BIM nel settore delle camere bianche e dei laboratori come risposta alla digitalizzazione dell'edilizia

Fig. 1: Connessione tra open-BIM e closed-BIM. © 2022 Kelvin Reinraumsysteme GmbH – Tutti i diritti riservati

Fig. 2: Calcolo della rete di raffreddamento di un singolo gruppo spaziale. © 2022 Kelvin Reinraumsysteme GmbH – Tutti i diritti riservati

Fig. 3: Ruoli BIM © 2022 Kelvin Reinraumsysteme GmbH – Tutti i diritti riservati

Fig. 4: L'edificio Feringa come modello 3D nativo in un software compatibile BIM. © 2022 Kelvin Reinraumsysteme GmbH – Tutti i diritti riservati

Tabella 1: Compiti dei ruoli BIM

Kelvin Reinraumsysteme GmbH ha adottato fin dal 2017, come una delle prime aziende, la concreta implementazione del BIM nel settore dei sistemi di ambienti controllati e dei laboratori. Building Information Modeling è un metodo in cui le singole discipline collaborano digitalmente e si connettono tra loro in un progetto edilizio. In particolare, le elevate esigenze dei progetti di ambienti controllati rendono il metodo BIM quasi indispensabile.

Ma cos'è esattamente il BIM e come può aiutare a gestire un progetto edilizio in modo più efficiente?
In breve e in modo conciso, Building Information Modeling (BIM) è la digitalizzazione del settore edilizio. Si riferisce alla pianificazione, alla costruzione e alla gestione degli edifici tramite informazioni digitali – in parte virtuali – relative all'intero ciclo di vita dell'edificio. Il BIM non è un singolo software, ma un metodo di lavoro complessivo che facilita enormemente lo scambio di informazioni e, di conseguenza, la collaborazione tra tutte le discipline coinvolte.

Motivazione:

Per molti, il BIM rappresenta ancora il lato oscuro della luna, da esplorare. Entrate a bordo dello shuttle BIM e preparatevi a nuove possibilità nella gestione dei progetti edilizi. Già ci sono numerose testimonianze di successo da tutto il mondo, che fungono da motivazione tanto quanto questo articolo. La paura è l'oscurità dentro di noi, finché qualcuno non avanza con una piccola luce e indica la strada. È importante riconoscere questa luce e trarne beneficio. Il BIM è il futuro! Dobbiamo solo riconoscerlo e usarlo correttamente.

Il valore del BIM

Ora che la definizione di BIM è chiara, naturalmente ci si chiede quale beneficio possa offrire nel settore dei sistemi di ambienti controllati e dei laboratori. Questo articolo considera sia la pianificazione stessa, sia l'esecuzione, ovvero il processo di costruzione con il BIM. Già dalla fase di pianificazione è necessario un certo cambio di mentalità, se si segue la metodologia BIM. Fino ad ora, le pianificazioni in 2D o 3D, dopo la fase di costruzione, sono state archiviate e raramente riutilizzate. I modelli BIM vengono riutilizzati durante tutto il ciclo di vita di un ambiente controllato o di un laboratorio, considerando il livello di dettaglio (LOD), il livello di necessità di informazioni (LOIN), il livello di informazioni (LOI) e il livello di geometria (LOG). Oltre al modello 3D, vengono considerati anche dati temporali (4D), costi (5D), simulazioni (6D) e gestione degli impianti (7D), facendo riferimento alla norma VDI 2552 foglio 3, e possono essere collegati direttamente al modello. Pertanto, è necessario includere aspetti come la pianificazione temporale e dei costi, nonché i punti di misurazione per le future verifiche di qualificazione. Anche le informazioni rilevanti per le manutenzioni future – come i numeri di articolo dei pezzi di ricambio – devono essere considerate.

