Tecnologia
Valeria Zacchei *
290 Mulberry
SHoP Architects.
Il mattone nell’era
parametrica
Il vincolo dell’involucro con muratura «faccia a vista» per i due fronti su strada,
dettato dai regolamenti edilizi locali, si è rivelato un’opportunità per elaborare una
risposta innovativa, senza imitare il passato e sfruttando al meglio le potenzialità
delle nuove strumentazioni digitali a supporto della progettazione
«Q
uel lo che mancava
all’inizio del Ventesimo secolo era l’informazione necessaria per compiere
un reale cambiamento nel modo in
cui costruiamo. Oggi abbiamo con
noi strumenti per rappresentare e trasferire informazioni in modo istantaneo e completo. Essi permettono
connessioni tra la ricerca, il progetto,
la rappresentazione e la produzione,
che non sono mai esistite dalla specializzazione iniziata durante il Rinascimento » (Kieran Timberlake,
«Refabricating architecture: how
manufacturing methodologies are
poised to transform building construction», New York, Mcgraw-hill,
2003).
Gli architetti dello studio SHoP
(Sharples, Holden, Pasquarelli), con
sede a New York, sono senza dubbio tra i più dinamici sperimentatori
delle opportunità offerte dalle nuove
tecnologie digitali volte a esplorare
l’unione tra la progettazione 3D e la
fabbricazione 3D, creando lavori che
spaziano da oggetti e superfici scultorei a interi edifici. Al centro di questo
processo si trova la Building Information Modeling (BIM), una piattaforma software in grado di generare
e gestire i dati relativi a un edificio
durante tutto il suo ciclo di vita.
In genere, un modello BIM impiega
software di visualizzazione tridimensionali, modificabile in tempo reale,
dotati di modellazione dinamica per
aumentare la produttività nella progettazione degli edifici e delle costruzioni. Il processo produce il Building Information Model (anch’esso,
abbreviato, BIM): un file-database di
progetto che contiene la costruzione
della geometria, le relazioni spaziali e
di contesto, oltre alle quantità e alle
proprietà dei componenti impiegati
nell’edificio.
Local building rules about main façades represented a challenge to develop an
advanced faced bricks envelope. Innovative solutions have been found by using
new digital design supports, without imitating existing architecture
56
cil 145
La questione se continuare a fare prodotti unici o fare variazioni multiple
di un prodotto è una di quelle che gli
architetti dello studio SHoP dimostrano di porsi, soprattutto di fronte
a nuovi fattori che stimolano un’evoluzione nelle dinamiche processuali e
produttive tradizionali: prima di tutto,
le funzionalità avanzate della progettazione parametrica, che consente ai
progettisti di prevedere molti dei vincoli legati alle tecnologie impiegate;
in secondo luogo, l’evoluzione delle
macchine a controllo numerico e dei
dispositivi di produzione, che permette nuovi gradi di libertà in alcuni
tipi di produzione dei componenti.
Un esempio interessante di questo
approccio è rappresentato dall’edificio sito al numero 290 di Mulberry
Street, a New York.
«290 Mulberry è definito dal suo
contesto, attraverso una risposta diretta alla zonizzazione e alle locali
normative edilizie», scrivono i progettisti. Situato nella zona di Nolita,
a Manhattan, l’edificio è delimitato a
nord da Houston Street e a ovest da
Mulberry Street, sulla quale, poco di-
stante, sorge il Puck Building, storico
edificio con involucro in mattoni faccia a vista. I regolamenti edilizi locali,
nel tentativo di promuovere soluzioni
progettuali di tipo tradizionale e di
imitazione del classico, chiedevano
specificamente un involucro in muratura per i due fronti prospicienti le
due strade.
Tuttavia, è stato proprio questo vincolo a creare l’opportunità di reinterpretare le normative edilizie con
un approccio contemporaneo, creando una risposta innovativa al tema
dell’involucro con muratura faccia a
vista e al tipo di dettaglio correlato,
senza imitare il passato ma, anzi, sfruttando al meglio le possibilità offerte
dalle nuove strumentazioni digitali a
supporto della progettazione.
Il cantiere, durato quasi due anni, è
stato completato nel 2009. L’edificio
è alto 13 piani, ospita locali commerciali ai piani terra e interrato e nove
appartamenti ai livelli superiori.
