L'edilizia del futuro a Klimahouse 4.0

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L’edilizia   del                        futuro             a
Klimahouse 4.0
Il 7 ottobre 2021, Fiera Bolzano ha ospitato la seconda
edizione di Klimahouse 4.0 “Digitalization meets
Sustainability”, curata dall’Architetto David Calas, in
collaborazione con digitalBAU 2022 (Messe München), Agenzia
CasaClima, Fraunhofer Italia e Fondazione Architettura Alto
Adige. Durante questa sorta di “viaggio” verso l’edilizia del
futuro, sulla trasformazione digitale nel mondo dell’edilizia,
i nuovi trend tecnologici e digitali a servizio delle
costruzioni e la loro implementazione in fase di
progettazione, costruzione e manutenzione: dal Bim alla stampa
3D, dall’IoT (Internet of Things) all’intelligenza
artificiale, fino alla realtà aumentata, sono intervenuti:

     Prof. Ivan Bocchio, Managing Director Research, Cattedra
     Architecture and Building Process, ETH Zürich
     (Politecnico federale di Zurigo): Dal rinascimento alle
     tecnologie digitali del nostro presente.
     Arch. Cristina Greco, Founder Unlimited-Studio e BIM
     Manager: Limiti, vantaggi e nuove opportunità della
     narrazione sostenibile digitale.
     Arch. Mathilde Marengo, PhD – IAAC Head of Studies
     Advanced Architecture Group – Institute for Advanced
     Architecture of Catalonia IAAC: Advanced Architecture,
     innovation in construction.
     Nicola Piazza, Amministratore Delegato Würth Italia
     (Main Sponsor): HoloProject
     Prof. Dr.-Ing. Steffen Feirabend – Professore di
     Progettazione e Costruzione digitale all’Università di
     Scienze Applicate di Stoccarda, responsabile del
     Laboratorio di Costruzione digitale e procuratore della
     Werner Sobek AG: Sustainability and Digitalization – a
     contradiction?
Arch. Mariana Popescu, PhD Assistant Professor of
     Parametric Structural Design and Digital Fabrication at
     the Faculty of Civil Engineering and Geosciences at
     Delft University of Technology (TU Delft): Digital
     fabrication and innovation in construction.

Digitalizzazione e sostenibilità
sono una necessità se parliamo di
edilizia del futuro
Il messaggio è chiaro: la digitalizzazione e la sostenibilità
dell’edilizia non sono un’opportunità, sono una necessità.
Soprattutto se si parla di edilizia del futuro. In Europa, il
settore delle costruzioni assorbe il 35% dell’energia,
rilascia il 35% di CO2, consuma il 45% delle risorse e produce
il 54% rifiuti. In compenso, la produttività dell’edilizia è
più bassa di quella dell’agricoltura (secondo Re.Lab, ponendo
a 100 quella del 1964, nel 2017 era a quota 89, mentre quella
della manifattura era pari a 253). Un bilancio davvero
insostenibile, considerando la crescita demografica e il costo
delle materie prime e dell’energia.

Una delle cause di questa situazione è la scarsa applicazione
delle nuove tecnologie digitali, come già sottolineava il
rapporto di ricerca McKinsey Reinventing Construction: A Route
To Higher Productivity, del 2017, raccomandando, tra l’altro,
l’adozione di sistemi di produzione modulare, l’impiego di
soluzioni costruttive standardizzate e un maggiore impiego
della prefabbricazione.

I sistemi di progettazione Bim e i macchinari flessibili
tipici dell’Industria 4.0 possono aumentare la produttività
dell’industria edile da cinque a dieci volte (secondo Ezio
Micelli, ReBuild, i costi possono ridursi dal 25 al 33% e i
tempi di consegna dal 30 al 50%). La digitalizzazione può
contribuire allo snellimento delle procedure burocratiche e
aumentare la trasparenza e accelerare i processi, come quello
di approvazione del permesso di costruzione. Che, secondo i
dati elaborati dalla Banca Mondiale, rappresenta il 25% e più
del costo di un edificio. La digitalizzazione facilita la
gestione dell’architettura nell’intero ciclo di vita
dell’opera e accelera l’allineamento degli strumenti
finanziari e normativi con i parametri di sostenibilità
sociale, governativa e ambientale di lungo termine.

