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Gli ambienti virtuali mettono in luce i problemi di progettazione reali prima della costruzione
Nei progetti infrastrutturali, tutto è enorme: il budget, la pianificazione, la portata e, soprattutto, il rischio. Per la progettazione di un nuovo tunnel ferroviario nei pressi di Bergen, in Norvegia, Norconsult, società di consulenza in architettura, ingegneria e progettazione, ha considerevolmente ridotto i rischi applicando una tecnologia avanzata a un requisito di progettazione critico e complicato: il sistema segnaletico ferroviario. Per evitare costosi ritardi di costruzione dovuti a segnali e cartelli indicatori inadeguati, Norconsult ha utilizzato la modellazione 3D e la gamification VR nella progettazione delle infrastrutture come ausilio per prevedere potenziali problemi di progettazione. L'ambiente di gioco interattivo realizzato ha stabilito un nuovo standard per semplificare la valutazione, la convalida, l'ottimizzazione e l'approvazione del progetto.
Una grande organizzazione coltiva lo spirito di una giovane impresa
Con origini risalenti al 1929, Norconsult è la più grande società di consulenza tecnica multidisciplinare in Norvegia. Applica la propria esperienza alla progettazione e alla costruzione di aeroporti, arene per eventi pubblici, giacimenti petroliferi, autostrade, ospedali, dighe, ponti, ferrovie e tunnel, per citare solo alcuni dei 20.000 progetti nel suo vastissimo portafoglio.
Con sede a Sandvika, nei dintorni della capitale norvegese Oslo, Norconsult conta circa 3.300 dipendenti in 88 uffici globali. Sebbene le grandi dimensioni aziendali siano un vantaggio, possono anche rappresentare uno svantaggio: più un'organizzazione è grande, più si muove con lentezza. Rifacendosi all'orientamento etico tipico di aziende molto più piccole e agili, Norconsult ha istituito un team interno avanguardista denominato “Bleeding Edge”. "Siamo 30 - 40 dipendenti, tra i più innovativi in azienda, che promuovono lo sviluppo della tecnologia per rendere più efficienti le nostre pratiche di lavoro e offrire ai nostri clienti un prodotto migliore", spiega Thomas Angeltveit, rappresentante Bleeding Edge, ingegnere civile e coordinatore BIM che educa sull'impiego della tecnologia e della modellazione 3D all'interno della fiorente divisione dedicata ai trasporti di Norconsult. “Stiamo cercando di essere i migliori consulenti possibili sfruttando sempre le tecnologie più recenti”.
Sblocco di un'arteria economica essenziale
Nota come Bergensbanen, o Linea Bergen, il tratto ferroviario norvegese tra Oslo e Bergen si snoda per 500 chilometri attraverso un territorio scandinavo mozzafiato. Ma non rappresenta solo una delle linee ferroviarie più panoramiche d'Europa; dato che collega le due maggiori città della Norvegia, è anche essenziale dal punto di vista economico. È fondamentale che i treni la percorrano rapidamente, facilmente e in tutta sicurezza.
Il tratto finale del percorso, tra Arna e Bergen, passa attraverso il Tunnel Ulriken, una galleria di 7,8 chilometri scavata sotto il monte Ulriken. Realizzato nel 1964, è il tunnel a binario singolo più trafficato del Nord Europa e ha rappresentato un notevole collo di bottiglia per anni. “La capacità del tunnel esistente non è sufficiente a far transitare il numero di treni necessario per soddisfare le esigenze di trasporto di passeggeri e merci", spiega Angeltveit. Nel 2010, Norconsult ha iniziato a collaborare con l'azienda ferroviaria statale norvegese, Bane NOR, su un progetto di raddoppiamento della capacità grazie alla costruzione di un secondo Tunnel Ulriken parallelo al primo.
Con un completamento previsto nel 2022, il progetto presenta sfide significative ai costruttori, che devono realizzare un nuovo tunnel attraverso il Monte Ulriken e nel contempo rimodernare il tunnel esistente e le corrispondenti stazioni, senza causare disagi all'attuale traffico ferroviario.
