Progettazione BIM con Strumenti di Generative Design & AI

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ARTICOLO BIM:

" Progettazione BIM con Strumenti di Generative Design & AI "

1. Strumenti di Generative Design dentro Revit Autodesk

Dentro Autodesk Revit, il BIM Authoring più potente al Mondo, sono disponibili funzionalità integrative legate alla progettazione Generativa. Ormai da qualche anno Revit include un set di funzione chiamate appunto "Generative Design" - è ha una funzionalità integrata nel programma, basata su Dynamo, e non va confusa con il Generative Design di Fusion o con un generico plugin AI. Nelle versioni attuali di Revit lo si considera uno dei workflow di AI disponibili, capace a creare soluzioni parametriche generative in modo molto rapido ed efficace, permettendo di creare Design Study, cioè studi progettuali nei quali Revit genera automaticamente numerose alternative partendo da:

• Input
• Variabili
• Obiettivi (Goals)
• Vincoli (Constraints)

La logica vera e propria viene definita attraverso uno Script Dynamo. Revit utilizza quindi Dynamo per acquisire i dati del modello, applicare la logica progettuale e generare una serie di possibili risultati in base agli input forniti dal proggettista. Al fine di dominare tali funzioni e avere un risultato soddisfacente di tipo generativo è possibile seguire questi 5 passi:

1) Definire gli Obiettivi ed i Vincoli

2) Impostare e generare gli Studi

3) Esplorare e valutare i Risultati

4) Selezionare e perfezionare il progetto

5) Integrare e creare in Revit



Il Generative Design integrato in Autodesk Revit consente di trasformare la progettazione di un edificio da un processo basato sulla definizione di una singola soluzione a un processo di esplorazione di molteplici alternative progettuali. Quindi attraverso l'integrazione con Dynamo, il progettista può definire le principali variabili che caratterizzano l'edificio — come forma, dimensioni, altezza, numero di piani, superficie, posizione e orientamento — e stabilire contemporaneamente obiettivi e vincoli da rispettare.

Nel caso della progettazione di una volumetria edilizia, ad esempio, è possibile impostare come variabili progettuali l'altezza dell'edificio, la larghezza e profondità del volume, il numero di piani, il rapporto tra superficie coperta e superficie utile, l'orientamento e la configurazione geometrica della massa. A queste variabili possono essere associati obiettivi di ottimizzazione, come massimizzare la superficie utile, raggiungere una determinata superficie edificabile, ridurre il rapporto tra superficie involucro e volume oppure ottimizzare l'esposizione e l'orientamento dell'edificio.

Allo stesso tempo, il progettista può introdurre vincoli progettuali relativi al lotto, alle distanze dai confini, all'altezza massima consentita, alla superficie coperta, agli indici urbanistici o ad altri requisiti dimensionali. Il Generative Design utilizza queste informazioni per esplorare automaticamente diverse combinazioni dei parametri e produrre una serie di alternative volumetriche.

Il valore dello strumento emerge soprattutto nella fase di confronto. Revit può presentare differenti outcomes, permettendo al progettista di confrontare le soluzioni sulla base di indicatori quantitativi: superficie utile, volume, altezza, numero di piani, rapporto superficie/volume, occupazione del lotto e altri parametri definiti nello studio. In questo modo non viene individuata semplicemente una soluzione "generata automaticamente", ma viene costruito uno spazio di alternative progettuali all'interno del quale il professionista può individuare quella più coerente con gli obiettivi del progetto.

Un esempio potrebbe essere la ricerca della configurazione ottimale di un edificio su un determinato lotto. Il progettista potrebbe impostare un'altezza compresa tra 10 e 30 metri, un numero di piani compreso tra 3 e 8, una determinata superficie minima e massima e specifiche distanze dai confini. Il Generative Design può quindi esplorare le combinazioni possibili e restituire numerose volumetrie alternative, evidenziando quelle che meglio soddisfano gli obiettivi stabiliti.

Il processo diventa quindi:

→ Parametri → Vincoli → Obiettivi

→ Generazione delle alternative → Analisi → Confronto

→ Scelta della soluzione → Modello Revit Finale.

