Stuttgart 21, il BIM per le grandi infrastrutture europee

I vantaggi del metodo di progettazione BIM si manifestano appieno nel megaprogetto Stuttgart 21, infrastruttura di ultima generazione e fra le più grandi in Europa. In questo case study, Allplan illustra il workflow digitale utilizzato per una parte importante del progetto, dimostrando come, anche a detta di chi ha seguito passo passo la progettazione, senza il BIM non sarebbe possibile far nascere una struttura dalle forme così ambiziose.

Stuttgart 21: il progetto, i progettisti e le tecnologie utilizzate per la nuova stazione di transito sotterranea

Stuttgart 21, parte della linea ferroviaria ad alta velocità Stuttgart-Ulm, è uno dei progetti di infrastrutture più grandi d’Europa. Nell’ambito dell’intero progetto sono in fase di costruzione cinque nuove stazioni, circa 120 km di nuove linee ferroviarie e due nuovi quartieri. Ma quest’opera non è così eccezionale solamente per le dimensioni: qui si sta scrivendo la storia dell’ingegneria, a livello sia progettuale che tecnologico. GUARDA IL WEBINAR GRATUITO E SCOPRI LE POTENZIALITA’ DI BIMPLUS Particolare attenzione sarà dedicata all’atrio della nuova stazione di transito sotterranea di Stoccarda (parte del progetto Stuttgart 21), progettata da Ingenhoven Architects. Un tetto a guscio architettonicamente molto sofisticato, sostenuto da 28 colonne a forma di calice geometricamente molto complesse, lo qualifica come un capolavoro dell’architettura moderna che il mondo non ha mai visto prima. Senza l’utilizzo del potente software BIM e di processi di produzione studiati appositamente per il progetto, la realizzazione dell’edificio sarebbe impossibile. Lo studio di ingegneria Werner Sobek AG, incaricato della progettazione strutturale, del guscio e dell’armatura dell’atrio della stazione di transito sotterranea, si è quindi affidato in gran parte al 3D per la progettazione. Sulla base di questa progettazione 3D, la società Ed. Züblin AG sta ora sfruttando appieno i vantaggi del BIM durante l’implementazione grazie ad Allplan Bimplus. Un ottimo esempio di workflow digitale nell’edilizia.

Curve anticlastiche: il ruolo del BIM per l’atrio della stazione, una forma ambiziosa

L’atrio per la nuova stazione di transito sotterranea di Stoccarda sarà lungo circa 420 metri e largo 80 metri. Il tetto a guscio associato – una struttura molto complessa di superfici curve anticlastiche – può essere matematicamente definito come una forma libera, poiché non ci sono regole matematiche che lo descrivano. Nonostante tutta questa apparente libertà, tuttavia, questa forma non è affatto arbitraria, ma piuttosto segue il corso delle forze in modo altamente efficiente e applica in maniera ottimale, dal punto di vista dei materiali, i requisiti di un atrio di stazione ad ampia campata e inondato di luce. È sostenuto da 28 colonne a forma di calice, che possono essere suddivise in 23 colonne standard con copertura di rinforzo dei bordi (scoop) sul lato superiore, quattro colonne piatte senza rinforzo dei bordi e una colonna speciale più grande, che si apre come un’area di accesso al centro della città. GUARDA IL WEBINAR GRATUITO E SCOPRI LE POTENZIALITA’ DI BIMPLUS

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Progettazione 3D in Rhinoceros: unica opzione per una geometria complessa

A causa dell’enorme complessità geometrica, il tetto a guscio si è dovuto progettare completamente in 3D. In collaborazione con Werner Sobek AG, Ingenhoven Architects ha generato un modello 3D in Rhinoceros. Oltre alla pura geometria della superficie, il modello contiene anche ulteriori informazioni, come i giunti form lining e le coordinate delle parti di montaggio. È servito come base per la progettazione degli oggetti a cura di Ingenhoven architects, per la progettazione del guscio e dell’armatura a cura di Werner Sobek AG e per lo sviluppo della costruzione di casseforme a cura di ZÜBLIN. Il progetto dell’armatura si è rivelato molto complesso per via di tre condizioni:

• la geometria dei componenti a costante spessore variabile, le aree curve sinclastiche e anticlastiche e la combinazione di sistemi di armatura circolari e ortogonali hanno portato a complesse transizioni e sovrapposizioni di aree “a gomito” e curve multiple;
• le elevate esigenze in termini di superficie visibile richiedevano piccole deviazioni di copriferro e forme di piegatura estremamente precise;
• la precisione nella produzione delle complesse forme di piegatura dei tondini per cemento armato era limitata.

