“Gemello Virtuale, come la tecnologia può contribuire a ridurre rischi ed effetti di alluvioni e collassi di infrastrutture”, intervista a Umberto Arcangeli (Dassault Systèmes)

Key4biz. Per le città iperconnesse e del futuro sempre più Pubbliche Amministrazioni e aziende scelgono di adottare il Gemello Virtuale da applicare in vari contesti: dalle infrastrutture alle costruzioni fino per la lotta al cambiamento climatico. Voi siete tra le aziende leader di questa innovativa soluzione. Quali sono le differenze e i vantaggi rispetto al Gemello digitale?

Umberto Arcangeli. L’esigenza di rappresentare la realtà ha radici lontane. Nasce da un lato dalla necessità di comunicare e condividere esperienze, dall’altro dalla necessità di utilizzare queste esperienze passate, che poi sono informazioni, per pianificare il futuro. Parlando della differenza tra il gemello digitale e il gemello virtuale, possiamo dire che il gemello digitale è una rappresentazione statica di qualcosa, che sia un prodotto o un processo, mentre quello virtuale è un modello dinamico, cioè al variare di certi parametri evolve nel tempo, quindi si presta a essere studiato in termini di comportamento durante la sua evoluzione. Per alimentare un gemello virtuale si prendono dei dati reali e se ne studia l’evoluzione, cioè con questi dati valutiamo come il gemello virtuale varia al variare dei parametri. Possiamo utilizzarlo per ipotizzare degli scenari. I dati ci consentono la simulazione di determinati eventi e la possibilità di prendere delle decisioni, basate su un patrimonio informativo significativo ed esauriente. Sia per gli scenari predittivi, in cui riesco a prevedere in anticipo una situazione prima che si verifichi e quindi sono in grado di evitarla, o di minimizzarne l’impatto; sia per gli scenari di intervento rapido, in cui riesco a gestire in tempi brevi una determinata situazione perché, prima che questa si verificasse, mi sono allenato in anticipo nel mondo digitale per gestirla al meglio.

Key4biz. In Italia e all’estero in quali settori utilizzate il Gemello Virtuale e con quale strategia lo applicate?

Umberto Arcangeli. Le applicazioni sono tantissime. Possiamo prendere il caso del crash test dell’auto. Oggi tutti questi test vengono fatti digitalmente. Anche le simulazioni di processo sono un buon esempio. Basta pensare alla catena di montaggio con tanti robot, dove è possibile non solo simulare il funzionamento di ogni singola unità robotica, ma anche di verificare cosa accade lungo l’intera linea di montaggio. Come si muove il pezzo da montare lungo tutta la catena di montaggio, sia in termini di funzionamento, sia di analisi dei tempi e di qualità del prodotto. Abbiamo poi esempi di applicazioni legate alla manutenzione preventiva. Pensiamo a un’infrastruttura stradale, oggi è possibile simulare il comportamento sotto stress di un’infrastruttura, che può essere un ponte, perché si conoscono i materiali, le tecniche costruttive, il livello di consumo dovuto al passare del tempo e al transito dei veicoli, gli agenti atmosferici e i fenomeni naturali che possono andare a colpirla e minare la sua stabilità e quindi è possibile, aggregando tutti questi dati, intervenire prima del manifestarsi di eventi strutturali critici. Possiamo analizzare una serie di parametri per capire, entro una certa data, se sarà necessario intervenire con un certo tipo di manutenzione. In alternativa, c’è il modellamento virtuale, con si possono simulare eventi critici della struttura. In questo modo si può pianificare l’intervento per ripristinarne, nel minor tempo possibile, l’operatività. Questo può avvenire con una manutenzione straordinaria, oppure si riesce a definire in anticipo quali possono essere delle soluzioni di backup durante la gestione dell’emergenza. In caso di eventi, come un’alluvione o l’inagibilità di un ponte, che creino problemi di viabilità, è possibile individuare una soluzione alternativa, con il grande vantaggio di essere pronti ad affrontare l’emergenza nel miglior modo possibile.

Key4biz. Come droni, sensori, AI, big data e Gemello Virtuale possono contribuire a ridurre gli impatti di disastri (cedimento di un ponte) o calamità naturali?

