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Conferenza europea Qualicheck: l’uso del Building Information Modelling per la certificazione energetica degli edifici

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I disegni 3D sono solo la punta dell'iceberg della modellazione BIM

BIM_Qualichek

Introduzione

Il progetto europeo QUALICHECK, (http://qualicheck-platform.eu) ha organizzato un workshop a Bruxelles per presentare il risultato di due anni di ricerca e studio sulle certificazioni energetiche degli edifici in nove paesi europei.

Lo studio ha evidenziato come la maggior parte dei certificati energetici non siano conformi ai dati riscontrati nella realtà perché si riscontrano errori nella valutazione effettuata dai software così come in fase di realizzazione e gestione delle opere edili.

I calcoli per una valutazione dettagliata dell’efficienza energetica di un edificio richiedono molti dati. Il sogno di ogni ingegnere energetico è di accedere a informazione certe in modo rapido e efficiente. Oggi, utilizzando il BIM, è possibile non solo memorizzare le procedure di calcolo ma anche i dati utilizzati in fase di progettazione concettuale, in fase di progettazione esecutiva e in fase di realizzazione. Inoltre esiste la possibilità di fare delle simulazioni che permettono l’ottimizzazione dell’uso dei materiali e delle tecnologie.

Le possibilità del BIM per il calcolo della prestazione energetica

La constatazione che la performance energetica valutata in fase di progettazione non corrisponda poi a quella dell’edificio effettivamente realizzato dipende da diversi fattori. Prima fra tutti è da sottolineare che una progettazione concettuale iniziale, non adeguatamente verificata, può causare errori in fase di esecuzione. Inoltre, non utilizzando l’open BIM, che è basato sullo standard internazionale IFC, si riscontrano problemi d’interoperabilità che possono causare altri errori sia d’interpretazione sia indotti dalla necessità di introdurre manualmente le informazioni mancanti.

È stato valutato  che il 6-10% del costo totale degli edifici è dovuto agli errori di costruzione. Utilizzare il BIM per costruire un edificio prima digitalmente e poi realmente, permette di eliminare gli errori e di ottimizzare la performance energetica e il processo costruttivo in genere. Questo implica però che ci sia un professionista che svolge il ruolo di gestione delle informazioni dell’intero ciclo di vita che attualmente non è molto diffuso. La figura del BIM manager o Information manager sarà una figura sempre più importante nel futuro perché dovrà gestire non solo il modello tridimensionale, ma tutte le informazioni ad esse associate e non solo durante la progettazione ma anche durante la costruzione, il management e la manutenzione.

La modellazione BIM, quindi,  prevede sia la realizzazione di presentazioni 3D sia di data base contenenti tutte le informazioni dell’edificio durante tutta la sua vita. Dalla prima rappresentazione 3D si possono realizzare diversi sotto-modelli tra i quali quello che serve per sviluppare i calcoli di performance energetica e il relativo database con le componenti utilizzati per tali calcoli.

Nella figura è rappresentata l’idea che il modello 3D è solo la punta dell’iceberg. Al di sotto c’è tutto un sistema di gestione delle informazioni che può essere utilizzato per diversi altri scopi.

Iceberg_3D-BIM

Gli stessi dati, possono poi essere utilizzati, per esempio, per codici di calcolo o per simulazioni.

Ci si chiederà: Tutti questi elementi in un solo modello? Non è complicato e pericoloso dal punto di vista della sicurezza?

No: è semplice. E’ possibile comprendere tutto in un solo modello complessivo. Questa trasformazione dai tanti modelli attuali a un unico modello condiviso non solo è possibile, ma in una quindicina di anni sarà del tutto normale. Così come oggi ci sembra “normale” avere in uno smart phone un cellulare, un servizio di e-mail, un servizio internet, un navigatore, una macchina fotografica, una telecamera e tante altre applicazioni che ci permettono di fare ciò che solo pochi anni fa andava fatto con diversi strumenti “non interoperabili”.

Combinare tutti i dati del ciclo di vita di un edificio  è realizzabile, bisogna però tener presente che i modelli sono creati da compagnie diverse che usano linguaggi informatici diversi. Per questo è fondamentale che siano applicati gli stessi standard d’interfaccia, in modo che pur impiegando software diversi, sia possibile importate ed esportare dati generati da professionisti diversi e in tempi diversi.

