Il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (CNAO), sito a Pavia, è uno dei sei centri nel mondo – unico in Italia – per il trattamento di tumori radioresistenti inoperabili mediante l’impiego di ioni carbonio e protoni.
Il complesso edilizio, completato nel 2009 e oggetto di ampliamento, è costituito da un edificio (denominato sanitario) contenente servizi sanitari, amministrativi e generali, da corpi di fabbrica che ospitano il sincrotrone e i servizi di alta tecnologia, dalle centrali tecnologiche e da una stazione elettrica per la trasformazione dell’energia dall’alta alla media tensione.

L’edificio esistente, lo stato dell’arte
L’edificio sanitario è costituito da un piano interrato e da tre piani fuori terra; i servizi ad elevata fruizione da parte degli utenti (poliambulatorio, medicina nucleare, diagnostica per immagini, sale di trattamento) sono concentrati ai piani terra ed interrato, Il primo piano ospita invece gli uffici amministrativi e scientifici ed i laboratori di ricerca, mentre al secondo piano sono collocati gli uffici di presidenza e gli spazi collettivi a servizio del centro (aula magna, aule riunioni e sala lettura).
Complessivamente, le superfici totali del centro allo stato attuale sono: area sanitaria di quasi 4.000 m²; area alta tecnologia (sincrotrone e spazi tecnici) di circa 3.800 m²; area centrali tecnologiche impiantistiche di circa 3.250 m² e laboratori di ricerca su una superficie di quasi 1.000 m².
Anche sotto il profilo costruttivo il centro è suddiviso in tre aree: edificio sanitario, area tecnologica (che ospita il sincrotrone e le sale trattamento pazienti) e la zona centrali tecnologiche.
L’edificio sanitario è stato realizzato con una struttura a travi pilastri in cemento armato gettato in opera sostenuta da una fondazione diretta a platea anch’essa in c.a. Il controventamento del fabbricato è garantito dalle quattro torri scale poste ai vertici esterni del complesso.
L’area tecnologica è realizzata con muri in c.a. gettati in opera di grande spessore su cui poggiano solai di tipo semi-prefabbricato in cemento armato precompresso. Le fondazioni dell’area tecnologica, a causa dell’elevata sensibilità delle apparecchiature ai cedimenti fondazionali, sono state realizzate con platee di grande spessore sostenute poggianti su terreno consolidato con jet grouting.

