Costruzioni 4.0: BIM e Digital Twin per la trasformazione digitale del settore

Negli ultimi anni, il settore delle costruzioni sta attraversando una profonda trasformazione grazie alla digitalizzazione e all’adozione di tecnologie avanzate. Questo cambiamento, noto come “Costruzioni 4.0” in riferimento all’Industria 4.0, punta a ottimizzare l’intero ciclo di vita di edifici e infrastrutture attraverso l’uso di strumenti digitali. L’innovazione nel settore è ormai indispensabile per affrontare le sfide moderne, dalla crescente complessità dei progetti alla sostenibilità ambientale, fino alla riduzione dei costi e all’efficienza operativa. La digitalizzazione permette di superare i limiti dei metodi tradizionali, migliorando la progettazione, la costruzione e la gestione degli edifici, garantendo maggiore precisione e un controllo più efficace su tempi, risorse e qualità del risultato finale.

In questo contesto, emergono due tecnologie chiave: il Building Information Modeling (BIM) e il Digital Twin, strumenti fondamentali per accelerare il processo di trasformazione digitale del settore delle costruzioni. Entrambe permettono una gestione più intelligente e interconnessa delle opere, migliorando non solo la fase di progettazione e realizzazione, ma anche la gestione operativa degli asset, fino ad arrivare alla manutenzione e l’ottimizzazione delle prestazioni nel lungo termine. Grazie all’integrazione di questi due strumenti, è possibile realizzare edifici e infrastrutture più efficienti e sostenibili, semplificandone la gestione.

Cos’è il BIM?

Nel contesto delle costruzioni, il Building Information Modeling (BIM) è una metodologia basata sulla creazione e gestione di un modello digitale informativo dell’edificio o dell’infrastruttura. Questo modello tridimensionale (3D), integrato e arricchito da informazioni sulla geometria, i materiali e i componenti, rappresenta una dettagliata replica virtuale, contenente dati fisici, strutturali e prestazionali dell’opera.

Il BIM permette di gestire l’intero ciclo di vita del progetto, dalla fase di concezione e progettazione alla costruzione, manutenzione e persino dismissione dell’opera, coinvolgendo ciascuna delle discipline interessate. Grazie ai modelli BIM, caratterizzati da interdisciplinarità e condivisione, è possibile analizzare in dettaglio le diverse componenti di un progetto e condurre simulazioni avanzate. Questo approccio facilita una collaborazione più efficace tra tutti gli attori coinvolti nella realizzazione dell’opera, dagli architetti agli ingegneri, dagli appaltatori ai committenti ed esecutori, integrandoli in un ambiente di costruzione virtuale tridimensionale (CDE, Common Data Environment). Grazie all’adozione di formati interoperabili (OpenBIM), lo scambio digitale delle informazioni tra sistemi diversi diventa più accessibile, ottimizzando così la gestione del progetto.

Il BIM offre una visione completa del progetto e una maggiore trasparenza, permettendo di ridurre significativamente errori e tempi di realizzazione, oltre a prevenire conflittualità (clash detection) all’interno del “modello federato”, che nasce dall’integrazione dei singoli modelli architettonico, strutturale e impiantistico sviluppati dai diversi professionisti coinvolti. Questo approccio consente di individuare e risolvere eventuali criticità prima che si trasformino in problemi concreti, ottimizzando il budget e migliorando la produttività complessiva.

Grazie alla possibilità di aggiornamento in tempo reale, il modello BIM offre vantaggi significativi nel settore delle costruzioni, rendendo più precise l’analisi dei tempi e la stima dei costi. Questo consente una pianificazione più accurata del progetto e un monitoraggio costante dell’avanzamento dei lavori, facilitando il rispetto delle scadenze e riducendo i ritardi. Inoltre, la visione completa dell’intero ciclo di vita dell’edificio permette di controllare con maggiore efficacia la qualità dei materiali e delle tecniche costruttive in ogni fase, garantendo una qualità superiore dell’opera finita e minimizzando la necessità di interventi correttivi post-costruzione.