La caratteristica più importante è che il progettista rimane al centro del processo decisionale. Il Generative Design non sostituisce la progettazione architettonica, ma permette di ampliare enormemente la capacità di esplorare e confrontare soluzioni. Invece di modificare manualmente una volumetria decine di volte per capire quale configurazione sia più efficace, il progettista può definire le regole del problema e lasciare al sistema l'esplorazione delle combinazioni.

In questo senso, il Generative Design rappresenta un'evoluzione del BIM parametrico verso un BIM più analitico e data-driven: la geometria dell'edificio non viene più considerata soltanto come risultato finale della progettazione, ma come una variabile che può essere continuamente modificata, analizzata e ottimizzata sulla base dei dati.

L'integrazione con Dynamo rende inoltre possibile sviluppare studi personalizzati, costruendo algoritmi specifici per differenti tipologie di progetto. È quindi possibile passare dalla semplice generazione di volumetrie alla ricerca di configurazioni ottimali in funzione di superfici, altezze, orientamento, densità, rapporto tra pieni e vuoti, prestazioni e altri indicatori progettuali.

Il risultato è un nuovo approccio alla progettazione BIM nel quale la domanda non è più soltanto:

"Quale edificio posso progettare?" - ma diventa:

"Tra tutte le configurazioni possibili, quale soluzione risponde meglio agli obiettivi progettuali, urbanistici, funzionali e prestazionali che ho definito?"

È proprio questa capacità di generare, analizzare e confrontare rapidamente molteplici alternative che rende il Generative Design di Revit particolarmente interessante nelle fasi di Concept Design, Studio di Fattibilità e sviluppo preliminare delle volumetrie o di altre funzioni specifiche cui applicare tali strummenti, soprattutto quando viene integrato con gli strumenti di analisi dell'ecosistema Autodesk.

L’esempio dello studio “Volumetrie con tre parallelepipedi” mostra in modo efficace come questo processo possa essere applicato alla ricerca della configurazione ottimale di un edificio.

In questo caso, il sistema genera una serie di alternative volumetriche, modificando la posizione e l’altezza dei tre corpi che compongono l’edificio. Ogni configurazione rappresenta quindi un possibile Outcome dello studio generativo.  Un elemento particolarmente significativo dell'ambiente Generative Design di Revit è infatti la possibilità di confrontare la geometria con i dati. Le diverse alternative non vengono valutate soltanto attraverso la loro rappresentazione tridimensionale, ma anche attraverso valori numerici che permettono di comprendere le conseguenze delle scelte progettuali.

Il grafico a coordinate parallele presente nell'interfaccia rappresenta uno strumento importante per questa analisi. Ogni linea corrisponde a una soluzione generata e attraversa gli assi relativi ai diversi parametri e risultati dello studio. È quindi possibile osservare come le variazioni di altezza e posizione dei volumi influenzino le superfici ottenute e individuare più rapidamente le configurazioni che presentano caratteristiche interessanti.

Il vero valore del Generative Design consiste quindi nel creare un collegamento diretto tra parametri, geometria e prestazioni. Una modifica dell'altezza di un corpo, ad esempio, può produrre una diversa configurazione volumetrica e contemporaneamente modificare la superficie risultante. Allo stesso modo, lo spostamento di un volume può cambiare la forma complessiva dell'edificio e i relativi indicatori quantitativi.

Questo approccio può essere applicato a problemi progettuali molto più complessi. Nella definizione preliminare di un edificio, il progettista potrebbe utilizzare come variabili altezza, numero di piani, larghezza, profondità, posizione e orientamento dei corpi edilizi, introducendo contemporaneamente vincoli relativi alla superficie disponibile, alle distanze dai confini, all'altezza massima o agli indici urbanistici.

Gli obiettivi dello studio potrebbero invece essere orientati, ad esempio, alla massimizzazione della superficie utile, all'ottimizzazione della superficie coperta, alla riduzione della superficie dell'involucro o al miglioramento del rapporto tra superficie e volume. Il Generative Design può così esplorare differenti combinazioni e restituire un insieme di alternative che il progettista può confrontare.

