Pubblicazione su sperimentazione BIM - Palazzo di Giustizia di

DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA
INFORMAZIONE E BIOINGEGNERIA
DEEP-SE GROUP
“IL TRIBUNALE CHE VERRÀ”
PALAZZO DI GIUSTIZIA DI PAVIA
PROGETTO DI RICERCA SPERIMENTALE PER
LA SICUREZZA IN AMBIENTE BIM – IFC
1
1 – BIM: FINALITÀ DELLA SPERIMENTAZIONE
La ricerca sperimentale di provvedimenti per
fluidodinamico, …), grazie alla sua natura
la sicurezza applicati al Palazzo di Giustizia di
‘virtuale’, cioè immateriale, ma dotato di
Pavia in ambiente di rappresentazione e
tutte le ‘virtù qualitative’ che riproducono il
simulazione digitale qui presentata ha lo
comportamento reale in opera una volta
scopo di esplorare le potenzialità del
costruito. Infatti il modello dell’edificio nella
metodo e delle tecnologie B.I.M. - Building
fase di progettazione esiste solo nella traccia
Information
funzione
magnetica gestita da un computer, attraverso
preventiva e dissuasiva di violazione delle
un software che riproduce il comportamento
regole di sicurezza. Inoltre, persegue la
dell’edificio materiale futuro immerso nel suo
finalità
contesto,
di
Modeling
-
dimostrare
in
la
fattibilità
sottoposto
alle
leggi
logico-
dell’innovazione di processi e tecnologie di
matematiche grazie agli algoritmi di calcolo e
progettazione
simulazione.
impiantistica,
architettonica
quindi
di
costruzione
ed
e
Molti altri sono i vantaggi offerti dalla
gestione, di un edificio esistente complesso,
modellazione digitale di un edificio: “la
soprattutto nei requisiti funzionali come il
dinamicità” del suo cambiamento nel tempo
Palazzo di Giustizia, per mezzo della sua
(es.:
rappresentazione virtuale con il modello
conservazione o degrado, le trasformazioni
digitale.
progettate o attuate, …) vista la possibilità di
La sua proprietà essenziale consiste nella
aggiornare il modello secondo le sue vicende
capacità di ospitare nella sua configurazione
durante il ciclo di vita utile dell’edificio,
geometrica, formata dall’assemblaggio di
quindi
ciascuno dei suoi elementi architettonici e
adeguamento
spaziali definiti come “oggetti”, tutti gli
restauro conservativo ecc. Questa condizione
insiemi di dati che ne connotano con
rende possibile introdurre mutazioni o
vantaggio i caratteri e le prestazioni. Il
innovazioni
vantaggio decisivo offerto dal modello
all’organismo edilizio nel suo insieme e dalle
digitale – si immagini per analogia un
sue singole parti d’opera o ambiti spaziali
modello matematico costituito di entità e
nuove attitudini, nuove qualità o livelli delle
relazioni – è quello di simulare il suo
sue prestazioni, in particolare di prevenzione
comportamento funzionale di servizio in
e sicurezza oggetto di questa ricerca.
opera (statico, termo-energetico, acustico,
2
lo
stato
dei
di
progetti
fatto,
di
normativo,
funzionali,
il
grado
di
manutenzione,
antisismico,
attribuendo
2 - PERCHÈ UN PALAZZO DI GIUSTIZIA
Per la sua peculiare specificità, data dalla
Sofia Bigoni e Gabriele Mansueto appena
complessità dell’edificio esistente in sé, vista
conclusa, costituiscono già un episodio di
la
collaborazione
lunga
vicenda
trasformazione,
ma
storica
della
soprattutto
per
sua
con
il
Provveditorato
la
Interregionale alle OOPP Lombardia –
rilevanza della sua funzione sociale, a fronte
Emilia Romagna nella progettazione di
di una grande densità e importanza dei
interventi di adeguamento funzionale
fattori di criticità che gli sono propri.
dell’edificio;
Inoltre:
-
-
-
Per la facilitazione, dei programmi di
Per l’occasione costituita da un modello
attuazione
digitale
già
normativi funzionali e in corso, grazie al
disponibile, grazie al lavoro degli studenti
supporto fornito dal modello BIM sia sul
dei Laboratori didattici della Scuola di
piano
Architettura e Società;
dell’adeguamento antisismico, relativi al
Per l’esperienza condotta attraverso
lavoro sviluppato nella tesi di laurea
tirocini e tesi di laurea, di cui quella di
esemplare appena conclusa.
pressoché
completo
del
e
degli
progetto
adeguamenti
spaziale
che
3 – BIM: COSA E PERCHÈ
Nel mondo delle costruzioni ci si riferisce
sintesi è:
sempre più frequentemente al ‘BIM’, delle
B: - Building: dichiara l’applicazione ai
sue potenzialità e di quale sarà il suo reale
processi previsionali ed attuativi del settore
utilizzo, è giusto però ricordare che cos’è il
costruzioni
BIM e quali sono le caratteristiche principali
metodo di analisi e scomposizione dei dati
dei modelli che si possono sviluppare
relativi ad un edificio (WBS – work-
seguendo metodologie BIM, che in estrema
breakdown structure), quindi delle fasi di
dell’approccio
cognitivo,
del
attuazione governabili per mezzo del ”project
management” e delle relative tecnologie ICT
di modellazione mutuate da settori industriali
ben più maturi, che lo praticano da
trent’anni, come la meccanica di precisione,
l’avionica, la meccanica fine o pesante come
la cantieristica navale, l’elettronica.
