London Crossrail: BIM e 3D per il più importante progetto infrastrutturale in Europa

Crossrail, attualmente il più grande progetto infrastrutturale in Europa, è in corso di realizzazione nel sottosuolo dell’area centrale di Londra per collegare le linee esistenti della rete ferroviaria alle zone est e ovest della capitale. Una volta operativa, l’infrastruttura offrirà un collegamento ferroviario da Maidenhead e Heathrow a ovest fino a Shenfield e Abbey Wood a est. Pur comportando un significativo lavoro di rimaneggiamento delle infrastrutture lineari e puntuali della Network Rail su entrambi i lati della città, i lavori di maggiore entità coinvolgono i 21 km dei nuovi tunnel gemelli sotto il centro di Londra e le numerose nuove stazioni sotterranee, integrate con la Metropolitana di Londra (LUL) e la Docklands Light Railway (DLR), che una volta completati assumeranno la denominazione di Elizabeth Line. Il progetto aumenterà di circa il 10% la capacità di trasporto sotterraneo di Londra, e innescherà un significativo sviluppo sia delle zone intorno alle stazioni che di quelle lungo il percorso, diventando un vero e proprio catalizzatore della crescita urbana.
Oltre alle dimensioni imponenti dell’intervento, a distinguere Crossrail è il fatto di essere il primo progetto di questa levatura ad essere realizzato interamente in BIM, dalla fase di sviluppo concettuale sino a quella di esercizio e gestione dell’opera. 

Crossrail si differenzia da tutte le linee metropolitane sotterranee esistenti a Londra. I convogli da 200 m di lunghezza, con le loro 10 carrozze potenzialmente aumentabili a 12, hanno le stesse dimensioni di quelli delle linee ferroviarie e interurbane di Network Rail, possono trasportare fino a 1500 passeggeri con una frequenza di passaggio che nelle ore di punta toccherà i 24 treni l’ora. Di conseguenza, le stazioni e le biglietterie sono state concepite per poter gestire un volume di traffico molto più grande di qualsiasi linea metropolitana esistente, oltre che per consentire ulteriori espansioni future.
Gli elementi di complessità ingegneristica sono numerosi. Ad esempio, in corrispondenza della stazione di Liverpool Street Crossrail si interfaccia con tre linee della metropolitana di Londra e un vecchio tunnel postale dismesso di Royal Mail; più in generale, numerosi grandi cantieri in luoghi altamente affollati nel cuore di Londra hanno dovuto essere gestiti con molta attenzione e un alto grado  di coinvolgimento di stakeholder e pubblico.
La progettazione di dettaglio, affidata a Arv-Atkins JV, ha affrontato numerose sfide ingegneristiche; non solo il progetto dettagliato di tutti i tronconi di tunnel del progetto, quindi, ma anche la riqualificazione del tratto di tunnel Connaught esistente, realizzato con tecnica cut-and-cover, per la sezione del tracciato di Crossrail sotto il Victoria and Albert Dock, il check dell’allineamento fra i tunnel e il tracciato, la valutazione dell’impatto degli assestamenti determinati dai massicci lavori di scavo , oltre alla valutazione e mitigazione degli impatti delle opere sugli edifici e le altre infrastrutture (strade, linee metropolitane e ferrovie sotterranee, acquedotti, fognature e gasdotti, linee elettriche e telecomunicazioni sotterranee). L’incarico infine ha incluso lo sviluppo dello schema di progettazione di base dei 21 km di gallerie, divisi in cinque sezioni: la galleria da Royal Oak a Farringdon, lunga 6,4 km, la galleria dalla Limmo Peninsula a Farringdon, lunga 8,3 km, la galleria da Pudding Mill Lane a Stepney Green, lunga 2,7 km, la galleria da Plumstead a North Woolwich, lunga 2,7 km e la galleria dalla Limmo Peninsula al Victoria Dock, lunga 0,9 km. In alcuni punti i tunnel si trovano a quasi 40 m sotto terra e sono stati scavati attraverso formazioni geologiche di diversa natura, che hanno perciò richiesto TBM in grado di operare attraverso diversi materiali. L’obiettivo generale è stato quello di realizzare tutte queste opere in sotterraneo limitando al minimo il loro impatto in superficie.