La struttura è composta da un tradizionale telaio in calcestruzzo a maglia
regolare, mentre la facciata è realizzata
in pannelli prefabbricati standardizzati ad andamento ondulato. La dimensione contenuta del lotto e l’alto
valore immobiliare nell’area hanno
costretto i progettisti a ottimizzare
lo spessore degli elementi di facciata:
massimizzare l’area utile dell’edificio
minimizzando lo spessore delle chiusure verticali è stato il primo criterio
progettuale adottato, cui si sono presto aggiunti i vincoli legati al materiale e al processo costruttivo.
La scelta progettuale è stata quella di
reinterpretare le tradizionali chiusure
verticali in laterizio creando pannelli
prefabbricati in calcestruzzo con un
paramento in laterizio ad andamento
ondulato.
Pur essendo fortemente caratterizzati
nell’aspetto, i pannelli sono completamente standardizzati dal punto di
vista produttivo, in modo da tenere
sotto controllo i costi realizzativi: rendendo flessibile la realizzazione di un
sistema standard di componenti prefabbricati, rivestiti in mattoni faccia a
vista, i progettisti sono riusciti a ottenere un ottimo effetto contenendo gli
oneri di produzione e mantenendo
sotto controllo la qualità della finitura
e dell’esecuzione dei singoli componenti.
Le facciate nord e ovest sono state,
dunque, realizzate con pannelli prefabbricati in calcestruzzo, con paramento di mattoni faccia a vista, prodotti in stabilimento, consegnati in
cantiere e posati in opera con una gru.
Il fissaggio tra facciata e struttura è
assicurato da un profilo tubolare in
acciaio ancorato ai pannelli prefabbricati e imbullonato al profilo di
rinforzo ad «L» anch'esso in acciaio
100x100x15 mm agganciato allo spigolo superiore della lastra strutturale
orizzontale in c.a. Alla testa del solaio
è applicato un pannello isolante ignifugo di spessore 20 mm. I serramenti
sono dotati di telaio in alluminio e
cristalli vetrocamera 6/12/6.
La struttura è composta
da un tradizionale telaio
in calcestruzzo a maglia
regolare, mentre la facciata
è realizzata in pannelli
prefabbricati standardizzati
ad andamento ondulato.
Utilizzando un unico stampomatrice sono stati realizzati
diversi tipi di controstampo,
corrispondenti ai diversi tipi
di pannelli impiegati.
57
cil 145
Tecnologia
Nelle fasi progettuali iniziali, sono
stati utilizzati Rhino e Autocad, sufficienti a ideare concept e studi di
fattibilità, ma, nel passaggio alla fase
definitiva del progetto, SHoP ha deciso di adottare il BIM come strumento operativo, modellando l’edificio con Revit.
Le implicazioni legate alla prefabbricazione e alla costruibilità hanno
spinto il team a lavorare contemporaneamente su due scale diverse: quella
del pannello e quella dell’edificio.
Alla scala dell’edificio, l’intero progetto è stato modellato in Revit che,
grazie al principio dell’interoperabilità delle piattaforme BIM, è in grado
di ricevere e processare le informazioni provenienti da altri software e
di fornire tutti i documenti a corredo
del progetto.
Contemporaneamente, per lo studio
di dettaglio dei pannelli sono stati utilizzati software specificamente rivolti
alla produzione e in grado di interfacciarsi con le macchine a controllo
numerico presenti negli impianti
produttivi. Inizialmente, è stato utilizzato Digital Project, estremamente
preciso nel definire l’assemblaggio dei
pannelli, ma poco adatto a un tipo di
progettazione iterativa; a questo software è stato dunque affiancato Generative Components che, invece,
ha reso possibile modellare con più
flessibilità i mattoni, i loro giunti, le
loro reciproche posizioni e quantità. I
singoli elementi di laterizio non potevano sporgere rispetto ai loro vicini
di oltre 20 mm; inoltre, si doveva ottenere che il movimento complesso
dei pannelli dialogasse con la spaziatura dei pilastri per tutta l’altezza, dal
pavimento al piano, e con il disegno
delle finestre. Attraverso l’utilizzo di
modelli diversi, il team ha creato un
processo bottom-up, che riguarda la
posizione dei mattoni, e un processo
top-down focalizzato sul progetto del
pannello in calcestruzzo.