I: - Informazione: afferma il riferimento
costante e prioritario alla base di dati che
3
costituiscono
la
piattaforma
Gli Essenziali caratteri distintivi di un
programmatica del progetto di intervento, sia
modello multi dimensionale virtuale BIM
nuovo che di adeguamento normativo o di
sono di due ordini.
conservazione, fina dalla sua impostazione:
Primo, il ricorso ad un ambiente software di
le finalità del committente, il rapporto con il
modellazione dedicato all’edilizia che ne
contesto, l’ambiente normativo, le risorse a
identifichi
disposizione, l’amministrazione oculata del
architettonico- costruttivi in termini di: 1.
processo economico in termini di massima
Forma geometrica (3D – tridimensionale fin
qualità in rapporto al prezzo, la realistica
dall’origine),
previsione
e
cartesiano (topologia), 3. Individuazione della
manutenzione, su cui fondare le ipotesi di
natura specifica di ogni componente-oggetto
valorizzazione.
inquadrato in “Famiglie” omogenee.
dei
sull’informazione
esplicita
costi
di
Centrato
gestione
il
esaustiva,
‘modello’
esplicita
e
le
famiglie
2.Posizione
di
elementi
nello
spazio
Secondo, ma non meno importante carattere
condivisa, diventa così attuabile il controllo
del
dell’intero progetto e del suo processo di
l’interoperabilità, cioè l’indipendenza da una
attuazione gestito con l’approccio tipico del
piattaforma software commerciale, cioè da
‘Project Management’.
formati
M:
-
Modellazione:
esclusivamente
virtuale,
proprietari,
abbracciando la prospettiva “open BIM”, al
rappresentazione del progetto e del suo
servizio dello scambio più libero ed efficace
processo attuativo è il ‘Modello’ inteso nella
dei modelli digitali completi tra tutti gli
sua
operatori della filiera delle costruzioni, che
scientifica:
sistema
multidimensionale
di
accezione
il
modello
un
insieme
perfettamente strutturato di dati e delle
saranno
loro relazioni, che sintetizzano la conoscenza
lavorare in un linguaggio digitale condiviso.
esperta dei progettisti e dei costruttori,
poiché può descrivere il contenuto e le
interferenze delle scelte di progetto al fine
della ottimizzazione dei risultati. Il linguaggio
digitale con cui sono rappresentati i dati e le
loro regole di relazione consente di costituire
il sistema informativo di riferimento per ogni
progetto in forma di ”Data Base Relazionale”,
il cui contenuto di conoscenza si sviluppa in
una struttura ordinata con il progressivo
definirsi del progetto fino al dettaglio, quindi
fornisce il riferimento alla fase di costruzione,
consegnando il modello dell’edificio come
verrà costruito (“as built”), infine fornisce la
base per la sua manutenzione e gestione.
4
obbligatoriamente
chiamati
a
4 – IL BIM: METODO E TECNOLOGIE
B.I.M. è il metodo di rappresentazione dei
costitutive, rendendone sperimentabile la
dati,
esteso
all’intero
di
vita
sostanza fisica e funzionale.
dalla
sua
B.I.M. costituisce per ogni progetto il suo
concezione, lungo tutte le fasi in cui lo
sistema cognitivo, per la strutturazione e
sparuto pacchetto di informazioni iniziali
l’elaborazione degli insiemi di dati eterogenei
evolve inglobando aspetti di crescente
che intervengono alla definizione di tutte le
ampiezza e complessità, assorbendo il
fasi di sviluppo dell’intervento edilizio,
contributo delle competenze specializzate
costituendone la matrice delle interferenze
nella fase di progetto fino al dettaglio, quindi
e rendendola esplicita, quindi “operabile”
articolandosi
con l’ottimizzazione delle prestazioni attese
dell’intervento
edilizio
ciclo
fin
nell’insieme
della
documentazione previsionale che esplicita
fin
(dovrebbe!) ogni
all’applicazione al modello digitale degli
dell’intervento
passo
secondo
dell’attuazione
le
Norme,
dalla
fase
di
progetto,
grazie
poi
algoritmi di simulazione che ne prefigurano il
permette di inquadrare l’insieme dei dati che
comportamento in opera con un sempre più
alimentano la filiera produttiva dalle aziende
alto grado di attendibilità, quindi di certezza
afferenti al cantiere, infine consegna una
del valore funzionale ed economico nel
costruzione finita munita del suo doppio: il
tempo del suo ciclo di vita utile.
suo “modello come costruito – as built” che
Non solo “operabile” ma “ Inter-operabile”
struttura nel sistema informativo l’attività di
in quanto l’elasticità del modello digitale
gestione e controllo nella fase di impiego da
consente
parte degli utenti.
formulazione delle alternative compositive
Al di là dei tecnicismi ITC che connotano la
della
modellazione digitali di oggetti complessi
costruttive, della dotazione impiantistica,
come gli edifici e i comparti urbani, B.I.M. è
quindi ancora di più del loro coordinamento
l’approccio scientifico contemporaneo alla
in
rappresentazione delle costruzioni nel loro
contributi
processo, coerente anche con il linguaggio
competenze in un unico modello digitale
tecnico che gli ingegneri conoscono molto
condiviso dagli operatori, la cui virtualità
bene: quello della modellazione, cioè della
consente
rappresentazione di realtà complesse e del
sperimentazione delle soluzioni ottimizzate
loro campo di variazione per mezzo di entità
per i paradigmi di qualità prescelti.
note e incognite, strutturate dal ‘sistema di
Sperimentare
relazioni certe’ che ne descrive le leggi
Priori”: la novità principale e più rilevante ai
la
forma,
fase
di
veloce
delle
e
soluzioni
concezione,
progettuali
la
poco
dei
tecnico-
strutturando
i
detentori
di
rappresentazione
soluzioni
costosa
e
applicative
la
“a
fini dell’economia complessiva del processo
5
edilizio è proprio questa: la possibilità di
INTERPRETANO LA CONOSCENZA ESPERTA
“Sperimentare con criteri scientifici misurabili
DEI PROGETTISTI che operano l’integrazione
il comportamento in opera” del modello
del
virtuale, anche per fasi di approssimazione
conformazione / definizione/ sviluppo fino al
progressivamente decrescente. La riduzione
dettaglio e alla costruzione di quell’intreccio
del grado di rischio in rapporto al risultato
complesso, e ogni volta originale, che è il
funzionale ed ai suoi contenuti economici
progetto. La modellazione digitale investe
può quindi essere radicale: ciò che per una
quindi l’insieme del processo edilizio in tutte
lunga fase è stato solo il “risultato presunto”
le sue fasi, e persegue / materializza
di un processo edilizio sostanzialmente
l’evoluzione del sistema di dati da cui il
basato sull’eredità dell’esperienza pregressa
progetto origina e si definisce fino al
e codificata, acquisisce il carattere della
dettaglio
certezza misurata con metodo scientifico, in
produzione dei relativi documenti, fino ai
un contesto supportato dagli insiemi di dati,
computi e specifiche tecniche – cioè prende
in cui il grado di approssimazione è esplicito e
corpo
accettato da una “Comunità Cooperante” a
conclusione del quale restituisce la realtà
scopi sinergici.
