni superficiali: come le alterazioni cromatiche, le macchie o la presenza di patine biologiche e vegetazione. Degradazione per addizione di materiale: fenomeni legati al deposito superficiale o a incrostazioni. Degradazione per sottrazione di materiale: fenomeni distruttivi quali distacchi, mancanze o esfoliazioni. La forza dei modelli HBIM risiede nella parametrizzazione della toolbox legata a questo oggetto. Oltre ai dati geometrici fondamentali (area, spessore per i fenomeni additivi e profondità per quelli sottrattivi), sono stati inseriti parametri di carattere chimico e fisico come la durezza, la resistenza e il coefficiente di assorbimento ottico del materiale intaccato. Questo trasforma il modello in uno strumento predittivo fondamentale per supportare la diagnosi e il successivo progetto di restauro. Il “ricalco tridimensionale” del danno sismico e delle lesioniParallelamente al degrado materico, il flusso di lavoro ha previsto la digitalizzazione del danno sismico. Per rendere questa operazione rapida e accessibile nella pratica professionale, è stato definito un workflow speditivo basato sull’uso di ortofoto texturizzate ad alta risoluzione, ricavate dai rilievi reality-based. L’ortofoto della controfacciata della chiesa è stata sovrapposta direttamente al modello BIM applicando una leggera trasparenza. Questo ha permesso agli operatori di ricalcare con estrema precisione geometrica la forma reale di ciascuna fessurazione. Le lesioni sono state quindi categorizzate e interrogate secondo un set di parametri strutturali ben definito: Tipologia: distinzione tra lesioni singole (o isolate), diffuse, incrociate o da distacco. Gravità: suddivisione automatica in 5 classi di rischio in funzione dell’ampiezza millimetrica della lesione. Specifiche strutturali: indicazione se la lesione sia passante o non passante e se comporti una contestuale perdita di materiale murario. Grazie a questa attenta archiviazione dei dati all’interno del modello parametrico, il software è in grado di automatizzare tutti i passaggi successivi, consentendo la generazione in tempo reale di piante e prospetti con le codifiche dei danni e l’estrazione automatica dei computi e degli abachi relativi ai dissesti sismici. Tutte queste informazioni, così ricche e complesse, trovano il loro naturale spazio di gestione e aggiornamento nella sinergia nativa tra Modelli HBIM e piattaforme Cloud.

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