Sperimentazione per il riconoscimento automatico di elementi parametrici (BIM) da scansioni laser (LIDAR) finalizzata all'analisi agli elementi finiti (FEM)

Emilio Abbate

Sperimentazione per il riconoscimento automatico di elementi parametrici (BIM) da scansioni laser (LIDAR) finalizzata all'analisi agli elementi finiti (FEM).

Rel. Antonia Teresa Spano', Filiberto Chiabrando, Stefano Invernizzi. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città, 2016

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Abstract:	Nell'arco degli ultimi anni, si sta assistendo a un interesse crescente, da parte della comunità scientifica, nello sviluppo di software specializzati nell'individuazione di elementi, sia CAD che BIM, direttamente da scansioni laser provenienti da strumentazione LIDAR. Ciò è dovuto, da un lato, allo sviluppo tecnologico che ha interessato le strumentazioni di rilievo, garantendo facilità d'uso e tempi d'acquisizioni estremamente ridotti, dall'altra, il progresso informatico che ha permesso lo sviluppo di applicativi altamente performanti specializzati nella post-elaborazione di nuvole di punti. In quest'ottica, risulta dunque fondamentale una completa integrazione tra sistemi d'acquisizione di ultima generazione e sistemi BIM. Tuttavia, nella pratica odierna tale integrazione risulta tutt'altro che scontata, ricorrendo talvolta a procedure di modellazione estremamente complesse gestibili esclusivamente da personale altamente qualificato. Le criticità son da ricercarsi soprattutto nel complesso panorama architettonico che costituisce il patrimonio esistente, all'interno della quale gli edifici, soprattutto storici, per via della complessa morfologia che li caratterizza, difficilmente si prestano ad una modellazione di tipo parametrica. Da questi presupposti, dunque, prende spunto la procedura metodologica proposta, con l'obiettivo di coniugare i due settori applicativi - l'acquisizione e gestione delle nuvole di punti tramite metodi della Geomatica e il BIM - attraverso un workflow caratterizzato dall'adozione di applicativi interoperabili, i quali, tramite determinate procedure basate su algoritmi di interpolazione di punti, permettono l'estrazione automatizzata di elementi BIM dalle scansioni laser. Dunque, nel primo capitolo si andrà ad analizzare lo stato dell'arte, descrivendo strumenti, procedure e studi effettuati in quest'ambito. Dopo aver passato in rassegna le ricerche ritenute più significative, utili a indicare valide linee guida per la presente ricerca, si procederà con la sperimentazione delle metodologia proposta sul caso oggetto di studio. A tal proposito, la scelta è ricaduta sul Paraboloide di Casale Monferrato, considerato emblema dell'innovazione ingegneristica di inizio 900. Ai fini della presente ricerca, esso rappresenta un edificio particolarmente congeniale, poiché ci permette di poter verificare la validità della procedura anche in presenza di elementi strutturali caratterizzati da geometrie complesse, come ad esempio pilastri e archi parabolici a sezione variabile. Per tal motivo, lo studio si è concentrato esclusivamente sulla modellazione di una porzione limitata dell'edificio - individuando al suo interno una precisa gerarchia strutturale degli elementi - proprio perché l'obiettivo non è quello di restituire l'edificio nella sua interezza, bensì proporre una procedura dal taglio volutamente metodologico, in cui vengono descritti e illustrati nel dettaglio i vari passaggi effettuati, in modo da poter essere verificata o replicata a posteriori. Molteplici motivi, poi, hanno incoraggiato l'adozione di un approccio