L'obiettivo del progetto GEMINI è quello di sviluppare strumenti di modellazione parametrica capaci di integrare dati misurati provenienti da differenti sorgenti d'informazione all'interno di sistemi BIM (Building Information Modeling). Tramite la realizzazione di modelli BIM è possibile costruire veri e propri database del costruito interagenti con la realtà fisica, costituenti il gemello digitale del reale, contenenti inoltre dati statici, dinamici, geometrici e semantici che rappresentino il nucleo informativo per la gestione efficiente del ciclo di vita di infrastrutture e costruzioni comprendendo aspetti energetici, strutturali ed ambientali. L'elaborazione di dati ed informazioni riguardanti il ciclo di vita di edifici ed infrastrutture, all'interno del gemello digitale, garantisce un notevole supporto ai processi di gestione del costruito. Mediante l'integrazione di tali modelli con sistemi di Intelligenza Artificiale è possibile aumentare l'ottimizzazione e progressiva automazione funzionale delle attività interconnesse al ciclo di vita delle opere. In special modo, nel caso di infrastrutture di trasporto quali i ponti, è possibile gestire i dati provenienti da differenti operazioni quali ad esempio il monitoraggio strutturale, le ispezioni visive, le prove sui materiali, la descrizione dello stato di degrado di un'opera, fino ad immaginare l'interoperabilità con modelli strutturali in grado di descrivere il comportamento meccanico e valutare la sicurezza strutturale al variare dei dati acquisiti anche attraverso operazioni di machine learning.
Le operazioni di gestione e manutenzione del costruito possono beneficiare della configurazione di sistemi di manutenzione predittiva mirati alla riduzione dei costi di gestione e dei malfunzionamenti, mediante un vero e proprio modello di management digitale della manutenzione, che utilizzi sistemi intelligenti basati su sensori e dati storici in continuo aggiornamento tramite il gemello digitale.
L'innovatività del progetto di ricerca è nel realizzare un sistema di analisi e gestione dati all'interno della cornice di una modellizzazione di tipo BIM. Le sfide del progetto sono molteplici e seguono una serie di progetti coordinati ed in coordinamento da parte del gruppo proponente. In ambito BIM la novità qui introdotta è relativa a quelle che sono chiamate la 6D e 7D come dimensioni aggiuntive. L'utilizzo del BIM ha dimostrato di avere un enorme potenziale a vantaggio del settore delle costruzioni. Il BIM ha un ruolo importante nel rendere le informazioni SHM accessibili, pratiche e comprensibili. È indubbio che questo approccio potrebbe migliorare la qualità delle fasi di valutazione e della gestione delle strutture o monitoraggio.
È evidente dalla letteratura che ci sono stati casi di studio di successo che integrano sensori con BIM; tuttavia, emergono alcuni limiti comuni. Le difficoltà nell'automazione del trasferimento dei dati tra i sensori e la piattaforma BIM e l'uso di formati interoperabili per i sensori personalizzati dominano le questioni sollevate.
1) Il progetto presentato si propone di definire un metodo di esempio per automatizzare il trasferimento di dati e per fornire il DT di autonomia decisionale circa il giudizio sull'andamento dei dati acquisiti. Sarà studiata la possibilità di attivare sistemi di allarme forniti in ambiente BIM. Nel complesso, i problemi di modellazione come l'estensione degli standard IFC per lo scambio di dati, la gestione delle varie tipologie dei dati di rilevamento e l'interoperabilità tra le varie piattaforme BIM sono fra le principali sfide tra i ricercatori in una vasta gamma di studi che richiedono più analisi e lavoro sperimentale, che il presente progetto si auspica di poter affrontare.
2) L'ipotesi di lavoro sul tema della gestione del monitoraggio tramite l'integrazione tra modelli BIM in chiave 6d (as built) e 7d (management and mantainance) e sistemi di controllo automatizzati è un ambito di frontiera nel campo delle costruzioni e rappresenta un settore con una elevata potenzialità di innovazione. L'area dello sviluppo di sistemi di gestione dell'ambiente costruito, integrando più competenze disciplinare, rappresenta un settore coerente con gli obiettivi del 'New Green Deal' europeo, poiché capace di integrare aspetti di gestione del ciclo di vita dei prodotti e degli artefatti (infrastrutture e sistemi edilizi), con la crescente esigenza di digitalizzazione, consenta lo sviluppo di una cultura della gestione dei sistemi edilizi e delle infrastrutture. L'attività può aprire a possibili sviluppi tramite la realizzazione di brevetti (modelli di utilità).
3) Utilizzo del BIM per la diagnosi e la correzione di difetti e danni strutturali è un tema innovativo del progetto. La sicurezza strutturale è l'obiettivo principale degli ingegneri di tutto il mondo; quindi, vi è un crescente interesse nello studiare nuovi modi di valutare i difetti strutturali, facilitati dal BIM. La ricerca esistente in questo settore si è concentrata su: obiettivi come il rilevamento dei conflitti basato su il ciclo di vita rispetto ai documenti as-built considerando tutti le modifiche nella struttura, i guasti, il rilevamento di strumenti che consumano energia negli edifici tramite BIM e gli strumenti di simulazione per monitoraggio energetico, rilevamento guasti in edifici e componenti non strutturali, il rilevamento dei danni nelle strutture in legno, diagnosi dei difetti del tunnel per trovare strategie di manutenzione che sono utilizzati anche per tunnel di servizio, rilevamento guasti di ospedali per riabilitazione, automatico rilevamento e identificazione di lampade in un edificio. Si osserva come questi temi siano di grande interesse e necessitino di approfondimenti importanti perseguibili attraverso GEMINI.
4) Ulteriore aspetto di potenziale innovazione consiste nell'ipotesi di sperimentare sistemi e modelli di monitoraggio attraverso il trasferimento tecnologico dall'ambito delle opere civili (nelle quali il componente strutturale è prevalente) all'ambito di edifici di proprietà e gestione pubblica, attraverso il tentativo di operare una integrazione di più aspetti prestazionali, tecnologici e di sostenibilità (ad esempio integrando indicatori di impatto ambientale e funzionale) all'interno dei modello di gestione definito. Le informazioni associate all'edificio/opera modellata possono essere di qualsiasi natura e, obiettivo del progetto è l'ampliamento del set di dati associati alle informazioni ambientali di contesto strettamente correlate alla struttura in esame sia in termine di previsione di impatti che di monitoraggio e assessment. Si intende dunque operare attraverso un'attività collaborativa tra più discipline, dove il metodo di ricerca incoraggia una forma 'aperta' e collaborativa nella verifica e definizione delle scelte che scaturiscono.