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City Information Modeling (CIM)

Il City Information Modeling (CIM) nelle piattaforme decisionali urbane

Spesso il City Information Modeling (CIM) è stato paragonato a SIMCity, un videogioco di costruzione di città, nato nel 1998, che consentiva al giocatore di progettare e sviluppare da zero città sempre più complesse. Fu un grande successo e ancora oggi i giochi di SimCity hanno continuato a mantenere il loro fascino. Molti giocatori si sono divertiti a tracciare zone di sviluppo, pianificare infrastrutture e trasformare un pezzo di terreno non edificato in una fiorente metropoli high-tech.

Il City Information Modeling prende essenzialmente lo stesso concetto e lo applica alla vita reale, con una piattaforma estremamente sofisticata che consente ad architetti, urbanisti e altri professionisti di collaborare a progetti a livello cittadino.

Le definizioni esperte del CIM generalmente descrivono un modello di città 3D "super-BIM" completamente integrato e semanticamente abilitato, che connette gli utenti a qualsiasi fonte di dati contestuale o strumento di analisi, statico o dinamico, spaziale o non spaziale, dagli edifici alle strade e agli spazi pubblici, ai lampioni (sensori/IoT), alle persone in strada (social media).

I modelli CIM sono utilizzati sia dagli architetti che dai progettisti per progetti di edifici, campus e urbanistica di qualsiasi scala. Gli utenti CIM trascinano e rilasciano i loro modelli di progetto BIM in ambienti di modelli di città 3D interattivi e ricchi di contenuti direttamente nei propri browser Web e possono trovare tutti i dati rilevanti per i loro progetti, porre domande, eseguire qualsiasi analisi (solare, ombra, microclima, traffico e altro) e collaborare con qualsiasi membro del team in qualsiasi parte del mondo, il tutto in tempo reale.

Se la tecnologia BIM ha rivoluzionato i progetti di costruzione incoraggiando le parti interessate del progetto a lavorare utilizzando un modello condiviso, CIM ha il potere di rivoluzionare la pianificazione urbana, la governance e le infrastrutture, oltre a ispirare progettisti e costruttori a creare soluzioni migliori per il loro contesto geografico e sociale.

Il modello BIM supporta ottimamente la definizione della semantica dettagliata di parti di edifici o altre parti funzionali della città. Utilizzando le ontologie di riferimento del settore oltre all'archiviazione delle informazioni di progettazione nella forma digitale per l'aggiornamento e la condivisione tempestiva, si può anche rendere possibile la relazione in tempo reale e l'analisi dei fenomeni in funzione della modifica di qualsiasi dato o parametro.

Il CIM è considerato qualcosa di più della fusione di tutti i modelli BIM, in quanto rappresenta un livello superiore di rete infrastrutturale, amministrazione e attività umana. Questo modello facilita la visualizzazione, l'analisi e il monitoraggio dell'ambiente urbano, al fine di supportare il progetto e la pianificazione dalla panoramica locale a quella regionale. Quindi, il CIM è caratterizzato da un'unificazione multidisciplinare di tutti i modelli di dati spaziali.

Nel concetto di City Information Modeling, gli agenti coinvolti nelle città devono agire in modo coordinato sulla concezione, pianificazione, esecuzione, funzionamento, monitoraggio, manutenzione e rinnovamento della città. Questi processi avvengono in un unico database condiviso, il modello CIM. Le caratteristiche principali che caratterizzano il paradigma CIM, in termini concettuali, sono il lavoro collaborativo e l'interoperabilità.

Gli indicatori dei servizi ai cittadini 

Per valutare come il CIM contribuisce a migliorare i servizi pubblici e la qualità della vita dei cittadini studi condotti da alcuni autori hanno analizzato la norma internazionale ISO 37120 (Sviluppo sostenibile delle comunità – Indicatori per i servizi cittadini e la qualità della vita) e hanno valutato come i dati del Building Information Modeling (BIM) e del CIM possono essere utilizzati per ottenere dati utili agli indicatori dell'ISO 37120. 

Questi indicatori sono strutturati intorno a temi, secondo i settori delle città e le prestazioni di servizi. Sono organizzati in Indicatori di base e Indicatori di supporto. Risulta che i modelli BIM e CIM possono fornire dati per 53 dei 100 indicatori esistenti in modo semplice e accurato. Questo approccio può aiutare i gestori della città a prendere decisioni assertive e contribuire a migliorare la valutazione delle prestazioni dei servizi pubblici.

TabellaISO

 

La tabella precedente evidenzia i temi dello standard internazionale e specifica il numero di indicatori fondamentali e di supporto in ciascuno dei temi.

BIM georeferenziato

Il paradigma CIM - come approccio a un modello globale della città – deve assolutamente essere formato dall'incorporazione di modelli BIM di costruzioni che abbiano inserimento geografico nel sistema di riferimento in uso. In questo modo tutti i dati relativi alle città saranno disponibili e allegati alle rappresentazioni georeferenziate delle costruzioni presenti nella banca dati CIM. Pertanto, sarà possibile ottenere informazioni direttamente dal modello virtuale, per monitorare e valutare le prestazioni dei servizi pubblici, oltre a rispondere alla ISO 37120 e raccogliere informazioni per sovvenzionare un processo decisionale più assertivo ed efficiente.

