La meccanica computazionale in Italia

L'Italia è una delle poche nazioni al mondo (in Europa solo insieme a Spagna, Grecia e Portogallo) in cui le norme tecniche per le strutture sono cogenti, ovvero hanno valore di legge. Questa situazione ha fatto sì che le applicazioni dell'informatica al progetto strutturale siano state pesantemente condizionate dalle esigenze di legge. Inoltre lo sviluppo dell'informatica è stato rapidissimo in questi anni mentre le norme cambiano e si adeguano molto lentamente. Attualmente le norme per le strutture sono pensate per un calcolo non automatizzato e si sottintende che l'informatica possa “simulare” il calcolo “manuale” e quindi non si tiene conto delle specificità dell'approccio informatico. Questo salvo per procedure esotiche e improbabili (pushover, ipercubo latino etc.) dove l'informatica viene presa non per le sue doti migliori ma per fare da saltimbanco lì dove nessuno sente minacciato il proprio ruolo in commedia. In breve l'informatica non è entrata nel mondo dell'ingegneria strutturale se non come un semplice strumento passivo che viene impiegato in modo acritico senza entrare nella specificità e nella cultura di questo strumento che ha rivoluzionato il lavoro in altri settori.

L'informatica è entrate nel mondo della progettazione strutturale in pratica solo limitatamente all'analisi tensionale mutuata dai metodi messi a punto in campo aeronautico (metodo degli elementi finiti). L'università in Italia è una struttura fondamentalmente conservatrice e pochissimi sono gli esperti in Italia che dal mondo accademico abbiano dato un contributo all'ingresso della meccanica computazionale nel settore della progettazione strutturale. Esiste inoltre in Italia una forte gerarchizzazione di qualsiasi forma di potere per cui è pressoché impossibile che vi sia un trasferimento e una condivisione di conoscenze che non avvenga sotto lo stretto controllo dell'accademia di Stato e delle strutture di controllo sull'operato dei singoli. Questo stato di cose è giustificato dalla presunta incapacità o irresponsabilità del singolo individuo e dalla necessità di tutelare la collettività dall'operato di questo. L'informatica è arrivata all'individuo, sul tavolo di ognuno di noi divenendo “personal” per opera non di strutture pubbliche o di multinazionali, ma per opera di singoli individui geniali che hanno cambiato il mondo lavorando nelle cantine delle loro case (sono diventati soltanto DOPO delle multinazionali). Si allude ovviamente ai pionieri dell'informatica “personale” da Steve Jobs a Steve Wozniak a Bill Gates. In Italia non vi sarebbe stato e non vi è stato spazio per queste iniziative individuali. Sostanzialmente, e purtroppo non solo limitatamente alla innovazione nel settore dell'ingegneria, in Italia la tipica industriosità dell'italiano non ha spazio perché le strutture del potere non gliene concedono e chi gestisce il potere non ha le capacità e l'interesse di far evolvere le cose. In questo quadro piuttosto deprimente si colloca il discorso sul BIM che è oggetto di queste note.


Cosa significa realmente BIM

Il mito della torre di Babele pare un racconto lontano nel tempo e superato, ma non lo è affatto. Il linguaggio è potere e non a caso ogni consorteria inventa un proprio linguaggio. La Chiesa Cattolica solo da pochi anni ha abbandonato l'uso di quel latino che era un linguaggio iniziatico. Nel mondo dell'informatica si sono stabiliti dei “linguaggi” (intesi in modo generale come modalità di comunicare) comuni solo dove ciò è divenuto indispensabile per l'interesse dei produttori, altrimenti ognuno mantiene gelosamente un proprio “linguaggio” (formato dati) perché ciò gli consente il controllo del proprio “territorio”.