come modello ”as built”, quindi come
Connotato essenziale, e strategico, della
relativo programma di manutenzione; infine
modellazione digitale BIM per i progetti di
sussiste come banca – dati di riferimento per
AEC - Architecture Engineering Construction
la gestione dell’edificio costruito, per la
è costituito dalla capacità di ambienti e
verifica delle sue prestazioni di servizio
strumenti software che vi si basano di
attraverso il monitoraggio.
loro
nel
contributo
-
specialistico
articolandosi
processo
di
nella
nell’intera
costruzione,
a
incorporare i metodi e le procedure che
4 –APPLICAZIONE DI METODOLOGIE BIM PER IL PALAZZO DI
GIUSTIZIA DI PAVIA
La tesi di laurea di Sofia Bigoni e Gabriele
La tesi nasce con lo scopo di analizzare come
Mansueto ha visto come tema centrale
le nuove metodologie BIM possano essere
l’applicazione di metodologie BIM al Palazzo
applicate agli interventi sul patrimonio
di Giustizia di Pavia con lo sviluppo del
edilizio costruito, entrambi temi sempre più
modello multi-dimensionali dello stato di
attuali. È inevitabile l’adeguamento agli
fatto, derivandone il modello virtuale del suo
standard di progettazione derivanti dalle
progetto di recupero del piano sottotetto, cui
Direttive Europee (Direttiva 2014/24/CE)
seguirà
come è inevitabile migliorare sempre più la
il
modello
“as
built”
dopo
l’intervento.
gestione e il riutilizzo del patrimonio
immobiliare esistente. Inoltre queste sono
6
tematiche
che
hanno
ripercussioni
su
riguardanti sia lo stato di fatto che il progetto
problematiche a cui l’opinione pubblica è
di recupero del sottotetto, sfruttando al
sempre più sensibile, come la gestione della
massimo gli strumenti e le metodologie
spesa pubblica, relativa ai lavori pubblici, e la
fornite dall’impiego dei modelli digitali.
gestione dei centri storici.
L’esperienza e il materiale prodotto sono
Grazie alla collaborazione tra il Prof. Ezio
risultati interessanti ed utili, dimostrando la
Arlati e il Provveditorato Interregionale alle
possibilità di applicare le nuove metodologie
OOPP Lombardia - Emilia Romagna nelle
BIM anche su un edificio storico complesso.
persone degli ingegneri Maurizio Clarizia e
L’esperimento di progetto e il know-how
Gianni Gatto, con la piena disponibilità delle
prodotto saranno la base per lo sviluppo di
istituzioni presenti nel Palazzo di Giustizia di
un nuovo livello di applicazione, consentito
Pavia, si è sperimentata l’applicazione di
dalla natura digitale, dedicato all’analisi delle
metodologie BIM su un reale caso di edilizia
tematiche della sicurezza – prevenzione,
storica: il Palazzo di Giustizia di Pavia.
monitoraggio, controllo - ed ai relativi
Il lavoro svolto in tesi ha prodotto più modelli
provvedimenti applicati nel contesto di un
digitali sia architettonici che strutturali,
edificio reale.
4.1 - Identità dell’edificio
Data la complessità del tema della tesi è
risultato indispensabile raccogliere il maggior
numero di informazioni riguardanti il Palazzo
di Giustizia di Pavia. Per meglio comprendere
la complessità dell’edificio, le informazioni
vengono
raggruppate
in
due
macro-
categorie: la prima contenente tutte le
informazioni prettamente storiche e quindi
le fasi di evoluzione dell’edificio; la seconda
parte riguardante le caratteristiche del
edificio o complesso è ancora tuttora in
complesso allo stato attuale, identificandone
evoluzione.
quattro
Le principali fasi dell’evoluzione storica
parti
omogenee
per
sistema
tecnologico ed epoca di realizzazione.
dell’edificio sono:
Il complesso del Palazzo di Giustizia di Pavia è
-
Le origini: il convento (1140-1810).
costituito da più parti o blocchi ognuno dei
-
Nuova destinazione d’uso: il palazzo di
giustizia (1810-2000).
quali ha una propria storia; fin dalla
costruzione della sua prima parte l’intero
7
-
Ampliamento: le nuove aule giudiziarie e
i nuovi uffici (2000-oggi).
L’edificio del Palazzo di Giustizia di Pavia è
sito nel centro della città e occupa quasi un
intero lotto cittadino di forma quadrangolare
di circa 4500mq.
L’ingresso principale, non carrabile ma
del tetto della colombina. Dall’esterno è ben
pedonale, dell’edificio è situato nel lato sud
visibile la scansione di tre piani caratterizzati
lungo Corso Cavour; ci sono altri ingressi
da aperture regolari contornate da cornici.
secondari lungo il perimetro dell’intero
L’edificio è caratterizzato dalla presenza di
complesso che al momento sono utilizzati
due cortili interni, uno racchiuso dai quattro
come ingressi di servizio o come uscite di
lati dell’edificio e l’altro racchiuso tra
sicurezza.
L’ingresso
carrabile,
appena
messo
l’edificio e altre costruzioni.
in
L’edificio non è un unico corpo continuo in
funzione e operativo è situato nella piazzetta
forma e tecnologie costruttive, ma è stato
Giovita Ferruccio Garavaglia, viene utilizzato
per
accedere,
tramite
una
rampa,
modificato nel tempo con ampliamenti e
ai
modifiche in relazione a varie epoche,
parcheggi interrati.
integrandovi varie tecnologie costruttive
La forma dell’edificio è caratteristica perché
utilizzate, dalla muratura storica portante
presenta un corpo principale a forma di “C”
alle contemporanee strutture in latero-
in pianta e un corpo di forma triangolare.
cemento per le nuove Aule giudiziarie e alle
L’altezza complessiva ai colmi del tetto
strutture puntiformi con la presenza di
dell’edificio è di 21,60 metri e raggiunge i
curtain wall.
