Il presente progetto è relativo alla tematica molto attuale e sempre più in evoluzione del Building Information Modeling (BIM). Si tratta di un metodo emergente che è diventato fondamentale per rappresentare, gestire e coordinare l¿intero processo edilizio basandosi su un insieme di modelli disciplinari. La peculiarità sta nel fatto che un modello BIM non è solamente una rappresentazione geometrica dell¿edificio ma si tratta di una ricostruzione virtuale del progetto, attraverso l¿utilizzo di componenti equivalenti a quelli impiegati nella realtà come muri, solai, pilastri, scale, tetti ovvero una modellazione ad oggetti. Tale metodologia può essere applicata anche all¿esistente, in tal caso il BIM richiede un modello di riferimento dello stato di fatto per l¿oggetto architettonico o dell¿infrastruttura che parte dall¿acquisizione dei dati 3D principalmente mediante scansioni laser (TLS) o Fotogrammetria anche mediante Mobile Mapping che producono coordinate 3D conosciute come nuvole di punti. Per questo motivo si parla di Scan-to-BIM quando ci si riferisce al BIM di una struttura esistente. La modellazione del costruito è una operazione impegnativa in termini di tempo. Software commerciali dedicati al BIM offrono soluzioni semiautomatiche più o meno avanzate che non risolvono ancora totalmente questo complesso problema. Negli ultimi 10 anni, a seguito della grande importanza che il BIM sta acquisendo, la ricerca è sempre più rivolta allo sviluppo di tecniche per l¿automatizzazione del processo di modellazione sia da un punto di vista geometrico che semantico. Il presente progetto ha l¿obiettivo di sviluppare un metodo di estrazione e classificazione di geometrie per il BIM partendo anzitutto da una approfondita e continua analisi dello stato dell¿arte sia a livello commerciale che a livello scientifico studiando e valutando le tecniche proposte.
Il procedimento ad oggi consolidato per la realizzazione di un modello di edificio con modalità di rappresentazione di tipo BIM è principalmente manuale e per questa ragione è una operazione complessa e dispendiosa in termini di tempo. Inoltre, il dettaglio nell¿acquisizione e la complessità dei dati elaborati è influenzata dal Level Of Detail/Development (LOD) richiesto che va da una rappresentazione concettuale caratterizzata da semplici parametri di area, altezza e volume (LOD100) fino ad una descrizione dettagliata e cantierabile del manufatto (LOD500). Si parte da nuvole di punti, acquisite mediante tecniche di rilievo geomatico, che vengono convertite manualmente con l¿aiuto dei software Modellatori BIM. I principali software sono ArchiCAD della Graphisoft, Revit dell¿Autodesk, Tekla Structures della Trimble e Bentley Systems della Bentley. Fra questi i primi due sono i più diffusi: l'intuitività di ArchiCAD è stata una delle sue peculiarità e negli ultimi decenni è stato il software maggiormente utilizzato fino a quando Revit non è entrato nel mondo BIM acquisendo piano piano sempre più utenti grazie alla sua rigorosità. Sono nati inoltre numerosi plugins dei software di modellazione BIM, che potremmo chiamare `Scan-to-BIM¿, che hanno l¿obiettivo di riconoscere la geometria degli elementi costruttivi ed allinearli alla nuvola dei punti. Tali software, ad oggi, richiedono l¿aiuto costante dell¿utente che deve fornire informazioni approssimate di posizione e direzione; oltre che indicazioni sulla tipologia dell¿elemento costruttivo. Alcuni dei più diffusi sono Pointsence che è compreso nel pacchetto ¿As-Built Solutions¿ dalla Faro, PointCab e Cloudworks dalla Leica.
Il mondo scientifico sta rivolgendo una crescente attenzione al processo BIM principalmente rivolta all¿automatizzazione del processo di riconoscimento delle geometrie degli elementi costruttivi (muri, pareti, solai, finestre, porte, coperture, impianti, travi, pilastri) per il loro inserimento nel modello. E¿ affrontato l¿aspetto geometrico, spesso rivolto al dettaglio del solo esterno o del solo interno, o di uno specifico elemento come gli impianti, tralasciando l¿aspetto topologico di più difficile soluzione. Analizzando lo stato dell¿arte del processo Scan-to-BIM, risulta che c'è ancora molto da lavorare per una completa automatizzazione della conversione della descrizione esplicita non-continua (Punti) della nuvola di punti in una descrizione implicita continua (Superfici e Solidi) degli elementi costruttivi. La complessità e l'irregolarità delle forme che caratterizzano gli edifici, l¿impossibilità di avere un rilievo completo senza elementi di disturbo e la mancanza di algoritmi intelligenti, lascia il processo di modellazione dell¿esistente non solo lento e poco efficace ma anche poco controllato dal punto di vista della accuratezza.
La proposta di ricerca qui presentata si pone l¿obiettivo di definire un progetto per l¿estrazione delle geometrie e della topologia degli elementi costruttivi di un edificio. Alla base del progetto ci sarà un approfondito e costante studio dello stato dell¿arte sui recenti progressi in campo scientifico per un aggiornamento costante sulle tecniche di estrazione. Saranno inoltre analizzati plugins dedicati al riconoscimento degli elementi costruttivi presenti sul mercato con l¿obiettivo di superare i loro limiti.
Il progetto sarà realizzato attraverso l¿implementazione di algoritmi in linguaggio di programmazione C/C++ per la ricostruzione parametrica dell¿intero edificio. Saranno utilizzate librerie open source (OpenCV, Point Cloud Library-PCL) per il processamento del data set, ad esempio in fase di gestione punti, registrazione, decimazione ed altre elaborazioni di base. L¿obiettivo è quello di ottimizzare i tempi di produzione del modello BIM del costruito e pertanto il fine ultimo è quello di definire una procedura completamente automatica. Il progetto partirà da una nuvola di punti ottenuta tramite TLS dell¿interno ed esterno di una struttura. Gli elementi costruttivi presi in considerazione saranno: pavimenti, pareti, solai, aperture (finestre e porte). La geometria di questi elementi sarà estratta con metodi di analisi statistica (metodo dei minimi quadrati) tenendo conto delle relazioni topologiche e dei vincoli costruttivi fra tali elementi, per fare un esempio imponendo la condizione di perpendicolarità fra setti e pavimento ed orizzontalità di quest¿ultimo. Il prodotto finale della procedura proposta sarà in formato ¿Open BIM¿ cioè indipendente dai formati nativi dei vari software commerciali. Il modello così ottenuto sarà valutato in termini di completezza e precisione rispetto ai livelli LOD considerati (LOD200, LOD300, LOD400).