Una volta completato il progetto, il BIM permette di elaborare piani di manutenzione per una gestione ottimale dell’opera nel tempo, effettuare valutazioni strutturali ed energetiche per migliorarne le prestazioni e la sostenibilità, e realizzare simulazioni di cantiere per ottimizzare le fasi costruttive. Grazie alla facile accessibilità di tutte le informazioni relative alla struttura, ai sistemi installati e alle specifiche tecniche, gli interventi di manutenzione risultano più rapidi ed efficienti, contribuendo a prolungare la vita dell’edificio.

In sintesi, attraverso il BIM è possibile:

• simulare il comportamento dell’edificio prima della realizzazione, ottimizzando scelte progettuali e costruttive dei vari professionisti e stakeholders coinvolti nel progetto;
• migliorare la collaborazione tra i professionisti coinvolti, grazie alla condivisione di un unico modello informativo;
• integrare informazioni relative ai costi, ai tempi e alla sostenibilità dell’opera;
• automatizzare i processi di gestione e manutenzione nella fase operativa dell’edificio.

L’adozione del BIM consente di ottimizzare costi e tempi non solo durante la progettazione e la costruzione, ma anche nella gestione e manutenzione dell’opera o dell’infrastruttura, garantendo processi più efficienti e accelerando le attività lungo l’intero ciclo di vita.

Cosa si intende per Digital Twin?

Nel settore delle costruzioni, il Digital Twin, o Gemello Digitale, è un modello digitale dinamico che replica in tempo reale un sistema fisico o di un qualsiasi tipo di oggetto, dal singolo componente all’edificio o all’infrastruttura, includendo anche impianti, dispositivi e persino persone. Progettato per migliorare le prestazioni dell’oggetto reale di cui è la rappresentazione digitale, consente di ottimizzare i processi decisionali e incrementare l’efficienza operativa.

A differenza del BIM, che è principalmente utilizzato nelle fasi di progettazione e costruzione, il Digital Twin è impiegato prevalentemente durante la fase operativa dell’edificio, per monitorare il suo comportamento e prevedere eventuali criticità grazie all’integrazione del modello con i dati provenienti da sensori IoT, sistemi di gestione e altre fonti che consentono l’acquisizione dinamica dei dati. Le informazioni, raccolte in tempo reale e trasferite al modello digitale, creano una rappresentazione dinamica e aggiornata in tempo reale dello stato dell’edificio e/o dell’infrastruttura che garantisce, così, un monitoraggio continuo e l’analisi predittiva.

Le principali funzionalità del Digital Twin includono:

• monitoraggio in tempo reale delle condizioni strutturali e impiantistiche;
• analisi predittiva per prevenire guasti e ottimizzare la manutenzione;
• simulazione di scenari futuri per migliorare la gestione e l’efficienza dell’edificio;
• ottimizzazione delle prestazioni energetiche e ambientali sulla base di dati reali.

Il Digital Twin funziona digitalmente esattamente come la sua controparte reale; questo permette di ottenere una serie di vantaggi di cui è possibile godere in tutte le fasi di vita dell’edificio, dalla progettazione alla costruzione, fino alla gestione e manutenzione.

BIM e Digital Twin: punti di contatto e differenze

Il legame tra BIM e Digital Twin è oggi sempre più centrale nel dibattito sulla digitalizzazione delle costruzioni, con interazioni evidenti sia a livello concettuale che applicativo. Allo stesso tempo, le differenze tra queste due tecnologie sono chiare, così come il loro contributo complementare alla trasformazione del settore. Non sorprende che il Digital Twin sia ormai diventato uno dei simboli più emblematici dell’innovazione tecnologica nel settore delle costruzioni.

L’integrazione del Digital Twin con il Building Information Modeling (BIM), ormai standard consolidato nelle fasi di progettazione e ingegnerizzazione, consente di adottare un approccio digitale interconnesso per l’intero ciclo di vita dell’opera. Affinché il Digital Twin rappresenti fedelmente la controparte digitale di un elemento fisico esistente, è essenziale un aggiornamento costante e automatico basato su un flusso continuo di dati provenienti da fonti esterne. In questo scenario, il BIM si afferma come una delle tecnologie abilitanti del Digital Twin, mentre l’Internet of Things (IoT) gioca un ruolo chiave nel garantire la comunicazione bidirezionale tra il mondo fisico e la sua replica digitale.

