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Sosello, Diego Giuseppe

Un approccio parametrico per l’analisi energetico-ambientale : sviluppo di un tool a supporto della progettazione architettonica computerizzata.

Rel. Valerio Roberto Maria Lo Verso, Chiara Aghemo. Politecnico di Torino, Corso di laurea specialistica in Architettura, 2013

Questa è la versione più aggiornata di questo documento.

Abstract:

Dall’inizio della storia, il disegno manuale ha costituito il fondamento per la rappresentazione dei dati relativi al progetto architettonico, indispensabili ai fini della concreta realizzazione del manufatto edilizio.

Nel tempo, si sono succeduti numerosi stili architettonici caratterizzati da particolari forme geometriche, rapportate secondo predefinite logiche di articolazione; tuttavia, solo negli ultimi cinquant’anni è stato possibile trascendere i limiti formali del passato.

Infatti, grazie allo sviluppo tecnologico della scienza digitale, i disegni 2D e 3D hanno subito un processo evolutivo tale da definire le nuove basi della rappresentazione, determinando l’attuale tendenza all’adozione di complessi sistemi tridimensionali, in grado di mutare il ruolo radicato del disegno nella progettazione.

I primi passi verso l’evoluzione digitale ebbero luogo a partire dal 1960, quando fu resa possibile la rappresentazione di un insieme di forme poliedriche (definite da un volume che racchiude un insieme di superfici) per scopi di visualizzazione. Esse potevano essere impiegate per comporre un immagine, ma non per progettare forme più complesse.

Nel 1973 fu introdotta la modellazione solida, grazie a diversi studi proposti nell'Università di Cambridge,a Stanford e all’Università di Rochester (rif:A. OSELLO, Il futuro del disegno con il BIM per ingegneri e architetti).

Una svolta importante si ebbe tra la fine degli anni ‘70 e l’inizio degli anni ‘80, quando i sistemi CAD incrementarono le abilità di base, consentendo la creazione di modelli di edifici mediante la modellazione solida. Furono le industrie aerospaziale e manifatturiera a cogliere i potenziali benefici dei sistemi CAD, collaborando con le software house per determinarne l’implementazione in termini di capacità di analisi integrata e di riduzione degli errori.

Nell’ambito delle costruzioni tale potenzialità non fu riconosciuta, tuttavia i software vennero impiegati per il disegno architettonico digitale, focalizzando l’attenzione sulla rappresentazione dei manufatti nella progettazione, non sull’intero processo edilizio.

A partire dalla fine del 1980, l’introduzione della modellazione parametrica, in principio rivolta agli impianti meccanici, ha favorito una rilevante evoluzione nel processo di progettazione, grazie alla possibilità di effettuare un mutamento automatico della forma e dell’insieme delle componenti geometriche al variare del contesto.

Nel 1986 Graphitoft introdusse il primo VirtualBuilding Solution, Archi-CAD, il quale consentiva di compiere una rappresentazione tridimensionale del proprio progetto anziché il tradizionale disegno bidimensionale. In tal modo era possibile immagazzinare una grande quantità di dati (la geometria, i dati spaziali, ecc.) all’interno del modello dell’edificio.

Nel 2002 è stato coniato l'acronimo BIM (Building Information Modelling) per descrivere l’approccio simultaneo alla progettazione virtuale e all’edificazione (rif: A. OSELLO, Il futuro del disegno con il BIM per ingegneri e architetti).

Nell’epoca in cui viviamo, i sistemi CAD (Computer Aided Design) sono divenuti obsoleti, in rapporto ad un mondo connotato da un elevato numero di dati e di complessità in cui diviene sempre più difficile compiere le analisi e la rappresentazione mediante gli strumenti tradizionali. E’ quindi necessario apprendere le opportune tecniche teorico-pratiche che consentano di compiere una corretta interpretazione di tale complessità.

La formazione sta quindi mutando linguaggio e strumenti, attraverso modellatori in grado di realizzare, in modo semplice, superfici complesse, adottando un approccio computazionale per indagare il progetto di architettura e di design.

Con l’aiuto della verifica tridimensionale di ogni elemento del progetto, si mira a migliorare la qualità e lo scambio dei dati tra le parti, riducendo il numero degli errori, aumentando l’efficienza del processo progettuale e assicurando che il risultato finale sia conforme agli obiettivi.

La tecnologia per la modellazione digitale, oggigiorno, ha un grandissimo impatto sulla pratica professionale. Strumenti parametrici come Grasshopper, un plug-in del programma CAD Rhino, consentono di assumere un approccio più scientifico -matematico nel progetto di architettura e design, facilitando la comprensione delle dinamiche coinvolgenti l’oggetto di interesse. A differenza dei tradizionali software di progettazione, tale plug-in consente di generare forme tridimensionali complesse modificabili in tempo reale, con vantaggi immediati in termini di controllo delle geometrie e dei parametri richiesti.

