Modellazione parametrica in ambiente BIM integrato con analisi FEM di superfici complesse: test sul progetto di una Pista da Bob

The evolution of architectural and structural design towards increasingly complex models requires tools that can guarantee efficiency, flexibility, and operational speed. The traditional manual approach, still widely used, has several critical issues: repetitiveness in modeling, poor responsiveness to changes, lack of interoperability between BIM and FEM models, and difficulties in plant management. These issues slow down workflows, reduce model reliability, and hinder the exploration of design alternatives, limiting optimization and innovation. This thesis proposes a method for parameterizing the BIM model using Dynamo scripts, with the aim of automating the modeling, updating, and transfer phases to the FEM environment. To support the study, a real-world application case was developed: a bobsleigh track, a section of which was modeled in a BIM environment and then structurally analyzed in an FEM environment. The work is divided into two macro phases. In the first phase, a parametric BIM model of a portion of the track body was constructed, including the concrete section, reinforcement, and systems. The use of Dynamo made it possible to define unique inputs and basic parameters capable of governing the geometry through a minimum number of variables, ensuring automatic regeneration of the model in case of changes. The ability to link inputs to external Excel sheets further optimized management, facilitating collaborative integration and data updating without the need to intervene directly on the code. The integration of logical controls within the scripts also allowed for automatic verification of data consistency and compliance with design constraints. In the second phase, the BIM model was translated into the FEM environment using additional scripts, which also included the substructure. This automatically generated a mesh consistent with the geometry of the structure, reducing the time normally required to prepare the calculation model. The structural analysis focused on the behavior of the curve under different dynamic forces. The study demonstrates how the adoption of a parametric approach allows the limitations of traditional methods to be overcome, improving model quality, interoperability between disciplines, and speed in iterative phases. In a design context increasingly oriented towards sustainability and efficiency, the automation of BIM–FEM flows represents a useful solution for addressing complexity and supporting a more agile and informed decision-making process.

L’evoluzione del progetto architettonico e strutturale verso modelli sempre più complessi richiede strumenti in grado di garantire efficienza, flessibilità e rapidità operativa. Il tradizionale approccio manuale, ancora ampiamente utilizzato, presenta diverse criticità: ripetitività nella modellazione, scarsa reattività alle modifiche, mancanza di interoperabilità tra modelli BIM e FEM e difficoltà nella gestione impiantistica. Queste problematiche rallentano i flussi di lavoro, riducono l’affidabilità del modello e ostacolano l’esplorazione di alternative progettuali, limitando l’ottimizzazione e l’innovazione. Questa tesi propone un metodo per la parametrizzazione del modello BIM mediante l’uso di script Dynamo, con l’obiettivo di automatizzare le fasi di modellazione, aggiornamento e trasferimento verso l’ambiente FEM. A supporto dello studio è stato sviluppato un caso applicativo reale: una pista da bob, di cui è stato modellato un tratto in ambiente BIM e successivamente analizzato strutturalmente in ambiente FEM. Il lavoro si articola in due macrofasi. Nella prima fase, è stato costruito un modello parametrico BIM di una porzione del corpo pista, comprendente la sezione in calcestruzzo, le armature e gli impianti. L’utilizzo di Dynamo ha permesso di definire input univoci e parametri base in grado di governare la geometria attraverso un numero minimo di variabili, garantendo la rigenerazione automatica del modello in caso di modifiche. La possibilità di collegare gli input a fogli Excel esterni ha ulteriormente ottimizzato la gestione, facilitando l’integrazione collaborativa e l’aggiornamento dei dati senza necessità di intervenire direttamente sul codice. L’integrazione di controlli logici all’interno degli script ha consentito inoltre la verifica automatica della coerenza dei dati e il rispetto di vincoli progettuali. Nella seconda fase, il modello BIM è stato tradotto in ambiente FEM tramite ulteriori script, che hanno incluso anche la sottostruttura. È stata così generata automaticamente una mesh coerente con la geometria dell’opera, riducendo i tempi normalmente richiesti per la preparazione del modello di calcolo. L’analisi strutturale si è concentrata sul comportamento della curva soggetta a differenti forzanti dinamiche. Lo studio dimostra come l’adozione di un approccio parametrico consenta di superare i limiti dei metodi tradizionali, migliorando la qualità del modello, l’interoperabilità tra discipline e la rapidità nelle fasi iterative. In un contesto progettuale sempre più orientato alla sostenibilità e all’efficienza, l’automazione dei flussi BIM–FEM rappresenta una soluzione utile per affrontare la complessità e supportare un processo decisionale più agile e consapevole.