Negli impianti industriali BIM e Digital Twin fanno risparmiare tempo e denaro soprattutto in due momenti: quando nuove macchine devono entrare in un impianto esistente, e quando l'impianto è in esercizio e ogni ora di fermo costa produzione. In entrambi i casi il valore sta nell'avere un unico modello coordinato di strutture, impianti e apparecchiature che corrisponde a ciò che c'è in sito.
Gli asset industriali si distinguono dagli edifici per un aspetto pratico: la maggior parte di costi e rischi sta negli impianti. Tubazioni, canali, passerelle e macchine di processo riempiono lo spazio e cambiano durante la vita dell'impianto. Qui vediamo dove i metodi digitali ripagano e tre progetti BIMON nel settore.
Tre momenti in cui il modello conta
Progettazione di nuovi impianti
In un impianto nuovo il modello BIM coordina architettura, strutture e impianti intorno alle macchine di processo. Un'interferenza trovata nel modello costa ore. La stessa interferenza trovata in cantiere, tra un rack tubazioni e una trave, costa giorni e una variante. Il modello produce anche le quantità per gli acquisti, che nei lavori industriali sono spesso sul percorso critico.
Revamping e ampliamento
È qui che vediamo il beneficio maggiore. Quando un impianto si amplia, linee e macchine nuove devono trovare posto tra strutture e reti esistenti, spesso con finestre di fermo strette. Un modello dell'esistente, di solito da rilievo laser scanner, più il modello delle parti nuove, permette di provare sequenze e spazi prima che arrivi la gru.
Esercizio
In esercizio il gemello digitale collega il modello ai dati dell'impianto: punti BMS o SCADA, contatori, storico della manutenzione. Le domande sono pratiche. Quali macchine causano più fermi? Dove si perde energia? Cosa succede se aggiungiamo una linea qui? Le risposte dipendono dalla qualità dei dati più che dal software.
Inalca, Sochocin: progettazione di uno stabilimento di 46.000 m²
Inalca, del Gruppo Cremonini, ha realizzato a Sochocin, in Polonia, uno stabilimento di macellazione e lavorazione delle carni. Il complesso occupa circa 46.000 m² in cinque edifici produttivi, alcuni esistenti e riqualificati, altri di nuova costruzione.
Per STI Engineering, nel 2018, BIMON ha curato la progettazione multidisciplinare di dettaglio e costruttiva. Abbiamo prodotto progetti e modelli BIM di architettura e impianti fino agli elaborati per la costruzione, compresa la progettazione esecutiva degli impianti elettrici, speciali e meccanici. Insieme al committente abbiamo seguito il coordinamento multidisciplinare, prodotto gli elaborati costruttivi ed estratto tutte le quantità necessarie al controllo degli acquisti per l'edificio B e il rack.
In uno stabilimento alimentare la progettazione impiantistica porta vincoli igienici in più: superfici lavabili, separazione dei flussi puliti e sporchi, ambienti controllati. Coordinarli in un unico modello li ha resi visibili a tutte le discipline.
WTE Trieste: l'ampliamento di un termovalorizzatore
Il termovalorizzatore Hera di Trieste, chiamato Errera 3, è l'evoluzione del precedente Errera 2, che aveva due linee di incenerimento da 204 tonnellate al giorno ciascuna e una turbina a vapore da 4,85 MW con una produzione di 32 GWh l'anno. L'intervento ha aggiunto una terza linea di trattamento e un ciclo termico interamente nuovo al servizio delle tre linee, con una turbina da 14,9 MW in grado di produrre 100 GWh l'anno.
Sul WTE di Trieste, dal 2021, BIMON ha realizzato e coordinato tutti i modelli digitali e le simulazioni delle fasi e dei metodi costruttivi dei nuovi componenti, su un impianto di circa 12.000 m². Unendo BIM e simulazioni temporali, il gruppo di lavoro ha risolto le interferenze prima che comparissero in cantiere e ha tenuto le lavorazioni in linea con il programma. Abbiamo fornito anche consulenza di Project BIM Management e monitoraggio in base alle esigenze del cantiere, con scansioni per tenere i modelli allineati al costruito.
È quello che chiamiamo Construction Digital Twin: il modello segue i lavori e supporta le decisioni su spazi e sequenze. Il suo as-built diventa la base per la gestione successiva dell'impianto. La distinzione è spiegata in cos'è davvero un Digital Twin.