Oggi, infatti, qualsiasi entità fisica, dal singolo elemento costruttivo a un’intera città, può essere replicata digitalmente tramite un omologo virtuale, che non solo ne riproduce fedelmente la geometria, ma è anche capace di raccogliere e gestire una quantità praticamente illimitata di informazioni. Se questo rappresenta uno dei punti di contatto tra le due tecnologie, il Digital Twin va oltre: grazie all’IoT, supera la logica statica del BIM, che offre una rappresentazione informativa dettagliata ma limitata a un preciso istante temporale, trasformando l’opera in un sistema dinamico e in continua evoluzione, arricchito da dati in tempo reale tramite sensori IoT. Questi dispositivi permettono di monitorare costantemente lo stato dell’opera, rilevando condizioni operative, eventuali anomalie e situazioni di rischio, fornendo dati cruciali per una gestione proattiva e una manutenzione più efficiente. Alimentato dai dati in tempo reale, il Digital Twin permette di passare da una semplice “fotografia” dell’edificio a un vero e proprio “filmato” della sua esistenza, dove ogni elemento può essere monitorato, analizzato e ottimizzato. Questa capacità consente di effettuare simulazioni avanzate, impossibili nel mondo reale, apportando modifiche e miglioramenti lungo tutto il ciclo di vita dell’opera, dalla fase operativa fino alla sua dismissione o riconversione.

L’efficacia di un Digital Twin si basa su due pilastri fondamentali: da un lato il BIM, che offre la struttura informativa dettagliata dell’opera, e dall’altro l’IoT, che assicura la connessione continua tra il mondo fisico e il modello digitale. Solo l’integrazione sinergica di queste due tecnologie consente di realizzare un Digital Twin veramente funzionale, passando dalla semplice modellazione statica a un ecosistema digitale intelligente e interattivo. Questa stretta relazione mette in evidenza l’importanza di adottare un approccio digitale fin dalle prime fasi del progetto: la progettazione e la costruzione diventano momenti cruciali per raccogliere e strutturare i dati necessari per l’implementazione futura del Digital Twin, garantendo così una gestione ottimizzata ed efficiente lungo l’intero ciclo di vita dell’opera.

Se il Building Information Modeling (BIM) e il Digital Twin condividono diversi punti di contatto metodologici e disciplinari, entrambi strumenti digitali avanzati per la modellazione del costruito, si distinguono per gli ambiti di applicazione, che differiscono per finalità e modalità operative. Il BIM è principalmente focalizzato sulle fasi di progettazione e costruzione, con l’obiettivo di supportare la collaborazione tra i professionisti e migliorare la progettazione, mentre il Digital Twin è uno strumento per la gestione operativa dell’opera nel tempo, caratterizzato dalla capacità di analizzare in tempo reale, monitorando costantemente lo stato dell’edificio e le interazioni tra l’ambiente costruito e i suoi utilizzatori. Nel settore delle costruzioni, ad esempio, è possibile associare al Digital Twin parametri di tipo energetico, monitorando in tempo reale i consumi, ottimizzando i costi e valutando interventi migliorativi. Le applicazioni di questa tecnologia si estendono ben oltre il singolo edificio, trovando impiego nella gestione delle infrastrutture e aprendo scenari innovativi nel contesto delle smart city. Grazie ai gemelli digitali, infatti, è possibile ottenere un monitoraggio integrato e predittivo di intere aree urbane, ottimizzando risorse, migliorando la sostenibilità e garantendo una gestione più intelligente e resiliente del costruito.

In sintesi, il BIM è un modello predittivo, utile nelle fasi di progettazione e costruzione, mentre il Digital Twin è un modello adattivo e in tempo reale, utilizzato nella gestione e manutenzione dell’edificio.