BIM: oltre ai vari vantaggi che comporta tale tipo di modellazione, esplicitati nei paragrafi seguenti, non può non essere considerata la direttiva europea che prevede, a partire dal gennaio 2014, l'adozione di software BIM, da parte degli Stati membri, per la progettazione di edifici in ambito pubblico. Dunque, risulta obbligata la scelta di prevedere un flusso di lavoro finalizzato alla restituzione di elementi parametrici BIM, intesi come oggetti "intelligenti" in grado di contenere dati di natura geometria/numerica inerenti l'edificio. Infine, la seconda parte della tesi si focalizza sullo studio dal punto di vista prettamente strutturale del caso studio: oltre a constatare il grado di interoperabilità esistente tra software parametrici e codici di calcolo strutturale, si eseguirà uno studio tramite analisi agli elementi finiti sul modello considerato, concepito in tre differenti configurazioni (3D, 2D, 1D). In tal modo, oltre a verificare i tempi d'elaborazione necessari per ciascuna analisi - sia statica lineare che dinamica modale con riferimento alla normativa tecnica vigente - si valuteranno i risultati ottenuti dalle analisi comparative, potendo così verificare l'esistenza, o meno, di un analogia strutturale tra i modelli esaminati. Abstract in italiano (PDF, 369kB - Creative Commons Attribution) Abstract in inglese (PDF, 289kB - Creative Commons Attribution)
Relatori:	Antonia Teresa Spano', Filiberto Chiabrando, Stefano Invernizzi
Tipo di pubblicazione:	A stampa
Soggetti:	S Scienze e Scienze Applicate > SD Computer software
Corso di laurea:	Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città
Classe di laurea:	NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici:	NON SPECIFICATO
URI:	http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/4812
Capitoli:	INDICE INTRODUZIONE 1. Premessa STATO DELL'ARTE 1.Metodologie e strumenti per il rilievo del costruito 1.1.Introduzione 1.2.Il rilievo dei beni architettonici 1.3.Il progetto di rilievo metrico architettonici 1.4.Rilievo Topografico 1.5.Rilievo Topografico GPS 1.6.Rilievo Fotogrammetrico 1.7.Rilievo Laser Scanning 2.II Building Information Modelling (BIM) 2.1.Dalle origini del CAD alla modellazione parametrica 2.2.Nascita ed evoluzione del BIM 2.3.Principi e vantaggi del BIM 2.4.Elementi parametrici BIM 2.5.BIM 4D, 5D, 6D e 7D: Tempi, Costi, Sostenibilità e Facility Management 2.6.Il BIM per il progetto strutturale e la questione Interoperabilità 2.7.HBIM: il BIM applicato al patrimonio costruito 2.8.Integrazione tra sistemi BIM e strumenti d'acquisizione tridimensionale 3.Il finite Element Method (FEM) 3.1.Introduzione 3.2.Tipi d'analisi strutturale 3.3.Finite Element Method CASO DI STUDIO 1.Introduzione 1.1.Il patrimonio industriale del Monferrato 1.2.La struttura del Paraboloide di Casale Monferrato 2.Fase operativa rilievo 2.1.Introduzione 2.2.Rilievo laser scanner 2.3.Registrazione e allineamento scansioni laser [SCENE®] 3.Elaborazione post-rilievo 3.1.Introduzione 3.2.Metodologia 1: Elaborazione elementi strutturali in EDGEW1SE® 3.2.1.Introduzione 3.2.2.Scenari di progettazione 3.2.3.Operazioni preliminari 3.2.4.Modellazione elementi strutturali 3.2.4.1.Elementi regolari 3.2.4.2.Elementi irregolari 3.2.5.Esportazione modello 3.3.Metodologia 2: Elaborazione elementi strutturali in 3DRESHAPER®/SOL1D WORKS® 3.3.1.Introduzione 3.3.2.Modellazione in 3DRESHAPER® 3.3.2.1.Operazioni preliminari: suddivisione nuvola di punti secondo sistema gerarchico strutturale 3.3.2.2.Pilastro strutturale a sezione variabile 3.3.2.2.1.Filtraggio e riduzione rumore 3.3.2.2.2.Meshatura 3.3.2.3.Trave di bordo 