Umberto Arcangeli. La tecnologia non riesce a evitare disastri, ma offre un supporto per ridurne il rischio e minimizzare gli effetti. Come esempio pratico consideriamo un ponte e diamo per scontato che sia progettato perfettamente. Tramite tecnologie 3D e l’utilizzo dei migliori materiali e delle migliori tecniche costruttive, è possibile effettuare simulazioni di ogni tipo per garantirne la massima stabilità. Diciamo quindi che alla fine del processo di progettazione e costruzione abbiamo un modello digitale, che è una fedele rappresentazione fisica della struttura, che è una fedele rappresentazione del ponte fisico. Lo step successivo è passare al gemello virtuale. Il gemello virtuale evolve nel tempo, quindi trasformo un oggetto statico in un oggetto dinamico. Questo accade integrando progressivamente i dati raccolti giorno dopo giorno, tramite magari dei sensori che trasmettono mediante dispositivi dell’Internet of Things le vibrazioni e le deformazioni che il ponte subisce quando passano i veicoli. Posso anche utilizzare dei droni che sono in grado di raccogliere delle immagini molto precise della parte esteriore del Ponte e misurarne quindi fedelmente lo stato di conservazione. Oppure ancora altri tipi di informazioni legate all’effetto degli agenti atmosferici, rilevabili da un punto di vista empirico o tramite droni. Tutta questa massa enorme di dati può essere data in pasto ai motori specializzati di machine learning, quindi parliamo di intelligenza artificiale, che li aggregano secondo determinate semantiche e diventano alla fine un supporto informativo che consente agli operatori, che hanno in carico la gestione del ponte, di pianificare di nuovo una manutenzione preventiva oppure, se avvengono eventi di tipo imprevisto, come un terremoto, un incendio e un altro evento di grande impatto, di pianificare un intervento straordinario per rispondere prontamente.

4. Key4biz. Parlando di infrastrutture critiche, Snam, il primo operatore europeo nel trasporto del gas naturale con una rete in Italia e all’estero, utilizza la vostra piattaforma per avere quali benefici?

Umberto Arcangeli. Snam utilizzerà la piattaforma 3DEXPERIENCE per creare gemelli virtuali della sua rete di gasdotti, dei siti di stoccaggio e dei terminali di gas naturale liquefatto (GNL) in Italia. L’efficienza operativa e la sicurezza sono imperativi per fornire servizi energetici accessibili e a costi contenuti. La nostra piattaforma 3DEXPERIENCE consente a società di servizi pubblici come Snam di      gestire gli asset durante l’intero ciclo di vita, e di adattarli per garantire il funzionamento del sistema anche in occasione di picchi di domanda, fornendo anche nuove soluzioni nel medio-lungo termine.  La piattaforma 3DEXPERIENCE consentirà a Snam di connettere tutti gli stakeholder attorno a gemelli virtuali che simulano questa complessa rete di asset, integrando senza soluzione di continuità i dati in real-time e le informazioni raccolte dai sensori sul campo.

Key4biz. Il Gemello Virtuale e il Building Information Modeling (BIM) in che modo possono essere degli alleati anche nel settore delle costruzioni?

Umberto Arcangeli. Dal primo gennaio 2025, tutte le opere di valore superiore a un milione di euro sono soggette all’obbligo della certificazione B, quindi questo è un passo significativo dal punto di vista legislativo. Necessario ma non sufficiente per l’adozione di questo tipo di tecniche nel settore delle costruzioni. A questo livello di spesa si parla di costruzioni sicuramente significative, pensiamo a un centro sportivo o un ospedale. Opere che dovranno svolgere la loro funzione per lungo tempo. Proviamo a vedere quali sono i vantaggi in tutte le fasi, partendo dal design fino al momento in cui l’opera comincia a lavorare secondo la sua destinazione d’uso. Nella fase design sicuramente è possibile fare considerazioni estetiche, ma anche valutarne l’impatto urbano. Si può ipotizzare l’utilizzo di materiali sostenibili, che siano in grado di garantire un risparmio energetico e ridotti costi di operatività. Oggi ci sono materiali che sono in grado di massimizzare l’effetto dell’irraggiamento solare, quindi diminuendo la necessità di energia con cui deve essere alimentato l’edificio. Ovviamente si può fare l’assicurazione di stabilità strutturale, tenendo conto sia di condizioni di stress dovute a fenomeni naturali, diciamo normali, ma anche condizioni di stress dovute a fenomeni naturali estremi. C’è una legge sull’antisismica, per cui questo tipo di simulazioni diventano un corredo essenziale della parte di design. Poi c’è la fase del costruire. In questo caso, il settore delle costruzioni potrebbe già beneficiare di tecniche consolidate che sono state sviluppate in altri settori, basti pensare all’aerospaziale, alla fine costruire una grande opera non è così diverso in termini di fasi e attività rispetto all’assemblaggio di un aeroplano, perché in ogni fase servono materiali, macchine, personale specializzato, alcune attività si possono anche parallelizzare, fino alla riconciliazione delle attività, poi una volta chiusa si passa a quella successiva. Altro grande beneficio derivante dall’utilizzo di queste tecniche di gemello virtuale è nella fase della documentazione. In questa fase si produce una documentazione di progetto che poi diventerà indispensabile nella vita operativa dell’opera, perché sarà la base per fare la manutenzione durante tutto il ciclo di vita dell’opera stessa. Una volta finita la costruzione tutta la documentazione è disponibile per il collaudo e come ho detto prima per la manutenzione futura. Questo tipo di opere sono pensate per durare decine di anni, ma saranno soggette nel corso della loro vita e del loro utilizzo ad un degrado e perché no anche a migliorie che possono essere programmate in funzione del tempo sin da subito.
Vi porto l’esempio di alcune aziende di costruzione molto avanzate, che stanno adottando tecniche di costruzione basate sull’assemblaggio di blocchi predefiniti. Tra i grandi vantaggi di questo tipo di costruzione sicuramente la rapidità di realizzazione, ma anche una diversa destinazione d’uso una volta raggiunta il fine vita. Vediamo spesso e volentieri centri commerciali abbandonati, se fossero stati progettati in un’ottica di riutilizzo, quale sarebbe l’investimento necessario per trasformare un centro commerciale in un ospedale o in un’altra struttura? Da ultimo, lo smaltimento dei materiali. L’opera prima o poi arriva a fine vita, cosa me ne faccio a quel punto? Mando materiale inerte in discarica con tutti i costi smaltimento o lo realizzo in modo tale per cui una certa percentuale della costruzione possa essere riciclata? Sono tutte tematiche che in questo momento possono essere gestite nel settore delle costruzioni con un approccio di tipo evolutivo basato sul gemello virtuale.

