Costruzione virtuale

Realtà virtuale, aumentata e mista sono ormai termini di uso comune che trovano impiego in diversi settori. Sono tecnologie cosiddette «immersive» e potrebbero rivoluzionare (o lo stanno già facendo) l’interazione tra persone e organizzazioni, nonché i loro prodotti e servizi. Se la realtà virtuale è nota da tempo e gode ormai di un ampio utilizzo, la realtà mista è la tecnologia più recente e avanzata delle tre: essa combina aspetti di realtà virtuale e realtà aumentata con l’ambiente reale.

Già utilizzate in vari settori dell’edilizia, le tecnologie immersive offrono ancora enormi possibilità all’interno dell’intera catena di creazione di valore. Per esempio, attraverso l’interazione di dati e oggetti virtuali con elementi del mondo reale, dati 3D raccolti con il BIM possono essere rappresentati in cantiere come edifici virtuali. Si ha quindi la possibilità di identificare precocemente gli errori, raggiungere più facilmente una collaborazione tra i singoli team del progetto e avere processi più efficienti grazie a uno scambio di informazioni più produttivo. Sono già documentati diversi esempi di applicazione di tecnologie immersive nell’edilizia. Uno di questi è la filiale Migros di Schlieren, inizialmente «costruita» e visitata virtualmente tramite l’ausilio della realtà virtuale.

Nella sezione «Applicazioni all’interno della catena di creazione di valore nelle costruzioni» vengono illustrate e spiegate le possibilità di impiego potenziali e già realizzate della realtà virtuale, aumentata e mista. Su questa base, gli impresari edili svizzeri che volessero, ad esempio, progettare percorsi formativi più snelli e moderni, potrebbero valutare se una di queste tecnologie rappresenti per loro un potenziale valore aggiunto. Nel settore principale della costruzione si prende in considerazione in particolare la realtà aumentata.

Base teorica

Che cosa sono le tecnologie immersive?

Una tecnologia è immersiva, quando grazie a essa l’utente può entrare nel mondo virtuale. Perciò la si definisce pervasiva oltre che immersiva. Mentre in passato era sufficiente utilizzare un televisore, oggi il quadro è decisamente più ampio: la realtà virtuale non è più visibile solo in 3D, ma è percorribile, modificabile e in parte anche percettibile. Nell’industria dell’intrattenimento le tecnologie immersive sono impiegate per far immergere completamente il giocatore nel mondo virtuale mediante l’ausilio di occhiali speciali. Ma anche altri tipi di industrie approfittano di queste tecnologie in misura sempre maggiore. Un esempio riguarda la formazione: a seguito della richiesta crescente di conoscenze specialistiche sempre nuove, si ha la necessità di apprendere velocemente nuove competenze. Con la realtà virtuale, aumentata o persino mista è possibile fare simulazioni e formazione su specifiche situazioni senza rischi o necessità di trasferte.

Realtà virtuale, aumentata e mista

In questo paragrafo si illustrano le caratteristiche comuni e le differenze tra realtà mista, realtà aumentata e realtà virtuale. Note: la definizione di MR non è univoca. Talvolta il termine MR viene adoperato in senso generico per indicare tutte le varie combinazioni tra mondo reale e mondo virtuale, per cui sia VR che AR farebbero parte della realtà mista (MR). In questa sede adoperiamo invece la definizione più comune di MR nella sua accezione più distintiva e avanzata.

Virtual Reality

La realtà virtuale (VR) è la forma più conosciuta delle tecnologie immersive. L’utente si trova in una realtà generata completamente da un computer, ovvero in una realtà virtuale. Mediante un visore VR ci si muove su uno schermo in mezzo a oggetti virtuali. In genere il visore è collegato a un computer o a una console che rendono possibile l’esperienza virtuale. Esistono, però, anche dei visori VR autonomi (o «stand alone»), come ad esempio Oculus Go.

Nel settore aeronautico, medico e militare la realtà virtuale viene già ampiamente impiegata nell’ambito della formazione. Le cabine di pilotaggio allestite virtualmente, ad esempio, consentono simulazioni realistiche prive dei rischi di un aeromobile reale. I chirurghi fanno pratica con strumenti e pazienti virtuali e portano successivamente in sala operatoria le competenze acquisite. Polizia e forze armate, infine, prendono d’assalto edifici virtuali, come esercitazione, riducendo così al minimo il rischio di lesioni.

