“Computer, qual è lo stato del ponte?”. Una domanda a cui oggi l’innovazione tecnologica può dare risposta in tempo reale
A cura di CAEmate
Domanda: “Computer, qual è lo stato del ponte?”. Immaginiamo un sistema di monitoraggio in grado di rispondere a questa domanda in qualsiasi momento, utilizzando i più avanzati algoritmi di intelligenza artificiale, e simulazione numerica in real-time. Sviluppare questa tecnologia è l’obiettivo della start-up altoatesina CAEmate Srl e della loro piattaforma WeStatiX SHM (Structural Health Monitoring).
WeStatiX SHM è un’applicazione online per monitoraggio e analisi predittiva di nuova concezione, che prevede l’acquisizione continua dei dati misurati sulla struttura da parte di un sofisticato gemello digitale, appositamente sviluppato per simulare precisamente il comportamento dell’opera. Sulla base dei dati misurati, il gemello digitale viene costantemente calibrato mediante avanzate procedure di analisi inversa, volte a minimizzare la discrepanza tra le misure e i risultati delle simulazioni numeriche. Il digital twin permette di simulare in tempo reale il comportamento globale della struttura e di calcolare il suo coefficiente di sicurezza in ogni punto, attraverso l’esecuzione automatica di analisi non lineari agli elementi finiti.
La visualizzazione del digital twin 3D, nonché dei dati misurati e calcolati, è possibile direttamente in ogni browser web e da ogni sistema operativo. L’utilizzo di tecnologie di intelligenza artificiale permette inoltre di effettuare analisi predittiva, consentendo una precisa valutazione del deterioramento della struttura, migliorando la pianificazione delle ispezioni e degli interventi di manutenzione.
Piattaforma digitale per monitoraggio e analisi predittiva
Il sistema mira ad una chiara ed affidabile valutazione dello stato della struttura e la facilitazione dei processi decisionali relativi agli interventi di ispezione e manutenzione da mettere in atto, nonché la minimizzazione dei rischi di danno o collasso strutturale.
Questa tecnologia rende efficiente ed attendibile il monitoraggio strutturale, attraverso un sistema automatico che interpreta i dati a disposizione, conferendo ad essi un significato fisico e permettendo infine di rispondere alla domanda: “La struttura è sicura? E per quanto tempo lo sarà?”.
La piattaforma di monitoraggio permette la navigazione tridimensionale online del gemello digitale, e quindi di effettuare un’ispezione virtuale dell’opera monitorata. I dati acquisiti dai sensori e di quelli calcolati attraverso simulazione numerica vengono combinati e processati da sofisticati algoritmi di intelligenza artificiale, permettendo analisi predittiva e preventiva.
Questo sistema è già stato applicato con eccellenti risultati al monitoraggio del ponte autostradale in cemento armato precompresso Terfener Innbrücke (Innsbruck, Austria), e a molteplici altre opere, tra cui cavalcavia autostradali in acciaio e ponti ferroviari in pietra, o all’analisi di stabilità di pendii e pareti rocciose.
Digital twin
Il gemello digitale è utilizzato per eseguire automaticamente simulazioni multi-fisiche agli elementi finiti, considerando gli effetti dei carichi agenti, vibrazioni, temperatura, nonché creep, danneggiamento progressivo e fatica. Il modello di calcolo è predisposto per essere costantemente aggiornato e calibrato sulla base dei dati messi a disposizione dai sensori installati sulla struttura esistente. Sulla base dei risultati delle simulazioni, vengono eseguite automaticamente le verifiche previste dalle normative vigenti, permettendo di determinare l’effettivo coefficiente di sicurezza della struttura in ogni suo punto
Calibrazione mediante analisi inversa
Il gemello digitale è sottoposto a continua calibrazione attraverso analisi inversa, utilizzando avanzati algoritmi di ottimizzazione ed intelligenza artificiale. Le potenziali incognite nel modello, non misurabili direttamente, sono identificate indirettamente, minimizzando la discrepanza tra dati misurati e i risultati del modello di calcolo. Attraverso la calibrazione iterativa, si aumenta progressivamente l’affidabilità e la precisione del gemello digitale nel corso del tempo.
Visualizzazione cloud-based
La visualizzazione del gemello digitale 3D e dei dati misurati è possibile direttamente online da ogni tipo di dispositivo connesso a Internet, sulla base della piattaforma cloud-based WeStatiX.
L’interfaccia grafica permette l’ispezione virtuale tridimensionale dell’opera, l’analisi dei risultati del calcolo strutturale, la visualizzazione in ogni punto del coefficiente di sfruttamento della struttura e dell’insorgere di eventuali problemi. È inoltre possibile analizzare l’evoluzione dello stato della struttura nel corso del tempo, confrontando l’andamento previsto ed effettivo dei dati a disposizione. Il sistema previsto prevede inoltre la completa interoperabilità con tecnologie per Building Information Modelling (BIM).
Elaborazione dati e analisi predittiva
Il sistema effettua l’elaborazione automatica e la visualizzazione grafica nel web browser dei dati calcolati e misurati. Per ogni misurazione effettuata, è possibile esportare una dettagliata relazione tecnica contenente le misurazioni eseguite, i risultati del calcolo strutturale, ed una valutazione approfondita dello stato attuale dell’opera.
I dati acquisiti vengono processati da algoritmi di intelligenza artificiale con lo scopo di predeterminare il comportamento ed il deterioramento futuro della struttura, fornendo indicazioni circa le zone suscettibili di danneggiamento e consentendo di pianificare per tempo eventuali interventi.
Sulla base dei risultati dell’analisi predittiva, è possibile intensificare o ridurre la manutenzione dell’opera, estendendone la vita utile e riducendo conseguentemente i costi di gestione.
Obiettivi e vantaggi del sistema digitale
Questo innovativo sistema per monitoraggio ed analisi predittiva si basa sulla combinazione delle più recenti tecnologie digitali per misurazione, simulazione numerica multi-fisica, calibrazione iterativa ed interpretazione automatica dei dati via IA.
Il compito di questa tecnologia è di fornire un metodo rapido, affidabile ed oggettivo per valutare dello stato dell’opera, permettendone l’ispezione virtuale, indicando gli eventuali interventi di ispezione e manutenzione da intraprendere, nonché il grado di sfruttamento della struttura e la sua evoluzione, insieme ad un controllo in continuo del rischio di danno strutturale.
Il sistema ha la sua forza nella possibilità di migliorarsi progressivamente, “imparando” dai dati acquisiti, quanti più ne vengano messi a disposizione. Per questo motivo, questo tipo di gemello digitale viene considerato “intelligente”.
