SIMPLIFIED BUILDING ENERGY MODELING.

Charles Eastman, docente nel College of Architecture and Computer Science in Georgia, fondatore del gruppo ACADIA, nonché voce autorevole dei più importanti scritti nel mondo del BIM, sintetizza in una delle sue ultime opere il Building Information Modeling in tre aggettivi:

- Rapido

- Economico

- Bello

In quest'ultimo intende racchiudere (è lui stesso a dircelo nel volume "a guide to building Information Modeling for owner, managers, designers, engineers and contractors" del 2008 ) un concetto ampio della "qualità", sia in termini fruitivi che produttivi e funzionali.

In una lettura di qualità funzionale contemporanea parte importante della questione è quella della sostenibilità. Il comportamento energetico di una costruzione, come il suo impatto o il costo (in termini di emissioni) di costruzione fanno parte, se ci sono, di quella "bellezza" che un buon BIM può contenere.

1 - Autodesk Formit :La modellazione di un concept

Un processo che "vuole integrare" deve perciò poter accogliere, non come dati o norme, ma come variabili parametriche del sistema le strategie e le condizioni costruttive, distributive e funzionali che permettono di avvicinarsi in forma concreta, ma anche estetica, alla agognata "migliore-pratica" raggiungibile.

Il BIM da diversi anni ha trovato nel BEM (Building Energy Management) la naturale sponda di riferimento, per un canale capace di far confluire il flusso di dati energetici nel processo BIM progettuale e costruttivo, ma questo processo è fatto di condizioni, regole e materiali concreti, e quindi questo sistema sinergico può avviarsi solo quando la forma, le relazioni funzionali, le scelte costruttive principali sono già ampiamente definite. Partire con il piede giusto è un'altra cosa; significa aver definito già nelle condizioni di partenza i geni più utili alla realizzazione di un sistema altamente sostenibile, significa ver incorporato tra le scelte che definiranno il sistema edificio quelle che meglio enfatizzano la performance, il confort, la sostenibilità.

Il Simplified Building Energy Modeling nasce per questo. Il suo compito è di consentire fin da subito la comprensione dei fenomeni che interattivamente ed iterattivamente spostano le energie, le dinamiche ambientali, gli impatti, lungo una scala di valutazione che va dal peggio al meglio, in termini: prestazionali, fruitivi, economici, ecologici.

Dal luogo al costruito, passando per i profili funzionali, i tipi costruttivi, i materiali ed i probabili metodi di cantierizzazione. Tutto influisce in questa equazione di equilibrio, di un "tutto" ancora ipotetico, variabile: parametrico.

2 - Autodesk Formit : analisi dell'irraggiamento solare

Il metodo SBEM permette di impastare una "ipotesi di edificio" una forma di involucro, sommariamente definita per: forma, esposizione, porosità, aree funzionali generali,con le condizioni climatiche locali, con la relazione con l'intorno, con il "l'impronta ecologica" dei processi di realizzazione e dei materiali teorizzati, per ottenere una curva prestazionale complessiva, capace di definire, per interpolazione con quella dei costi (economici, sociali ed ambientali), il punto ottimale su cui fissare l'impalcato più utile allo start-up progettuale: un sistema di prescrizioni strategiche che diventa base fondante per l'inizio di un progetto vero e proprio. La funzione così definita non contiene valori fissi, ma "range" di fattibilità per ognuna delle specifiche scelte, il quadro complessivo permetterà di procedere in modo consapevole alla determinazione della strategia progettuale, sapendo per ogni argomento (gli involucri, l'esposizione, i tipi di impianto) qual è il limite possibile del loro rendimento. Il principio è quello del l'individuazione del "l'utilità marginale" per ognuna delle scelte possibili, quel limite oltre il quale non c'è più guadagno concreto nel proseguire verso una ottimizzazione; la finalità è quella di avere una visione "sinergica" delle possibilità, perché la best-practice è una interpolazione di eventi, non una banale sommatoria.

Fino ad oggi il processo SBEM si attua producendo modelli di simulazione energetica sganciati da quelli di start-up progettuale, questo perché i due mondi (BIM. e BEM) usano metodi elaborativi e di gestione dei dati diversi, per cui il trasferimento di informazioni dai sistemi energetici a quelli BIM diventa un punto di discontinuità importante, è questa è un po una negazione del concetto di "rapidità" del BIM, che, come tutti i processi qualitativi, non intende tanto rapido uguale a veloce (cioè compresso nel tempo grazie all'aumento di impegno), piuttosto rapido uguale a integrato, riducendo proprio quei colli di bottiglia, quelle trascrizioni, che si hanno quando i sistemi sono eterogenei o non comunicanti.