D’altro canto, le recenti disposizioni legislative in tema di certificazione energetica e del perseguimento di comfort negli edifici, affiancate dai principi di sostenibilità e compatibilità ambientale, hanno fatto si che l’edificio sia diventato un oggetto sempre più complesso da pianificare e da gestire.

Pertanto, diviene indispensabile adottare applicazioni software in grado di migliorare, in termini di efficienza e velocità, la gestione dell’articolata compagine di esigenze e requisiti coinvolgenti il progetto architettonico e si rendono necessari strumenti che consentano lo scambio dei dati tra differenti applicazioni.

Per tale ragione, date le eccezionali potenzialità ed il fascino dell’inedita sperimentazione parametrica, è stato istintivo per me associare l’impiego di Grasshopper alle complesse valutazioni fisico-tecniche, al fine di ottimizzare l’attività progettuale attraverso la modellazione parametrica e l’interoperabilità tra software relativi a differenti discipline: il risultato finale è un Tool, sviluppato in Grasshopper per il programma CAD Rhino, in grado di rendere simultanea la fase di progettazione e di analisi energetico-ambientale, agevolando così la mansione del tecnico/architetto in termini di valutazione/controllo degli standard richiesti e di conseguimento di una considerevole numero di output. Il Tool sviluppato nel lavoro di tesi si interfaccia con un add-on esistente (Diva for Rhino) che permette di gestire, con due software esistenti (EnergyPlus e Daysim), le simulazioni energetiche ed illuminotecniche.

Dalle planimetrie 2D,una volta compilati i parametri geometrici e fisico-tecnici di input, è automaticamente sviluppato il modello tridimensionale, su cui è possibile effettuare modifiche in tempo reale e con un semplice comando di avvio, compiere o aggiornare l’analisi termica e illuminotecnica, velocizzando notevolmente la procedura di progettazione.

Relatori: Valerio Roberto Maria Lo Verso, Chiara Aghemo
Soggetti: O Opere generali > OF Normativa
S Scienze e Scienze Applicate > SD Computer software
S Scienze e Scienze Applicate > SJ Illuminotecnica
Corso di laurea: Corso di laurea specialistica in Architettura
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3178
Capitoli:

Indice

1. Introduzione

2. Inquadramento legislativo

2.1 Normativa in tema di certificazione energetica degli edifici

2.1.1 Quadro legislativo attuale

2.1.2 Il DPR 59/09

2.1.3 Certificazione energetica nazionale

2.1.4 Disposizioni attuative della LR13 28/05/2007 (Regione Piemonte)

2.1.5 Certificazione energetica regionale

2.1.6 Sintesi dei requisiti

2.2 Normativa illuminotecnica

2.2.1 Comfort ambientale legato alla luce naturale

2.2.1.1 Il fattore di luce diurna (FLD)

2.2.1.2 Protocollo Itaca

2.2.1.3 Certificazione LEED

2.2.1.4 Daylight Autonomy (DA)

2.2.2 Valutazione dei consumi energetici legati all’illuminazione artificiale

2.2.2.1 UNI EN 15193/2008

3. La modellazione computazionale

3.1 CAD - Computer Aided Design

3.2 BIM - Building Information Modelling

3.3 La modellazione parametrica

3.3.1 Gli algoritmi

3.4 Rhinoceros + Grasshopper

4. Sviluppo di un tool per Grasshopper per analisi energetico-ambientali

4.1 Metodo per la rappresentazione delle planimetrie

4.2 Input

4.2.1 Parametri geometrici

4.2.2 Parametri finalizzati all’analisi termica

4.2.3 Parametri finalizzati all’analisi illuminotecnica

4.3 Organizzazione modello 2D

4.3.1 Superfici/Perimetri

4.3.2 Finestre

4.3.3 Superfici locali interni

4.4 Organizzazione modello 3D

4.4.1 Rappresentazione tridimensionale dell’edificio

4.4.2 Definizione degli appartamenti

4.4.3 Struttura dei locali interni

4.5 Tipologie di visualizzazione

4.6 Selezione delle analisi energetico- ambientali

4.7 Analisi termica

4.8 Analisi illuminotecnica

4.9 Visualizzazione dei risultati (Output)

4.10 Vantaggi/ Svantaggi del Tool

5. Esempio applicativo del Tool

5.1 Importazione delle planimetrie e compilazione dei dati di input

5.2 Schede relative all'analisi termica

5.3 Schede relative all’analisi illuminotecnica (FLDm, LEED)

5.4 Schede relative all’analisi illuminotecnica (DAm)

5.5 Considerazioni finali sui risultati

6. Conclusioni

Glossario

Bibliografìa

Bibliografia:

D. DONATO, Contaminazioni creative digitali. Trascrizioni di una complessità algoritmica attraverso Rhino-Grasshopper, Spatialconnection, Viterbo 2012

A. TEDESCHI, Architettura parametrica. Introduzione a Grasshopper, Le Penseur, Brienza 2010

M. HEMMERLING, A.TIGGEMANN, Digital Design Manual, DOM, Berlin 2011

A.OSELLO, Il futuro del disegno con il BIM per ingegneri e architetti, Dario Flaccovio Editore, 2012

C. EASTMAN, P. TEICHOLZ, R. SACKS, K. LISTON, BIM Handbook. A guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers, and Contractors, John Wiley & Sons, Oboken, New Jersey 2008

Z. KHABAZI, Generative Algorithms using Grasshopper, 2010, <http://www.grasshopper3d.com/page/tutorials-l>

S. KRISH, “A practical generative design method”Computer-Aided Design 43 (2011), pg. 88-100

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X. SHI, W. YANG, "Performance-driven architectural design and optimization technique from a perspective o/architects”. Automation in Construction 32 (2013), pg.125-135

A. LEITAO, L. SANTOS, J. LOPES, “Programming languages for generative design: a comparative study”. International Journal of Architectural Computing 10, pg. 139-162

DIGITAL CONSTRUCTION, 3D Working method 2006, bips, Bailer up, Denmark 2007

M. FRASCAROLO (a cura dì), Illuminotecnica: manuale di progettazione, Mancosu Editore, Roma 2010

S. LUPICA SPAGNOLO, Classe energetica degli edifici: le procedure di calcolo secondo le norme UNIATS 11300-1,-2,-3, Maggioli Editore, Santarcangelo di Romagna 2011

L. RAIMONDO, La procedura di certificazione energetica: dal sopralluogo all'attestato, Maggioli Editore, Santarcangelo di Romagna 2012

A. PAYNE, R. ISSA, Grasshopper Primerfor version 0.6.0007, <http://www.grasshopper3d.com/page/tutorials-l>

Tesi

S. MARTOGLIO,N.ORSINI, Tate evolutionary solver installation: processo di composizione parametrico evolutivo,Tesi di Laurea, Facoltà di Architettura II, Politecnico di Torino, a.a. 2011/2012. Relatori: Cesare Griffa, Paolo Mollano

B. BALZANI, Certificazione energetica nella regione Piemonte: dopo il 1 ottobre 2009, Tesi di Laurea, Facoltà di Architettura II, Politecnico di Torino, a.a. 2008/2009. Relatrice: Valentina Serra

S. CAMPISI, Operatic Operations: l'applicazione di tecniche di modellazione parametrica al progetto di una nuova Opera House ad Istanbul,Tesi di Laurea, Facoltà di Architettura II, Politecnico di Torino, a.a. 2010/2011. Relatore: Paolo Mellano

M. AMELA, Architettura bioclimatica ecoparametrica: la ventilazione di un edificio scolastico mediante il controllo dinamico dell'effetto camino, Tesi di Laurea, Facoltà di Architettura II, Politecnico di Torino, a.a. 2011/2012. Relatore: Mario Grosso, correlatore: Cesare Griffa

O. LESHA, Building Information Modeling e progettazione sostenibile. Modellizzazione parametrica e simulazione energetica di edifici a energia quasi zero,Tesi di Laurea, Facoltà di Architettura I, Politecnico di Torino, a.a. 2011/2012. Relatore: Massimiliano Lo Turco, correlatore: Vincenzo Corrado

M. PALMA, M. SAROTTO, Loudness. Progettazione algoritmico-evolutiva di una conchiglia acustica per un palco rock,Tesi di Laurea, Facoltà di Architettura II, Politecnico di Torino, a.a. 2012/2013. Relatrice: Chiara Aghemo,correlatori: Arianna Astolfi,Mario Sassone,Tomas Ignacio Mendez Echenagucia, Marco Carlo Masoero

Sitografia

www.grasshopper3d.com

wwwjdiva4rhino,com.

www.food4rhino.com

www.lab.modecollective.nu

www.designcoding.net

www.grasshopperresources.biogspot.it

www.arquitecturadevoltereta.wordpress.com

www.intelligentformation.wordpress.com

www.sketchesofcode.wordpress.com

www.yazdanistudioresearch.wordpress.com

www.code.aigorithmicdesign.net

www.liftarchitects.com

www.sapere.it

www.wikipedia.org

www.treccani.it

www.anit.it

www.regione .piemonte .it

www.edilclima .it

www.rockwool.com

www.edilportale.com

www.uni.com

www.bim-modeling.blogspot .com

www.daysim.com

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