L’intervento di ampliamento
Le incrementate esigenze del Centro richiedono la realizzazione di un progetto di riorganizzazione funzionale e ampliamento, i cui lavori partiranno entro la fine del 2021, e che sarà finalizzato alla realizzazione di nuovi spazi da destinare alla costruzione due nuovi acceleratori per il trattamento dei tumori con le tecniche della protonterapia e della boronterapia (BNCT), ai laboratori di ricerca, all’alta tecnologia e agli spazi clinici nonché alle attività amministrative, tecniche e di servizio.
L’intervento prevede anche l’ampliamento della sottostazione elettrica AT/MT.
La nuova costruzione si inserirà in continuità e simmetria – materica e compositiva – con la facciata vetrata dell’edificio sanitario esistente, proseguirà mantenendone l’allineamento in altezza e lo sviluppo parallela al lato ovest del comparto del Policlinico cittadino verso la porzione sud-ovest del lotto CNAO, con un fronte compatto distinto da un rivestimento in lastre di travertino, nell’attacco a terra, e da un tessuto metallico in acciaio inossidabile composto dall’intreccio a telaio di funi e “fili” tesato, per tutta la parte superiore. Il tutto si chiude in altezza con una copertura piana, racchiusa verticalmente da muri e da parapetti perimetrali, che schermano le installazioni impiantistiche dell’alta tecnologia ed i giardini pensili.
In termini quantitativi, l’ampliamento del Centro porterà ad un incremento di spazi destinati a ricerca, pazienti e alta tecnologia riconducibili alle seguenti superfici (considerate nella situazione post ampliamento): area sanitaria (PET, diagnostica per immagini, CAP, poliambulatori, sale di trattamento) 5200 m²; area alta tecnologia (sincrotrone, acceleratore TAE, acceleratore Hitachi, spazi tecnici) di circa 5300 m²; i laboratori di ricerca occuperanno quasi 600 m²; l’area destinata alle centrali tecnologiche impiantistiche circa 4000 m².
Il progetto, riconducibile per aree di intervento a specifici “settori”, prevede la riorganizzazione funzionale e l’adeguamento strutturale dell’edificio sanitario esistente (settore AES: Adeguamento Edificio Sanitario), la sua sopraelevazione nella metà sud-ovest al piano secondo (settore SOP: Soprelevazione) e l’ampliamento verso la porzione sud-orientale del lotto mediante la costruzione di un nuovo edificio, composto da due piani interrati e due piani fuori terra, destinato all’alta tecnologia a servizio della protonterapia e della boronterapia ed a tutti i relativi locali sanitari e tecnici (settore AMP: Ampliamento).
È prevista la costruzione di una cabina elettrica generale e l’installazione di un trasformatore AT/MT nell’area occidentale del lotto, in prossimità della stazione elettrica CNAO (settore SNC: Stazione elettrica e Nuova Cabina); saranno inoltre riorganizzati tutti gli spazi esterni e gli accessi, compreso quello carraio da Strada Campeggi verso il piazzale a servizio dell’alta tecnologia (settore OES: Opere esterne).
L’intervento prevede una riorganizzazione della gestione energetica mediante l’installazione di pannelli fotovoltaici in copertura e la realizzazione di tre pozzi di presa ad uso geotermico.
Per gli edifici destinati ad ospitare l’Alta Tecnologia si prevede la realizzazione di locali con pareti in calcestruzzo armato fino a 4 m di spessore, con l’aggiunta di Boro. Le sale degli acceleratori hanno una parte interrata profonda fino a -12 m dal piano campagna, le cui fondazioni sono per la maggior parte in falda. Per la realizzazione di questi spazi esarà necessario predisporre un sistema di paratie impermeabili e un tappo in jet-grounting di 14 metri di spessore.