31,40 metri considerando l’altezza di colmo
4.2 - Modellazione - stato di fatto
Fase fondativa del presente lavoro di tesi è
nei quali è rappresentato l’intero complesso.
stato
sia
Considerate le caratteristiche intrinseche del
architettonico che strutturale, riguardanti lo
complesso e la scelta di utilizzare le
stato di fatto “as built” e lo stato di progetto,
metodologie BIM, molto tempo è stato
lo
sviluppo
dei
modelli,
impiegato
per
raccogliere
informazioni
relative all’edificio stesso, per analizzarle e
per decidere come meglio utilizzarle fino al
dettaglio in fase di modellazione.
Tale modello è composto da “oggetti“
parametrici digitali, rappresentanti tutti i
componenti dell’edificio. Questi “oggetti”
8
sono la rappresentazione grafica delle
informazioni geometriche e contengono tutti
i dati noti dell’edificio in forma di attributi. Lo
sviluppo di tale modello ha consentito di
collegare all’edificio la maggior parte dei
relativi dati, in maniera coerente, non
ridondante e coordinata, integrandoli nell’
unico database, consentendo informazioni
Dopo
sempre aggiornate e che siano disponibili per
multidimensionale virtuale allo stato di fatto,
l’interoperabilità
altri
realizzato con l’ausilio del software Graphioft
funzioni
Archicad, sono state sfruttate le potenzialità
software
atti
successiva
ad
elaborare
con
aver
completato
il
modello
complementari.
del linguaggio per l’interoperabilità IFC dei
Come supporto alla progettazione è stato
modelli, esportando il modello in formato
indispensabile effettuare un’analisi e una
“.IFC 2X Edition 3”. L’importazione del
verifica strutturale dell’intero complesso; si è
modello così codificato nel software di
proceduto con la realizzazione di un modello
modellazione e di calcolo strutturale, in
ad elementi finiti. Questo tipo di modello è
questo caso PROSAP, ha consentito di avere
composto da elementi nodi, elementi solai,
una buona base per lo sviluppo del modello
elementi D2 (aste: travi), elementi D3 (muri e
ad elementi finiti.
volte) ed è realizzato con lo scopo di
Non è stato possibile fin qui mantenere tutte
effettuare simulazioni strutturali e sismiche.
le
Il modello costituito da elementi finiti segue
strutturale di partenza e dopo questi passaggi
la logica FEM (metodo degli elementi finiti)
solo una parte di informazioni riguardanti
che è una soluzione matematica ai problemi
alcuni elementi sono state correttamente
di ingegneria delle strutture discretizzando il
inserite nel modello ad elementi finiti.
problema fisico attraverso nodi ed elementi i
Sia durante lo sviluppo del modello ad
quali
elementi finiti che in quello ad oggetti
riproducono
fedelmente
il
comportamento delle strutture modellate.
informazioni
inserite
nel
modello
parametrici digitali, ci sono state delle
difficoltà in quanto i software utilizzati non
sono adeguatamente predisposti per la
modellazione delle strutture in muratura
portante, soprattutto se si è in presenza di un
elevato numero di solai a volta semplici o
composte in muratura di mattoni.
Questa rappresenta un vantaggio, poiché si è
costituito un vero e proprio database
contenente le più svariate informazioni da
quelle materiche a quelle dimensionali.
9
4.3 - Intervento di recupero del sottotetto
Conclusa la fase di modellazione relativa allo
Il progetto di recupero e ristrutturazione
stato
complesso,
interessa la parte di sottotetto relativa al
sviluppando sia il modello architettonico che
braccio Ovest del complesso e sviluppa l’idea
quello strutturale, si ha avuto modo di
di recuperare gli attuali spazi inutilizzati
sviluppare il progetto di recupero del
creando
sottotetto.
istituzioni presenti nel Palazzo di Giustizia di
di
fatto
dell’intero
nuovi
spazi
utilizzabili
dalle
Pavia.
4.4 - Stato di fatto dell’area d’intervento
L’indispensabile analisi dell’area di sottotetto
uffici e servizi igienici attualmente non
interessata rivela un quadro completo e
presenti sul piano.
chiaro del contesto strutturale e dei caratteri
La struttura portante, che convoglia i carichi
dell’intervento di recupero.
della falda ai piani inferiori, presenta delle
Attualmente lo spazio del piano sottotetto,
irregolarità.
accessibile solo parzialmente, è totalmente
Lungo il braccio ovest sono presenti muricci
inutilizzato e collegato agli attuali uffici del
non in asse con la muratura dei piani inferiori
terzo piano attraverso un unico accesso di
e che in alcuni casi scaricano il peso sul
servizio; alcuni impedimenti sono costituiti
centro delle volte sottostanti. Questi muricci
dalla presenza di semi-capriate in legno
sono principalmente di 2 tipi, alcuni disposti
portanti il tetto; presentano la catena -
longitudinalmente e altri trasversalmente,
tirante inferiore tale da occupare lo spazio
che non sono collegati tra loro e ciò lede le
soprastante le volte in muratura del secondo
prestazioni antisismiche dell’edificio.
piano. Il sottotetto è caratterizzato da spazi
Altra particolarità del braccio ovest è la quota
inutilizzati ed a volte inaccessibili, aventi
dell’estradosso, della cupola semisferica,
altezza utile tale da consentirne la parziale
situata al centro del corridoio ovest del
trasformazione in locali utilizzabili come
secondo piano, che è maggiore rispetto alla
quota degli altri estradossi delle volte del
piano.
La copertura nel complesso, successivamente
ad una analisi solo visiva, non presenta gravi
problemi di conservazione né nell’impalcato
ligneo né nelle capriate ma è caratterizzata
da
una
conformazione
fortemente
irregolare; presenta il colmo non in asse con
10
irregolare, non appare adeguata a supportare
ulteriori carichi eventualmente applicati in
sommità.