Building Information Modeling
La progettazione nel settore delle costruzioni ha attraversato
molti cambiamenti di approccio e di strumenti operativi: dalla
progettazione assistita, prima a due dimensioni poi
tridimensionale, alla progettazione parametrica per oggetti,
prima quantitativa poi qualitativa. Fino ad approdare al
Building Information Modeling (Bim), che può essere definito
come un modello di sintesi di un’opera (edificio,
infrastruttura, ecc.) composto da tutti i dati provenienti
dalle diverse discipline che concorrono alla sua
realizzazione.

Un approccio in cui progetto architettonico, strutturale,
impiantistico, caratteristiche e proprietà di materiali,
componenti e sistemi, pianificazione delle fasi di
realizzazione, tempistiche e costi di esecuzione, opere di
manutenzione, vengono considerati in maniera organica come
parte di un unico processo che considera l’intero ciclo di
vita del manufatto, con l’obiettivo di mitigare i rischi,
prevenire e ridurre le possibilità di errore e ottimizzare i
processi di esecuzione, verifica e controllo, minimizzare gli
impatti e le pressioni ambientali, ridurre tempi e costi. In
una parola, creare valore e qualità nelle costruzioni.

La road map italiana per il BIM
In Italia, la road map segnata dal decreto del ministero delle
Infrastrutture n. 560 del 1° dicembre 2017, che ha reso
progressivamente obbligatorio l’uso della metodologia Bim
negli appalti pubblici, va avanti: dal primo gennaio 2020,
l’obbligo scatta dalla nuova soglia di 50 milioni di euro.
L’abbassamento delle soglie di anno in anno porterà l’obbligo
di indire i bandi in Bim per la realizzazione o
riqualificazione di opere pubbliche per qualsiasi tipologia di
lavoro a partire dal 2025.

E’ chiaro che occorrono figure e competenze professionali
adeguate per gestire la nuova metodologia. Il profilo delle
nuove professionalità è fornito dalla norma UNI 11337-7:2018
Edilizia e opere di ingegneria civile – Gestione digitale dei
processi informativi delle costruzioni, che nella Parte 7
delinea i requisiti di conoscenza, abilità e competenza delle
figure coinvolte nella gestione e nella modellazione
informativa, stabilisce i requisiti relativi all’attività
professionale delle figure coinvolte nella gestione e nella
modellazione informativa: Bim Manager,      Bim   Expert,   Cde
Manager, Bim Coordinator, Bim Specialist.

Quattro orecchie e quattro mani: il
ruolo dell’architetto nell’edilizia
del futuro
Insomma, occorre coltivare un eco-sistema professionale in cui
diversi soggetti operano con la fine in mente, in una
condizione di sicurezza psicologica e in piena collaborazione
e cooperazione. In questo contesto, l’architetto deve
riflettere sul proprio ruolo: non basta possedere talento,
creatività, competenza, abilità se non si condividono le
informazioni con gli altri protagonisti dell’architettura
digitale.

L’architetto del 2000 non può essere quello immaginato nel
1899 dall’artista e illustratore francese Jean-Marc Côté nella
cartolina Chantier de Construction èlectrique della raccolta
“En l’an 2000”: seduto in solitudine in una cabina di regia,
dove consulta il progetto e lo realizza azionando, tramite una
pulsantiera, un cantiere completamente automatizzato; è
piuttosto come l’ottimo architetto descritto da Philibert de
l’Orme (1514 – 1570): dotato di quattro orecchie e quattro
braccia, per poter ascoltare tutti gli stimoli ambientali,
agire su diversi piani e comunicare la propria visione e il
proprio sapere all’interno dell’opera condivisa.

La gestione dei dati in fase di progettazione, di scelta dei
materiali e di costruzione è un elemento cruciale nel processo
di creazione del cantiere 4.0. La metodologia Bim rappresenta
una risorsa di analisi dati a disposizione del progettista,
uno strumento di ottimizzazione della spesa per il committente
e un mezzo per le imprese al fine di rendere il più efficiente
possibile il cantiere. Il trasferimento di un modello virtuale
a tutte le figure professionali coinvolte riduce le perdite di
informazioni, lo spreco di tempo e risorse così da aumentare
la flessibilità organizzativa e operativa delle imprese edili,
la qualità del progetto finale e il monitoraggio dell’intero
ciclo di vita del manufatto.