Il BIM nel progetto
L’intera progettazione è stata gestita tramite modellazione informativa integrata (BIM) con i molteplici obiettivi di ridurre il margine di errore in cantiere, abbassare la probabilità di varianti in corso d’opera, avere un controllo più preciso dei costi, un coordinamento costante e puntuale tra le varie discipline ed elementi di progetto.
L’applicazione della metodologia BIM ha consentito una maggiore efficienza e flessibilità della progettazione fin dalle fasi iniziali, permettendo di seguire passo dopo passo le esigenze espresse dalla committenza.
Trattandosi di un intervento su un organismo edilizio esistente, il primo passo è stato l’esecuzione di un rilievo tridimensionale mediante drone e successivamente laser scanner (Trimble TX8): la nuvola di punti ottenuta dall’associazione di queste due tecnologie ha consentito la verifica e il controllo delle inesattezze della modellazione. L’utilizzo della fotogrammetria digitale ha inoltre consentito una ricostruzione più accurata dello stato attuale, caratterizzato da una notevole complessità.
Il team di progettazione “Calvi Partnership for CNAO” ha realizzato un modello federato che racchiude le caratteristiche e le proprietà tecniche dell’edificio per quanto concerne gli aspetti architettonico, strutturale e impiantistico. Il modello include al suo interno le proprietà meccaniche, fisiche e termiche dei materiali da costruzione, e sarà integrato con tutta la documentazione tecnica ed amministrativa relativa a ciascuna fase di avanzamento dei lavori, le relative certificazioni, le tempistiche ed i costi di progetto, il programma di manutenzione e conservazione.
Il modello, realizzato già a partire dalla fase preliminare, è stato utilizzato per la progettazione definitiva ed esecutiva, e ha permesso il calcolo della prestazione energetica dell’involucro e la realizzazione di un modello di calcolo strutturale, il tutto con attenzione alle relazioni e interazioni fra i componenti di nuova costruzione e quelli esistenti.
Lo sviluppo in parallelo della modellazione architettonica, strutturale ed impiantistica con la tecnologia BIM ha consentito quindi di: monitorare e individuare facilmente le interferenze tra le varie discipline; produrre render e simulazioni fedeli e aggiornate, evidenziando le criticità del progetto; produrre elaborati grafici in modo più rapido ed efficiente, rispettando i tempi di consegna; controllare le quantità e, conseguentemente, i costi in modo più consapevole; fornire un punto di partenza condiviso per lo sviluppo della modellazione di calcolo strutturale (realizzata con i software MidasGEN e MidasFEA NX) e impiantistica; comprendere in modo immediato la spazialità interna; condividere materiale sempre aggiornato con tutti gli interlocutori nazionali e internazionali mediante il Common Data Environment.
In fase di direzione lavori si prevede l’utilizzo del modello come riferimento per la gestione delle lavorazioni, il controllo delle tempistiche e della sicurezza in cantiere.
Il modello BIM realizzato durante la progettazione esecutiva costituirà il punto di partenza per il facility management dell’opera realizzata. Nel corso dei lavori, infatti, l’impresa esecutrice si impegnerà ad aggiornarlo ed arricchirlo di dettagli e informazioni, producendo quindi un modello BIM as built.
I principali vantaggi della realizzazione di un digital as built saranno: la programmazione dettagliata dello scadenziario delle manutenzioni di ciascun elemento, per mezzo di parametri specifici del modello; la gestione degli spazi, delle destinazioni d’uso e degli interventi futuri; il monitoraggio continuo (deformazioni, perdite, emissioni, prestazioni, consumi, efficienza); la semplificazione dei processi decisionali per investimenti su sistemi, impianti o materiali avendo chiara la vita utile dell’edificio; la comunicazione dei dati al “digital twin” mediante sistemi integrati IoT.

Il progetto in breve
Ampliamento CNAO
Luogo: Pavia
Committente: Fondazione CNAO
RUP: dott. Sandro Rossi
Team di progettazione: Calvi Partnership for CNAO
Coordinamento generale, Progettazione architettonica e strutturale, coordinamento della sicurezza, gestione informativa: Studio Calvi s.r.l.
Progettazione impianti termo-meccanici: Ing. Vittorio Gallarini
Progettazione impianti elettrici e speciali: ECD s.r.l. – Engineering Consulting and Design
Progettazione acustica: Ing. Linda Parati
Progetto geologico: Studio geologico associato – Dott. Geol. Gianluca Nascimbene
Progetto impianti idraulici e fognari: Ing. Michelangelo Aliverti
Progetto impianti alta tecnologia: Hitachi Medical Corporation (sincrotrone protonterapia); TAE Technologies – Life Sciences (Boron Neutron Capture Therapy – BNCT)
Consulenza BIM impiantistica: Ecodesign s.r.l.
Rilievo laser scanner e drone: Techfly srl (drone); Trimble Italia (laser scanner)

I software BIM utilizzati
Modellazione architettonica: Autodesk Revit 2020
Condivisione del lavoro: Autodesk BIM Collaborate Pro 2020
Modellazione strutturale: Trimble Tekla Structures 2020
Analisi strutturale: Midas Nx e GEN, Ideastatica
Modellazione impianti elettrici e meccanici: Open Building Design
Computational Design: Dynamo 2020
Elaborazione nuvole di punti: Trimble RealWorks – Autodesk Recap Pro 2020
Clash detection: Autodesk Navisworks 2020
Cost management: TeamSystem CPM
Common Data Environment: Trimble Connect
Realtà aumentata: AUGmentecture