Per progetti più grandi, come complessi edilizi, viene inoltre pianificata nel modello la rimozione successiva dell'edificio, ovvero il processo coordinato di demolizione. Per realizzare tutto ciò, il modello BIM viene fornito con le informazioni desiderate e può successivamente essere messo a disposizione, ad esempio, per la gestione degli impianti (FM). Tutte le informazioni, come calcoli, schede tecniche, dettagli dei componenti, processi temporali e di costo, e simulazioni di sequenza di costruzione, sono archiviate in un unico file, un modello BIM 3D, e possono essere riutilizzate per ulteriori pianificazioni, modifiche o demolizioni, se necessario.

Le informazioni, l'aspetto temporale dello scambio di dati (Data Drop), i casi d'uso del BIM e gli obiettivi del committente sono inizialmente definiti nella richiesta di informazioni del committente (AIA) e successivamente nel piano di gestione del progetto BIM (BAP) secondo VDI 2552 foglio 10. Il BAP, chiamato anche specifica di incarico, è un documento contrattuale. Per progetti GMP, alcuni punti della User Requirements Specification (URS) possono essere integrati nel BAP. Da un punto di vista legale e tecnico, si consiglia di separare l'AIA come documento BIM e la URS come documento GMP, e di unire i contenuti di entrambi solo durante la redazione del BAP.

Il beneficio per progetti nel settore ambienti controllati e laboratori è quindi il seguente:

– Garantire la sicurezza dei costi delle prestazioni edilizie tramite aggiornamenti modellistici dei piani temporali e di costo
– Aumentare la qualità della pianificazione grazie a un modello 3D calcolabile e all'applicazione degli standard di costruzione
– Migliorare e strutturare i processi di progetto
– Ottimizzare la progettazione di impianti tecnici
– Prefabbricazione, ad esempio, di linee di tubazioni e schemi di iniezione dal modello 3D
– Consegna digitale dei dati definiti per l'esercizio e la manutenzione
– Supporto alla partecipazione pubblica
– Meno richieste di varianti
– Riutilizzo del modello BIM in caso di riprogettazione, ampliamento, demolizione, con conseguente risparmio di tempo e costi

BIM – BIM

Importante quanto l'uso del BIM è anche la definizione e la decisione tra open-BIM, closed-BIM, little-BIM e Big-BIM. Infatti, all'inizio di un progetto BIM si distingue tra queste modalità. Ma perché si fa ancora una distinzione tra closed-BIM e open-BIM? Il principio del BIM è anche la collaborazione condivisa all’interno di un progetto. I vantaggi complessivi del BIM si manifestano solo se si lavora insieme al successo del progetto, piuttosto che beneficiare esclusivamente di vantaggi personali. Per poter condividere un modello comune, devono essere messe a disposizione strumenti adeguati e interfacce definite. Nell'esempio di open-BIM rispetto a closed-BIM, si utilizza uno standard e workflow neutrali rispetto al software. Ogni partecipante decide autonomamente quale software usare. Il formato di scambio comune è, ad esempio, IFC (Industry Foundation Classes) secondo DIN EN ISO 16739.
Nel caso di closed-BIM, viene imposto un fornitore di software per tutti i partecipanti, che devono lavorare secondo le stesse regole e workflow. Tuttavia, questa imposizione comporta rischi, ad esempio, quando strumenti utilizzati (come quelli per calcoli statici) non rispettano le linee guida di scambio dati di closed-BIM a causa di mancanza di interfacce, impedendo una consegna fluida nel sistema previsto. Nel settore degli ambienti controllati e laboratori, dove si utilizzano molti strumenti diversi per calcoli di impianti di raffreddamento, ventilazione, pressione ambientale e distribuzione della luminanza, la scelta tra le varie opzioni deve essere ponderata attentamente.

Il software

Come già accennato, il BIM non è un software, ma sono necessari software specifici per realizzare progetti BIM. In particolare, l'implementazione di prodotti software nelle strutture aziendali consolidate rappresenta una delle maggiori sfide. Gli sforzi di implementazione, i costi di software e formazione, i nuovi approcci e lo sviluppo di componenti proprie sono solo alcuni degli aspetti da considerare obbligatoriamente.