È importante sottolineare che il sistema non decide autonomamente quale sia il progetto migliore. Il Generative Design esplora lo spazio delle possibilità sulla base delle regole definite dal progettista; la valutazione finale rimane una decisione professionale. Una soluzione con la maggiore superficie, infatti, potrebbe non essere necessariamente quella migliore dal punto di vista architettonico, urbanistico, funzionale o energetico.

Il processo diventa quindi una collaborazione tra progettista, modello BIM e algoritmo. Il progettista definisce il problema, Dynamo gestisce la logica parametrica dello studio, Generative Design produce le alternative e Revit consente di analizzarle e, una volta individuata quella ritenuta più idonea, di creare gli elementi direttamente nel modello BIM.

3. Soluzioni più potenti Generative e di analisi con Forma Site Design & AI

Autodesk Forma Site Design rappresenta un'evoluzione del processo di progettazione BIM verso un approccio sempre più generativo, parametrico e supportato dall'intelligenza artificiale. L'ambiente cloud consente al progettista di sviluppare già nelle prime fasi del concept una grande quantità di alternative progettuali, mettendo in relazione volumetrie, superfici, altezze, densità, orientamento, distanze, spazi aperti e condizioni del sito, con l'obiettivo di individuare rapidamente le configurazioni più coerenti con gli obiettivi progettuali.

Il valore principale di Forma Site Design risiede quindi nel passaggio da una progettazione basata prevalentemente sulla definizione manuale di una singola soluzione a un processo nel quale il progettista può esplorare molteplici scenari progettuali e confrontarli sulla base di parametri e indicatori quantitativi. La progettazione generativa permette di impostare vincoli, obiettivi e variabili e di lasciare al sistema il compito di elaborare diverse combinazioni, consentendo al progettista di valutare le alternative non soltanto dal punto di vista geometrico, ma anche in relazione alle prestazioni e alle caratteristiche del contesto.

L'utilizzo del Cloud costituisce un elemento fondamentale di questo processo. La capacità computazionale necessaria per l'elaborazione e il confronto delle alternative viene gestita in ambiente cloud, rendendo possibile affrontare rapidamente studi progettuali che, attraverso un approccio esclusivamente tradizionale, richiederebbero numerose ore di modellazione e verifiche manuali. Il cloud diventa quindi non soltanto uno spazio di archiviazione o collaborazione, ma un vero e proprio ambiente computazionale per l'esplorazione progettuale.

Un ulteriore elemento di interesse è l'integrazione con strumenti di AI e analisi computazionale, che contribuisce a trasformare i dati del sito e le caratteristiche del progetto in informazioni utili alle decisioni. Analisi ambientali, solari, energetiche, della luce naturale, del vento o delle condizioni del contesto possono essere utilizzate nelle fasi preliminari per comprendere come differenti configurazioni volumetriche possano modificare le prestazioni dell'intervento. L'intelligenza artificiale e gli algoritmi generativi assumono così il ruolo di supporto al progettista, elaborando scenari e mettendo in evidenza relazioni che possono essere difficili da individuare attraverso una valutazione esclusivamente manuale.

Nel contesto BIM, questo approccio è particolarmente significativo perché consente di anticipare il processo informativo già nella fase di Concept Design. La geometria non viene considerata semplicemente come una rappresentazione grafica, ma come un insieme di dati e parametri che possono essere modificati, analizzati e successivamente trasferiti all'interno del processo BIM. Il progetto può quindi evolvere progressivamente dal masterplan e dallo studio urbanistico, alla definizione delle volumetrie, fino alla progettazione architettonica e informativa.

Il dialogo con Autodesk Revit rappresenta uno degli aspetti più importanti di questo workflow. Una volta individuato lo scenario progettuale più interessante in Forma, questo può diventare il punto di partenza per sviluppare il modello BIM in Revit, evitando di considerare il concept e il progetto BIM come due processi separati. Si crea invece una continuità digitale nella quale le decisioni prese durante la fase generativa possono alimentare le successive fasi di progettazione e modellazione.

