Dottorato in INGEGNERIA DELL'ARCHITETTURA E DELL'URBANISTICA

Titolo della tesi: GLI SPAZI APERTI NELL’AMBIENTE COSTRUITO. STRUMENTI DIGITALI INTEGRATI PER LA DESCRIZIONE DEL RISCHIO SISMICO.

Gli spazi aperti (Open Spaces, OSs) nell'ambiente costruito (Built Environment, BE) sono luoghi chiave nella gestione del rischio di disastri, in particolare di quelli ad insorgenza improvvisa (SUddenly-Onset Disaster, SUOD) come il terremoto. Nella ricerca viene presentato come il rischio sismico degli OSs sia legato ad aspetti intrinseci, relativi agli elementi degli OSs che potrebbero essere soggetti agli effetti diretti dei disastri, ed estrinseci, relativi agli elementi sulla frontiera degli OS (e.g., gli edifici) che potrebbero causare effetti indiretti sugli OSs e sulla rete interconnessa che definiscono. Vengono quindi identificati specifici parametri classificati in 5 macro-categorie (i.e., aspetti morfologici, fisico-spaziali, costruttivi, di uso e di contesto) che condizionano i principali fattori di rischio sismico degli OSs: Pericolosità (Hazard, H), Vulnerabilità (Vulnerability, V) e Esposizione (Exposure, E). In questo contesto, la gestione dei dati riguardanti il BE e dei parametri di rischio passa per la loro traduzione in database digitali aperti. Il Geographic Information System (GIS) e il Building Information Model (BIM) sono riconosciuti come soluzioni consolidate per la digitalizzazione del BE e permettono di approfondirne determinati aspetti a diverse scale, dalla territoriale alla costruttiva. Ad ogni modo, in letteratura sono ancora poche le ricerche che considerano le specificità della digitalizzazione del sistema degli OSs. Inoltre, adeguate considerazioni devono essere fatte per risolvere il problema di integrazione di ambiente GIS e BIM alla mesoscala che contraddistingue gli OSs. Nella tesi viene mostrato il risultato dell’estrazione da OpenStreetMap (OSM) e da altre infrastrutture di dati spaziali (Spatial Data Infrastructures, SDIs) dei layer AS_ITALY e AS_FRONTIERS_ITALY, che digitalizzano il concetto di contenuto e di frontiera dell’OS e ospitano al loro interno contenuti geometrici ed informativi aggiuntivi. Inoltre, viene presentata una strategia di modellazione degli OSs in BIM a partire da nuvole di punti di rilievi integrati fotogrammetrici e da Laser scanner terrestre (Terrestrial Laser Scanner, TLS). Quindi, la gerarchizzazione dei modelli BIM in famiglie di alto (High Level, HL) e basso livello (Low Level, LL) ottimizza il processo di digitalizzazione geometrica e informativa del contenuto e della frontiera dell’OS, da un lato, e degli altri componenti che li caratterizzano, dall’altro. In questo contesto, viene definito un livello di fabbisogno informativo (Level of Information Need) per il sistema degli OSs, che permetta di integrare ambienti di modellazione GIS e BIM, implementando cinque step significativi. Vengono quindi presentati i risultati dell’applicazione della metodologia al caso studio di Piazza dei Priori a Narni, che ne evidenzia limiti e potenzialità. Di conseguenza, il lavoro si configura come aggiornamento e continuazione in chiave digitale delle ricerche sul rischio sismico degli OSs, strutturando processi di digitalizzazione aperti, interoperabili, in cui la parte informativa e parametrica assume un ruolo fondamentale. In questo contesto, anche il monitoraggio della salute strutturale (Structural Health Monitoring, SHM) dei componenti del BE può fornire un contributo importante per la comprensione del rischio sismico degli OSs, ed il BIM si offre come un robusto repository e strumento di gestione informativa per archiviare e scambiare lunghe sequenze di dati SHM. Nel corso degli anni, la 3D Digital Image Correlation (3D-DIC) ha guadagnato popolarità come tecnica ottica per lo SHM ad alta risoluzione, a pieno campo e non invasiva. Tuttavia, la 3D-DIC è ancora poco pratica quando si devono correlare le frequenze naturali e la forma dei modi di una struttura. Recentemente, è stato esplorato l'utilizzo del moto magnificato (Motion Magnification, MM) nel campo delle analisi ottiche, in particolare come strumento di preelaborazione per la 3D-DIC, per filtrare e magnificare anche i minimi movimenti di una struttura o di sue parti. Tuttavia, emerge la necessità di maggiori ragionamenti riguardo la definizione di un flusso di lavoro, sistematico e semplice, per applicazioni interscalari di queste tecniche sul BE. Inoltre, la grande quantità di output grezzi provenienti dal MM e dalla 3D-DIC richiede strumenti appropriati per archiviare, visualizzare e analizzare i dati. Questa ricerca propone due approcci alla gestione dei dati SHM in BIM. Da un lato, l’approccio High Level (HL) propone l'implementazione in BIM della nuvola di punti della combinazione di 3D-DIC e MM. Viene, infatti, sviluppato un nuovo strumento Cloud to Model (C2M) che traduce i campi scalari (Scalar Fields, SFs) della nuvola di punti direttamente in layer di analisi sulle facce delle istanze del modello BIM in modo da rendere calcolabile l'evoluzione delle forme di deflessione operativa (Operational Deflection Shapes, ODS) e quantificare i cambiamenti strutturali. Dall’altro lato, l’approccio Low Level (LL) si concentra sull’estensione della metodologia agli OSs, valutando parte della frontiera di Piazza dei Priori a Narni, proponendo l'implementazione in BIM di sensori virtuali con dati ottenuti da MM ed edge detection, per calcolare spostamenti in bande di frequenza specifiche e monitorare i cambiamenti strutturali con misurazioni periodiche.