Analisi speditive di vulnerabilità sismica di edifici in muratura mediante web application "Vulnus": acquisizione dati da algoritmi operanti su database openBIM IFC

In the architecture, engineering and construction (AEC) sector, Building Information Modeling (BIM) is becoming an increasingly important and widespread tool. Digital models developed through BIM methodology are containers of geometric and semantic information related to a building that represent a digital database according to a standardized (Industry Foundation Classes, IFC) and shared coding, which allows the interchange of information between different disciplines (OpenBIM). The large number of the built heritage led to the development of HBIM, i.e., the application of BIM methodology to existing structures, which requires the creation of a three-dimensional model containing geometric and informational data related to the state of the construction in order to obtain a digital representation to serve conservation and recovery activities. The assessment of the state of consistency and expected behavior, particularly in case of earthquake, of the building heritage represents a contingent need, which can benefit from the structured organization of information such as can be obtained from an HBIM model. The assessment of the expected seismic behavior of a building can be carried out according to different methodologies, depending on the scale and level of detailing required: in the case of a preliminary assessment, an estimate of normalized shear strength or an assessment for local out-of-plane behavior is valid. The Vulnus procedure proposed by the University of Padua and recently translated to a web application provides the assessments described and is based on simplified geometric and informational inputs that can be schematized in tabular terms. This thesis aims to create a tool for automatic implementation of input data needed by the Vulnus from an IFC information model. Thus, it is proposed to add a piece to the landscape of methodologies for seismic vulnerability digitization starting from an analysis of the IFC structure for proper data reading and implementation of new attributes within IFC classes. Through a specially produced code in Python language with IfcOpenShell library, it is possible to extract data from the IFC database and create new attributes related to the state of the construction, expanding the hierarchical structure of IFC. The user can proceed to computerize the seismic vulnerability in the BIM model of the building, supplementing the source model with new parameters through web interface. The produced scripts have been tested on four residential buildings with different dimensional and typological characteristics, from the small terraced building to the multi-family condominium building. The proposed workflow was integrated into the web application, adding the functionality for reading and editing the IFC file. This thesis work lays the groundwork for further investigation of the classification system of the elements that make up a BIM model in order to identify in an increasingly timely manner information relevant to the structural and particularly seismic assessment of existing buildings.

Nel settore dell'architettura, dell'ingegneria e delle costruzioni (AEC) il Building Information Modeling (BIM) sta diventando uno strumento sempre più importante e diffuso. I modelli digitali sviluppati tramite metodologia BIM sono contenitori di informazioni geometriche e semantiche relative ad un edificio che rappresentano un database digitale secondo una codifica standardizzata (Industry Foundation Classes, IFC) e condivisa, che consente l’interscambio di informazioni tra discipline diverse (OpenBIM). La grande consistenza numerica del patrimonio edilizio costruito ha motivato lo sviluppo dell’HBIM, ovvero l’applicazione della metodologia BIM a strutture esistenti, che richiede la creazione di un modello tridimensionale contenete dati geometrici e informativi relativi allo stato della costruzione al fine di ottenere una rappresentazione digitale a servizio delle attività di conservazione e recupero. La valutazione dello stato di consistenza e del comportamento atteso, particolarmente in caso di sisma, del patrimonio edilizio rappresenta una esigenza contingente, che può trarre vantaggio dall’organizzazione strutturata delle informazioni quale può essere ottenuta da un modello HBIM. La valutazione del comportamento sismico atteso di un edificio può essere effettuata secondo diverse metodologie, in funzione della scala e del livello di approfondimento richiesto: nel caso di una valutazione preliminare, risulta valida la stima della resistenza al taglio normalizzata oppure una valutazione per meccanismi locali fuori piano. La procedura Vulnus proposta in passato dall’Università di Padova e recentemente tradotta su una web application fornisce le valutazioni descritte e si basa su input geometrici e informativi semplificati, schematizzabili in termini tabellari. La tesi ha l’obiettivo di creare uno strumento di implementazione automatica dei dati di input necessari alla piattaforma Vulnus a partire da un modello informativo IFC. Si propone dunque di aggiungere un tassello al panorama delle metodologie per la digitalizzazione della vulnerabilità sismica partendo da un’analisi della struttura di IFC per una corretta lettura dei dati e implementazione di nuovi attributi all’interno delle classi IFC. Tramite un codice appositamente prodotto in linguaggio Python che sfrutta la libreria IfcOpenShell, è possibile estrarre i dati dal database IFC e creare nuovi attributi relativi allo stato della costruzione, ampliando la struttura gerarchica di IFC. L’utente può dunque procedere all’informatizzazione della vulnerabilità sismica nel modello BIM dell’edificio, integrando il modello di partenza con nuovi parametri Vulnus tramite interfaccia web. Gli script prodotti sono stati testati su quattro edifici residenziali con caratteristiche dimensionali e tipologiche differenti, dall’edificio a schiera di piccola dimensione all’edificio plurifamiliare in condominio. Il flusso di lavoro proposto è stato integrato nella web application, aggiungendo la funzionalità per la lettura e la modifica del file IFC. Il lavoro di tesi pone le basi per un ulteriore approfondimento del sistema di classificazione degli elementi che compongono un modello BIM al fine di individuare in modo sempre più puntuale le informazioni pertinenti alla valutazione strutturale e in particolare sismica degli edifici esistenti.