BIM e Digital Twin: i vantaggi delle applicazioni nel settore edile

I modelli BIM e Digital Twin offrono una gamma di applicazioni molteplici e complementari, contribuendo a migliorare la gestione delle opere lungo tutto il loro ciclo di vita. Come già evidenziato, ottimizzando l’intero processo, dalla progettazione alla manutenzione, queste tecnologie garantiscono maggiore efficienza, riduzione dei costi e una gestione più intelligente delle risorse. Il loro maggiore impiego è proprio nella previsione e gestione del ciclo di vita degli edifici.

In un settore delle costruzioni sempre più orientato alla sostenibilità e all’uso efficiente delle risorse, BIM e Digital Twin si affermano come strumenti strategici per ridurre gli sprechi e ottimizzare la gestione dei materiali lungo l’intero ciclo di vita di un’opera. Grazie alla modellazione digitale e alla condivisione dei dati, il BIM consente di valutare l’impatto ambientale ed economico di un progetto sin dalle prime fasi, supportando scelte costruttive più sostenibili e facilitando il recupero e il riciclo dei materiali a fine vita. L’integrazione di informazioni dettagliate sugli attributi dei materiali e sui processi di smaltimento permette ai progettisti di adottare un approccio circolare, migliorando la pianificazione dei flussi di lavoro e riducendo sprechi e inefficienze. Questo quadro sistemico consente di confrontare diverse alternative progettuali, costruttive e materiche, fornendo dati concreti per decisioni più consapevoli e sostenibili.

Oltre alla gestione delle risorse, tra i vantaggi, ricordiamo il ruolo chiave del BIM nella pianificazione e nel monitoraggio delle costruzioni. La sua capacità di offrire una visione digitale completa dell’opera permette di allocare con precisione materiali, manodopera e attrezzature, migliorando la coordinazione tra i diversi attori coinvolti e riducendo errori e sprechi. Inoltre, grazie alla possibilità di simulare scenari costruttivi e monitorare in tempo reale l’avanzamento dei lavori, il BIM consente di individuare potenziali criticità prima che si manifestino, garantendo maggiore efficienza, rispetto dei budget e riduzione dei ritardi.

Il Digital Twin, invece, consente di monitorare continuamente le condizioni di una struttura, prevedere eventuali interventi di manutenzione e ottimizzare il suo funzionamento nel tempo. La combinazione di BIM e Digital Twin consente di limitare i tempi di fermo operativi e di abbattere i costi e i tempi complessivi di progetto, garantendo una pianificazione più precisa e una gestione ottimale delle attività di costruzione e manutenzione.

Un altro aspetto fondamentale è il monitoraggio delle prestazioni. L’integrazione tra BIM e Digital Twin permette di raccogliere dati in tempo reale sul funzionamento di impianti e strutture, analizzando l’efficienza energetica e individuando eventuali criticità prima che si trasformino in problemi concreti. In questo modo, è possibile intervenire tempestivamente per migliorare le prestazioni complessive dell’edificio e ottimizzare il consumo di energia.

Anche l’utilizzo degli spazi e la gestione del comfort traggono grandi benefici da queste tecnologie. Il Digital Twin, infatti, è in grado di rilevare come vengono utilizzati gli ambienti, regolando di conseguenza sistemi come illuminazione, climatizzazione e ventilazione. Questo permette di migliorare il benessere degli occupanti, ridurre gli sprechi energetici e adattare l’edificio alle esigenze reali degli utenti.

Grazie a una visione dettagliata e dinamica dell’edificio durante tutto il suo ciclo di vita, la possibilità di prendere decisioni più informate, riducendo rischi e incertezze, si traduce in un vantaggio competitivo per le aziende che adottano questi strumenti, migliorando la sostenibilità dei progetti e contribuendo a una gestione più responsabile delle risorse.

La sicurezza è un altro ambito in cui queste soluzioni si rivelano particolarmente efficaci. Attraverso il Digital Twin, è possibile individuare in tempo reale eventuali anomalie o situazioni di rischio, permettendo ai responsabili di intervenire immediatamente. Questo è particolarmente utile nella gestione di edifici complessi o infrastrutture critiche, dove la tempestività delle azioni può fare la differenza.