La gestione delle informazioni ha
rappresentato una grande sfida, dovendo controllare, oltre alla geometria complessa, una cospicua serie di
altri parametri tra cui il sito, i costi, i
codici normativi, i ricorsi dei mattoni,
il peso finale del pannello, il suo trasporto, fabbricazione e posa in opera.
Poiché la facciata doveva essere «rispondente» a questi parametri, sia in
fase di progettazione che in quella di
costruzione, è stato essenziale l’impiego di una piattaforma di software
di progettazione avanzati e interoperabili: caratteristiche, queste, delle
piattaforme BIM (Building Information Modeling ). In breve, i pannelli, progettati con Digital Components, ricevevano informazioni sui
mattoni direttamente da Generative
Modello delle connessioni tra pannello e struttura portante realizzato con Digital Project.
58
Components, consentendo modifiche istantanee e, allo stesso tempo, un
controllo estremamente accurato del
progetto. I dati prodotti da entrambi
i sofware venivano poi raccolti e processati da Revit. Rendendosi necessario l’impiego di differenti software
per problemi specifici, ha avuto una
grandissima importanza la possibilità di gestire dati di diverso tipo in
un’unica piattaforma BIM, tenendo
sotto controllo gli errori. Date la
specifica realtà del processo di progettazione e le necessità di controllo
degli aspetti produttivi e costruttivi,
i diversi software sono stati utilizzati
come un’opportunità per effettuare
una doppia analisi sui dati e sulla geometria. Il modello digitale finale incorpora dati tecnici e di costo, ed è
stato utilizzato anche per fabbricare i
prototipi del pannello.
«La nostra capacità di creare semplici
regole velocemente, provarle e cambiare immediatamente si prestava al
compito a portata di mano; la piattaforma impiegata era chiara e precisa,
ancora abbastanza aperta per sostenere un processo di progettazione che
è stato in continuo mutamento. Allo
stesso tempo, questo progetto è stato
scelto per diventare il primo a testare
e implementare la nostra piattaforma
BIM, Revit», dice Cris Sharples, partner dello Studio.
Modello del pannello realizzato con Digital Project.
cil 145
Naturalmente, per una corretta progettazione e modellizzazione dei
pannelli si è resa necessaria una conoscenza approfondita dei processi industriali di prefabbricazione fin dalle
prime fasi ideative:i primi confronti
con produttori di pannelli prefabbricati in calcestruzzo e laterizio sono
stati di grande aiuto e riferimento per
i progettisti, sebbene molte variabili
differissero fra gli stessi prefabbricatori (per esempio, il peso della struttura in calcestruzzo, il tipo di armatura, lo spessore del copriferro, i metodi di connessione, e così via).
Per la modellizzazione del pannello,
era necessaria una precisione tale da
consentire tolleranze molto piccole
tra i corsi di mattoni, ma allo stesso
tempo occorreva una flessibilità tale
da permettere modifiche man mano
che i pannelli venivano studiati nel
dettaglio. Per raggiungere il risultato
desiderato, sono stati sviluppati degli
script specifici per il progetto, per il
controllo di possibili variazioni come
la dimensione dei mattoni, il tipo di
giunto, la sovrapposizione minima
tra i mattoni stessi, la dimensione e la
posizione dei giunti tra i pannelli, la
posizione delle finestre.
I pannelli sono stati realizzati a partire da un «positivo», uno stampomatrice ricavato in una lastra di elastomero attraverso fresatura da pieno,
utilizzando una macchina a controllo
numerico gestita direttamente dai
file elaborati dai progettisti; su questa
matrice sono stati poi realizzati dei
controstampi in gomma, utilizzati
per tutti i pannelli. Il controstampo
riproduce un negativo della geometria del pannello e prevede l’alloggiamento dei singoli mattoni, la loro
inclinazione e lo spessore del giunto
e, in sintesi, garantisce l’aspetto finale
del pannello stesso; in questo controstampo sono poi stati inseriti i
mattoni, si è predisposta l’armatura e
si è eseguito il getto di calcestruzzo.