Il principio fondamentale è: «Più sono strutturati i processi interni prima dell'implementazione, più semplice sarà l'esecuzione». Per molti partecipanti ai progetti e alla pianificazione, tutto ciò rimane ancora un grande mistero – proprio come il lato oscuro della luna. È importante avere la motivazione di esplorare nuove strade, considerando anche il beneficio del BIM per l'azienda e il progetto, e di intraprendere il viaggio avventuroso dello shuttle BIM per scoprire nuove possibilità.

Oltre al software principale, chiamato anche software di authoring, sono necessari, a seconda del livello di dettaglio richiesto, anche altri strumenti per la collaborazione con altre aziende. Considerando che un progetto edilizio coinvolge molte aziende e subappaltatori, devono essere stabilite regole interdisciplinari. Una di queste riguarda la collaborazione in cloud, chiamata anche CDE (Common Data Environment) secondo DIN SPEC 91391 parti 1 e 2, dove viene archiviato il modello 3D centrale e sincronizzato regolarmente con le copie di lavoro dei vari progettisti. Questa procedura garantisce che tutti i partecipanti abbiano sempre accesso alla versione più aggiornata del progetto. La CDE permette anche di inviare documenti per revisione e approvazione. La tradizionale approvazione con penna e timbro viene sostituita dall'approvazione tramite CDE, considerata legalmente vincolante e che spesso risparmia molto tempo.

Kelvin Reinraumsysteme GmbH utilizza le funzionalità di una CDE per comunicare con tutti i partecipanti alla pianificazione e ottenere le approvazioni dei piani. Poiché ci sono ancora partecipanti che non usano software BIM, ma le cui competenze sono comunque essenziali, Kelvin Reinraumsysteme GmbH offre un ambiente collaborativo in cui possono essere implementati anche file IFC (Industry Foundation Classes) di subappaltatori o altri partecipanti. I file IFC possono essere generati da molti software non BIM. In questo modo, modelli 3D nativi del software di authoring vengono combinati con modelli IFC per eseguire verifiche di clash detection e controllare le regole di modellazione. In ambienti di ambienti controllati e laboratori, dove la densità tecnica è molto elevata, collisioni e modifiche possono essere segnalate e visualizzate direttamente e senza grandi perdite di tempo tramite la CDE, ad esempio usando il formato di collaborazione BIM (BCF).

Ruoli BIM

Il BIM richiede nuovi compiti e responsabilità per tutti i partecipanti al progetto, che si riflettono anche nelle denominazioni. Si parla, tra l’altro, di coordinatori BIM, manager BIM e costruttori BIM.

I ruoli più comuni sono indicati nella VDI 2552-7 e DIN EN 19650-1 come Gestori delle informazioni e Coordinatori delle informazioni. Spesso – ma non sempre – si tratta delle consuete modalità di gestione del progetto, solo in combinazione con la metodologia BIM. Una netta separazione dei ruoli nel senso del BIM è difficile da realizzare in progetti più piccoli, dove una persona può ricoprire più ruoli BIM. La tabella seguente mostra una distribuzione semplificata dei ruoli e delle relative responsabilità in un progetto BIM per ambienti controllati.

Tabella 1: Compiti dei ruoli BIM

Contrattualistica

In futuro, la metodologia BIM deve essere considerata e integrata anche nella stesura dei contratti tradizionali. Come emerso dai ruoli BIM descritti, spesso si delineano nuovi ambiti di responsabilità che devono essere inseriti nei documenti contrattuali, generando anche nuove regole di remunerazione. Non ci sono ostacoli insormontabili nell’applicare il BIM nel rispetto della normativa edilizia vigente, poiché le modifiche necessarie possono essere inserite nei contratti. Inoltre, ogni progetto BIM ha il BAP, che riflette gli obiettivi del committente e su cui si basa la definizione di compensi e prezzi. Tuttavia, è consigliabile adeguare le norme VOB/A, VOB/B e VOB/C secondo la metodologia BIM, per garantire sicurezza in questioni legali complesse.
Per l’applicazione della HOAI, come per la VOB, devono essere redatti documenti aggiuntivi, chiamati condizioni particolari di contratto BIM (BIM-BVB), considerati come condizioni quadro BIM, poiché sia HOAI che VOB sono redatti in modo metodologicamente neutro.