Nel mondo delle costruzioni da anni si sta affermando l'esigenza di un linguaggio informatico comune che consenta la cooperazione e lo scambio dati tra i vari attori e i vari processi del progetto. Il “movimento” che oggi ha prevalso ha preso il nome di BIM che è l'acronimo di Building Information Modeling. A questo acronimo dunque corrisponde un “concetto” e non un formato dati, non una convenzione, un accordo. Pertanto chiunque abbia un modello dati per condividere informazioni tra processi anche proprietari, può dire di avere un BIM, ma ciò non vuol dire che il linguaggio soggiacente sia comune. Il termine “ecosistemi economici digitali” fu creato nel 2002 da un gruppo di ricercatori europei e può essere adottato anche per il BIM in quanto si assiste alla vita di vari “ecosistemi” BIM.

Nell'ambito, e sperabilmente al di sopra, dei vari ecosistemi si è affermato il gruppo buildingSmart che dovrebbe sostenere un linguaggio comune basato sul formato IFC (Industry Foundation Classes). Attualmente il formato IFC è sostanzialmente uno standard al quale si può fare riferimento mentre il più diffuso termine BIM non è garanzia di interoperabilità. E' più corretto parlare di openBIM che nasce dalla esigenza di un formato neutro basato su IFC e al quale aderiscono i maggiori produttori di sistemi CAD. Non vi sono però pubblici ed estesi documenti sulla effettiva compatibilità dei dialetti BIM supportati. Inoltre il formato IFC è molto flessibile per cui lo stesso oggetto può spesso essere definito in molti modi diversi. Questo è un prezzo che si deve pagare per la flessibilità e non si può ritenere un difetto.

In effetti vi è il rischio che il BIM diventi una parola vuota che finisca solo per indicare che un progetto deve essere “salvato” in un formato BIM di Revit di Autodesk o di Allplan di Nemetschek, mentre sarebbe interessantissimo ed utile poter usare un formato condiviso e poter disporre di strumenti per interrogarlo come si fa con un database in quanto la finalità di un sistema di modellazione di dati non è solo la rappresentazione grafica. Ad esempio si potrebbe voler avere un elenco degli infissi di un edificio estraendolo dal formato IFC che, condiviso, consentirebbe di formare strumenti informatici standard per il trattamento e la documentazione.

Per chi fosse interessato all'IFC può trovare sterminate informazioni sul web, il sito di riferimento è quello di buildingSmart all'indirizzo >buildingsmart.org. L'IFC definisce delle entità relazionali basate su EXPRESS che consistono in molte centinaia di entità organizzate in una gerarchia di ereditarietà basata su “oggetti”. Esempi di entità includono elementi costruttivi come IfcWall, geometrici come IfcExtrudedAreaSolid e di base come IfcCartesianPoint.


BIM e progetto strutturale: il gruppo SIM

Come si è detto, il BIM come concetto nasce nell'abito dei sistemi CAD architettonici per cui le informazioni sul progetto strutturale sono state e sono piuttosto marginali. Crediamo che il motivo sia forse da ricercarsi nel fatto che il progetto strutturale è un “processo” mentre il progetto architettonico o comunque la rappresentazione del progetto, è costituito da “oggetti” ovvero dai risultati del processo.

Nella versione 2x3 di IFC, rilasciata nel 2006, sono state implementate alcune entità per estendere il formato alla analisi strutturale. Il progetto di tale implementazione è riassunto nel documento che si può trovare al link >itcon.org.

I paesi che più sono inclini ad usare questo formato sono i Paesi dell'Europa del nord per cui non vi è stata alcuna attenzione per il progetto antisismico, problema invece che è fondamentale per il nostro Paese. Per questo motivo, è stato costituito il gruppo di lavoro SIM (Structural Interoperability Model) per definire e proporre un ampliamento dell'IFC all'analisi dinamica e sismica.