Questo workflow può essere sintetizzato come un processo continuo:

Analisi del sito → Concept Design → Generative Design → AI e analisi delle prestazioni → confronto degli scenari → selezione della soluzione → sviluppo BIM → Revit.

La vera potenzialità di Autodesk Forma Site Design è quindi quella di trasformare il progettista da semplice modellatore di una soluzione predefinita a soggetto che definisce obiettivi, vincoli e criteri di valutazione, lasciando agli strumenti generativi il compito di esplorare lo spazio delle possibili soluzioni. La decisione finale rimane naturalmente affidata al professionista, che interpreta i risultati secondo criteri architettonici, urbanistici, funzionali, economici e normativi.

In questa prospettiva, Forma Site Design può essere considerato come un ponte tra progettazione parametrica, Generative Design, AI e BIM, particolarmente efficace nella fase iniziale del processo progettuale. L'obiettivo non è sostituire il progettista, ma aumentarne la capacità di esplorazione e di valutazione, permettendo di analizzare in tempi ridotti un numero molto maggiore di alternative e di arrivare al modello BIM con decisioni progettuali più consapevoli, supportate dai dati e dalle analisi.

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4. Principali peculiarità di Autodesk Forma Site Design & AI

Autodesk Forma Site Design va considerato non semplicemente come uno strumento di modellazione del sito, ma come un vero ambiente cloud di progettazione, analisi ambientale, Generative Design e supporto AI per le fasi di Pre-Design e Schematic Design. Di seguito una panoramica delle principali funzionalità:

1. Site Context e progettazione del contesto

Forma consente innanzitutto di costruire rapidamente il contesto reale del progetto, utilizzando dati geolocalizzati e informazioni territoriali. Il progettista può impostare il sito, importare o utilizzare il contesto esistente e sviluppare le prime ipotesi volumetriche direttamente in ambiente cloud. Questo permette di passare rapidamente da:

Territorio → Lotto → Contesto urbano → Edifici → Volumetrie → Analisi → Ottimizzazione.

Il vantaggio è che le analisi vengono applicate direttamente al modello progettuale, evitando di dover creare ogni volta modelli separati per le diverse verifiche

2. Area Metrics e controllo delle superfici

Una delle funzioni fondamentali è l'Area Analysis, attraverso cui è possibile controllare automaticamente le principali metriche del progetto.

Si possono analizzare, ad esempio:

• superficie del lotto; superficie costruita; superficie utile; superfici per piano; rapporti tra aree; densità; quantità e distribuzione delle unità; parametri relativi al progetto.

Le metriche possono essere configurate in funzione delle esigenze del progetto e della localizzazione geografica. Questo diventa particolarmente interessante per gli studi di fattibilità urbanistica e immobiliare, perché permette di capire rapidamente quanta superficie e quale densità possono essere sviluppate su un determinato lotto.

3. Building Design, Housing e Parking

Permette di sviluppare rapidamente volumetrie e configurazioni edilizie, anche attraverso strumenti specifici per edifici residenziali. Sono disponibili strumenti per:

• creare e modificare edifici; definire piani; organizzare unità; impostare core e corridoi; configurare parcheggi; valutare il numero di posti auto; verificare accessi e distribuzione; confrontare diverse configurazioni insediative.

Queste funzioni sono particolarmente utili quando si deve verificare rapidamente la capacità edificatoria di un'area.

4. Sun Hours Analysis – analisi della luce solare e Shadow Study – studio delle ombre e luce naturale

Forma permette anche di studiare quante ore di esposizione solare ricevono determinate aree del terreno o le facciate degli edifici. È possibile analizzare differenti date e condizioni temporali per comprendere:

• esposizione degli edifici; irraggiamento delle facciate; disponibilità di sole negli spazi aperti; condizioni di ombreggiamento; effetti dell'orientamento delle volumetrie.

Questa analisi è molto utile per confrontare diverse alternative volumetriche. Lo Shadow Study permette di visualizzare come gli edifici e gli elementi del contesto generano ombre. È particolarmente utile per verificare:

• ombreggiamento tra edifici; impatto delle volumetrie sul contesto; esposizione degli spazi pubblici; condizioni delle aree esterne; relazione tra altezza, orientamento e distanza degli edifici.