Infine, le incertezze connesse alla qualità dei
materiali
preesistenti,
determinano
l’indispensabilità di considerare soluzioni
strutturali che consentono di utilizzare le sole
murature di contorno, di qualità e stato di
la serie di muricci longitudinali, che a loro
conservazione tali da garantire l’efficacia del
volta non risultano in asse con il muro del
risultato di consolidamento atteso.
piano inferiore.
Un’accurata modellazione allo stato di fatto
Nel complesso la distribuzione dei carichi,
dell’area e i rilievi svolti sul campo hanno
derivanti dal peso proprio delle strutture e
facilitato la fase di analisi dell’area di
dai carichi della copertura, non risultano
intervento, fornendo fin da subito chiare
uniformi su tutto il piano e quindi sull’intero
visualizzazioni
edificio.
così da meglio comprendere l’intera area
Anche le verifiche statiche e le indagini in
relazionata all’intero complesso.
tridimensionali
d’insieme,
precedenza eseguite hanno consentito di
verificare
che
le
volte
in
muratura,
soprastanti gli uffici e i corridoi del secondo
piano, sono realizzate in mattoni e malta, con
riempimento di carica delle vele di contorno
mediante materiali di risulta come tegole e
cocci. Tale struttura, avente conformazione
4.5 - Progetto di recupero del sottotetto
Il progetto di recupero del sottotetto nasce
-
l’indispensabile necessità di realizzare o
per soddisfare diverse esigenze le principali
completare adeguamenti normativi e
sono:
funzionali.
-
l’indifferibile necessità di fornire il prima
L’Intervento sull’area di progetto presenta
possibile quanti più spazi funzionali
non poche difficoltà e di vario tipo, le
disponibili all’Amministrazione Usuaria,
principali sono:
anche e soprattutto in considerazione
-
realizzative; poiché eventuali demolizioni
della chiusura delle sedi dei Palazzi di
e rimozioni delle strutture del sottotetto
Giustizia di Vigevano e Voghera, quindi
potrebbero comportare rischi per le
del loro accorpamento con quella di
sottostanti attività correnti del Tribunale,
Pavia;
11
che non possono essere interrotte data la
penuria di spazi disponibili;
-
strutturali; bisogna prestare attenzione
nell’operare nell’area dato che non si
possono aumentare i carichi incidenti
sulla struttura in muratura portante
sottostante composta da muri e volte.
-
relative ai vincoli volumetrici e al
un’altezza
carattere conservativo dell’intervento; il
dell’intradosso della copertura dei locali pari
progetto deve presentare un giusto
a 3 metri, e si svilupperanno fino a un’altezza
compromesso
pari a 1,50.
normativo
tra
e
l’adeguamento
funzionale
in
corrispondenza
la
Al fine di rendere fruibili questi spazi, che
conversazione dei principali caratteri
strutturalmente si sviluppano sopra le volte
dell’edificio,
come
in muratura degli uffici al 2° piano, è
volumetriche
e
le
e
massima
caratteristiche
l’aspetto
esterno
indispensabile prevedere la realizzazione di
dell’edificio.
una struttura al terzo piano che convogli i
carichi permanenti e accidentali sulle sole
murature laterali, le uniche che sono in
grado di sopportare i carichi permanenti ed
accidentali previsti da progetto.
Inoltre è necessaria la rimozione di tutti i
carichi
permanenti
strettamente
e
necessari
accidentali
alle
non
dinamiche
strutturali dell’edificio, come i muricci che
poggiano al centro delle volte e non sono
allineati con le murature del piano inferiore,
le mezze capriate e le macchine dei
condizionatori, oltre a materiali di risulta
L’ipotesi di progetto sviluppata prevede la
derivanti da precedenti lavori.
realizzazione di 14 uffici, 2 servizi igienici,
Per risolvere questi problemi è stata ideata
una piccola area relax e dei collegamenti
una struttura mista composta da elementi in
orizzontali e verticali. La maggior parte degli
uffici si trovano lungo il braccio ovest e sono
collegati da un corridoio laterale dal quale si
possono osservare gli estradossi delle volte
del piano inferiore mettendo in risalto la
cupola semisferica situata al centro del
corridoio. L’ipotesi di progetto prevede
12
legno, acciaio e cemento armato. Nello
specifico sulla sommità delle murature del
secondo piano, una volta ultimate le
operazioni di demolizione e sgombero,
vengono realizzati cordoli in cemento armato
di rinforzo alla muratura. Sui cordoli vengono
posizionate le travi in acciaio profilato a “T”
che saranno l’orditura del solaio realizzato
migliorare nel complesso le prestazioni
con lamiera grecata e getto di calcestruzzo
antisismiche dell’intera ala dell’edificio e così
collaborante. La struttura della copertura
da consentire la realizzazione degli uffici con
viene realizzata con capriate che hanno le
una SLP di 526,50 mq, sfruttando al massimo
puntoni lignei e catena in acciaio.
i volumi a disposizione.
L’intervento, che interessa una superficie di
Per tutta la zona sottotetto è previsto il
935,09 mq, può essere suddivido in tre
rifacimento del tetto mediante coibentazione
macro zone difformi tra loro per forma e
dello stesso e la conservazione del tegolato,
funzioni
tecnologiche
l’inserimento di finestre del tipo Velux, la
costruttive e materiali utilizzati: l’angolo nord
realizzazione degli impianti elettrico, termico,
ovest, il lato ovest e l’angolo sud ovest. Negli
e delle finiture in analogia e secondo lo
angoli l’intervento mira ad irrigidire la
standard già realizzato sullo stesso piano in
struttura
occasione dei lavori di recupero del blocco
ma
lungo
simili
il
per
braccio
ovest
si
razionalizzano i carichi permanenti, così da
“ex carceri”.
4.6 - Modellazione ad elementi finiti
Partendo dal modello ad elementi finiti del
Avendo i due modelli si è effettuato un
complesso allo stato di fatto ”as built”, è
confronto del comportamento strutturale tra
stata modellata la parte riguardante l’ipotesi
lo stato di fatto e lo stato di progetto.
di progetto, potendo così dimensionare e
verificare gli elementi previsti dal progetto.
