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Gestione cantiere BIM

Come creare un cantiere BIM più sicuro e produttivo

Tempo di lettura stimato: 10 minuti

L’importanza dell’implementazione del BIM nel progetto del cantiere per ottimizzare i processi di produzione e aumentare i livelli di sicurezza dei lavoratori: l’esempio dell’ospedale Stella Maris a Pisa

Il BIM (Building Information Modeling) è una metodologia di lavoro che permette di gestire tutte le informazioni relative a un progetto di costruzione in modo integrato e digitale. Il cantiere BIM è un approccio innovativo che integra il BIM con la digitalizzazione del cantiere, portando alla creazione del cantiere digitale 4.0.

In questo articolo vedremo come usare la metodologia BIM supportata da software BIM-based (nello specifico un software BIM di gestione cantiere) per ottimizzare i processi di produzione e aumentare i livelli di sicurezza dei lavoratori attraverso la costruzione di un prototipo virtuale del cantiere che ne simula le condizioni, l’organizzazione spaziale e la sua progressione dinamica nel tempo. Seguendo questa linea potrai leggere tutto su un caso studio: il Nuovo Ospedale di Neuropsichiatria dell’Infanzia e dell’adolescenza della Fondazione “Stella Maris” di Pisa.

Render del progetto definitivo, vista prospettica

Render del progetto definitivo, vista prospettica

Cos’è l’organizzazione del cantiere BIM?

Organizzare il cantiere BIM significa pianificare tutte le attività di costruzione di un’opera in termini spaziotemporali ed associarle al modello geometrico 3D di progetto.

Il risultato è un modello informativo completo che mette a sistema informazioni relative all’intero ciclo di vita del manufatto: dal progetto, alla realizzazione, dalla manutenzione, alla dismissione.

Un’organizzazione impropria del cantiere può influire negativamente sulla produttività e causare ritardi sulla consegna dei lavori, aumentando anche i costi preventivati in fase di progetto.

Per gestire al meglio il cantiere è possibile impiegare modelli BIM che semplificano la pianificazione e la logistica portando ad una gestione ottimale del progetto e della sua realizzazione.

BIM e organizzazione del cantiere

Come il BIM permette di organizzare il cantiere

Il BIM offre strumenti avanzati per l’organizzazione del cantiere, permettendo di coordinare le attività di progettazione, costruzione e gestione in modo efficiente e integrato. Alcuni dei principali benefici del BIM per l’organizzazione del cantiere sono:

  1. pianificazione delle attività basata sui modelli 3D e sulle informazioni del progetto;
  2. coordinamento delle risorse umane, delle attrezzature e dei materiali;
  3. monitoraggio e controllo delle attività in tempo reale;
  4. gestione delle modifiche e delle varianti al progetto;
  5. collaborazione tra i diversi attori coinvolti nel progetto mediante l’utilizzo di piattaforme cloud e di applicazioni integrate per migliorare la comunicazione e lo scambio delle informazioni, organizzando meeting online e chat di gruppo.

Per gestire il coordinamento delle attività, il monitoraggio dei tempi, dei compiti e delle responsabilità di ciascun attore coinvolto nel processo di costruzione, è necessario il supporto di un software di gestione delle costruzioni. In questo modo puoi gestire in modo semplice ed efficace anche eventuali problemi, imprevisti o varianti di progetto tracciandone l’andamento fino alla risoluzione.

Quali sono i vantaggi della gestione del cantiere con il BIM?

La gestione del cantiere BIM offre numerosi vantaggi rispetto ai metodi tradizionali. Pensiamo ad esempio a:

  1. maggiore efficienza nella pianificazione e nell’esecuzione dei lavori;
  2. riduzione degli sprechi e dei costi;
  3. miglioramento della qualità delle costruzioni;
  4. aumento della sicurezza in cantiere;
  5. facilitazione della comunicazione e della collaborazione tra i vari attori coinvolti nel progetto.

Il BIM può essere utilizzato per la modellazione del cantiere?

Tra i diversi vantaggi e impieghi del BIM ritroviamo anche la gestione della fase di realizzazione del progetto. Il BIM, infatti, può essere utilizzato per modellare il cantiere in 3D e 4D utilizzando specifici software BIM e generare veri e propri modelli virtuali utili allo studio della sicurezza, alla simulazione delle attività e alla formazione dei lavoratori.