3 - Autodesk Formit : attivazione del modulo di simulazione 

energetica in cloud basato su motore Energy Plus

Quel che sta cambiando, e anche molto rapidamente, è che l'integrazione tra modello concettuale e modello analitico-energetico sta diventando praticabile; la strettoia che obbligava a travasare i dati tra simulazione ed uso dei suoi risultati si trasforma in un'autostrada dove le informazioni si aggregano costruendo un sistema di verifica in progress, realmente ed intimamente connessa al modello progettuale. L'ultima frontiera, quella della simulazione parametrica per "scenari" è stata raggiunta.

Cosa ha prodotto e può ancora produrre questo nuovo segmento del processo integrato? Innanzitutto ha reso disponibili software di analisi energetica connessa al processo progettuale, riducendo la filiera di processo e dunque dando senso alla rapidità in termini qualitativamente elevati, ma il risvolto forse più interessante è quello derivato da queste rapidità ed accessibilità ora disponibili che si stanno traducendo in "tools for a new awareness" rinnovando quel che è accaduto con la disponibilità e diffusione della computer grafica nel settore ambientale. La nuova consapevolezza permette a chiunque voglia contribuire di interagire e partecipare alla "mappatura del mondo costruito"; in questo modo dalla somma delle ricerche, delle sperimentazioni e delle applicazioni del processo analitico sta nascendo un atlante della sostenibilità e della resilienza dei sistemi costruiti, un nuovo patrimonio di conoscenze che moltiplica ulteriormente le possibilità per un progetto di avere quei geni utili alla sua migliore performance.

Quando poi l'atlante dei tipi e il motore di simulazione si collegano si può parlare realmente di "avvento di una nuova era della progettazione sostenibile" e del BIM.

4 - Autodesk Insight360 : i cruscotti delle prestazioni energetiche del concept

Cosa cambia? cambia la visione delle cose. Il limite fin qui incontrato nei processi di simulazione a livello concettuale stava nella produzione di dati energetici intimi al modello ma raramente confrontabili, la nuova metodologia offre invece un focus sui trend, quindi non risultati singoli ma scenari di configurazione: non serve più dunque produrre e simulare n modelli per n volte e poi procedere ad una attenta lettura per poter scegliere, il modello viene calcolato su tutte le possibili configurazioni contemporaneamente e la lettura di questo complesso sistema di opzioni è ricondotta immediatamente al consumo e all'eventuale risparmio, chiaro l'obiettivo (ed universale) chiare le dinamiche (opzionabili), la disponibilità di dati cosi strutturati permette non solo di confrontare

i diversi scenari di uno stesso progetto, ma gli scenari di ogni progetto, basato sulla stessa base di elaborazione, questo paradossalmente potrebbe essere esteso all'intero patrimonio edilizio mondiale, ecco dunque che diventa concreta la possibilità di costruire un atlante della sostenibilità e delle resilienze; infatti mettendo tutti i dati dentro lo stesso sistema di analisi ed usando la stessa griglia di configurazione, i risultati sono confrontabili anche prescindendo dalla correttezza delle singole scelte, le configurazioni urbane, le morfologie territoriali ed i climi definiscono in modo naturale là macro-scala in cui i differenti modelli simulati vengono inseriti, la disponibilità di ampie serie di dati "lima" gli errori e definisce delle condizioni tipiche che diventano patrimonio di ogni progettista, aiutano ad imporre le giuste condizioni al contorno con cui far nascere un nuovo progetto.

5 - Autodesk Insight360 : esplosione del modello analitico per evidenziarne le componenti

6 - il sito di Architecture 2030 che ospita le palette mondiale della sostenibilità e delle resilienze 

Autodesk Formit è una applicazione per tablet Apple ed Android oppure un widget di Google Chrome gratuita Autodesk Insight360 è un software per PC in parte residente ed in parte online (su portale Autodesk 360) funzionante per Revit R2 2016 per detentori di contratto di subscription, oppure è un'app. per tablet integrata in Formit ad uso gratuito Architecture 2030 e Palette 2030 è un portale di architettura gestito da un consorzio internazionale di ricerca sul clima, la sostenibilità e la resilienza urbana. Il portale raccoglie e pubblica ricerche organizzate per atlanti tematici che descrivono e quantificano il peso energetico ed ecologico di attività di trasformazione del territorio. Il consorzio accoglie anche i contributi esterni degli utenti registrati.