Inoltre, la gestione delle infrastrutture urbane in dati accurati e georeferenziati, consentirà una maggiore accuratezza nel processo di identificazione delle cause profonde di molti problemi, determinando azioni più assertive per il miglioramento dei sottosistemi infrastrutturali urbani. Ciò ridurrà la necessità di interventi di manutenzione correttiva, producendo risparmi di risorse per le città, nonché un miglioramento della fornitura di servizi pubblici alla popolazione.

Considerando i potenziali contributi del CIM sulla gestione urbana, si augura che gli studi futuri intensificheranno le discussioni e cercheranno di esplorare i dettagli di questo nuovo paradigma, dalla fusione della metodologia BIM con il GIS all'applicazione energica di protocolli di condivisione e rappresentazione esistenti.

Attualmente, l'integrazione di BIM e GIS è diventata un metodo di modellazione ampiamente utilizzato per il CIM. IFC e CityGML sono gli standard di dati internazionali rispettivamente per BIM e GIS. 

GeoBIM CIM

I modelli di città 3D per il CIM

Il modello 3D della città è l’infrastruttura fondamentale del CIM che fornisce una raffinata espressione geometrica dello spazio urbano tridimensionale. Attualmente, il telerilevamento satellitare, la aerofotogrammetria obliqua e il rilevamento con laser (LiDAR) sono le principali tecniche applicate per ottenere dati grezzi per ricostruire modelli 3D a livello cittadino. Questi metodi hanno principi e caratteristiche di modellazione diversi, inclusi vantaggi e svantaggi nell'ottenimento di dati, scala e precisione di modellazione, come elencato nella Tabella seguente.

METODO 

PRINCIPIO 

CARATTERISTICHE 

SATELLITE REMOTE SENSING 

Rileva e identifica un oggetto utilizzando onde elettromagnetiche, luce visibile e raggi infrarossi riflessi o irradiati dall'oggetto nel campo di osservazione. 

Facile ed economico per ottenere dati grezzi, con un ampio campo di misura. Bassa precisione. 

OBLIQUE PHOTOGRAPHY 

Si ottengono informazioni complete e accurate sugli oggetti a terra fotografati verticalmente o obliquamente utilizzando sensori su piattaforma aerea.

Modellazione rapida, precisione moderata e modelli 3D altamente realistici con texture. Consente rilevamento dettagliato per elementi vettoriali atti a costruire 3dCityGML.

LIDAR 

Genera modelli 3D trasmettendo il segnale di rilevamento al bersaglio e confrontando l'eco del bersaglio ricevuto con il segnale trasmesso.

Alta precisione e adatto per modelli 3D dettagliati e complessi. Costi elevati e carico di lavoro pesante. 

 

 

Piattaforme

La maggior parte delle piattaforme che possono essere utilizzate per sviluppare modelli CIM generano modelli CIM integrando file di modelli esistenti (ad es. BIM, edifici 3D e file GIS), mentre Virtual City Systems può stabilire modelli CIM utilizzando lo standard CityGML. Il CityGML può essere utilizzato per organizzare i dati semantici del modello CIM e aiuta a simulare le città.

PLATFORM 

FUNCTION OF CIM 

SKYLINE SMART
WORLD PRO
WORLDWIND
SUPERMAP

Integrano i modelli BIM o altri modelli 3D di edifici con l'ambiente GIS per generare un modello CIM 3D.

VIRTUAL CITY SYSTEMS 

Realizza modelli CIM utilizzando gli standard CityGML.

 

 

Conclusioni

La crescita dell’interesse per il CIM è documentato nella analisi svolta in recenti studi (2021) in cui si vede l’andamento crescente degli ultimi anni. 

La figura seguente mostra la tendenza all'aumento del numero di documenti relativi al CIM all'interno del database principale del Web of Science dal 2000 al 2020. Il tasso di aumento, in particolare dopo il 2016, dimostra un'accelerazione significativa e indica che la ricerca CIM sta attualmente vivendo una forte proliferazione.

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Il City Information Modeling (CIM) è essenziale per l'implementazione dei concetti di sostenibilità nelle città, collaborando così al raggiungimento degli obiettivi stabiliti in diversi accordi internazionali riguardanti la riduzione dell'attività umana sull'ambiente. Inoltre, l'istituzione di sistemi economici che garantiscano un accesso equo alle risorse e la promozione dello sviluppo umano da parte di società eque e coese.

I modelli BIM e CIM consentiranno di osservare lo sviluppo delle città in tempo reale con maggiore accuratezza e prontezza attraverso l'automatizzazione di 53 dei 100 indicatori della norma internazionale ISO 37120. 

Nonostante la richiesta dello standard internazionale di eseguire valutazioni annuali, il gestore urbano sarà in grado di monitorare i diversi aspetti dello sviluppo nella propria città anche a intervalli più piccoli, in base alla loro stagionalità. Ne sono un esempio la valutazione del consumo di energia e acqua, la produzione di rifiuti solidi e di acque reflue, che sono influenzate dai cambiamenti climatici, riflettendo le stagioni, al di là di altri fattori come recentemente è stato a causa della pandemia di Coronavirus. Un'altra influenza è il tasso di occupazione urbana in diversi periodi dell'anno. In altre parole, una città turistica durante l'alta stagione presenterà un maggiore consumo di acqua ed elettricità e, di conseguenza, una maggiore produzione di rifiuti solidi e acquereflue nelle fognature.

Riferimenti:

Xu,Z.;Qi,M.;Wu,Y.; Hao, X.; Yang, Y. City Information Modeling: State of the Art. Appl. Sci. 2021,11,9333. https://doi.org/10.3390/app11199333 
H S Dantas et al 2019 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 225 012074 

 


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