Modellazione HBIM per il restauro integrato di villa Gazzotti a Bertesina: valutazioni architettoniche, strutturali ed energetiche

Italy is the leading country in the world in terms of the number of UNESCO World Heritage sites. To ensure the protection of this cultural heritage, the implementation of new technologies is essential. Among these, the HBIM (Heritage Building Information Modeling) methodology stands out for its ability to recreate the three-dimensional model of a historical building and integrate all relevant information within it. Data centralization creates an interoperable dataset, forming the basis for multidisciplinary studies, such as architectural evaluations through the model itself and structural and energy analyses through dedicated environments: respectively, Equivalent Frame Modeling (EFM) and Building Energy Modeling (BEM). This thesis applies the methodology outlined to Villa Gazzotti: the building exhibits a condition of deterioration due to disuse. The main issues include the degradation of the façades: only the southern front retains part of the original plaster. The basement floor was never constructed, the existing floors are worn and poorly repaired, while the wooden beams are characterized by excessive flexibility. Historical analysis revealed changes from the original configuration, such as the creation of a mezzanine level in the 19th century, which interrupts the double height of the west hall, originally featuring a pavilion vault. This intervention also led to modifications of the original openings, resulting in discontinuities in the masonry and the insertion of now-degraded fixtures. An HBIM model was developed to integrate the information collected from historical sources and on-site inspections. Through this model, it was possible to obtain the data necessary to perform structural and energy simulations. The EFM method was used for structural simulations, considering two different configurations of the infill walls, either open or closed, to observe the differing behavior of the masonry discontinuities under seismic action in the current state. The energy simulation highlighted difficulties in achieving interoperability between the HBIM and BEM models, primarily due to the complexity of the geometry. The energy analysis was conducted on a simplified model, allowing the overall thermal-hygrometric behavior of the historical building and its components to be observed. The results obtained from the analyses, combined with the previously collected data, lay the foundation for the development of intervention strategies with architectural, structural, and energy focuses. The restoration proposals include cleaning and consolidating the secondary façades, applying a glazing layer to the southern façade, designing a basement floor after the construction of a ventilated crawl space, consolidating the wooden floors and roof, and a comprehensive intervention on the fixtures. The restoration of the façade was digitally simulated to evaluate its impact on the overall appearance of the building. These interventions were then incorporated and visualized within the initial HBIM model, and further analyses were conducted to assess their contribution to conservation and enhancement by comparing the results with those obtained from the current state simulations. This work demonstrates the importance of centralized data management in the study, administration, and conservation of historical assets. It also provides a methodological example for developing specific energy and structural models starting from the HBIM model, emphasizing the challenges encountered in terms of interoperability.

L’Italia è il primo paese al mondo per numero di siti patrimonio dell’umanità dichiarati dall’Unesco. Per tutelare questo patrimonio culturale è fondamentale l’implementazione di nuove tecnologie. Tra queste, la metodologia HBIM (Heritage Building Information Modeling) si distingue per la possibilità di ricreare il modello tridimensionale di un edificio storico e integrare al suo interno le informazioni che lo riguardano. La centralizzazione dei dati crea una raccolta interoperabile, base di partenza per studi multidisciplinari, quali le valutazioni architettoniche tramite il modello stesso e quelle strutturali ed energetiche tramite ambienti dedicati; rispettivamente telaio equivalente (EFM) e Building Energy Modeling (BEM). Questa tesi applica la metodologia descritta a villa Gazzotti: l’edificio presenta una condizione di degrado dovuta al disuso. I principali problemi includono il deterioramento dei prospetti tra cui solo il fronte sud conserva parte dell’intonaco originale. Il piano di calpestio del seminterrato non è mai stato realizzato, le pavimentazioni esistenti sono erose dall’uso e malamente riparate, mentre gli orizzontamenti in legno sono caratterizzati da un’eccessiva flessibilità. L’analisi storica ha evidenziato i cambiamenti dalla conformazione iniziale, come la creazione del piano ammezzato nell’Ottocento, che interrompe la doppia altezza della sala ad ovest caratterizzata da una volta a padiglione. Questo intervento ha portato alla modifica delle aperture originali causando discontinuità nella muratura e l’inserimento di infissi ora degradati. È stato quindi sviluppato un modello HBIM per integrare le informazioni raccolte da fonti storiche e ispezioni in sito. Tramite il modello è stato possibile ottenere i dati necessari per effettuare simulazioni strutturali ed energetiche. Il metodo EFM è stato utilizzato per le simulazioni strutturali considerando due diverse configurazioni delle tamponature, aperte o chiuse, così da osservare il diverso comportamento delle discontinuità presenti sulla muratura rispetto all’azione del sisma allo stato di fatto. La simulazione energetica ha evidenziato le difficoltà nell’interoperabilità tra un modello HBIM e BEM soprattutto a causa della complessità nella geometria. L’analisi energetica è stata effettuata su un modello semplificato e si è potuto osservare il comportamento complessivo del manufatto storico e dei suoi componenti in termini termo-igrometrici. I risultati ottenuti dalle analisi, integrati alle informazioni già rilevate, pongono le basi per lo sviluppo di strategie di intervento a carattere architettonico, strutturale ed energetico. Le proposte di restauro riguardano quindi la pulitura e il consolidamento dei prospetti secondari e la velatura del prospetto sud; la progettazione di un piano di calpestio del seminterrato previa realizzazione di un vespaio areato; il consolidamento dei solai in legno e della copertura ed infine un intervento globale sugli infissi. L’intervento di restauro del prospetto è stato simulato in ambiente digitale per poterne valutare l’effetto sull’immagine complessiva dell’edificio. Gli interventi vengono poi inseriti e visualizzati nel modello HBIM iniziale, valutandone, con nuove analisi, il contributo in termini di conservazione e valorizzazione mediante il confronto con i risultati ottenuti dalle simulazioni allo stato di fatto. Il lavoro mostra l’importanza di una gestione centralizzata dei dati per il percorso di conoscenza, amministrazione e conservazione del bene storico e fornisce un esempio di metodo per lo sviluppo di specifici modelli energetici e strutturali partendo dal modello HBIM, sottolineando le criticità riscontrate in termini di interoperabilità.