Massimo Campari

Direttore tecnico dei corsi InArch e BIM Leader SPraUt

GESTIONE DELLE FASI TRA FILE CONDIVISI

Uno dei punti di forza della progettazione BIM è senza dubbio la possibilità di lavorare in team in maniera più o meno contemporanea e condividere il proprio lavoro con i collaboratori. Si può ricorrere ai workset e avere di per sé un file centrale su cui si riversa il lavoro di ognuno, oppure più semplicemente si può utilizzare il collegamento tra file. Quest’ultima strada consente in maniera rapida di sovrapporre diversi file riunendoli in quello che molte volte viene definito file master, ossia un file host per i diversi collegamenti in cui sono presenti gli standard di progetto da utilizzare. Molto spesso si sceglie questa strada, privilegiandone la semplicità di realizzazione, ma per poter esprimere al massimo le potenzialità del progetto è necessario operare alcuni accorgimenti mirati a garantire uniformità grafica e stilistica tra i diversi file, in modo da essere certi che la rappresentazione grafica sia un buon narratore del progetto.

Può accadere che sia necessario offrire una rappresentazione temporale del progetto attraverso l’utilizzo delle fasi di lavoro, ciò rientra nel normale flusso di lavoro offerto da Revit, ma cosa succede quando il progetto diventa più complesso e si articola in diversi file collegati? 

Si può trattare l’argomento in maniera duplice, lavorando sulla gestione del file host o sulla visualizzazione grafica dei file collegati.

MAPPATURA DELLE FASI

La prima strada consente di rimettere ordine tra le fasi di lavoro create dai diversi utenti e presuppone che il file host contenga tutte le fasi di lavoro, opportunamente nominate: si andrà a definire un’associazione diretta tra le fasi del file collegato e del file host. Per definire questa equivalenza e stabilire quale sia la traduzione delle fasi di lavoro importate nel file host occorre guardare le proprietà del tipo del file collegato: utilizzando la mappatura delle fasi riusciamo a compilare una tabella di equivalenza tra le fasi del file collegato e le fasi del file master (precedentemente create).

Mappatura delle fasi: equivalenza tra file collegato e host 

Utilizzando questo metodo, la visualizzazione grafica del file sarà guidata dalle impostazioni prescelte nel file host e, rimanendo sul tema delle fasi di progetto, tanto le sostituzioni grafiche che i filtri delle fasi di lavoro verranno impostati in quest’ultimo file.

Impostazione delle fasi, dei filtri delle fasi, delle sostituzioni grafiche 

Se da un lato ciò produce uniformità grafica nella visualizzazione delle fasi di lavoro, dall'altro presuppone un certo lavoro iniziale sul file host sul quale dovranno essere definite a priori tutte le fasi di progetto. Occorre quindi che tali scelte vengano definite a priori e che il file “contenitore” sia il risultato di un’attenta gestione.

IMPOSTAZIONI DI VISUALIZZAZIONE DEL FILE COLLEGATO

Quando si è certi che il lavoro su ogni file sia stato eseguito secondo gli standard definiti nel protocollo e che tutte le impostazioni in merito alle fasi siano state correttamente definite nel singolo file, è possibile richiamare tali impostazioni nel file host e fare in modo che la rappresentazione del file collegato sia, del tutto o in parte, condizionata dalle scelte fatte nel file collegato di partenza.

Revit riconosce il file .rvt collegato come un oggetto e, al pari delle categorie, ne permette la modifica in termini di visualizzazione attraverso il comando SOSTITUZIONE VISIBILITA’/GRAFICA. 
Modificando le impostazioni di visualizzazione del file collegato da Da vista host a Personalizzato riusciamo a definire quale sia la fase di lavoro del file collegato e, se necessario, a impostare anche un diverso filtro delle fasi rispetto a quello definito nel file host. Queste modifiche andranno ad agire solo sul file collegato, permettendo quindi di avere impostazioni differenti nel file host e nel file collegato e allo stesso tempo di arrivare a una rappresentazione grafica corretta, senza il timore che qualche impostazione del file collegato vada persa o risulti sovrascritta.