IFC come pratica digitale

Si sta assistendo in Italia ad un fenomeno inquietante. Operando secondo l'autonomia loro concessa, ogni regione italiana sta definendo una propria, diversa procedura per depositare il progetto strutturale. La prima regione è stata la Calabria con il SIERC sviluppato da EuroCentre di Pavia e poi, dopo problemi tutti italiani sull'appalto, scivolato in una rivisitazione tutt'ora in corso. L'appalto per il SIERC prevedeva un importo di circa un milione di euro. I contribuenti quindi rischiano di pagare 20 volte ciò che potrebbero pagare una sola volta oppure avere un prodotto 20 volte migliore. Infatti la normativa sulle strutture è nazionale e non si vede il motivo di avere una pratica digitale invece regionale. E non è un caso. Con la emanazione della Circolare del 2003 è la Protezione Civile ad entrare nel settore del progetto strutturale antisismico e la torta molto esigua di questa attività si ingrossa, ma alla torta non arrivano i progettisti che invece vedono aumentare le loro prestazioni e ridurre le parcelle, ma la torta viene intercettata a monte. Inoltre, come dicevamo all'inizio, l'informatica viene usata impropriamente e, invece di pensare ad un formato che compiutamente descriva il processo progettuale strutturale, si frammentano le informazioni che vengono trasmesse in modo articolato e multiforme impiegando formati per immagini, per tabelloni elettronici, per archiviazione di testi in un sistema piuttosto confuso e certamente non interrogabile in modo automatico.

Ma un formato dati esiste e si è diffuso ed è l'IFC, una volta integrati i dati per il progetto antisismico come proponiamo con il gruppo SIM. Questo formato potrebbe contenere la descrizione dell'intero progetto, delle scelte fatte nel processo di analisi (spettri, coefficienti, resistenze etc.) e potrebbe essere interrogato in modo automatico e soprattutto completo. Inoltre sarebbe possibile una ripetizione dei processi impiegando lo stesso modello analitico. Si tratterebbe della informatica al servizio dell'ingegneria e si tratterebbe di una vera informatizzazione della pratica amministrativa e burocratica.


Linee guida del SIM

Queste note non sono destinate agli sviluppatori e pertanto l'aspetto tecnico qui è solo accennato. Il gruppo SIM si propone di ispezionare il formato IFC per valutare e chiarire le potenzialità ai fini della interoperabilità “aperta” per il progetto strutturale e per la documentazione esaustiva del progetto strutturale al fine di poter supportare la “pratica digitale” per le esigenze amministrative. Per queste finalità si sono individuati e seguenti campi di approfondimento.

ANALISI
Si è verificata la efficacia della descrizione delle informazioni relative al modello analitico con alcune carenze che ci si ripromette di colmare. Esse sono: la mancanza di una definizione estensiva del concetto di “risultato”, la limitazione nella descrizione di una mesh ad elementi finiti, la carenza di descrizione di risultati generali dell'analisi quali autovalori, sovrapposizioni modali per l'analisi dinamica etc, con indicazione estensiva delle procedure e dei parametri.

DOCUMENTAZIONE DEL PROGETTO 
Qui si intende la documentazione ai fini di individuare correttamente i parametri geografici e amministrativi nonché i riferimenti necessari a individuare in modo completo ed univoco le procedure seguite. Non è attualmente previsto in quanto è oggetto di altri studi sul BIM ma sarà necessario adeguare l'aspetto della descrizione geologica del sito.

STRUTTURE IN CALCESTRUZZO
L'IFC consente di descrivere le barre di armatura disposte nello spazio tridimensionale. Occorre verificare ed eventualmente implementare metodi che non attengano solo ai controlli geometrici che già sono supportati in vari programmi, come le interferenze tra barre di armatura, ma che consentano una lettura dei parametri da usare nelle verifiche statiche (area e posizione delle barre in una data sezione, passo, area e numero braccia delle staffe etc.). Si devono supportare i parametri relativi alle caratteristiche dei materiali ed ai coefficienti di normativa che nell'IFC attuale non sono sufficientemente estesi.