Quindi, mentre l'analisi delle Sun Hours quantifica l'esposizione solare, lo Shadow Study permette di comprendere visivamente la dinamica delle ombre.

Forma utilizza il Vertical Sky Component – VSC per valutare il potenziale di illuminazione naturale degli edifici.  È possibile quindi confrontare differenti configurazioni e capire, ad esempio, se una rotazione o una modifica dell'altezza di un edificio migliora l'accesso alla luce naturale degli ambienti. Questo crea un rapporto diretto tra:

Forma dell'edificio → Orientamento → Distanze → Altezza → Luce naturale

5. Wind Analysis – analisi del vento e Microclimate Analysis

L'analisi del vento è una delle funzionalità dove l'utilizzo dell'AI è particolarmente evidente.Forma offre due modalità:

Utilizza modelli predittivi basati sull'AI per fornire rapidamente indicazioni sulla:

• velocità del vento; direzione; distribuzione del vento; comfort pedonale.

È pensata soprattutto per la fase iterativa di progettazione. E' inoltre possibile utilizzare una simulazione più approfondita basata su Computational Fluid Dynamics (CFD). Questa modalità è maggiormente orientata a verifiche più dettagliate e alla documentazione.  Quindi il progettista può modificare una volumetria, eseguire rapidamente l'analisi AI, verificare il risultato e passare alla simulazione dettagliata quando necessario.

La Microclimate Analysis porta il ragionamento un passo oltre. Forma combina informazioni relative a:

• sole; luce; vento; condizioni meteorologiche locali; clima.

per stimare il comfort termico percepito negli spazi esterni.  Questo consente di studiare, per esempio, se una piazza, una corte, un percorso pedonale o uno spazio pubblico presenta condizioni climatiche favorevoli.È quindi particolarmente interessante per:

Urban Design + Landscape + Sustainable Design

6. Microclimate Analysis e Energy Analysis

Forma comprende anche una Operational Energy Analysis per una valutazione preliminare del fabbisogno energetico dell'edificio.

L'analisi considera, tra gli altri aspetti:

• riscaldamento; raffrescamento; illuminazione; apparecchiature; consumo energetico operativo.

L'obiettivo è fornire già nelle prime fasi una stima dell'impatto energetico delle diverse configurazioni progettuali.

Questo è molto importante perché permette di modificare forma, orientamento, dimensioni e configurazione dell'edificio prima che il progetto sia troppo avanzato

La Solar Energy Analysis consente di valutare il potenziale dell'energia solare.

Può identificare:

• superfici maggiormente esposte alla radiazione solare; facciate favorevoli; coperture favorevoli; potenziale produzione energetica annuale; possibili posizionamenti dei pannelli fotovoltaici.

L'analisi tiene conto anche di elementi del contesto come terreno, vegetazione e condizioni climatiche. Forma permette di valutare le condizioni di inquinamento acustico derivanti principalmente dal traffico: stradale; ferroviario. Anche in questo caso sono disponibili una modalità Rapid, basata sull'AI, e una modalità Detailed, basata su simulazione.

Questo permette di verificare, ad esempio, come modificare la posizione o la geometria di un edificio per ridurre l'esposizione al rumore.



13. Total Carbon Analysis

Una delle funzionalità più interessanti introdotte recentemente è la Total Carbon Analysis. Qui il concetto di sostenibilità viene esteso al ciclo di vita dell'edificio, considerando: Embodied Carbon + Operational Carbon = Total Carbon. Il progettista può quindi confrontare differenti soluzioni progettuali e comprendere come dimensioni, configurazione e caratteristiche dell'edificio influenzino il carbon footprint complessivo.  Questa funzionalità è particolarmente interessante perché porta la valutazione del carbonio nelle prime fasi del concept, quando è ancora possibile modificare significativamente il progetto.

AUTORI:

CEO & BIM Manager - Ing. Domenico Spanò - BIMTrainer srls

BIM Expert: Luca Martino  - Arian Azizi

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