Il BIM nel progetto Crossrail
Il collaborative working è un tema centrale nelle strategie del Governo britannico, e per un progetto infrastrutturale dell’importanza di Crossrail tutto ciò ha implicato l’allineamento delle informazioni CAD, BIM e GIS con altri tipi di informazioni di progetto, all’interno di un ambiente digitale in cui le giuste informazioni siano disponibili per le figure giuste, nella forma corretta, al momento giusto. In questa ottica, il BIM non riguarda semplicemente i modelli 3D, né tanto meno i soli edifici, ma la globalità degli elementi ricompresi nel progetto infrastrutturale. Nel caso del progetto Crossrail, in particolare, il valore aggiunto derivante dall’adozione del BIM è stata la creazione di un “modello Crossrail digitale” che ha potuto essere costruito virtualmente e ha consentito di sviluppare il progetto in modo da migliorare e ottimizzare la progettazione, la costruzione, il funzionamento e la dismissione dell’infrastruttura, supportando i processi decisionali lungo il suo intero arco di vita. In questa ottica, la M di BIM ha assunto due significati, modeling e management del modello e del progetto, che ha richiesto la collaborazione di tutte le parti coinvolte nello sviluppo del progetto, ivi compresa la supply chain e il gestore dell’infrastruttura ferroviaria. L’implementazione di questo approccio ha in particolare determinato la necessità di creare un ambiente di lavoro che supportasse un flusso di dati strutturato e definito, un Common Data Environment (CDE) e opportune tecnologie di fruizione dei dati.
Nell’ambito del progetto, Crossrail, in qualità di cliente e committente, ha perseguito l’obiettivo di creare un processo BIM completo capace di offrire valore aggiunto in ogni singola fase del progetto e soprattutto in quella di maggiore durata, la vita in esercizio della struttura. La strategia di gestione dei dati, in particolare, si è basata sul cosiddetto “BS1192 – Common Data Environment”, che costituisce una delle pietre angolari fondamentali per il raggiungimento del BIM di livello 2 come definito dalla Task Force BIM del governo britannico.

L’integrazione di strumenti e sistemi
La varietà di sistemi, database e strumenti che dovevano essere collegati al fine di ottenere un flusso continuo di dati e informazioni comprendeva vari tipi di database spaziali e non spaziali (database geotecnico, proprietà dei terreni, mappa dei rischi, dati cartografici, asset, ecc.), CAD 2D e 3D per la progettazione e la produzione di disegni, GIS Desktop per analisi, visualizzazione, gestione dei dati, Web-GIS per la condivisione e la diffusione dei dati, applicazioni Office per reporting, calcoli, comunicazione, software specialistici (ad esempio per l’analisi degli insediamenti), un sistema di gestione dei documenti per l’archiviazione e la gestione degli stessi, un Engineering Content Management System per i disegni e la memorizzazione e gestione dei modelli. Molti dei parametri del BIM di livello 2 erano già stati scritti nella “Strategia dati e informazioni”, nella “Guida alla gestione dei dati” e nella “Strutturazione dei requisiti” di Crossrail. I cosiddetti strumenti di collaborazione hanno svolto un ruolo importante nel raggiungimento di una condivisione sicura ed efficiente di dati e informazioni. In termini di archiviazione dei dati, il progetto utilizzava due sistemi distinti ma collegati per la memorizzazione di contenuti e documenti ingegneristici. Man mano che il progetto è cresciuto, è cresciuta anche la varietà dei dati di cui garantire l’accessibilità. Questa ricchezza di informazioni doveva e deve essere condivisa nell’intero progetto su richiesta. Ciò è avvenuto grazie a un unico portale che fornisce sia la mappatura che i metadati sul desktop dell’utente tramite Internet Explorer, e consente la lettura diretta in tempo reale dei dati memorizzati.

L’utilizzo dei modelli 3D
Il modello dei dati territoriali geospaziali ha dovuto tenere conto delle future esigenze di acquisizione e manutenzione degli asset. Sin dalle prime fasi del progetto, Crossrail è stato sviluppato pensando in 3D, che si tratti di dati territoriali o informazioni CAD, creando un sistema in cui, attraverso una semplice interfaccia unica, gli utenti possono passare dai dati GIS ai dati BIM fino alle informazioni sugli asset. In molti progetti di costruzione gli output BIM in formato definito per attributi e quantità, ad esempio il formato COBie, e i modelli 3D possono essere ottenuti solo tramite l’uso di software BIM personalizzati. Ciò pone limitazioni per quanto riguarda le licenze, potenzialmente costose, il numero del personale qualificato e dei database proprietari all’interno del software. Crossrail ha adottato un approccio diverso alla modellazione basata sugli oggetti. Questo approccio è molto più personalizzato in base alle effettive esigenze, che cambiano nel tempo dall’ideazione del concept alla costruzione, alla messa in servizio, all’esercizio e alla manutenzione. Gli asset e i rispettivi parametri – Posizione, Funzione e Classificazione – sono archiviati nella banca dati delle risorse e classificati nel dizionario delle risorse. Grazie a un processo chiamato asset painting gli oggetti vengono generati nel modello informativo 3D e viene loro assegnato un identificatore univoco dal database degli asset.