L’edilizia del futuro chiede nuovi
strumenti per nuove soluzioni
Building Smart International
A guidare la trasformazione digitale del settore delle
costruzioni, premendo l’acceleratore in questo viaggio verso
l’edilizia del futuro, è l’ente mondiale Building Smart
International, un’organizzazione senza scopi di lucro, aperta,
neutrale, che contribuisce alla creazione di standard aperti e
internazionali per infrastrutture ed immobili. In Italia, è la
community nazionale dei massimi esperti di digitalizzazione,
che lavorano per migliorare i metodi di progettazione,
costruzione, gestione e manutenzione degli asset costruiti e
aumentare la competitività dell’industria italiana nel mondo,
orientando gli impulsi finanziari e politici e promuovendo
cooperazione collaborazione tra le professioni e le imprese.

Gemelli digitali
Sperimentare nuovi materiali e nuove connessioni tra
tecnologia, estetica e funzione del manufatto richiede una
mole imponente di progettazione e soprattutto di verifiche,
che oggi possono essere realizzate virtualmente con i gemelli
digitali. Un gemello digitale (digital twin, Michael Grieves,
2001), è una replica virtuale di risorse fisiche, potenziali
ed effettive (gemello fisico) equivalenti a oggetti, processi,
persone, luoghi, infrastrutture, sistemi e dispositivi.

Grazie ai gemelli digitali è possibile testare le soluzioni
progettuali in produzione e per la manutenzione predittiva e
capire come si comporteranno i sistemi e i prodotti che si
vogliono realizzare in un’ampia varietà di ambienti, usando lo
spazio virtuale e la simulazione, combinando diverse
tecnologie afferenti a un unico database che contiene tutti i
dati di progettazione dell’impianto o del prodotto, software
di simulazione, dati in tempo reale dall’ambiente di
produzione e molto altro.

HoloProject
Uno strumento di questo tipo è HoloProject, sviluppato da
Würth Italia, che permette di entrare virtualmente in un
progetto toccandolo quasi con mano ancora prima che questo
venga eseguito fisicamente. Grazie a Hololens di Microsoft e
ad un portale di semplice utilizzo, si possono proiettare
nell’ambiente circostante file 3D di progetti immobiliari,
impianti, macchinari e beni strumentali. Questi possono essere
condivisi sia sul posto che in streaming.
Green Bim
Il Progetto di Ricerca e Sviluppo per la modellizzazione, la
digitalizzazione e la sostenibilità dei processi produttivi e
gestionali dell’impresa Berna Costruzioni Srl, finanziato dal
POR Calabria FESR-FSE 2014-2020, supporta il percorso di
cambiamento ed innovazione che l’impresa beneficiaria intende
realizzare per la riconfigurazione in termini competitivi del
proprio processo produttivo attraverso l’introduzione e la
sperimentazione dei sistemi di modellazione delle informazioni
e di digitalizzazione dei processi del Bim.

L’obiettivo è realizzare, anche con il supporto del
Politecnico di Milano e dello Studio Associato di Architettura
BAEC di Milano, uno studio scientifico sul campo che punta ad
analizzare e reingegnerizzare attraverso l’uso dei sistemi Bim
due progetti (uno pubblico e uno privato) realizzati
dall’impresa con l’obiettivo di codificare, sviluppare ed
internalizzare il processo Bim con guadagni di produttività,
redditività e riduzione di costi e degli impatti ambientali
dell’attività tipica di impresa stimati in circa il 30% in
media.

Architettura tessile
La digitalizzazione consente di progettare e fabbricare
geometrie sempre più complesse, combinando design, ingegneria
e strategie di fabbricazione sostenibili per le costruzioni,
per ottenere efficienza, economia ed eleganza nella
progettazione di strutture che includono in modo intelligente
le prestazioni strutturali e la geometria architettonica, per
ridurre significativamente la quantità di materiale usato in
una struttura e le sue emissioni incorporate.