Data center ECMWF, Bologna: modelli da rilievo laser in un complesso storico
Il data center del Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio termine si trova nel Tecnopolo di Bologna, nell'ex Manifattura Tabacchi progettata da Pier Luigi Nervi negli anni Cinquanta. Il progetto, finanziato con 40 milioni di euro, occupa circa 9.000 m², ampliabili di altri 6.000 m², dentro gli edifici esistenti delle "Botti", l'edificio L1 per trasformazione e gruppi di continuità e il nuovo edificio L2 per gli impianti tecnologici.
Per Aster, BIMON ha realizzato il modello BIM strutturale e impiantistico a partire da un rilievo laser scanner e dal progetto esecutivo. Abbiamo poi eseguito clash detection e code checking per verificare il progetto prima della realizzazione, in funzione della corretta esecuzione e della futura manutenzione dell'edificio.
I data center sono densi di impianti e non tollerano errori: percorsi di alimentazione, raffreddamento e ridondanza devono stare esattamente dove dice il progetto. Partire da un rilievo delle strutture esistenti, e non da vecchi disegni, ha eliminato un'intera categoria di sorprese in cantiere.
Esempi nel mondo
Alcuni dei progetti industriali più avanzati al mondo, sviluppati da altre aziende, mostrano dove porta questo approccio. Gruppi come Siemens e Tesla lo hanno adottato presto nei loro stabilimenti.
Siemens Digital Industries Factory, Amberg
Lo stabilimento Siemens di Amberg, in Germania, è uno degli esempi più avanzati di Digital Twin in ambito industriale. Il gemello digitale riunisce in un unico modello le informazioni su prodotti, processi e prestazioni e permette di ottimizzare la produzione in modo continuo.
Così Siemens ha raggiunto livelli di qualità senza precedenti, con il 99,9988% di prodotti senza difetti, e ha moltiplicato per otto la produttività senza ampliare lo spazio fisico della fabbrica. Il sistema predittivo ha ridotto i fermi del 30% e i costi di manutenzione del 20%.
Tesla Gigafactory, Nevada
La Gigafactory Tesla in Nevada, vicino a Reno, usa un Digital Twin end-to-end che copre l'intero ciclo di vita del prodotto, dalla progettazione alla produzione. Ogni aspetto del processo produttivo viene simulato virtualmente prima di essere realizzato.
Il sistema ha ridotto del 40% i tempi di avvio della produzione, ha ottimizzato l'efficienza energetica dello stabilimento e permette miglioramenti continui basati sull'analisi dei dati operativi. Poter simulare l'intero processo ha consentito a Tesla di aumentare rapidamente i volumi mantenendo standard qualitativi elevati.
Norme da conoscere
- La ISO 23247 definisce un quadro di riferimento per i Digital Twin nella manifattura, centrato sul processo produttivo.
- La serie ISO 55000 riguarda i sistemi di gestione degli asset, cioè il lato organizzativo che decide come usare i dati del twin.
- La UNI EN ISO 19650 riguarda la gestione informativa di edifici e infrastrutture che ospitano il processo. È il riferimento per contratti e consegne.
Per gli impianti di proprietà pubblica in Italia, come quelli delle multiutility o del ciclo dei rifiuti, i lavori oltre 2 milioni di euro rientrano nell'obbligo BIM del Codice dei contratti. Ne parliamo nella guida all'obbligo BIM.
Come impostare un twin industriale
- Partire dal prossimo intervento. Un revamping o un ampliamento è il momento naturale per costruire il modello dell'esistente.
- Rilevare prima di progettare. Negli impianti esistenti lo Scan to BIM costa meno che scoprire le interferenze durante il fermo.
- Federare i modelli dei fornitori. Le macchine di processo arrivano con i loro modelli 3D. Formati e coordinate vanno concordati presto.
- Tenere vivo il modello dopo la consegna. Le modifiche fatte dalla manutenzione devono rientrare nel modello, altrimenti invecchia in un anno.
- Collegare i dati operativi per passi. Prima storico della manutenzione e contatori principali, poi i dati di processo dove una decisione li richiede.
Cosa fa BIMON per l'industria
Progettiamo impianti MEP in BIM, coordiniamo modelli multidisciplinari su impianti nuovi ed esistenti e realizziamo Digital Twin di cantiere e di gestione. I servizi di progettazione MEP, monitoraggio di cantiere e O&M Digital Twin coprono la vita dell'impianto dal progetto all'esercizio. Se state pianificando un revamping, il modello di ciò che avete oggi è la prima cosa che guarderemmo.