Anche in questo caso il programma ha
restituito
una
serie
di
informazioni
riguardanti il comportamento della struttura
sia in situazioni statiche che in situazioni
dinamiche fornendo un chiaro quadro del
comportamento dell’intero complesso allo
stato di progetto in varie e differenti
condizioni di sollecitazione.
13
4.7 – Ambienti e Strumenti Software
Per lo sviluppo della tesi e come supporto
anche se si trova ancora allo stato virtuale.
all’esperienza svolta i principali strumenti
Questa caratteristica apre enormi possibilità
utilizzati sono stati i software Archicad e
nella progettazione permettendo di integrare
ProSap.
dati e geometria e di velocizzare i tempi di
Archicad, la cui casa madre è Graphisoft, è la
progettazione.
più datata (1980) piattaforma BIM in
Prosap è un programma di calcolo strutturale
commercio
progettazione
che permette di progettare cemento armato,
architettonica. Esso permette all'utente di
acciaio, muratura ordinaria e armata, legno,
lavorare con oggetti a cui sono applicati dati
XLAM, travi reticolari miste, pareti estese
parametrici. Ciò differisce sostanzialmente
debolmente armate, rinforzi in FRP per
dalla
altri
murature in cemento armato. Esso verifica
programmi CAD poiché grazie a questo
edifici esistenti, isolatori, l’interazione tra
modellatore si può creare un "edificio
terreno e struttura e la resistenza al fuoco
virtuale" utilizzando elementi strutturali
applicando il DM del 14 gennaio 2008. Inoltre
"reali" come muri, solai, tetti, porte, finestre
Prosap permette, oltre che a disegnare
e mobili.
esecutivi di strutture in cemento armato e in
Permette di lavorare utilizzando sia la
acciaio dettagliando solai, scale, tetti, nuclei
rappresentazione 2D che quella 3D. Piante,
di ascensore, e murature, anche di redigere
sezioni, prospetti, liste di materiali, layout e
relazioni di calcolo, geometriche, computi e
altri elaborati/documenti vengono generati
piani di manutenzione.
direttamente dal programma in base al
Prosap si differenzia poiché non possiede un
modello
preprocessore
per
modalità
la
operativa
tridimensionale
degli
dell'edificio,
e
ma
è
l’utente
che
vengono aggiornati in tempo reale.
direttamente crea la geometria del modello
Archicad, essendo un modellatore digitale 3D
agli elementi finiti, assegnando i carichi,
orientato a oggetti parametrico, consente di
definendo i vincoli e i legami reciproci tra le
rappresentare un oggetto in tutte le sue
aste; analogamente invece è presente il post
caratteristiche
fisiche.
processore che a soluzione avvenuta elabora
L’edificio acquisisce una propria effettiva
i risultati eseguendo il progetto e la verifica
identità spaziale e fisica. L'edificio modellato
delle membrature e producendo i grafici ed i
possiede
tabulati di output.
geometriche
dunque
tutte
le
e
informazioni
rilevabili da un oggetto fisicamente esistente
14
4.8 - Conclusioni
Ricordando che l’obiettivo della tesi e
consentito un veloce dimensionamento e
dell’esperienza fatta da Sofia Bigoni e
verifica degli elementi di progetto.
Gabriele Mansueto era verificare, con un
Durante la realizzazione di questo materiale
reale caso di modellazione e progettazione
si sono costatato le grandi potenzialità che
riguardante un edificio storico, le effettive
queste nuove metodologie offrono e quanto i
potenzialità
nuovi strumenti operativi, in questo caso i
dell’applicazione
delle
metodologie BIM.
software Archicad e Prosap, siano sviluppati e
Sviluppando il tema di tesi ed applicandolo
performanti
sul Palazzo di Giustizia di Pavia si è prodotto
supporto alla progettazione.
un modello multidimensionale virtuale ad
Tuttavia oltre a dei vantaggi sono emerse
oggetti parametrici orientati e due modelli ad
delle criticità o meglio dei limiti nel loro
elementi finiti, contenenti il maggior numero
utilizzo
possibile di informazioni riguardanti l’intero
progettazione su un edificio storico come
complesso.
quello da noi analizzato.
Il modello multidimensionale virtuale ad
I principali vantaggi riscontratI sono:
oggetti
-
parametrici
rappresenta
l’intero
palazzo di Giustizia di Pavia in tutte le sue
rappresentando
per
la
un
ottimo
modellazione
e
la
un’ottimizzazione delle procedure di
progettazione;
parti, contiene sia lo stato attuale del
-
complesso che l’ipotesi di progetto e si è
l’integrazione
delle
informazioni
riguardanti l’intero edificio;
utilizzato il software Archicad per realizzarlo.
-
migliori sistemi di controllo, gestione e
Dal modello realizzato è possibile ricavare
verifica dei dati riguardanti l’intero
con
edificio;
grande
facilità
elaborati
grafici
contenenti viste 2D e 3D con i quali è
-
possibile realizzale tavole anche su supporto
simulazioni e verifiche delle condizioni di
sicurezza;
cartaceo, come fatto per la tesi.
-
I modelli ad elementi finiti sono due e
Le criticità riscontrate sono:
rappresentano lo stato di fatto dell’intero
-
complesso e l’ipotesi di progetto, sono stati
un’anticipazione delle decisioni.
il
limite
di
interoperabilità
tra
gli
strumenti utilizzati;
realizzati utilizzando il software ProSap
-
la
riproduzione/gestione
di
sistemi
partendo da una base importata da Archicad.
tecnologici e tecnologie costruttive di tipo
La quantità di analisi e di dati ricavabili da
storico.
questi modelli è elevata e consente un veloce
Dall’esperienza
e facile raffronto tra lo stato di fatto e quello
difficoltà da parte dei software utilizzati nel
di progetto. L’analisi di questi dati e le
gestire
caratteristiche del software utilizzato hanno
complesso come il Palazzo di Giustizia di
un
svolta
tema
di
risultano
edilizia
evidenti
esistente
Pavia, però è indispensabile affrontare la
15
progettazione con queste nuove metodologie
processo edilizio e di gestione del patrimonio
e strumenti dato che i vantaggi ottenuti
immobiliare in ambito nazionale, che le
superano di gran lunga sia gli svantaggi
metodologie
incontrati che le difficoltà affrontate. Si può
occasione da utilizzare anche per gli
osservare in un’ottica di evoluzione del
interventi sul costruito.