Augmented Reality

La realtà aumentata (AR) trasferisce informazioni digitali nel mondo reale. Anziché rappresentare un’esperienza virtuale completamente immersiva, l’AR completa il mondo reale con immagini, testi e altre informazioni virtuali. Con l’ausilio di smartphone, tablet, lenti smart e occhiali AR, gli oggetti virtuali possono essere osservati nell’ambiente reale. Uno degli esempi più noti di AR raggiunse l’apice di popolarità nel 2016. Il gioco per smartphone PokemonGo consente al giocatore di dare la caccia e catturare le figure Pokemon virtuali rimanendo nell’ambiente a lui familiare. Al di fuori del settore intrattenimento, l’AR viene utilizzata per esempio da IKEA per lo sviluppo di un’app che consente di visualizzare nella propria casa determinati prodotti, prima di acquistarli. L’app crea, infatti, versioni virtuali di oggetti di arredamento servendosi di foto reali della propria abitazione. L’AR viene impiegata anche nel turismo. Esiste infatti un’applicazione che utilizza la fotocamera dello smartphone per riconoscere e dare un nome alle montagne circostanti.

Mixed Reality

La realtà mista (MR) va ancora oltre l’AR. Gli utenti sono in grado di interagire e modificare in tempo reale gli oggetti virtuali disposti nella realtà circostante. Gli oggetti virtuali rispondono a loro volta all’interazione dell’utente, come se fossero davvero reali. È necessario utilizzare un visore MR, che tramite degli occhiali traslucidi (trasparenti) rende possibile una rappresentazione olografica. Il visore copre completamente il campo visivo dell’utente, ma allo stesso tempo lo riempie e lo combina con gli oggetti virtuali. Dal momento che la MR si serve di diverse tecnologie per il riconoscimento di movimento, sguardo e voce, ha chiaramente necessità di maggiore potenza di calcolo rispetto alla VR e all’AR.

La MR rappresenta lo sviluppo più recente delle tecnologie immersive, motivo per cui la sua applicazione non è ancora diffusa in maniera estesa. Ciononostante, ci sono già diverse aziende che utilizzano l’applicazione Microsoft per MR, HoloLens, per migliorare i singoli processi. La possibilità di vedere gli incarichi da svolgere, infatti, promette notevoli potenzialità di applicazione in ambito aziendale. Renault, per esempio, sta migliorando i processi del controllo qualità nella catena di montaggio utilizzando HoloLens per integrare tutte le parti del motore e fornire agli addetti al controllo della qualità aiuti decisionali per i passaggi complessi. Presso il produttore tedesco di elevatori e scale ThyssenKrupp i tecnici sul campo hanno in dotazione HoloLens così da avere davanti agli occhi, in senso letterale, tutte le informazioni di cui hanno bisogno. In questo modo possono riparare i macchinari nella maniera più efficiente ed efficace possibile. BAE Systems è una società multinazionale operante nel settore aeronautico, della sicurezza e difesa e utilizza HoloLens nella costruzione di sistemi di propulsione elettrici. Grazie a questa tecnologia è stato possibile ridurre i tempi di produzione del 50% circa.

Differenze tra realtà virtuale, aumentata e mista

Applicazioni all’interno della catena di creazione di valore nelle costruzioni

Pianificazione

Rilevamento di conflitti

Uno dei problemi più evidenti nella pianificazione si presenta quando due componenti della progettazione si sovrappongono, come ad esempio nel caso di riscaldamento/ventilazione ed elettronica nella stessa parete. Ugualmente importante, ma ancora più difficile da individuare, è una lacuna nella progettazione. Come possono essere individuati conflitti di questo tipo? Da un lato, in maniera tradizionale: con lo studio dei piani, l’esame del progetto e consultando colleghi esperti. Esistono poi software per il rilevamento automatico di conflitti, come Navisworks. Nel caso di alcuni conflitti si possono ottenere buoni risultati, purché i dati BIM siano corretti e vengano ricostruiti nei modelli in maniera precisa. Però i conflitti non sono ancora risolti.

La VR consente di inserirsi all’interno del progetto: si ha piena libertà di movimento e tutte le persone coinvolte vivono lo stesso modello virtuale. Diversi strumenti consentono una valutazione della realtà virtuale dei modelli 3D, tra cui Revit Life, Enscape, InsiteVR, IrisVR e Revizto. Con l’ausilio di occhiali VR montati sul casco è possibile muoversi all’interno del modello come se fosse un edificio reale. Le anomalie evidenti si identificano subito, come ad esempio l’altezza troppo bassa di un ambiente, mentre i conflitti minori vengono individuati mediante il software. Le modifiche sono dunque realizzabili più facilmente e a costi inferiori. Tutto ciò aiuta a velocizzare l’intero processo, a ridurre gli interventi di miglioramento successivi e, quindi, i costi.

