Content uploaded by Michele Calvano
Author content
All content in this area was uploaded by Michele Calvano on Sep 07, 2020
Content may be subject to copyright.
n.6 aprile/ april 2020
2
Dn 6/2020
EDITORIALE
EDITORIAL
Tommaso Empler, Francesco Ruperto 4
BIM E H-BIM. LA RAPPRESENTAZIONE DEL MODELLO TRA SPERIMENTAZIONE E FORMAZIONE
Francesca Fatta 8
CONTINUAVANO A CHIAMARLO BIM. RIFLESSIONI TRATTE DALL’ESPERIENZA SU PROGETTI
E REALIZZAZIONI DI INVOLUCRI ARCHITETTONICI SU MISURA
STILL TALKING ABOUT BIM. REFLECTIONS DRAWN FROM EXPERIENCES WORKING ON BESPOKE
FACADES PROJECTS
Christian Florian 14
LIVELLO DI FORMAZIONE BIM: UN POSSIBILE APPROCCIO
BIM LEVEL OF EDUCATION: A POSSIBLE APROACH
Arianna Fonsati, Matteo del Giudice, Loris Zanor 29
PROCESSI DI VALIDAZIONE PER PROGETTI BIM DI GRANDI DIMENSIONI. IL CASO DELL’ EDIFICIO
DE CASTILLIA 23
VALIDATION PROCESSES FOR LARGE BIM PROJECTS. THE CASE OF THE DE CASTILLIA 23 BUILDING
Massimiliano Lo Turco, Andrea Tomalini 41
UN PROTOCOLLO DI MODELLAZIONE URBANA MEDIANTE ABACHI E MODULI TECNOLOGICI.
DAL RILIEVO DIGITALE AL SISTEMA INFORMATIVO 3D PER IL CENTRO STORICO DI BETLEMME.
AN URBAN MODELING PROTOCOL THROUGH CATALOGUES AND TECHNOLOGICAL MODULES.
FROM DIGITAL SURVEY TO THE 3D INFORMATION SYSTEM FOR THE HISTORIC CENTER OF BETHLEHEM.
Sandro Parrinello, Raaella De Marco, Francesca Galasso 52
LA REALTÀ VIRTUALE PER L’AUTISMO: NUOVE CONFIGURAZIONI VISIVE PER L’INCLUSIONE E LA
COMUNICAZIONE DEL PATRIMONIO.
VIRTUAL REALITY FOR AUTISM: A NEW PROPOSAL OF VISUAL FRAMEWORKS FOR COMMUNICATION
OF THE HERITAGE AND INCLUSION
Anna Lisa Pecora 70
LE FACCIATE DI TIPO EVOLUTO: METODOLOGIE PARAMETRICHE PER LA PROGETTAZIONE ESECUTIVA
FUTURE FAÇADES: PARAMETRIC METHODOLOGIES FOR THE EXECUTIVE DESIGN
Paola Vescovi 89
MASSIVE WOOD DESIGN – DALLA FORMA COMPLESSA A UNA COSTRUZIONE EFFICIENTE
MASSIVE WOOD DESIGN – FROM COMPLEX SHAPE TO EFFICIENT CONSTRUCTION
Michele Calvano, Matteo Flavio Mancini 102
DAL DOCUMENTO AL MODELLO: APPROCCI INNOVATIVI PER LA GESTIONE DIGITALE DELLA MANUTENZIONE
FROM SHEETS TO MODELS: INNOVATIVE APPROACHES FOR THE FACILITY AND MAINTENANCE MANAGEMENT
Damiano Di Ciaccio, Francesco Livio Rossini, Edoardo Maroder 117
INDICE/INDEX
Building Information Modeling,
Data & Semantics
Credits immagine di copertina:
Michele Calvano, Matteo Flavio Mancini
3
Dn 6/2020
Pietro Baratono, Provveditore
Interregionale per le OO.PP.