La sicurezza ferroviaria è la priorità
Per aprire un nuovo Tunnel Ulriken senza disturbare quello esistente o causare disagi al servizio ferroviario, Bane NOR ha dovuto utilizzare una macchina da scavo per tunnel (TBM) da 1.800 tonnellate, che ha impiegato 18 mesi per scavare la dura roccia su cui poggia il Monte Ulriken. È la prima volta che una TBM viene utilizzata per perforare un tunnel ferroviario in Norvegia, dove la norma è rappresentata dalla demolizione convenzionale a brillamento.
Un progetto infrastrutturale di vasta portata come questo non presenta solo sfide tecniche; vi sono anche ostacoli di natura amministrativa. Nei progetti ferroviari, uno degli impedimenti più significativi è rappresentato dall'approvazione normativa del sistema di segnaletica e segnalamento, che è fondamentale per la sicurezza ferroviaria. “Sui progetti ferroviari, la cosa più difficile da far approvare è il sistema segnaletico”, commenta Angeltveit. “Perché le segnalazioni costituiscono il fulcro della linea ferroviaria. Fanno funzionare tutto il sistema. Se un macchinista non può vedere un segnale - e conduce il treno troppo lontano o non lo arresta - farà bloccare l'intera linea ferroviaria”.
Applicazione delle tecniche di gioco al sistema
Per affrontare le complesse sfide progettuali e costruttive poste dal progetto del Tunnel Ulriken, l'impiego del Building Information Modeling (BIM) da parte di Norconsult ha aiutato l'azienda nel coordinare più discipline in modo maggiormente efficiente. “Il BIM è un fattore cruciale di successo nei nostri progetti, dato che ora sviluppiamo in modo così rapido le nuove tecnologie”, dichiara Angeltveit. I modelli BIM per il progetto del tunnel e gli ammodernamenti delle stazioni sono stati creati utilizzando AutoCAD, Civil 3D e Revit, insieme a Navisworks per collaborare con i team incaricati della costruzione.
La soluzione delle sfide amministrative relative al sistema di segnalazione ha richiesto un approccio diverso. I segnali vengono generalmente installati anni prima che gli operatori ferroviari possano testarli e questo fatto rende particolarmente arduo ottenere le necessarie approvazioni. Gli errori sono quindi diffusi. Angeltveit si è domandato: se gli operatori ferroviari potessero testare in anticipo i segnali, sarebbe più semplice ottenere le approvazioni?
Per scoprirlo, ha concepito l'idea di sposare i modelli BIM con la realtà virtuale, per creare un ambiente di gioco che consentisse agli operatori ferroviari di “guidare” sulle future rotaie, prima della realizzazione effettiva del tracciato. “Avevamo i modelli per tutte le discipline - gli stessi modelli che avevamo consegnato agli appaltatori - e li abbiamo inseriti in un motore di gioco”, spiega Angeltveit. Il team ha animato i modelli 3D con 3ds Max e li ha aumentati con scansioni laser di dati reali, come ad esempio il layout della cabina di pilotaggio del treno, utilizzando ReCap.
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Un coinvolgente gioco VR permette agli operatori ferroviari di “guidare” attraverso il nuovo Tunnel Ulriken in un abitacolo simulato creato impiegando le scansioni laser 3D di un treno reale.
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Gli utenti guidano lungo il percorso, valutando la distanza dal segnale più vicino grazie ai marcatori di lunghezza sui binari e segnalano eventuali problemi con i segnali mentre giocano.
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Gli operatori ferroviari hanno consigliato di spostare alcuni segnali all'interno del tunnel per avere una maggiore visibilità, permettendo una notevole riduzione dei costi grazie alla possibilità di apportare le modifiche prima della costruzione.
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Inoltre, l'ambiente virtuale mostra le dotazioni e le attrezzature nel tunnel per simulare situazioni di emergenza e supportare l'addestramento all'operatività e alla manutenzione.
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La “modalità drone” fornisce una panoramica dall'alto della nuova stazione Arna, all'ingresso del Tunnel Ulriken.