Visita virtuale dell’immobile nella vendita / affitto

Sino a poco tempo la mancanza di trasparenza nel processo costruttivo era un evento tutt’altro che inusuale per il committente. Con l’esame di progetti in 3D, o persino ancora in 2D, e visite occasionali in cantiere raramente si riesce a dare un’immagine precisa di ciò che verrà realizzato. Da un lato questo risulta oneroso per motivi di controllo e dall’altro limita le possibilità di visualizzazione per i potenziali clienti finali. La realtà virtuale, di contro, consente di avere una rappresentazione completa del prodotto finale molto prima della sua realizzazione effettiva. Grazie a ciò il committente può organizzare visite virtuali dell’edificio con i soggetti interessati, includendo prospetti, illuminazione e arredamento. Il committente dunque può preparare in anticipo nel processo costruttivo la componente commerciale e può fare una migliore pianificazione finanziaria.

Visite di edifici virtuali tramite VR (Fonte: Connect&Construct)

Esempio di applicazione

Prima di essere costruita fisicamente a Schlieren, una nuova filiale Migros è stata interamente realizzata nel centro di realtà virtuale «Fusion Arena», nel quartiere di Altstetten a Zurigo. La costruzione grezza virtuale era accessibile in maniera completa: i responsabili hanno potuto così discutere su vari aspetti, quali altezza dei soffitti, allestimenti interni e dimensioni degli ambienti. Sono state fatte modifiche, ove necessario, e in questo modo sono stati eliminati fin dal principio possibili errori di costruzione.

«Fusion Arena» a Zurigo-Altstetten (Fonte: pandally.com)

Esecuzione

Aumento dell’efficienza ed esecuzione più precisa del lavoro

Le tecnologie immersive, in questo caso soprattutto la realtà aumentata, possono supportare l’edilizia grazie all’allineamento preciso di dati olografici nel cantiere, ad esempio con l’ausilio di caschi speciali per operai edili accessoriati con Trimble Connect per HoloLens. In questo modo l’utente ha accesso a importanti dati BIM che sono parte integrante del progetto. Durante la costruzione, ad esempio, i gruppi di lavoro possono visitare a piedi il progetto virtuale già ultimato e rilevare in anticipo possibili errori e punti deboli. Allo stesso modo, grazie a modelli 4D e alla gestione patrimoniale, si agevolano ulteriori procedure quali installazioni in loco e controlli sugli stati di avanzamento. Anziché tracce manuali nei punti in cui deve avvenire l’installazione, l’operatore riceve istruzioni millimetriche attraverso gli occhiali AR.

Formazione moderna

L’AR offre un potenziale di miglioramento notevole anche per la formazione dei lavoratori dell’edilizia. Gli apprendisti, infatti, possono venire formati in maniera virtuale con un visore HoloLens e applicare le nuove conoscenze direttamente in cantiere. Per fare un esempio, un supervisore virtuale può controllare la costruzione di un muro. Grazie ai dati 3D il muro viene visualizzato prima all’interno di HoloLens. Se l’apprendista si discosta dal progetto, il supervisore virtuale può dare un riscontro immediato. Anche in caso di esecuzione corretta può fornire un feedback, in questo caso positivo.

Migliore collaborazione tra ufficio e cantiere

Dotati di AR, gli operai edili sanno sempre quali incarichi devono essere portati a termine e in che modo. Si può dare riscontro sull’esecuzione in tempo reale, così da individuare tempestivamente errori potenziali o discostamenti dal modello. Il fatto di poter osservare il modello virtuale all’interno del cantiere reale garantisce una collaborazione più puntuale e controlli e coordinamento migliori all’interno del progetto. Oltre a ciò, se il cantiere può essere visitato anche virtualmente, si riduce molto l’esigenza di compiere trasferte.

Esempi di applicazione

In Francia GA Smart Building ha realizzato con l’ausilio della realtà aumentata un edificio per uffici di 3300 mq, utilizzando Trimble Connect per HoloLens. Alcuni elementi costruttivi sono stati prefabbricati in uno stabilimento e installati poi direttamente in cantiere. Une delle sfide da affrontare era quella di mantenere la migliore qualità. Infatti, errori individuati solo in un secondo momento causano ritardi, costi più elevati e insoddisfazione da parte del cliente. Anziché controllare la qualità in cantiere per mezzo di documenti bidimensionali di tipo tradizionale, è stata applicata la soluzione Trimble Connect per HoloLens. In questo modo è stato possibile utilizzare per le verifiche i dati 3D con il BIM, fatto che ha notevolmente limitato gli errori umani potenziali. Allo stesso tempo il controllo della qualità è diventato molto più efficiente. Attraverso la rappresentazione 1:1 del modello 3D si sono potute prendere decisioni in maniera più rapida e la comunicazione tra parti interessate e team di progetto è diventata più efficiente.