Il modello del cantiere è integrato in automatico con i piani di sicurezza e permette di:

  • comprendere l’evoluzione del cantiere a seguito delle diverse lavorazioni previste;
  • verificare le sovrapposizioni spazio-temporali delle lavorazioni;
  • evidenziare i rischi generati dalla situazione logistica e spaziale contingente;
  • gestire le diverse fasi esecutive con rappresentazione 4D dei modelli e delle interferenze spaziali delle attività;
  • produrre elaborati grafici esecutivi (piante, sezioni, prospetti, planimetrie e tavole) sempre aggiornati e connessi al modello (ad ogni modifica del modello gli elaborati si aggiornano in automatico);
  • creare render in real-time del cantiere e modelli da navigare online e in realtà virtuale immersiva per fare visite virtuali in cantiere;
  • condividere il modello del cantiere in cloud in formato IFC;
  • simulare scenari di rischio utili alla formazione e all’addestramento dei lavoratori.

Tutte queste attività possono essere gestite con un unico software BIM di gestione del cantiere con cui progettare in modo sicuro, prevenendo i rischi e integrando dinamicamente il modello BIM ai piani di sicurezza.

BIM e layout di cantiere

Come creare layout di cantiere attraverso modelli BIM 3D

Grazie ai modelli BIM 3D, è possibile creare layout di cantiere accurati e dettagliati, che permettono di ottimizzare l’organizzazione del cantiere e di prevenire eventuali conflitti tra le varie attività. Il processo di creazione del layout di cantiere attraverso modelli BIM 3D prevede i seguenti passaggi:

  1. creazione del modello BIM 3D dell’intero progetto con un software di progettazione architettonica BIM;
  2. definizione delle aree di lavoro e delle zone di stoccaggio;
  3. posizionamento delle attrezzature e dei mezzi di trasporto;
  4. pianificazione dei percorsi di circolazione interni al cantiere;
  5. verifica e validazione del layout di cantiere.

BIM e sicurezza in cantiere

Come migliorare la sicurezza in cantiere attraverso il BIM

Il BIM può contribuire significativamente alla sicurezza in cantiere, grazie alla sua capacità di fornire informazioni dettagliate e aggiornate sul progetto e sulle condizioni del cantiere.

Tra le principali strategie per migliorare la sicurezza in cantiere attraverso il BIM, possiamo citare:

  1. identificazione e prevenzione dei rischi grazie all’analisi dei modelli 3D;
  2. pianificazione delle misure di sicurezza nel layout di cantiere;
  3. formazione e addestramento del personale attraverso simulazioni e realtà virtuale;
  4. monitoraggio e controllo delle condizioni di sicurezza in tempo reale.

Come usare il BIM per la formazione della sicurezza del cantiere

Quando ad essere virtualizzato è il cantiere, allora lo scenario virtuale diventa il contesto e la realtà virtuale diventa lo strumento migliore per sviluppare la formazione dei lavoratori e prepararli alla conoscenza e alla gestione del cantiere e delle attività che essi si troveranno a svolgere.

Un approccio “learning by virtually doing” che permette ai lavoratori di conoscere i rischi e saperli gestire oltre che aver virtualmente svolto l’attività che essi si troveranno realmente a svolgere ottimizzando anche il tempo di costruzione.

Il BIM può essere perciò utilizzato anche per la formazione del personale in materia di sicurezza, attraverso l’uso di modelli 3D, simulazioni e realtà virtuale. Questo permette di:

  1. illustrare le procedure di sicurezza in modo chiaro e comprensibile;
  2. simulare situazioni di emergenza e di rischio;
  3. addestrare il personale sulle corrette modalità di intervento e di comportamento in cantiere;
  4. verificare l’efficacia delle misure di sicurezza adottate.
Cantiere BIM: realtà virtuale applicata alla formazione del lavoratore

Cantiere BIM: realtà virtuale applicata alla formazione del lavoratore

BIM e gestione del tempo in cantiere

Come seguire il 4D BIM e tutte le fasi di esecuzione in cantiere attraverso il BIM

Il BIM 4D è il processo che crea collegamenti intelligenti tra il modello digitale 3D (che definisce la geometria dell’opera) e le informazioni relative al tempo di esecuzione delle varie attività necessarie per realizzare l’opera. In questo modo si ottiene una vera e propria simulazione delle fasi di costruzione dell’opera, o dei suoi elementi, in funzione del tempo, oltre che dello spazio.