BIM
saranno
una
grande
5 – L’APPLICAZIONE DEI CRITERI DI SICUREZZA VIRTUALE AL
MODELLO BIM del Palazzo di Giustizia
5.1 - Applicazione Sperimentale: “Sicurezza Virtuale” sul modello BIM.
Assolta la priorità relativa alla Sicurezza, per
monitorarne a posteriori la dinamica del
fasi successive il modello virtuale BIM potrà
comportamento in opera. A regime il Sistema
integrare in un unico Sistema Informativo
Informativo avrà il compito anche di fungere
tutti gli insiemi di dati – già esistenti o da
da supporto per le operazioni di Gestione
rilevare, di natura molto eterogenea – atti a
dell’attività operativa dell’edificio (in termini
descrivere
di
la
consistenza,
lo
stato
di
Facility
management:
Manutenzione,
conservazione, ad indicare le priorità, a
aggiornamento impianti, pulizie, ecc.), ma
guidare finalità e modalità esecutive dei
anche di Conservazione Programmata di un
progetti
edificio
di
gestione
e
manutenzione
dell’edificio, a registrarne i risultati quindi a
di
grande
rilievo
storico
ed
architettonico.
5.2 - Identità dei principali Paradigmi di Sicurezza per la Modellazione:
I principali paradigmi da considerare per
B. Sicurezza
dei
Percorsi,
anche
con
progettare, simulare, quindi implementare i
l’assegnazione agli utenti di percorsi pre-
Sistemi di Sicurezza che potranno essere
configurati;
progressivamente integrati nel Sistema del
Palazzo
di
Giustizia,
possono
C. Sicurezza delle partiture architettoniche
essere
che configurano ambienti a diverso grado
identificati nelle seguenti “Famiglie”:
A. Sicurezza
degli
Accessi,
anche
di sensibilità o rilevanza;
con
D. Sicurezza intrinseca, fisica, materica,
l’assegnazione agli utenti di destinazioni
strutturale, …- dei componenti e delle
pre-configurate;
parti d’opera presenti ambienti a diverso
grado di sensibilità o rilevanza;
16
E. Sicurezza degli impianti tecnici, quali
condizionamento,
impianti
condotti
termici
combustibili,
d’aria,
alimentati
impianti
sensibili, …), quindi trasmissione a centro
elettrici
di elaborazione dati;
da
e
I. Impianto
di
degli
impianti
controllo
basati
su
osservazione e monitoraggio accessi e
segnalazione guasti o malfunzionamenti;
F. Sicurezza
di
percorsi distribuiti in tutti i percorsi o
di
aree sensibili;
telecomunicazione interni ed esterni, sia
J. Centro di elaborazione dati dotato di
via cavo che via etere (eventuale
sistemi
‘disgiunzione’ delle aree più rilevanti e
l’elaborazione dei dati trasmessi dagli
delicate per la strategia di sicurezza
impianti di prelievo, riconoscimento e
comunicativa);
segnalazione
G. Sicurezza degli impianti di antincendio
con
relativi
sistemi
di
allarme
hardware
e
degli
software
eventi
per
o
delle
condizioni di contesto sensibili o rilevanti,
ed
segnalazione, richiesta di intervento,
evacuazione;
allarme ecc.. L’implementazione delle
H. Impianti di prelievo dei dati relativi a
capacità di ricevere ed elaborare dati sarà
tutti gli aspetti di sicurezza (da metal
progressiva, implementando successivi
detector all’ingresso, telecamere, sensori
livelli di articolazione e qualità intrinseca
di presenza e movimento lungo i percorsi
dei dati, versioni più evolute dei software
sensibili, sistemi di controllo basati su
di elaborazione, il collegamento alle
riconoscimento
banche date di in formazioni sensibili agli
di
identità
in
aree
scopi di sicurezza.
5.3 - Il progetto di ricerca CYBER-PHYSICAL SPACES
Uno dei temi di ricerca sui quali il gruppo
riservate sia attraverso canali fisici che
DEEP-SE si è recentemente orientato riguarda
digitali.
la modellazione e l'analisi degli spazi cyber-
Il mondo dell'Architettura e delle Costruzioni
fisici (SCF). Alla base di questa ricerca sta
ha sviluppato standard, "best practices”, e
l'intuizione che la topologia degli SCF--la loro
strumenti per la descrizione degli spazi fisici,
struttura
elementi
quale il Building Information Model, che
costituenti e delle loro relazioni--può essere
consente la rappresentazione degli attributi
la base per una modellazione e una analisi
geometrici
e
funzionali
matematicamente
delle
costruttivi.
Il
gruppo
caratteristiche di un sistema spaziale, in
costituisce
un
particolare dal punto di vista della sua
conoscenza su queste tematiche. Si ritiene
sicurezza. Ad esempio, la verifica della
che
possibilità potenziali accessi indesiderati a
moderazione ed analisi che sono state
risorse
sviluppate nell'ambito dell'Ingegneria del
in
funzione
(fisiche,
degli
rigorosa
umane
o
informative)
17
l'apporto
degli
del
eccellente
delle
elementi
Prof.
Arlati
centro
conoscenze
di
di
Software, e in particolare all'interno del
esempio a causa della mobilità spaziale delle
Gruppo DEEP-SE del Prof. Ghezzi, possano
persone, con ruoli e compiti diversi.
fornire un contributo sinergico che possa
Nel contesto di un palazzo di giustizia, una
generare una sostanziale innovazione nel
verifica statica può ad esempio riguardare la
settore.
cosiddetta "compliance" dello spazio rispetto
Con riferimento al Palazzo di Giustizia di
a certe regolamentazioni, che potrebbero
Pavia, si intende sviluppare un modello di
specificare che l'ufficio di un giudice non
SCF che, partendo da una descrizione dello
deve essere adiacente a certe aree sensitive.
spazio fisico, complementi questa con i
Proprietà dinamiche potrebbero riguardare
rilevanti aspetti di natura digitale (quale
invece situazioni dinamiche (quali la richiesta
l'infrastruttura di sorveglianze e allarmi), al
che una guardia sia presente in punti specifici
fine di poter poi sviluppare un ampio spettro
durante il trasferimento di un prigioniero) o
di attività di analisi e verifica, volte a
vincoli temporali (quale il fatto che il tempo
dimostrare che il sistema esibisca o, al
di trasferimento di un imputato da un punto
contrario, violi certe qualità o proprietà di
a un altro debba avvenire entro un tempo
interesse.
massimo predefinito).