Per ridurre la cessione di CO2 del calcestruzzo, ad esempio, è
possibile aumentarne la porosità graduandola con tessuti a
maglia 3D più leggeri possono usati come casseforme per
strutture complesse, personalizzati come materiali
funzionalmente classificati come membrane per dar forma al
cemento, con rilevanti risparmi di tempo e una notevole
riduzione dei rifiuti.

Urban mining
Il crescente bisogno (e costo) di materie prime può essere
affrontato in una logica circolare, ponendo l’attenzione alle
anthropogenic stocks, le scorte antropogeniche di risorse
sotto forma di residui da attività antropiche, immagazzinate
nel corso degli anni nel tessuto urbano. L’Urban mining è
l’insieme di azioni e tecnologie volte al recupero di materie
prime secondarie ed energia dai prodotti del catabolismo
urbano (Baccini, Brunner, 2012). L’Urban mining favorisce la
gestione sistematica delle scorte di risorse antropogeniche
(sotto forma di prodotti, edifici, spazi) e rifiuti,
proponendo una prospettiva che comprende salvaguardia
ambientale a lungo termine, conservazione delle risorse e
vantaggi economici.

Nel settore delle costruzioni, l’Urban mining si indirizza in
particolare ai brownfields, i siti inquinati possibili sedi di
interventi di rigenerazione che portino maggiori benefici che
le semplici bonifiche. La creazione di banche dati dei
materiali da recuperare/riutilizzare è il primo passo per
mettere a disposizione del progettista una gamma di nuove
possibilità. La tecnologia Bim può essere impiegata per
identificare e localizzare i materiali utilizzati e inserirli
in piattaforme digitali che mettono in contatto la domanda e
l’offerta. Gli edifici vecchi diventano così giacimenti di
materie prime per gli edifici nuovi.

Casi di studio:                  l’edilizia             del
futuro è già qui
In questa gallery riportiamo una serie di casi studio
analizzati a Klimahouse 4.0 Digitalization meets
Sustainability. Progetti che hanno preso vita o di prossima
realizzazione nelle grandi città a firma di architetti famosi.
Ma anche nuove strutture di prossimità in piccoli centri,
utili a migliorare la vita delle persone. Immagini che
mostrano come l’edilizia del futuro sia già il presente.

Photogallery

Il nuovo ospedale di Amatrice, Valle 3.0 La progettazione
integrata delle componenti architettoniche ed impiantistiche
ha consentito di abbattere l’energia primaria richiesta
dall’edificio, garantendo i più elevati standard di qualità
delle condizioni termo-igrometriche interne, nonché l’utilizzo
delle fonti rinnovabili e un minore spreco di risorse
ambientali. L'involucro è stato progettato con una
trasmittanza termica inferiore a quella prevista dalla
normativa, per ridurre le dispersioni termiche dell’edificio e
conseguentemente di ridurre l’energia necessaria al
riscaldamento e raffrescamento dei locali. Credits Valle3.com

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Asilo nido di Guastalla, MCA Mario Cucinella Architects
L’asilo nido di Guastalla - soprannominato La Balena per una
suggestione venuta dalla pancia della balena di Pinocchio: sei
dentro la pancia ma paradossalmente quello non è un luogo di
pericolo, bensì un luogo sicuro ... un grande ventre materno,
senza muri, con le aule separate da vetri e la possibilità di
vivere tanti ambienti spaziali differenti (Mario Cucinella) -
è un edificio in legno, antisismico e a basso impatto
ambientale, in grado di produrre l’energia elettrica e l’acqua
calda di cui necessita, fatto di materiali naturali e di
riciclo, con il recupero e riutilizzo dell’acqua piovana, uso
dei materiali naturali applicati a vista, ventilazione e
illuminazione naturale. La struttura portante è costituita da
50 telai in legno lamellare di abete, qualità a vista, lunghi
fino a 18 metri e posti in senso trasversale rispetto
all’orditura principale dell’edificio. I vari costoloni sono
tra loro interconnessi e controventati con tiranti in metallo.
Ogni telaio è bucato, secondo una logica derivata da
un’attenta analisi dei flussi ventosi, in modo irregolare e
morbido. Dall’esterno appare il diaframma di una cassa
armonica, un grosso volume permeato di luce, scandito da una
successione di pannelli in cross lam lavorati in modo
estremamente accurato con macchine CNC che li fresano e
tagliano seguendo le direttive impartite dai software. I telai
in cross lam sono stati trasportati già sagomati in cantiere,
pronti per essere assemblati. Con l’ausilio di una gru e pochi
uomini, l’intera struttura è stata ultimata in soli 30 giorni.
Courtesy of MCA 4