Questi modelli offrono viste realistiche del progetto completo e di tutto il processo di sequenziamento delle opere. Inoltre, al modello geometrico sono associate tutte le informazioni utili allo svolgimento dei lavori (schemi di posa, schede tecniche, manuali di montaggio, ecc.).

In caso di varianti in corso d’opera, il modello BIM viene modificato e tutte le viste e gli elaborati si aggiornano automaticamente in tempo reale. È possibile anche analizzare le conseguenze sulla sequenza di attività, sui tempi di consegna finale dell’opera, sulla spesa, ecc. indotte dalle modifiche effettuate.

Il modello virtuale facilita la collaborazione tra le principali parti interessate che possono comprendere con chiarezza le fasi, le sequenze, la logistica e i loro impatti sul cantiere. Eventuali problemi potenziali possono essere individuati anticipatamente e corretti prima dell’inizio della costruzione vera e propria.

Grazie all’ambiente 4D-Gantt, è possibile:

  1. creare una sequenza temporale dettagliata delle attività di costruzione;
  2. simulare l’evoluzione del cantiere prevedendo interferenze e sovrapposizioni;
  3. prevedere e prevenire ritardi e conflitti tra le attività;
  4. monitorare l’avanzamento dei lavori in tempo reale;
  5. valutare l’impatto delle modifiche al progetto sulle tempistiche di esecuzione.
Organizzazione del cantiere BIM - cronoprogramma

Organizzazione del cantiere BIM – cronoprogramma

Il progetto del Nuovo Ospedale Stella Maris

Il caso studio esamina il progetto del “Nuovo Ospedale Stella Maris” della IRCSS Fondazione Stella Maris, concepito come una struttura ospedaliera specializzata nel trattamento dell’autismo infantile, situata a Cisanello, Pisa. L’edificio, con una pianta irregolare a forma di “stella” con tre punte, occupa circa 2600 m2 distribuiti su quattro piani fuori terra, con un’altezza complessiva di circa 16 metri e un piano interrato. La disposizione degli spazi ruota attorno a un nucleo centrale, da cui si estendono tre bracci destinati alle diverse funzioni.

I documenti di riferimento per il lavoro in corso includono il Piano di Sicurezza e Coordinamento dell’opera, elaborato nella fase esecutiva, e i modelli BIM corrispondenti alle varie discipline coinvolte. Questi modelli BIM sono stati creati utilizzando il software Autodesk Revit e sono organizzati come segue:

  • modello federato: un modello contenente il collegamento a tutti i modelli disciplinari correlati, tra cui:
    • modello architettonico: comprende tutti gli elementi architettonici interni ed esterni, inclusi rivestimenti orizzontali e verticali, con un livello di dettaglio grafico medio-alto ma limitato dal punto di vista informativo;
    • modello strutturale: contiene gli elementi strutturali principali del progetto, senza dettagli sulle giunzioni e sugli elementi minori;
    • modello impiantistico: include i componenti del sistema di ventilazione e areazione, come attrezzature UTA, condotte e terminali;
    • modello cantiere: organizzato per fasi, è destinato alla progettazione e gestione delle attività di cantiere per la realizzazione dell’opera.

Inoltre, il modello ergotecnico, sia nella fase di progettazione che di produzione, mira a definire le esigenze di produttività, sostenibilità, sicurezza e redditività degli interventi previsti e a individuare l’organizzazione effettiva del cantiere e delle risorse necessarie.

Descrizione del modello di cantiere

Per ottimizzare i tempi di realizzazione dell’opera, la progettazione delle attività di cantierizzazione e la creazione del relativo modello BIM hanno seguito il principio di suddividere il progetto in tre parti affidate a tre squadre/imprese diverse. Queste squadre operano autonomamente e contemporaneamente nell’area di cantiere, utilizzando ciascuna una gru a torre distinta.