STRUTTURE IN ACCIAIO
Oltre alla geometria delle membrature e degli accessori dei giunti, attualmente supportata dalle entità dell'IFC, occorre esplicitare le informazioni topologiche in modo che sia possibile derivare un modello di calcolo per le verifiche. Si tenga presente che oggi i programmi di post-procesing, ad esempio per la verifica di giunti in acciaio, si basano su API dedicate, e quindi su accordi tra le parti, e non su un formato “neutro”. Se una softwarehouse,a d esempio, volesse realizzare un programma per la verifica dei giunti in acciaio DEVE trovare accordi con le case produttrici di programmi di analisi o CAD: non può farlo autonomamente e ciò porta alla costituzione di monopoli di fatto poco desiderabili.

STRUTTURE IN MURATURA E STRUTTURE ESISTENTI
Questo argomento richiede alcune definizioni soprattutto procedurali delle quali, allo stato attuale dei compiti che si è prefisso il SIM, non è ancora previsto lo sviluppo.

Tutte queste informazioni devono poter essere rapidamente estratte dal file IFC con strumenti informatici ad hoc, possibilmente di pubblico dominio, con i quali si possano verificare tutte le informazioni relative al progetto strutturale. Ciò è possibile operando su due livelli. Il primo è quello di sviluppare una libreria di dominio pubblico che fornisca delle API (Application Programming Interface) per consentire agli sviluppatori il rapido sviluppo di applicazioni ad hoc. Il secondo livello è costituito appunto da applicazioni ad hoc scritte da varie software interessate per la estrazione o la post-elaborazione dei dati estratti dal formato IFC. Con questi strumenti tutte, si ripete TUTTE, le informazioni necessarie al deposito del progetto possono essere estratte ed eventualmente presentate nel formato anche sintetico richiesto dalla pubbliche amministrazioni.

Un altro vantaggio di questo approccio, se fosse diffuso tra le software e appoggiato da buildingSmart e dalle pubbliche amministrazioni, porrebbe fine agli “ecosistemi BIM” tramite una operazione “democratica” e cioè che viene dal basso della voce degli utilizzatori e degli sviluppatori italiani di software.

Altro aspetto che va sottolineato, gli “ecosistemi BIM” oggi costringono i produttori di software ad offrire una soluzione piuttosto vasta di problemi in quanto il proprio BIM è un ecosistema chiuso. Se tale sistema si aprisse, soprattutto le softwarehouse più piccole potrebbero sviluppare programmi di post-processing specifici e specializzati. Da rappresentazioni grafiche specialistiche specializzate a computi metrici a verifiche o dimensionamento di particolari aspetti strutturali. Oggi un prefabbricatore non può dimensionare le proprie membrature destinate ad un progetto se non stringe accordi con più softwarehouse che producono le analisi strutturali. Con il formato condiviso (che deve necessariamente contenere informazioni sull'analisi sismica) potrebbe autonomamente operare e nel modo più sicuro e produttivo estraendo dal modello IFC i dati di pertinenza, eventualmente inserendo i propri profili e così completando le informazioni sul progetto. Queste operazioni oggi sono limitate agli ecosistemi BIM dove i più “grandi” sono più costosi e meno flessibili, i più “piccoli” possono non essere completi in tutti gli aspetti necessari del progetto.

La Softing, tra le ditte promotrici del SIM, ha sviluppato un programma informatico “EasyQuill” che consente ad un operatore di scrivere un proprio “template” in modo intuitivo tramite una interfaccia amichevole. Il template contiene tutte le informazioni sulla formattazione di un testo e sui dati da estrarre da un database e riportare in automatico nel testo. Una pubblica amministrazione con questi strumenti potrebbe facilmente mettere a punto il template dei documenti da estrarre da un file openBIM, secondo le proprie specifiche esigenze, con costi di alcune decine di volte inferiori a quelle attuali e con delle possibilità di aggiornamento impensabili con l'approccio attuale.

Immagine in apertura a cura dell'autore.