Tutti gli strumenti che possono aiutare a gestire il design dell’edificio, la costruzione, il bisogno di riparazioni, il recupero dei materiali utilizzati per le opere edili eccetera, possono essere inclusi in un unico modello BIM che ne comprende molti altri che sono generati, gestiti, aggiornati ed eventualmente archiviati da professionisti diversi.

La modellazione BIM e le informazioni

Quando si comincia a creare il modello BIM, c’è bisogno di informazioni sui componenti che si utilizzeranno nell’edificio sia strutturali che impiantistici e questi componenti sono a loro volta costituiti da tante parti ed ognuna di queste possiede le proprie informazioni – ovvero, materiale di cui è composto, resistenza meccanica, resistenza al fuoco, trasmittanza, cicli di manutenzione, eccetera. L’insieme di questi elementi costituisce il modello BIM della costruzione finale.

In fase di progettazione si possono adoperare dati generici o anche dati reali, se disponibili nella propria libreria. Ancora una volta le librerie BIM standard possono essere lette da qualsiasi software che utilizzi lo standard IFC.

Una volta inserite queste informazioni nel modello BIM, saranno sempre legate al componente e quindi disponibili per qualsiasi verifica o valutazione futura da parte di qualsiasi altro professionista.

Bisogna avere ben chiaro che le informazioni possono differenziarsi molto tra loro. BIM, infatti, non si limita alla fase di disegno ma anche alla realizzazione e alla successiva manutenzione dove diventa fondamentale avere disponibili tutte le informazioni relativa all’edificio così come realizzato (as built). Centinaia e migliaia d’informazioni invece di restare nei sistemi informativi dei singoli professionisti o dei produttori dei componenti, viaggiano con il modello dell’edificio comprendendo anche procedure, autorizzazioni, informazioni di manutenzione e qualsiasi altra cosa che ruoti intorno alla vita dell’edificio. Le informazioni sono inserite una sola volta e riutilizzate più volte anche per calcoli numerici. Evitando così errori di reinserimento dei dati.

A questo punto ci si potrebbe domandare se esistano problemi legati alla sicurezza e la privacy, come ad esempio rendere visibile la costruzione dei cavò di una banca. Altri dubbi riguardano la gestione della mole d’informazioni da inserire nel database del modello BIM e il controllo della qualità di tali dati.

I dati possono essere preservati con sistemi di controllo e sicurezza già in uso oggi e possono essere inseriti dai diversi professionisti, che li utilizzano normalmente, e che devono semplicemente abituarsi a non considerare questi dati come propri, ma appartenenti al committente dell’opera edile. L’importante è che siano sempre utilizzati gli stessi standard di comunicazione per evitare gli errori e per essere certi della leggibilità se si dovesse cambiare software. La qualità dei dati, infine, deve essere comunque assicurata, sia che si operi in maniera tradizionale sia che si operi in BIM e questo dipende esclusivamente dalla deontologia del professionista che li genera e li adopera. Ognuno deve fare in modo che tutte le informazioni siano controllate e ritestate se necessario.

La più grande sfida per il futuro è l’adozione di standard aperti che reimpieghino le medesime informazioni. Quando si trovano troppe informazioni riguardanti lo stesso oggetto e in formati diversi non compatibili è come se non ce ne fossero affatto.

La valutazione dell’EPC con il BIM

La modellazione BIM nel contesto della performance energetica degli edifici, comprende la seguenti tre aree:

  • Strumenti specifici di analisi dei dati (simulazioni EPC, acustica, resistenza al fuoco, la fabbricazione software di controllo …) che permettono di ottimizzare e controllare tecnicamente le fasi di progettazione e realizzazione di un edificio.
  • Minor sforzo per il modellista che necessita di dati d’ingresso per l’EPC (e altri), che nel BIM sono collegati tramite banche dati ai diversi oggetti e componenti nel modello.
  • La creazione di database con prodotti disponibili a livello locale è importante e dovrebbe contenere i dati EPC necessari in formati che possono essere letti da strumenti di analisi dei dati.

Per valutare l’effettivo EPC bisogna prendere in considerazione i seguenti aspetti per ottimizzare le  simulazioni per l’effettivo EPC:

  • L’ombreggiatura
  • L’inerzia termica
  • La multi zona
  • Le pareti ventilate
  • I tetti freddi
  • Gli impianti domotici per il controllo

Tutti questi elementi devono esser presi in considerazione per una reale valutazione dell’EPC e questo è allo studio del comitato tecnico CEN TC 442 – BIM.