È importante discutere anche delle implicazioni legali di errori di pianificazione e di esecuzione con il BIM, nonché dei diritti d’autore sui componenti BIM e sui modelli BIM stessi, e in che misura le basi legali attuali siano applicabili. Potrebbero essere necessari aggiunte ai contratti o alle condizioni BIM-BVB. In particolare, considerando la responsabilità delle prestazioni BIM basate su un modello complesso, si deve valutare in che modo siano responsabili le figure BIM. Ad esempio, ci sono conseguenze rilevanti nel classificare le prestazioni come servizi o lavori ai fini della responsabilità tra le parti. Indipendentemente dalla colpa, il contraente risponde solo in caso di contratti di lavoro con successo.

Use Case

A titolo di esempio pratico, si presenta un caso attuale di un progetto di Kelvin Reinraumsysteme GmbH:

La Rijksuniversiteit Groningen (RUG) sta costruendo, in onore del premio Nobel Prof. Dr. Ben Feringa, un nuovo edificio di ricerca di oltre 62.000 m2, lungo 260 metri e largo 63 metri, destinato alla formazione tecnica e alla ricerca nel settore Beta. Con questa iniziativa, l’università intende continuare a contribuire ai principali settori di ricerca internazionale come ingegneria chimica, nanotecnologia, ricerca sui materiali e astronomia.

Nei sistemi di ambienti controllati e laboratori presenti al suo interno, si studieranno tematiche legate allo spazio, nanotecnologia, semiconduttori e litografia. Kelvin Reinraumsysteme GmbH si presenta come general contractor per gli ambienti controllati e i laboratori, nonché per la loro realizzazione e gestione tecnica.

Oltre a numerosi spazi di ricerca, nel nuovo edificio verranno costruiti ambienti controllati per i gruppi di ricerca Zernike & Stratingh e SRON. Ad esempio, il laboratorio Zernike & Stratingh, di oltre 1000 m2, sarà in gran parte realizzato con elementi in vetro, consentendo di osservare dall’esterno sia il lavoro all’interno del laboratorio sia la tecnologia nel settore del plenum.

L’intero edificio, e in particolare gli ambienti controllati e i laboratori, sono pianificati e realizzati con il metodo BIM fin dall’inizio. Inizialmente, Kelvin Reinraumsysteme GmbH ha definito le condizioni tramite AIA (Richiesta di Informazioni del Committente), BAP (Piano di Gestione del Progetto BIM) e IDM (Manuale di Consegna delle Informazioni). Successivamente, si è passati alla pianificazione e alla collaborazione centrale con altri membri del progetto.
Kelvin Reinraumsysteme GmbH utilizza processi propri, come MVD (Model View Definition) e IDM, e contenuti BIM intelligenti. Con soluzioni software specifiche, è possibile creare simulazioni di sequenza di costruzione e verifiche di clash tra discipline. La CDE supporta tutti i partecipanti nel lavorare insieme in un luogo centrale.

Per la risoluzione tecnica, Kelvin Reinraumsysteme GmbH utilizza lo standard IFC in combinazione con BCF (BIM Collaboration Format). Quello che prima erano liste Excel ingombranti, ora può essere rappresentato in modo più preciso e dettagliato grazie a BCF. In ambienti di ambienti controllati e laboratori, dove spesso si verifica un’elevata densità di installazioni, è fondamentale mantenere un collegamento con il modello e con la realtà.

Per tutti i componenti pianificati nei sistemi di ambienti controllati e laboratori, vengono archiviati nel modello BIM schede tecniche (collegamento a una cloud interna e conforme al GDPR), accessibili dal personale del laboratorio, tecnici di manutenzione, facility management, utenti o committenti tramite qualsiasi dispositivo con accesso a Internet, come tablet, smartphone o laptop.

Conclusione:

Kelvin Reinraumsysteme GmbH ha già realizzato alcuni progetti con BIM. Senza l’eccellente team di ingegneri e pianificatori, una realizzazione così integrata non sarebbe stata possibile.