Infine, sia il BIM che i Digital Twin vengono sempre più utilizzati per la formazione e l’analisi avanzata. Grazie a simulazioni dettagliate, è possibile addestrare operatori e tecnici in ambienti virtuali realistici, migliorando la loro preparazione prima di operare su strutture reali. Inoltre, l’analisi predittiva consente di simulare il comportamento dell’edificio in diverse condizioni, valutando le prestazioni energetiche, la manutenzione necessaria e l’impatto di eventuali modifiche progettuali.

L’integrazione di queste tecnologie sta trasformando il modo in cui vengono progettati, costruiti e gestiti gli edifici, aprendo nuove possibilità per l’ottimizzazione delle risorse e la sostenibilità delle infrastrutture.

BIM e Digital Twin: le sfide ancora da superare

L’integrazione tra Digital Twin e metodologia BIM rappresenta un’evoluzione strategica per il settore delle costruzioni, capace di potenziare i vantaggi offerti da entrambe le tecnologie. Tuttavia, nonostante i numerosi benefici, ci sono ancora alcune sfide da superare per un’applicazione efficace.

Nel complesso, il settore delle costruzioni sta scontando forti ritardi nell’approccio al digitale; nonostante stiano aumentando i casi applicativi sul territorio, sono ancora numerosi i protagonisti e gli attori del settore che faticano a comprenderne le potenzialità e a valutare i vantaggi di una reale e piena applicabilità sul mercato. Le tecnologie digitali si stanno diffondendo, soprattutto a livello di progettazione, ma faticano a trovare spazio nei cantieri delle piccole e medie imprese (PMI) che caratterizzano il tessuto produttivo tipico nazionale, con conseguente frammentazione delle filiere e limitazione dei risultati. Gli investimenti iniziali per l’implementazione di strumenti digitali e la formazione del personale spesso rappresentano un ostacolo, soprattutto per questa tipologia di imprese, che trovano difficile sostenere i costi di adozione e integrazione.

Inoltre, il passaggio al BIM e la diffusione dei Digital Twin richiedono anche un cambiamento nell’approccio alla gestione dei progetti e alla loro realizzazione, nei processi aziendali e un adeguamento delle competenze del personale, un aspetto che non può essere trascurato se si vuole garantire un utilizzo efficace e consapevole di queste tecnologie. Questi strumenti necessitano di competenze specialistiche in modellazione, gestione dati e analisi predittiva. In tal senso, la formazione è una delle leve strategiche sulla quale occorre continuare a investire in modo costante fornendo a professionisti e imprese modalità e contenuti sempre più aggiornati. Tale esigenza appare ancora più stringente con l’entrata in vigore del nuovo Codice Appalti (D.lgs. 36/23) e del suo correttivo (D.lgs 209/24). A partire da gennaio 2025, il BIM diventerà obbligatorio per la progettazione, costruzione e gestione delle opere pubbliche sopra ai due milioni di euro.

Un’altra criticità riguarda la mancanza di standard comuni per la gestione e la condivisione dei dati, che può limitare l’interoperabilità tra diversi modelli e piattaforme, rendendo complessa l’integrazione tra sistemi.

Nonostante queste sfide e una certa resistenza al cambiamento da parte di aziende e professionisti abituati a metodi tradizionali, l’adozione combinata di BIM e Digital Twin si sta affermando come una scelta strategica per il settore delle costruzioni, contribuendo a una trasformazione digitale che punta all’innovazione, alla sostenibilità e a una maggiore efficienza operativa.

Alcune fonti:
Il contributo del BIM a un’economia circolare delle costruzioni, ASSOBIM, 01building.it 2024
Utilizzo del digital twin per il monitoraggio del costruito, ASSOBIM, 01building.it 2022.
buildingSMART Italia, www.buildingsmartitalia.org
Correttivo al Codice Appalti – Decreto Legislativo 31 dicembre 2024, n. 209, recante “Disposizioni integrative e correttive al codice dei contratti pubblici, di cui al decreto legislativo 31 marzo 2023, n. 36”.