L'attività di analisi e verifica svolge dunque
Il progetto si pone l'obiettivo di costruire un
un compito "semantico" e può essere di due
modello coerente di SCF del Palazzo di
tipi: statico e dinamico. Un'analisi e verifica di
Giustizia di Pavia e di definire i requisiti di
tipo statico consente di verificare che certi
sicurezza
vincoli costruttivi siano verificati. Un'analisi e
automatica e rigorosamente specificata
verifica di tipo dinamico invece tiene conto di
delle proprietà statiche e dinamiche di
come lo spazio può evolvere nel tempo, ad
interesse.
che
portino
a
un'analisi
5.4 - Il Contributo del DEEP-SE Group per la “sicurezza Virtuale”
Il
DEEP-SE
Group
(http://deepse.dei.polimi.it/group.php)
un'unità
di
ricerca
all'interno
tessuto nervoso che anima la società
è
contemporanea.
del
DEEP-SE è stato riconosciuto come gruppo
Dipartimento di Elettronica Informazione e
eccellente a livello internazionale da una
Bioingegneria.
recente peer review. E' particolarmente
DEEP-SE sta per "DEpendable Evolvable
attivo nei progetti di ricerca finanziati
Pervasive Software Engineering" e indica la
dall'Unione
focalizzazione della ricerca del gruppo, che si
programmi quadro e, recentemente, in
riguarda metodi, tecniche e strumenti per lo
Horizon 2020. Tra questi si segnalano S-Cube,
sviluppo a la gestione dei sistemi software
una rete di eccellenza sui servizi software,
complessi e pervasivi che costituiscono il
SLA@SOI, sullo sviluppo di infrastructure
Europea
all'interno
dei
basate su "Service-Level-Agreement", Q18
IMPRESS su metodi innovativi di sviluppo
sviluppo di applicazioni per "big data"su
Model Driven, SeaClouds sullo sviluppo di
cloud.
applicazioni multi-cloud auto-adattative. Il
All'interno del gruppo è stato sviluppato per
gruppo coordina i progetti MODAClouds,
un quinquennio il progetto di ricerca di base
sullo sviluppo di applicazioni multi-cloud con
SMScom, attraverso un Advanced Grant
livello garantito di servizio, e DICE, sullo
finanziato
dall'ERC--European
Research
Council.
5.5 - Il Contributo del Gruppo di Ricerca ProTeA per la “sicurezza Virtuale”
ProTeA: Progettazione Tecnologica Assistita
edifici industriali esistenti, conseguita per
è un Gruppo di Ricerca che eredita il nome
mezzo della riqualificazione termo energetica
del Corso sviluppato dal suo promotore prof.
con l’apposizione degli ‘involucri ventilati ad
Ezio Arlati fin dall’origine 18 anni fa, primo
alta
Corso Istituzionale attuato per l’applicazione
all’integrazione di panelli fotovoltaici. La
del principio digitale alla progettazione
capacità di produrre vantaggio economico e
edilizia,
di comfort si produce con lo sfruttamento del
e
sviluppato
fondazione
del
“buildingSMART
in
Capitolo
parallelo
alla
Italiano
di
International”,
efficienza
flusso
naturale
energetica’,
dell’aria
grazie
riscaldata
l’Ente
nell’intercapedine, l’ “Effetto Camino”, il cui
scientifico senza fini di lucro che sviluppa e
contributo alla produzione termo-energetica
patrocina lo Standard Non Proprietario per
è completamente monitorata da un impianto
l’interoperabilità tra sistemi software, I.F.C.-
di sensori.
Industry Foundation Classes (ISO Standard
Ulteriore campo di applicazione pratica della
16739, 2013). Il compito specifico del
modellazione
promotore di ProTeA è stato quello di
quello del Patrimonio Edilizio Esistente, con
rappresentare
nell’
particolare interesse agli edifici di valore
International Council di buildingSMART dal
storico-architettonico, fino a casi di studio di
2004 al 2014.
architettura monumentale come la Certosa
Il principale settore di attività di ProTeA
di
consiste nell’applicazione delle tecnologie di
Amministrazione,
modellazione BIM e IFC a concreti casi di
Demanio,
studio del contesto architettonico e del
Pubbliche di Lombardia ed Emilia Romagna,
settore edilizio italiani, in particolare sul
quali il Palazzo di Giustizia di Pavia, il
tema
Castello
il
Capitolo
dell’efficientamento
Italiano
energetico
di
19
Pavia,
digitale
interoperabile
appartenenti
il
come
alla
di
Pubblica
l’Agenzia
Provveditorato
Lodi,
alle
è
del
Opere
ecc.
Redatto a cura di:
Ing. Maurizio Clarizia, Ing. Gianni Gatto, Prof. Arch. Ezio Arlati, Prof. Ing. Carlo Ghezzi, Prof.
Alfredo Ronchi
Con il concorso di:
Dottori: Christos Tziganos, Timo Benjamin Kehrer, Sofia Bigoni, Gabriele Mansueto, Walter
Rubino.
ProTeA – Progettazione Tecnologica Assistita
Dipartimento di Architettura, Ingegneria delle Costruzioni e Ambiente costruito
Department Architecture, Built environment and Construction engineering. ABC
POLITECNICO DI MILANO
Via Edoardo Bonardi 9, 20133 Milano
Tel: +39 02 2399 5180; Fax: +39 02 2399 5179
E.mail: [email protected]
Mobile: +39 338 6177 362
20