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PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO CON LA MODELLAZIONE PARAMETRICA AD OGGETTI RELAZIONALI

di Sergio Ronco

Da alcuni anni, con strumenti software che sono in continua evoluzione, gestire in modo completo la progettazione  di una struttura in acciaio comporta il confronto con una pluralità di modelli digitali. Il modello digitale di analisi strutturale e il modello digitale di dettaglio strutturale, insieme, “esauriscono” il contenuto informativo della struttura in acciaio. Lo sviluppo iterativo della progettazione comporta  anche, per le necessarie attività di studio, consultazione e verifica, il confronto dei modelli strutturali con i modelli architettonici e impiantistici che rappresentano i confini e le interfacce del modello di dettaglio strutturale.
Solo per inciso si ricorda che, anche in Italia, a partire dal 1 luglio 2014, le strutture in acciaio per il sistema costruzioni sono soggette agli obblighi di marcatura CE che sono normati dalla EN1090: la garanzia di esecuzione secondo questa norma comporta la gestione di uno specifico contenuto informativo che trova perfetta collocazione nel contenuto informativo del modello digitale di dettaglio. L’argomento sarà oggetto di una specifica trattazione.

I due modelli strutturali di cui sopra hanno finalità e scopi sensibilmente differenti, anche se complementari, e questo definisce le caratteristiche differenti dei software con cui vengono sviluppati i modelli: il modello di analisi strutturale è finalizzato a realizzare una “approssimazione teorica” degli elementi strutturali dell’edificio che permetta di simulare l’interazione tra azioni sollecitanti e reazioni strutturali in termini di tensioni e spostamenti. Il modello, che ha propri specifici vincoli di “congruità ai fini computazionali degli elementi”, è generalmente definito dalle caratteristiche o informazioni delle sole parti principali, demandando poi a una successiva fase di lavoro le verifiche dei nodi di connessione tra parti sulla base dei risultati ottenuti dall’analisi.

Sono disponibili utilità di scambio di informazioni tra i due tipi di modelli, in modo da poter scambiare dati sulle sollecitazioni e informazioni geometriche, ma è necessaria una valutazione di convenienza, dal momento che il modello di dettaglio ha finalità differenti rispetto a quello di analisi. Da esso devono poter essere estrapolate le informazioni per poter costruire fisicamente le strutture, non è più ammessa approssimazione e devono essere invece prese in conto esigenze di “fabbricabilità” delle parti. Il fine ultimo di questo modello è fornire le informazioni ”costruttive” della struttura.

Più specificatamente, nel modello digitale di dettaglio strutturale ogni singola parte della struttura è, a sua volta, un oggetto digitale che contiene sì informazioni ma ha, inoltre, anche una capacità di relazionarsi con gli altri oggetti. Un oggetto bullone, ad esempio, sa che deve cucire degli elementi attraverso dei fori e genera, quindi, i fori nelle rispettive posizioni sui pezzi. Un oggetto saldatura crea delle dipendenze gerarchiche tra parti ed, eventualmente, delle lavorazioni di preparazione sulle parti.

Le informazioni che vengono trasferite sui disegni, quando addirittura non si “tralasci” la fase di restituzione grafica 2D, sono una derivazione diretta del contenuto informativo dei singoli oggetti che costituiscono il modello virtuale della struttura: è il software che si occupa di confrontare gli oggetti, riconoscerli, contarli, attribuire delle marche identificative e posizionare le lavorazioni sugli oggetti, lavorazioni che sono esse stesse oggetti.

Questo è un indubbio vantaggio per la qualità della progettazione perché vengono trasferite agli algoritmi “testati” dei software alcune responsabilità, prima tra le altre la definizione delle informazioni geometriche di fabbricazione. Responsabilità che rientravano – o ancora rientrano, con l’uso di altri metodi – tra quelle dei progettisti di dettaglio. Questo, nei fatti, ha comportato un’importante riduzione della frequenza di errori in fase di fabbricazione e costruzione.

Un chiarimento sul significato di “tralasciare la restituzione 2D” (ovviamente nel caso in cui questa non sia l’oggetto del contratto): dal punto di vista del passaggio delle informazioni dal modello digitale alla fabbricazione è possibile risparmiare la fase di restituzione grafica sostituendola con file, nei quali sono contenute le informazioni da inviare a macchine automatiche per le lavorazioni in officina.
Questa possibilità accorcia sicuramente i tempi del passaggio informativo tra progetto e officina quando per la fabbricazione dei pezzi costituenti si utilizzano macchine a controllo numerico, ed è anche un’abitudine relativamente diffusa.

Rinunciare alla rappresentazione 2D, che comunque si genera con automatismi dei software,  è invece meno immediato quando si devono invece trasferire a un’officina le informazioni relative alla costruzione dei pezzi  “assemblati” per saldatura. Questo, intuitivamente, perché ci si deve confrontare con forme dei pezzi frequentemente poco regolari. E’ tuttavia comunque possibile quando le officine dispongano di  macchine evolute dotate di strumenti di “scribing”. Si tratta di un sistema di scrittura e disegno fisico sui pezzi di acciaio che, utilizzando delle microfrese, permette a una macchina di disegnare sull’acciaio le impronte delle posizioni dei pezzi che dovranno essere assemblati sulla parte principale e annotare a fianco dell’impronta la marca identificativa degli stessi pezzi. Il lavoro dei carpentieri viene enormemente facilitato e anche per le attività di officina, come ulteriore conseguenza, si realizza una riduzione della frequenza degli errori umani di tracciatura.

Bisogna anche aggiungere che, all’interno degli strumenti di modellazione strutturale di dettaglio, sono disponibili molte utilità che trasferiscono una parte del know how di fabbricazione e le mettono a disposizione dei progettisti. Per questo motivo la diffusione dell’ utilizzo di strumenti di Building Information Modeling realizza un’autentica fusione tra i due momenti del ciclo progettazione-costruzione e restituisce al ruolo dei progettisti, insieme alla responsabilità, una parte dell’ingegneria del processo.

Cos’è rimasto da fare al “progettista di dettaglio”? Sono rimaste tutte le responsabilità connesse con la sua  intelligenza e il suo know how, nel vero senso letterale: il sapere come realizzare una connessione, lo scegliere di utilizzare una tipologia strutturale che risponda alle esigenze del costruttore e che sia corrispondente alle ipotesi del modello di analisi strutturale, il progettare con in mente la logistica dei trasporti e del cantiere, fare scelte che ottimizzano i costi e i tempi del progetto.

Ci sono tuttavia dei nuovi rischi legati alla modellazione parametrica ad oggetti: si tratta di alcune criticità che sono intrinseche all’uso di strumenti integranti automatismi di modellazione e che sono invece meno frequenti nella progettazione tradizionale eseguita “ a mano”. E’ assolutamente banale, e anche rapido, generare grazie alle macro dei software il modello di una struttura, già apparentemente completa di dettagli, senza che questa abbia attraversato tutti i passaggi di calcolo, verifica, validazione necessari.
Per evitare questi rischi, tutt’altro che banali per il loro potenziale esito, è assolutamente necessario corredare i progetti ed i modelli di un set di informazioni molto specifico per definire gli usi per cui l’impiego delle informazioni contenute nel modello è autorizzato.