L’area di cantiere è stata progettata per consentire lo svolgimento delle attività contemporaneamente senza interferenze. A tal fine, sono state previste:

  • aree fisse (area logistica, area imprese e area di stoccaggio) destinate all’uso comune da parte delle diverse squadre di lavoro, situate lateralmente all’area di cantiere vicino all’ingresso;
  • una pista di cantiere carrabile principale a senso unico, di uso comune, che consente di raggiungere tutte le parti del cantiere;
  • tre aree operative vicino all’area di intervento, ciascuna riservata all’uso esclusivo delle tre squadre di lavoro. All’interno di ciascuna area sono stati predisposti spazi per stoccaggio, parcheggio, transito carrabile e lavorazioni, compresa la gru a torre.

Il modello BIM della cantierizzazione del progetto include i seguenti componenti:

  • recinzioni di diverse tipologie per delimitare l’area di cantiere e le aree interne;
  • parapetti di varie tipologie per le zone con sbalzi superiori a 2 metri;
  • opere provvisorie come ponteggi e casserature per la realizzazione delle strutture;
  • baracche di varia composizione e destinazione d’uso;
  • aree di stoccaggio specifiche rappresentate come volumi;
  • attrezzature, macchinari e altri componenti significativi per la progettazione del cantiere, come le gru;
  • pacchetti stratigrafici di pavimentazione di diverse tipologie in relazione all’area;
  • il cronoprogramma di progetto, che definisce la sequenza e la durata temporale delle attività necessarie alla realizzazione dell’opera, è un documento fondamentale. Sulla base delle sequenze del cronoprogramma, tutti i modelli e i relativi componenti sono stati organizzati per fasi.
Visualizzazione del cantiere BIM

Visualizzazione del cantiere BIM

Descrizione dettagliata del Modello Informativo 4D e 5D BIM del caso studio

Il caso studio è stato modellato utilizzando il software Certus HSBIM, seguendo il layout effettivamente progettato del cantiere e integrando le fasi lavorative definite nel cronoprogramma, analizzando ogni passaggio di modellazione. Questo strumento ha consentito di modellare il caso studio dell’Ospedale Stella Maris di Pisa, offrendo funzionalità avanzate per la gestione del modello 3D del cantiere.

Il software offre tre ambienti di lavoro distinti: il terreno, il cantiere e il diagramma di Gantt.

Nel primo ambiente, è possibile modificare la planimetria del cantiere in base alle fasi di lavoro definite nel progetto, consentendo la creazione di diversi layout di cantiere. Nel secondo ambiente, è possibile selezionare e inserire vari oggetti BIM, come attrezzature e mezzi, direttamente dalla libreria del programma. Infine, nel terzo ambiente, è possibile pianificare le fasi di lavoro e gestire i tempi di avanzamento del cantiere attraverso la creazione di un cronoprogramma.

Per l’analisi, è stato creato all’interno di Certus-HSBIM il modello di cantiere del caso studio, includendo la planimetria, i layout e le zone di lavoro, nonché l’inclusione dell’edificio stesso importato dal formato IFC da Revit. Successivamente, è stato sviluppato il cronoprogramma delle attività di lavoro.

Analisi del modello informativo e del software utilizzato

Creazione del contesto e del layout del cantiere (Ambiente Terreno)

La fase iniziale della modellazione si è concentrata sull’ambiente terreno, il primo dei tre ambienti di lavoro, dove sono state realizzate le operazioni di scavo e il layout del cantiere. La creazione della planimetria del lotto è stata effettuata tramite Google Maps Importer, un’applicativo integrato in Certus-HSBIM. Questo strumento consente di individuare e inserire porzioni di planimetria nel modello tridimensionale attraverso il cursore del mouse.

Per simulare le diverse configurazioni del layout del cantiere durante la fase di costruzione, sono state create diverse fasi o “stati di avanzamento” del terreno. Ogni fase corrisponde a una configurazione diversa del sito durante i lavori di costruzione. Sono stati definiti sette livelli di progetto, rappresentanti le sette configurazioni dell’area di intervento e del layout del cantiere, dalla fase iniziale fino alla fase finale di completamento del progetto.

Nel processo sono state create diverse entità per modellare il cantiere nel tempo, tra cui:

  • aree di terreno e aree di movimento terra per identificare le porzioni di terreno interessate dagli scavi e dal riporto;
  • piazzali per le porzioni pavimentate del terreno all’interno del cantiere;
  • strade per identificare le superfici pavimentate del terreno all’interno dell’area di cantiere;
  • zone per le diverse tipologie di aree presenti in un cantiere, come aree di stoccaggio e di carico/scarico;
  • rampe per creare accessi inclinati all’interno del modello;
  • delimitazioni, tra cui recinzioni e parapetti, per definire i confini delle diverse zone di lavoro e di deposito.