Impostazioni di visualizzazione delle fasi del file collegato (nel file host) 

Sebbene la possibilità di ricorrere alla sostituzione grafica sembri essere una strada che agevolmente permette di arrivare al risultato finale, senza necessità di grossi interventi di gestione poiché caratterizzata dall'estrema fiducia nell'operato di ogni collaboratore (e autore del progetto), è bene sottolineare che il modo migliore per utilizzare tale procedura è quello di fare in modo che tutti gli attori del processo integrato lavorino in maniera conforme agli standard, secondo nomenclature e impostazioni grafiche il più possibile condivise e note a tutti. Questo è un caso in cui la gestione "manageriale" sul file ultimo sembra venir meno, ma in realtà l'aspetto gestionale e organizzativo esiste (e deve esistere), è solo spostato temporalmente nella fase iniziale del lavoro: le regole e gli standard infatti devono essere definiti sin dall'inizio del lavoro, cosicché tutti possano operare in conformità a quanto definito, ponendo i giusti presupposti per l'assemblaggio finale dei file.


Francesca D'Uffizi

Engineer & Tutor presso SPraUt

COMPUTATIONAL DESIGN PER LA MODELLAZIONE STRUTTURALE

Nella progettazione strutturale la tendenza è quella di utilizzare i modellatori BIM come ambiente alternativo di pre-processing per generare il modello agli elementi finiti, in questo modo il processo aumenta l’efficienza nella modellazione, nel trasferimento dei dati e nei controlli. Questa metodologia è molto utile per edifici standard ma quando si trasferisce su edifici non convenzionali perde la sua consistenza sia in termini di efficienza che di controllo. Molto spesso i feedback che arrivano da chi si approccia al BIM raccontano di strumenti molto interessanti ma che per la loro rigidezza spesso tolgono spazio alla creatività del progettista, questo forse in parte è vero, ma è vero anche che esistono soluzioni, basta solo cercarle ed avere la voglia di esplorarle.
Nel caso strutturale ad esempio, le informazioni basilari che deve contenere il modello BIM affinché sia impiegabile nel software di calcolo agli elementi finiti sono:

• posizione nodi;
• congruenza nei punti di connessione tra i diversi elementi.

Per la modellazione di edifici non convenzionali molto spesso l’utilizzo dei soli comandi per la creazione degli elementi strutturali non è sufficiente per ottenere un risultato ottimale sia dal punto di vista dell’efficienza che di quello qualitativo, in questi casi un software di visual programming può intervenire per colmare queste lacune ed aggiungere flessibilità a tutto il processo.
Ma passiamo ad un esempio concreto, vi siete mai cimentati nella modellazioni di travi reticolari per strutture complesse? Se lo avete fatto vi sarete accorti che:

• Il sistema è complessivamente molto rigido;
• Molto spesso si rende necessario “esplodere” la trave reticolare per ottimizzarla perdendo così la parametricità.

Vediamo come Dynamo può ottimizzare il processo di modellazione degli elementi strutturali in Revit.

STEP 1 - CREARE ELEMENTI STRUTTURALI DA LINEE DI MODELLO

Una soluzione alternativa all’inserimento manuale delle travi reticolari in Revit è stata quella di disegnare con delle linee di modello le linee di ubicazione del modello analitico delle singole aste (avendo in questo modo il controllo completo delle congruità ai nodi) e successivamente tramite uno script di Dynamo generare automaticamente dalle linee di modello gli elementi strutturali in Revit.

STEP 2 - UTILIZZARE GLI STILI DI LINEA PER LA CREAZIONE DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI

Perfetto! Sicuramente un bel passo avanti, però conoscendo diversi software di calcolo strutturale so che è possibile raggruppare le aste in gruppi omogenei per utilizzarli ad esempio come filtri di selezione per modificare le caratteristiche a tutti gli elementi dello stesso gruppo.
Allora perchè fermarsi alle travi reticolari? Estendiamo la modellazione per linee anche agli altri elementi strutturali e a questo punto implementiamo il filtro in Dynamo, creando un Custom Node per generare automaticamente aste con sezioni diversa in base allo stile della linea di modello, il nodo si chiama CurveElement.ByLineType.

Dynamo 

Quindi utilizzando diversi stili di linea per ogni tipologia di asta (Corrente superiore, Corrente Inferiore, Montante e Diagonale) posso creare automaticamente con Dynamo tutte le aste del tipo prescelto.

Linee di modello tipizzate 

Modello fisico 

A questo punto il modello è pronto per l'invio al software di calcolo Robot Structural Analysis per le ottimizzazioni strutturali.

Robot - Modello elementi finiti