Gli strumenti di analisi già contengono i consumi di energia primaria, il comfort estivo, dati di illuminazione diurna, acustica, ecc.. utilizzando le librerie parametriche il modello può essere molto più veritiero. Ma bisognerebbe che ci fosse maggiore armonizzazione tra i diversi strumenti di calcolo dell’EPC.

L’uso del BIM per la verifica della conformità ma anche per il rafforzamento della credibilità del EPC risiede sulle seguenti basi:

  • BIM offre la possibilità di avere un insieme più ampio di dati rilevanti da utilizzare come “input”: il modello BIM può essere molto dettagliato, ed includere l’organizzazione degli spazi, la composizione dei materiali e degli impianti utilizzati, i ponti termici. In pratica, ciò significa che ci potrebbe essere accesso a una vasta gamma di dati d’ingresso senza la necessità di extra lavoro per valutare l’EPC. Questi dati devono essere individuati con definizioni ben precise che non creino ambiguità (“semantica”) e ciò richiede una buona organizzazione prima di iniziare la modellazione.
  • Possibilità di semplificare taluni aspetti di calcolo: come indicato al punto precedente, esiste la possibilità di usare un ampio insieme di dati di input rilevanti. Ciò potrebbe ad esempio consentire di valutare i flussi di calore bi e tri dimensionali senza aumentare il lavoro dei produttori di EPC.
  • Possibilità di avere procedure di valutazione più raffinate. Un esempio interessante è la valutazione del rischio di surriscaldamento e / o la necessità di raffreddamento attivo. Tale valutazione dovrebbe idealmente essere fatto a livello di ambiente e utilizzando simulazioni dinamiche.

In definitiva l’uso del BIM permette di assicurare la conformità del certificato d’efficienza energetica senza la necessità di coinvolgere azioni governative sul costruito ma semplicemente facendo una simulazione sui progetti costruttivi con i dettagli delle componenti reali che nel mondo anglosassone sono identificati con “LOD 500” (Level  of Detail). I LOD 500 forniscono una rappresentazione, poi verificata in cantiere, in termini di dimensioni, forma, posizione, quantità e orientamento.

Un ulteriore passo verso l’affidabilità dei sistemi di certificazione energetica riguarda il ricorso a  strumenti di simulazione ampiamente testati e/o certificati. È da valutare se occorre armonizzare i codici di calcolo nei diversi paesi / regioni. Infine, in prospettiva, il BIM può essere anche collegato a EIM (Environmental Information Models) fornendo supporto per la valutazione dell’influenza del costruito sullo sviluppo dell’edilizia urbana sostenibile.

I risultati del workshop

Con la metodologia di “condivisione” insita in tutte le azioni concertate finanziate dalla Commissione Europea, i partecipanti al workshop, circa cinquanta, in rappresentanza di circa quindici paesi europei hanno partecipato ad un sondaggio con le seguenti domande e risposte:

  1. Quale affermazione riflette meglio la tua opinione sui data base sviluppati a livello nazionale
    1. Questi data base sono molto utili, sta alle imprese fornire i dati per far si che i dati siano il linea con la normativa nazionale: 15,9%
    2. Lo sviluppo di data base nazionali non è perseguibile è impossibile per le aziende fornire informazioni per diversi data base in ciascuno stato dell’Unione Europea: 2,3%
    3. Questi data base sono utili e realizzabili a condizione che i regolamenti nazionali si riferiscano a norme europee: 54,5%
    4. Lo sviluppo di tali data base dovrebbe essere reso obbligatorio nelle successive revisioni della direttiva sulla performance energetica: 20,5%
    5. Altre opinioni: 6,8%
  2. Qual è la tua opinione sull’uso di valori standard per il calcolo della performance energetica dei nuovi edifici?
    1. L’uso di valori standard dovrebbe essere sempre possibile per calcolare l’EPC: 9,0%
    2. L’uso di valori standard può essere utilizzato solo se è conservativo in modo da incentivare l‘uso di dati reali: 51%
    3. L’uso di valori standard dovrebbe essere permesso per i dati di performance e non relativi ai prodotti: 9%
    4. L’uso di valori standard porta ad avere EPC errati e dovrebbe essere evitato: 20%
    5. Altre opinioni: 11%
  3. Credi che il BIM sia la soluzione futura per avere dei certificati di performance energetica più affidabili?
    1. Si bisogna andare in questa direzione: 28,3%
    2. Forse sembra promettente: 63,0%
    3. No è troppo complicato: 2,2%
    4. Non saprei dirlo: 6,5%