Sono stati sviluppati anche due tipi di pavimentazione per le diverse aree del cantiere: asfaltata per le principali e non asfaltata per le aree di supporto alle lavorazioni.

Nel complesso, il modello informativo e il software Certus-HSBIM hanno consentito una dettagliata analisi e pianificazione del cantiere nel tempo.

Modello dell'edificio in formato IFC

Modello dell’edificio in formato IFC

Modellazione del Cantiere (Ambiente Cantiere)

Dopo aver completato gli scavi e il layout del cantiere nell’ambiente terreno, ci si è spostati al secondo ambiente di lavoro, l’ambiente cantiere, dove sono stati posizionati tutti gli elementi del cantiere, come attrezzature e mezzi, per modellare l’intero contesto del cantiere. Durante questa fase, è stato anche importato il modello dell’edificio dell’ospedale Stella Maris utilizzando il formato IFC. Dall’analisi degli oggetti della libreria all’interno di Certus-HSBIM è emerso che non sono completamente personalizzabili, consentendo solo la modifica dei materiali ma non delle dimensioni degli oggetti. L’unica eccezione è rappresentata dall’oggetto “gru”, che è modificabile sia in termini di dimensioni che di altezza.

Per la modellazione del cantiere, sono stati inseriti diversi tipi di oggetti, tra cui:

  • servizi logistici come serbatoi, tettoie, uffici, bagni, magazzini e spogliatoi;
  • mezzi d’opera come escavatori, camion e betoniere;
  • blocchi 3D come autovetture e autogru;
  • gru a torre.

Successivamente, è stato inserito il modello dell’edificio come oggetto IFC all’interno del cantiere. Questa funzione consente di posizionare manualmente un oggetto IFC all’interno del modello del cantiere. Le proprietà dell’oggetto IFC consentono di selezionare il tipo di posizionamento desiderato, come la posizione assoluta basata sulle coordinate geometriche.

Il modello IFC è completamente editabile per quanto riguarda lo stile di visualizzazione, consentendo di mostrare o nascondere determinate parti e di assegnare trasparenze e colori secondo le necessità. Inoltre, il file IFC è aggiornabile, quindi qualsiasi modifica apportata al modello dell’edificio al di fuori di Certus-HSBIM viene immediatamente visualizzata nel modello del cantiere senza la necessità di un’ulteriore importazione.

Cronoprogramma e Diagramma di Gantt

Una volta configurato il modello, è stato creato il cronoprogramma dei lavori nell’ambiente Gantt, distinguendo le varie fasi lavorative e gestendo le attività. Certus-HSBIM permette la gestione delle fasi esecutive con una rappresentazione 4D dei modelli e la gestione delle interferenze spaziali delle attività.

L’ambiente Gantt consente la creazione di una WBS (Work Breakdown Structure) per suddividere il progetto in periodi secondo il livello di dettaglio necessario e associare ad essi gli oggetti. Nel modello sono state inserite le varie attività corrispondenti al cronoprogramma dei lavori.

Ogni attività è stata associata alla sua durata e agli oggetti corrispondenti nel modello di cantiere sopra descritto. Una volta configurate tutte le proprietà necessarie, il software BIM per la gestione del cantiere offre la possibilità di monitorare l’avanzamento del cantiere attraverso una simulazione animata dello svolgersi dei lavori.

Le impostazioni utilizzate per il modello di cantiere dell’ospedale Stella Maris includono:

  • stili di visibilità: per impostare lo stile di visualizzazione degli oggetti durante la simulazione del corso dei lavori;
  • elenco attività: per visualizzare le informazioni relative alle attività del cronoprogramma;
  • strumenti attività: per associare agli oggetti BIM uno stile di visibilità in base alle loro caratteristiche.

Grazie al modello BIM del cantiere, è stato possibile ottimizzare i tempi di realizzazione dell’opera attraverso analisi e valutazioni. La simulazione del cantiere ha portato a modifiche nelle ipotesi di cantiere iniziali, con la definizione di tre cantieri operativi distinti autonomi, tre squadre di lavoro operanti contemporaneamente e tre gru distinte operanti contemporaneamente, uno per cantiere.

 

CerTus-HSBIM

 

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