I risultati
Un ambiente BIM di questa scala non era mai stato creato prima per un progetto infrastrutturale in ambito europeo, e Crossrail ha concentrato i propri sforzi nello sfruttamento delle opportunità che il BIM può portare non solo nella realizzazione di questa opera, ma soprattutto nel far evolvere l’innovazione progettuale all’interno dell’industria delle costruzioni, creando una sorta di “modello di processo” utilizzabile per altri interventi.
In questa ottica, tutto il progetto ha seguito un insieme coordinato e coerente di regole e processi 3D. Per gestire con successo tutti i dati relativi al progetto è stato adottato un modello software centralizzato per tutti i file 2D e 3D utilizzando il Building Information Modeling. Ad oggi sono stati creati, approvati e integrati circa 1 milione di file CAD all’interno del modello informativo centralizzato.
Il modello informativo 3D è ospitato su server Crossrail e condiviso con le imprese di costruzioni, e al termine dei lavori verrà trasferito ai gestori e ai manutentori della linea. Ciò ha ridotto significativamente la perdita di informazioni tra gli operatori coinvolti nel progetto e le diverse fasi del progetto, grazie a una maggiore visibilità e trasparenza dei processi di progettazione e costruzione e sfruttando la tecnologia per rendere lo sviluppo dei progetti più efficiente ed economico. Disporre di tutti i modelli di progetto integrati in una serie centralizzata di database collegati  ha consentito di creare visualizzazioni dettagliate e dinamiche di elementi specifici del progetto, e dare vita a elementi del progetto anni prima che questi venissero effettivamente realizzati. Ha consentito inoltre di essere significativamente più efficaci durante le fasi di progettazione e costruzione, di definire le relazioni spaziali di tutti gli elementi componenti, assicurando che non ci fossero interferenze ad esempio fra strutture, opere edili, impianti.
I progettisti possono visualizzare molte delle complesse reti di servizi all’interno e intorno alle stazioni in 3D. Ciò garantisce che chiunque lavori, oggi e in futuro, nelle vicinanze delle stazioni esaminate sia perfettamente consapevole dell’intricata e complessa trama di tubi e cavi sotto le strade che devono essere evitati o protetti. Una volta che un blocco di lavori viene completato i modelli CAD vengono aggiornati e reintegrati nel database centrale; è inoltre possibile collegarlo ad altri database centralizzati, in modo da essere in grado di visualizzare gli elementi dei componenti esistenti insieme ad altri dati correlati come le informazioni sugli asset di Crossrail, le specifiche, i manuali operativi ecc.
In sintesi, i vantaggi derivanti dall’utilizzo massimo del BIM nell’ambito del progetto Crossrail sono identificabili in una complessiva riduzione dei rischi, grazie a una maggiore chiarezza delle interfacce e delle attività di progettazione e costruzione; una maggiore sicurezza, grazie a una migliore conoscenza dell’opera e una più facile revisione di dettagli o processi costruttivi complessi; una riduzione degli errori, grazie a un approccio “single source of truth” alla gestione dei dati, ad esempio garantendo che solo la versione corretta di modelli, disegni e documentazione venga utilizzata; una migliore collaborazione interdisciplinare, grazie a set di dati collegati e modelli 3D integrati che hanno creato un Crossrail “virtuale” prima della materiale realizzazione del Crossrail fisico, consentendo una costante revisione del progetto e della costruzione; una riduzione della perdita di informazioni tra le diverse fasi del progetto, con l’integrale acquisizione e trasferimento delle informazioni relative agli asset alle fasi di gestione e manutenzione.

IL BIM DI CROSSRAIL IN CIFRE
1 set centralizzato di database collegati
25 incarichi di progettazione
30 incarichi per l’esecuzione dei lavori principali
60 incarichi in ambito logistico
1 milione di file CAD creati, approvati e integrati nel modello informativo centralizzato

 

Giornalista professionista della redazione di BIMportale, specializzato nel settore delle costruzioni, si occupa dai primi anni ’90 di tecnologie applicate alla progettazione e al cantiere. Ha all’attivo numerose pubblicazioni e collaborazioni con le principali testate di settore relative a tecniche costruttive, progettazione 3D, organizzazione e gestione dei processi di cantiere.