Immagini gentilmente concesse da Norconsult AS/Bane NOR/Baezeni
Immersi nelle possibilità
All'interno dell'esperienza di gioco, i macchinisti hanno guidato sui binari virtuali con la supervisione di ingegneri civili, che ne utilizzavano le performance per valutare il posizionamento di segnali e cartelli indicatori. “Nell'ambiente virtuale, l'utente si sente presente sul posto” spiega Angeltveit, “ed è un enorme vantaggio quando si cerca di ottenere l'approvazione per un progetto che non è ancora stato realizzato”. Mediante un processo di progettazione iterativa, gli ingegneri hanno perfezionato e ottimizzato il sistema segnaletico. “Lavorare con gli operatori ferroviari ci ha permesso di capire meglio i loro processi mentali e decisionali”, continua Angeltveit. “Abbiamo saputo sfruttare la loro esperienza nel guidare un treno reale”.
Bane NOR ha ottenuto un ulteriore beneficio dall'impiego delle tecniche di gioco virtuale e cioè un aiuto visivo per il personale di pronto intervento. Utilizzando il gioco in “modalità drone” ed esplorando il progetto dal punto di vista di un veicolo aereo senza equipaggio, il personale può familiarizzarsi con le vie di evacuazione o simulare scenari di emergenza. Simili ambienti immersivi potrebbero aiutare i team di progetto a prevedere le esigenze operative e di manutenzione, aiutandoli a progettare edifici e infrastrutture ottimizzati per gli utilizzatori finali. “Ci sono ancora molte opportunità da esplorare”, dichiara Angeltveit.
Un tunnel migliore e più sicuro che mai
La costruzione del tunnel procede in vista della data di completamento del 2022 e ha raggiunto una tappa importante quando la TBM ha terminato la perforazione attraverso il Monte Ulriken nell'agosto 2017. Una volta completata la nuova linea ferroviaria a binario doppio, più treni saranno in grado di trasportare più persone e merci tra Arna e Bergen, a velocità superiori e a intervalli più frequenti.
Nel frattempo, la sinergia tra BIM, VR e gaming ha già dato i suoi frutti per Norconsult, valendole il terzo posto nella categoria infrastrutture del concorso 2017 AEC Excellence Award (inglese) di Autodesk. Secondo Angeltveit, l'esperienza di gioco VR ha portato notevoli benefici: un processo semplificato per la revisione normativa che riduce di anni i tempi di approvazione standard; maggiore adesione delle diverse parti interessate al progetto, in quanto il gioco ha aiutato anche gli utenti non tecnici a visualizzare i piani del progetto; infine, una riduzione dei costi, perché è stato possibile correggere gli errori prima della costruzione piuttosto che rimediarvi in seguito.
Forse il beneficio più significativo è rappresentato dal tunnel stesso, che, grazie al gioco, opererà al massimo delle prestazioni molto tempo dopo che i team di costruzione avranno completato l'opera. “In definitiva, possiamo contribuire a fornire un tunnel e stazioni migliori e più sicuri che mai”, dichiara Angeltveit.
Segnali di cambiamento per il futuro della progettazione di infrastrutture
Sulla base dell'iniziale successo con il Tunnel Ulriken, Norconsult ha reso la gamification VR una procedura operativa standard su tutti i propri progetti ferroviari per supportare la progettazione e l'approvazione del sistema segnaletico. L'azienda sta inoltre esplorando altri casi di utilizzo. Per un progetto di trasporto urbano leggero su rotaia, ad esempio, Norconsult sfrutta un'esperienza di gioco VR per ottenere feedback dai conducenti dei tram e ottimizzare la progettazione delle corsie di traffico per biciclette e veicoli di emergenza. I clienti, nel frattempo, utilizzano gli ambienti immersivi per le presentazioni ai dirigenti e ai rappresentanti della comunità, il cui supporto e la cui adesione sono fattori critici che ci si può assicurare in modo più semplice ed entusiastico con l'aiuto delle visualizzazioni VR.
A lungo termine, è facile intuire come la gamification VR possa contribuire a inaugurare una nuova epoca di progettazione proattiva anziché reattiva. “Per noi, ha rappresentato una svolta”, conclude Angeltveit. “Offrire un'esperienza di realtà virtuale interattiva con i nostri modelli BIM stravolge lo status quo in un'industria tradizionalmente conservatrice”.
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