Stuttgart 21: il tetto della nuova stazione e i 12.000 disegni di armatura

Sulla base di queste condizioni, gli ingegneri di Werner Sobek hanno creato i cosiddetti tracciati (assi dell’armatura) con Rhinoceros in combinazione con Grasshopper e C# per l’armatura della geometria a forma libera utilizzando il modello 3D accanto alla superficie. Poiché questi tracciati erano formati da spline e quindi non potevano essere prodotti in modo economico, la geometria in una prima fase doveva essere semplificata. Questo problema poteva essere risolto con script appositamente sviluppati, che sono stati utilizzati per la semplificazione parametrizzata e il raggruppamento delle forme delle barre. In questo modo, i moduli di piegatura co- ordinati con Ed. Züblin AG sono stati realizzati come treni curvi con un massimo di tre archi e poligoni. Gli ingegneri hanno utilizzato Allplan Engineering per produrre quelle barre che non avevano una geometria a forma libera. Le tracce finali precedentemente menzionate sono state poi trasferite anche in Allplan e, insieme all’armatura già generata lì, sono state elaborate in un modello complessivo di arma- tura che comprende tutte le proprietà delle barre, gli inserti rilevanti per l’armatura, nonché le bobine di calcestruzzo e le bobine vibranti. Sulla base di questo modello di armatura 3D, è stato prima eseguito un controllo delle collisioni e poi sono stati generati i disegni dell’armatura. Qualche dato rivela l’enorme complessità: 350 disegni DIN-A0 sono necessari per il progetto dell’armatura delle colonne interne, con un peso di armatura di circa 300 tonnellate. Per ogni colonna ci sono circa 1.500 posizioni diverse. Una tipica colonna, con circa 350 tonnellate di acciaio di armatura, ha 400 disegni. L’intero tetto a guscio è rappresentato su 12.000 disegni di armatura.

Esecuzione ottimizzata grazie ad Allplan Bimplus

I tondini per cemento armato vengono piegati in un’officina di piegatura appositamente allestita per il progetto, principalmente mediante un’interfaccia tra la macchina piegatrice e il modello di armatura, e controllati mediante proiezione laser in scala reale. In cantiere devono essere posizionate 11.000 di- verse forme di barre, in parte curve tridimensionali, tra cui molti esemplari unici per ogni colonna. Per garantire l’esatto posizionamento, ogni componente del tetto a guscio è dotato di una lista con coordinate Gauss-Krüger, oltre ai disegni dell’armatura. Con l’aiuto di un geometra, le barre guida possono essere misurate con precisione e ulteriori barre possono essere posizionate tra esse. Per una loro corretta assegnazione, l’inizio e la fine delle barre sono definiti nei disegni di armatura, che a loro volta vengono ripresi dall’azienda di piegatura mediante una marcatura colorata oltre al numero di posizione sulla barra.

I vantaggi di un workflow digitale nell’edilizia

Tuttavia, il progetto dell’armatura 3D migliora anche l’esecuzione fornendo ulteriore assistenza: grazie ad Allplan Bimplus, il modello 3D viene utilizzato direttamente sul cantiere fornendo un valido aiuto e l’installazione delle barre di armatura risulta così coordinata. ZÜBLIN utilizza sia un grande schermo in uno dei container, che una soluzione mobile per l’accesso diretto sul sito di installazione. Ciò rende molto più chiara e facile questa produzione molto impegnativa di armature, il che illustra gli enormi vantaggi di un workflow digitale in questo capolavoro dell’ingegneria civile – dalla progettazione all’esecuzione.

Bimplus: focus sulla collaborazione BIM di tutte le discipline dei progetti

Al netto di quanto raccontato qui sopra e del ruolo di Bimplus nel megaprogetto infrastrutturale Stuttgart 21, vediamo quali caratteristiche e vantaggi offre il software Allplan. Bimplus consente di riunire e analizzare i sotto-modelli delle diverse discipline. La Task Board garantisce una gestione efficiente delle attività e un accesso semplice a Bimplus tramite dispositivi mobili che consentono di lavorare ovunque. Bimplus supporta in modo ottimale il metodo di progettazione BIM.

Bimplus per la realizzazione efficiente dei progetti di costruzione

Realizzare progetti con Bimplus è più veloce, più conveniente e garantisce la massima qualità. Più veloce grazie all’accesso simultaneo alla situazione attuale del progetto e alle attività predefinite di tutti i collaboratori coinvolti, ovunque si trovino. Più conveniente e di maggiore qualità, grazie alla possibilità di individuare ed eliminare le possibili discrepanze nel progetto prima dell’inizio della costruzione.

Collaborazione, coordinamento e controllo dei progetti

Bimplus è la piattaforma di collaborazione openBIM orientata al progetto per l’industria delle costruzioni. Eccone i vantaggi:

• Coordinamento

Evita che le informazioni scoordinate portino a errori e aumenti di costi

• Collaborazione

Standardizzazione di dati provenienti da diverse fonti e condivisione con tutti

• Modifiche e loro gestione

Riduce i rischi e minimizza gli errori all’aumentare delle revisioni

• Gestione delle informazioni

Gestisce più informazioni in tempi ridotti

• Progetti e loro gestione

I progetti e gli utilizzatori devono essere organizzati dall’inizio

Sintesi di progetto – Stuttgart 21- Nuova stazione di transito sotterranea

Concetto chiave	Ingegneria
Software utilizzato per il progetto dell’armatura	Allplan Bimplus
Cliente	DB Projektbau GmbH, Stoccarda/Germania
Progetto	Ingenhoven Architects
Progettazione strutturale, del guscio e dell’armatura; progettazione della facciata	Werner Sobek AG
Esecuzione	Ed. Züblin AG
Periodo di progettazione	2010 – 2020; lavoro rimanente fino a primavera 2021
Tempo di esecuzione	2011 – 2025

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