Poiché il costo dello stampo-matrice
è alto rispetto al costo dei contro-
stampi e dell’intera facciata, era auspicabile generare la maggiore varietà di forme per i pannelli a partire
dal minor numero di stampi. Mentre
la produzione dei pannelli è stata oggetto di appalto (e delle conseguenti
offerte al ribasso), la prototipazione
di stampo e controstampo è stata regolata da un contratto a parte (con
la società Architectural Polymers),
consentendo ai progettisti di assicurarsi questo aspetto e creare pro-
Nodo facciata- solaio. Dall’alto verso il basso:
pavimentazione in tavolato di noce 20 mm; strato di posa
10 mm; serpentine del sistema radiante a pavimento
20 mm; guaina impermeabilizzante; pannello in legno
compensato 15 mm; membrana per isolamento acustico;
lastra orizzontale in calcestruzzo armato 205 mm;
pannello prestampato con doghe in acciaio zincato
25 mm; soffitto in lastre di cartongesso 15 mm.
Dettaglio in pianta di un pannello: l’andamento ondulato
della superficie è ottenuto con sporgenze e rientranze
progressive di 95 mm rispetto al piano di facciata.
59
cil 145
Dettaglio del sistema di facciata. Dall’esterno verso
l’interno: pannello prefabbricato in cemento armato
e paramento in laterizio; camera d’aria 50 mm;
telaio con correnti e montanti metallici coibentato
con pannelli isolanti da 95 mm; barriera al vapore;
lastra in cartongesso 15 mm.
Tecnologia
Controstampo in gomma.
Uno dei pannelli prefabbricati: i progettisti hanno scelto
di mostrare la struttura del pannello nel risvolto in
corrispondenza delle finestre.
totipi «efficaci» sin dalle prime fasi
progettuali. La ricerca e lo sviluppo
sono stati particolarmente accurati
nel testare questa parte del processo
produttivo. La posizione del rivestimento in mattoni, il rapporto tra
ogni singolo mattone e i suoi vicini e
la forma data ai giunti di malta sono
tutti controllati attraverso questo
componente. Di conseguenza, un’accurata realizzazione dello stampomatrice è risultata di cruciale importanza. Nella progettazione esecutiva
del pannello, i progettisti sono infine
riusciti a controllare i costi e le variabili di produzione utilizzando un
unico stampo «positivo» e realizzandovi sopra i controstampi in «negativo» in maniera articolata, in modo
da ottenere un certo grado di variabilità, ben leggibile nel disegno della
facciata: ogni pannello del sistema di
involucro è stato progettato per essere ricavato da uno stampo unico.
La prefabbricazione dei pannelli ha
consentito un miglior controllo della
qualità del prodotto e un minor costo rispetto alla realizzazione in opera.
Il prefabbricatore (Saramac, società
canadese), durante la progettazione
esecutiva del pannello, ha realizzato
un proprio modello digitale, testato
ripetutamente dai progettisti per verificarne eventuali incongruenze.
Poiché l’edificio rientra in un contesto di investimento immobiliare di
Facciata su Mulberry Street.
tipo speculativo, l’uso del Building
Information Modeling ha mostrato i
suoi vantaggi anche nella gestione del
progetto, dalla fase ideativa a quella
realizzativa.
Innanzitutto, un modello BIM è in
grado di fornire documentazioni congruenti e istantaneamente aggiornate
a corredo del progetto, agevolando le
operazioni di computo, di stima delle
quantità e di gestione delle fasi temporali del cantiere, consentendo una
migliore gestione delle maestranze
coinvolte e verificando i costi legati
agli imprevisti.
Oltre a controllare in modo esatto
l’esecuzione dei pannelli, ha consentito di effettuare valutazioni di tipo
strutturale, energetico e impiantistico
in modo coordinato, accertando l’assenza di interferenze tra i sub-sistemi
tecnologici e garantendo livelli qualitativi decisamente alti.
L’impiego di piattaforme BIM, avvalendosi della caratteristica di interoperabilità tra i diversi software, permette
un grado di previsualizzazione dell’edificio che può essere estremamente
accurato, permettendo di prevedere
e affrontare i problemi più frequenti
ben prima che avvengano in cantiere,
riducendo, dunque, i tipici errori che
si possono verificare nel passaggio
dalla fase di progettazione esecutiva a
quella realizzativa. ¶
* Architetto, PhD, Università di Bologna
Modello BIM (Revit) per lo studio del sistema di facciata.
60
cil 145