3.3.2.4.Arco parabolico 3.3.3.Modellazione in SOLIDWORKS® 3.3.3.1.Importazione 3.3.3.2.Procedure di conversione MESH/NURNS in SOLIDWORKS® 3.3.3.2.1.Superficie NURBS 3.3.3.2.2.Superficie MESH 3.3.3.3.Modellazione elementi strutturali in SOLIDWORKS® 3.3.3.3.1.Pilastro strutturale a sezione variabile 3.3.3.3.2.Pilastro strutturale secondario e trave di bordo 3.3.3.3.3.Arco parabolico 4.Modellazione BIM 4.1.Introduzione 4.2.Importazione elementi derivanti da EDGEWISE® 4.3.Importazione elementi derivanti da SOLIDWORKS® 4.4.Importazione in famiglia di sistema REVIT® 4.4.1.Pilastro strutturale a sezione variabile primario e secondario 4.4.2.Trave di bordo 4.4.3.Arco parabolico 4.4.4.Volta a sezione parabolica 5.Modellazione FEM 5.1.Introduzione 5.2.Prove preliminari su pilastro a sezione variabile 5.2.1.Importazione modello 3D 5.2.1.1.Impostazione modello 5.2.2.Importazione modello 2D 5.2.2.1.Impostazione modello 5.2.3.Importazione modello 1D 5.2.3.1.Impostazione modello 5.2.4.Valutazione risultati [Peso Proprio] 5.3.Modello 1 [carico lineare copertura su travi] 5.3.1.Introduzione 5.3.2.Importazione configurazione 3D 5.3.2.1.Impostazione modello 5.3.3.Importazione configurazione 2D 5.3.3.1.Impostazione modello 5.3.4.Importazione configurazione 1D 5.3.4.1.Impostazione modello 5.3.5.Valutazione comparativa risultati [Peso Proprio] 5.4.Modello 2 [Gridwork rettangolare] 5.4.1.Introduzione 5.4.2.Il Gridwork a modulo rettangolare 5.4.3.Prove preliminari 5.4.3.1.SA3.1.Gridwork a modulo quadrato 5.4.3.2.Gridwork a modulo rettangolare 5.4.3.3.Valutazione risultati 5.4.4.Implementazione Gridwork in configurazione 1D 5.4.5.Valutazione comparativa risultati [Peso Proprio] 5.5.Modello 3 [Gridwork con diagonale] 5.5.1.Introduzione 5.5.2.Il Gridwork con diagonale 5.5.3.Prove preliminari 5.5.3.1.Gridwork con elemento diagonale 5.5.3.2.Valutazione risultati [Peso Proprio] 5.5.4.Implementazione Gridwork con diagonale in configurazione 1D 5.5.5.Valutazione comparativa risultati [Peso Proprio] 5.6.Analisi dinamica modale 5.6.1.Introduzione 5.6.2.Prove preliminari 5.6.2.1.Impostazione modello 5.6.2.l.1.Configurazione 3D 5.6.2.1.2.Configurazione 2D 5.6.2.1.3.Configurazione 1D 5.6.2.2.Valutazione comparativa risultati preliminari 5.7.Analisi dinamica modale con spettro di risposta 5.6.3.2.Impostazione modelli 3D, 2D, 1D 5.6.3.2.Definizione spettro di progetto 5.6.3.3.Valutazione comparativa risultati 5.7.Analisi statica lineare 5.7.1.Introduzione 5.7.2.Applicazione carichi 5.7.2.1.Carico variabile Neve 5.7.2.2.Impostazione modello 5.7.2.2.1.Carico variabile Vento 5.7.3.Impostazione modello Valutazione comparativa risultati [Peso Proprio + Neve + Vento] CONCLUSIONI ALLEGATI BIBLIOGRAFIA
Bibliografia:	BIBLIOGRAFIA Materiale bibliografico suddiviso per area tematica: GEOMA TIC A AAW. (RINAUDO F.; GUARNIERI A.; VETTORE A.; VISINTINI D.; BONORA V.; TUCCI G.; BINI M.; FORLANI G), Sistemi a scansione per l'architettura e il territorio. /. ALINEA EDITRICE S.R.L., FIRENZE ABBATE O.; SPARACINO R. G.; (2011) Il manuale dell'operatore catastale. ADIERRE EDITRICE, MODICA ARANELLO C.; DAHYOT R. (2012) Shape model fitting algorithm without point correspondence, SCHOOL OF COMPUTER SCIENCE AND STATITISTICS TRINITY COLLEGE, DUBLINO BENIGNO V. (2015) Geomatica e Archeologia Industriale. L'Arco paraboloide di Morano sul Po: aspetti morfologici e dimensionali. Tesi di laurea, POLITECNICO DI TORINO, TORINO BERTOLINI, CLARA; CHIABRANDO, FILIBERTO; SPANO', ANTONIA TERESA (2013) La Geomatica per il progetto di recupero e valorizzazione del Paraboloide di Casale. 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