Key4biz. Come alimentare nelle PA e nelle aziende private la cultura del Gemello Virtuale?

Umberto Arcangeli. Ci sono settori industriali dove l’uso del gemello virtuale, tipo automotive e spaziale, non è più in discussione, nessuno più penserebbe di fare un prototipo fisico oggi in quelle Industrie. Ci sono voluti anni per arrivare a questa situazione, spinti essenzialmente dalla competizione tra gli attori di mercato che si volevano prendere la leadership, e questo sta avvenendo in tutti i mercati dove l’innovazione la fa da padrona, dove devi innovare per sopravvivere, dove serve qualità dell’esecuzione, dove serve rispettare i tempi pattuiti, perché altrimenti non tieni il passo con i tuoi competitor. Nel settore pubblico non è così, qui la legislazione in vigore può aiutare di sicuro. Le leggi come quella del BIM o le restrizioni imposte dalla aderenza alla sostenibilità ed è un tema che non vale solo per le aziende, ma vale anche per le città e le pubbliche amministrazioni, sono uno stimolo, ma non sono abbastanza. Si richiede qui un cambio di mentalità ed è compito nostro, intendo delle aziende che promuovono questo tipo di tecnologia, fare cultura tecnologica in questi settori.
Noi abbiamo la responsabilità di spiegare come le tecnologie consentono di risparmiare denaro pubblico, perché se fai le cose bene risparmi anche risorse pubbliche, ma sicuramente completare le opere in un tempo minore e con un livello di qualità superiore, ma la cosa fondamentale è che dobbiamo riuscire a spiegare alle pubbliche amministrazioni che questi sistemi intelligenti consentono di governare il territorio prendendo delle decisioni responsabili a partire da un patrimonio informativo significativo. Spesso e volentieri abbiamo enti locali che devono decidere, ma non hanno il corredo informativo necessario e sufficiente per prendere una decisione informata. Questo secondo me è l’aspetto più significativo. Ad esempio, pensiamo a una zona che può essere soggetta ad alluvioni o a fenomeni meteorologici particolarmente intensi, come è successo spesso in Italia. In caso di esondazione di un fiume o di un torrente, avendo il gemello virtuale di un territorio urbano, si potrebbe valutare in maniera molto accurata l’impatto del fenomeno estremo, perché si può simulare con esattezza non solo il percorso dell’acqua e l’altezza che può raggiungere, in base alla morfologia del territorio, più o meno in discesa più o meno in salita, e alle costruzioni esistenti, che come ben sappiamo fanno da ostacolo, oppure da acceleratore in certi casi, ma anche l’impatto che l’unione avrebbe in termini distruttivi, perché una volta conosciuta la portata e le forze in gioco sono equazioni matematiche che ti danno anche la forza distruttiva dell’acqua mentre avanza. Col mondo virtuale si potrebbe quindi non solo vedere qual è l’effetto dell’alluvione, ma anche, secondo un’ottica ‘cosa succede se’, capire cosa accadrebbe per esempio impiegando delle barriere mobili che si alzano al momento della necessità, come accade per il Mose a Venezia, o cosa succederebbe se deviassi il percorso di un fiume, che si può anche pianificare come ultimo intervento nel giorno malaugurato in cui l’inondazione succedesse davvero. Grazie al modello digitale io l’ho già vissuta e sono in grado di intervenire.

Key4biz. In sintesi, quali vantaggi possono dare queste tecnologie?

Umberto Arcangeli. Il punto chiave è la loro adozione. Ci sono tante tecnologie oggi disponibili sul mercato, di cui si parla molto, come l’intelligenza artificiale, l’acquisizione dei dati tramite droni, i sensori di rilevamento e molto altro. Tutte queste informazioni necessitano di essere aggregate in maniera intelligente e possono diventare un patrimonio imprescindibile di supporto alle decisioni. Utilizziamo la tecnologia non per motivi estetici o per fare prodotti migliori, ma utilizziamola per dare alle persone che hanno la responsabilità di prendere decisioni critiche un patrimonio informativo che consenta di decidere con maggiore sicurezza e consapevolezza.

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