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Torre UnipolSai a Milano Porta Nuova, MCA Mario Cucinella
Architects La struttura del grattacielo è composta da un
modulo che si ripete a forma di X che avvolge l’intero
edificio e che ricorda un nido. L’edificio si sviluppa su 22
piani fuori terra – e 3 interrati – per un’altezza di circa
100 m e una superficie totale di 35.000 mq. I materiali
impiegati per la realizzazione di questi vari componenti sono
il vetro, il legno e l’acciaio. Lo scheletro dell’edificio è
formato da un doppio strato con un’intercapedine che
contribuirà ad isolare dal freddo invernale e prevenire il
calore eccessivo in estate. Grazie ai pannelli solari
installati in punti strategici e ai sistemi di raccolta
dell’acqua piovana integrati in particolari elementi di design
(come la vela a specchio sopra l’ingresso) il consumo di
risorse dell’edificio è ridotto al minimo. Courtesy of MCA 4

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The Broad museum, Diller Scofidio + Renfro Il museo d'arte
contemporanea della Broad Art Foundation a Los Angeles è
caratterizzato da un unico velo a nido d'ape che avvolge
l’intero edificio ed è visibile attraverso un’ampia galleria a
tutt’altezza. La volta che contiene l’archivio/deposito,
pesante e opaca, è sempre in vista, sospesa al centro
dell’edificio. L’intradosso, scolpito, dà forma alla lobby
sottostante e alle vie di circolazione pubblica. L’estradosso
è, invece, il piano di calpestio dello spazio espositivo. La
volta è rivestita su tutti i lati dal velo, un arioso
esoscheletro che si estende lungo tutto il blocco della
galleria fornendo luce naturale filtrata. Credits Teknoring

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NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technologies) è
un edificio modulare di ricerca e innovazione dei due istituti
di ricerca svizzeri Empa ed Eawag. È stato aperto nel 2016 e
si trova nel campus dell'Empa a Dübendorf. L'edificio è
costituito da una dorsale centrale e tre piattaforme aperte su
cui sono installati singoli moduli di ricerca e innovazione
per un periodo di tempo limitato secondo un principio plug-
and-play. Ciò consente di smontare queste cosiddette "unità"
una volta terminata l'attività di ricerca e sviluppo, facendo
così spazio a nuovi moduli. Credits empa.ch

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KnitCandela è un guscio di cemento sottile e sinuoso costruito
su una cassaforma a maglia ultraleggera che è stata
trasportata dalla Svizzera al Messico in una valigia.
Costruito al Museo Universitario Arte Contemporáneo (MUAC) di
Città del Messico, KnitCandela è un omaggio al famoso
costruttore di conchiglie ispano-messicano Félix Candela,
reinventando i suoi spettacolari gusci di cemento attraverso
l'introduzione di nuovi metodi di progettazione computazionale
e la tecnologia delle casseforme KnitCrete. Credits Philippe
Block

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HORTUS, Herzog & De Meuron HORTUS sta per Casa della Ricerca,
della Tecnologia, dell'Utopia e della Sostenibilità e nel 2025
metterà a disposizione 10.000 m2 di spazio in una struttura
che ripagherà l'energia grigia della costruzione e sarà
energeticamente positiva dopo circa 30 anni. La facciata
conterrà paglia e carta straccia, il soffitto sarà sorretto da
colonne di faggio, travi di abete e volte in argilla. In
cantiere, saranno utilizzati robot industriali per la
produzione sul campo e pannelli di casseforme usati. Le
fondamenta sono tagliate da vecchi soffitti in cemento. Gli
uffici open space saranno ventilati naturalmente. Il cortile
interno sarà un giardino della biodiversità. La progettazione
circolare garantisce che nessun componente sarà sprecato: ogni
componente ha un futuro che è già registrato prima di essere
installato e istruzioni per un ulteriore utilizzo nel caso in
cui l'edificio    non   fosse   più   necessario   dopo   alcune
generazioni.

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