La stessa Trimble ha fatto costruire da JE Dunn nei pressi di Denver, Colorado, un edificio commerciale di 11 000 mq. Diverse soluzioni di AR come HoloLens di Microsoft e Trimble Connect sono state testate e applicate nella visualizzazione progettuale e per il riconoscimento visivo dei conflitti. Grazie a queste tecnologie, Trimble, JE Dunn e tutti gli altri partner interessati sono stati in grado di esaminare gli edifici futuri nel contesto reale del momento e di apportare modifiche, ove necessario. Nel sistema di tubazioni, per esempio, era stato individuato un conflitto tra il modello olografico e quello disponibile in acciaio. In un meeting virtuale convocato con il fornitore di acciaio la situazione è stata visualizzata in maniera virtuale. Si è trovata così una soluzione senza lasciare gli uffici.

Caschi per operai edili accessoriati con HoloLens

Amministrazione

Manutenzione efficiente e ristrutturazione più semplice

Se il modello BIM viene mantenuto aggiornato durante la costruzione, alla conclusione dei lavori lo si può consegnare al proprietario dell’edificio. Non appena si ha la necessità di eseguire lavori di ristrutturazione o riparazioni, il proprietario con l’ausilio di occhiali AR può guardare attraverso le pareti e i soffitti e vedere dove sono localizzati gli elementi strutturali o le tubazioni. Inoltre, si possono collegare alla realtà aumentata apparecchi elettronici dell’edificio dotati di connessione a Internet, come caldaie o riscaldamento centralizzato. Così, tramite gli occhiali AR, l’amministratore può verificare lo stato attuale del dispositivo collegato e avviare all’occorrenza riparazioni o interventi di aggiornamento.

Maggiore sicurezza

Grazie a questa modalità semplificata i controlli di manutenzione possono essere eseguiti più spesso e in maniera più efficiente. Verifiche più frequenti portano a riconoscere con anticipo potenziali fonti di pericolo, come rischi di incendio o pericoli di crollo.

Agevole cambio di inquilini

In caso di un cambio di inquilini, con l’ausilio degli occhiali AR è facile constatare se nell’abitazione vi siano dei difetti. Inoltre, i potenziali nuovi inquilini possono visitare virtualmente l’immobile già nella fase iniziale del processo. In questo modo si evita ancora di più che le abitazioni restino vuote.

Esempio di applicazione

L’associazione per l’edilizia residenziale scozzese Kingdom Housing Association ha iniziato a utilizzare di recente lo strumento di assistenza remota in AR XMReality, per aiutare a distanza gli inquilini. La tecnologia consente la presenza virtuale di un rappresentante della società nell’abitazione dell’inquilino. È possibile eseguire immediatamente perizie di problemi e danni e il rappresentante può fornire supporto virtuale agli inquilini. Si possono risolvere così piccoli danni, come la riparazione di una porta o il collegamento della lavatrice, senza che ogni volta un rappresentante entri in casa. Fatto particolarmente importante in tempi di distanziamento sociale.

Conclusione

Le tecnologie immersive quali realtà virtuale, aumentata e mista semplificano i processi, si prestano a molteplici usi e consentono di risolvere problemi in tempo reale. Contribuiscono, inoltre, a incrementare l’uso del BIM. Se al momento la VR e l’AR trovano ampia applicazione nell’edilizia, la realtà mista è una soluzione non ancora diffusa. Anche per la VR e l’AR continuano però a esserci limitazioni, come il fatto che la visualizzazione di un edificio virtuale a fini di commercializzazione o vendita è ancora relativamente costosa. In definitiva non sempre è conveniente puntare sulle tecnologie immersive. Certo, in futuro sarà più facile ed economico averle a disposizione, fatto che incrementerà di conseguenza l’attrattività e l’applicabilità per i settori menzionati.

Per concludere si può affermare che la realtà virtuale è utilizzabile prevalentemente nella fase di progettazione, mentre la realtà aumentata entra in gioco per lo più nella realizzazione e gestione, anche se vi sono senz’altro delle sovrapposizioni. Per le imprese edili svizzere può essere assolutamente ragionevole investire in questo momento nelle varie possibilità dell’AR. In particolare l’opportunità di avere una formazione semplificata, cicli di progetto più efficienti e istruzioni di lavoro più precise sono ottimi argomenti per prendere per lo meno in esame le possibilità offerte dalla realtà aumentata. Il prezzo di un dispositivo per AR si attesta ben all’interno del range delle quattro cifre per i nuovi modelli come HoloLens 2 di Microsoft e il Trimble XR10 per HoloLens 2. A ciò si aggiungono i costi di abbonamento mensili per le rispettive soluzioni software.

 

 

Moritz Lüscher è responsabile dei progetti di trasformazione digitale della Società Svizzera degli Impresari-Costruttori e in questo ruolo analizza anche i trend attuali e la loro influenza nel settore delle costruzioni. Ha un’esperienza pluriennale nella consulenza alle imprese e in numerose aziende.

 

 


Fonti

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Autore: Moritz Lüscher

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