Lombardia ed E.Romagna
Angelo Ciribini, Presidente
ISTEA, Università di Brescia,
Brescia, Italy
Bruno Daniotti, Project
Manager InnovAnce, Politecnico
di Milano, Milano, Italy
Alberto Pavan, Coordinatore
norma UNI 11337, Responsabile
di Milano, Milano, Italy
Gregorio Cangialosi, BIM
Manager and BIM Strategist,
Studio CABE, Torino, Italy
Emmanuel di Giacomo, EMEA
BIM & AEC Ecosystem Business,
France
Graziano Lento, Anafyo Sagl,
Ticino, Switzerland
Tommaso Empler, Sapienza
Università di Roma, Roma,
Italy
Francesco Ruperto, Sapienza
Università di Roma, Roma,
Italy
Cecilia Bolognesi, Politecnico
di Milano, Milano, Italy
Tommaso Empler, Sapienza
Università di Roma, Roma,
Italy
Massimiliano Lo Turco,
Politecnico di Torino, Torino,
Italy
Curatore del numero
Editor in Chief
Comitato Scientifico
Scientific Committee
Direzione Scientifica
Associated Editors
Editore
Laura Inzerillo, Università
degli Studi di Palermo, Palermo,
Italy
Sandro Parrinello, Università
degli Studi di Pavia, Pavia, Italy
Francesco Ruperto, Sapienza
Università di Roma, Roma,
Italy
Cettina Santagati, Università
degli Studi di Catania, Catania,
Italy
Graziano Mario Valenti,
Sapienza Università di Roma,
Roma, Italy
Paolo Galli, Implementation
Consultant BIM, Milano, Italy
Diego Minato, BIM Manager &
Technical Consultant | BIM
Strategist, Treviso, Italy
Orges Lesha, BIM Manager, SA
Architects, Sdn Bhd, Kuala
Lumpur, Malaysia
Chiara Rizzarda, Deputy BIM
Manager at Antonio Citterio
Patricia Viel, Milano, Italy
Yoseph Bausola Pagliero, VPL
and BIM expert, Roma/ Torino,
Italy
Armando Casella, Bimfactory,
Brescia, Italy
Filippo Daniele, Setin Roma, Italy
Yusuf Arayici, Hasan Kalyoncu
University, Gaziantep, Turkey
Maarten Bassier, University of
Leuven, Leuven, Belgium
Stephen Fai, Carleton
University, Ottawa, Canada
Pablo Lorenzo Eiroa, Cooper
Union, New York, USA
Andrea Giordano, Università
degli Studi di Padova, Padova,
Italy
Antonio Gómez-Blanco
Pontes, Universidad de Granada,
Granada, Spain
Sorin Hermon, Cyprus Institute,
Nicosia, Cyprus
Arto Kiviniemi, University of
Liverpool , Liverpool, United
Kingdom
Giovanna Massari, Università
degli Studi di Trento, Trento, Italy
Maurice Murphy, Dublin
Institute of Technology, Dublin,
Ireland
Stefano Bertocci, Università
degli Studi di Firenze, Firenze,
Italy
Carlo Bianchini, Sapienza
Università di Roma, Roma, Italy
Maurizio Bocconcino,
Politecnico di Torino, Torino,
Italy
Frédéric Bosché, Heriot-Watt
University, Edinburgh, United
Kingdom
Stefano Brusaporci, Università
degli Studi dell’Aquila, L’Aquila,
Italy
Clark Cory, Purdue University,
Indianapolis, USA
Livio De Luca, MAP/CNRS,
Marseilles, France
Antonella Di Luggo, Università
degli Studi di Napoli Federico II,
Napoli, Italy
Anna Osello, Politecnico di
Torino, Torino, Italy
Livio Sacchi, Università degli
Studi “G. d’Annunzio”, Chieti-
Pescara, Italy
Andrew Sanders, Penn
University, Philadelphia, USA
Alberto Sdegno, Università
degli Studi di Trieste, Trieste,
Italy
Jose Pedro Sousa, Universidade
do Porto, Porto, Portugal
Massimo Stefani, Harpaceas
Direttore responsabile: Giuseppe Rufo
Ottavia Menzio, Alexandra Fusinetti. Copyright DEI Tipografia del Genio Civile, numero 1/2017 Direzione, Redazione e Pubblicità tel. 06/4416371 tel.
06/44163767 - 06/4416371 Fax 06/4403307 Periodico semestrale: Abbonamento annuo (2 numeri) 30,00 €: c/cp n. 65047003 intestato a: DEI Srl Tipografia del Genio Civile, via Cavour
179/A 00184 Roma IT 91 O 03127 050110 0000 0019585 Unipol Banca. La Redazione è grata a tutti coloro che vorranno collaborare. I manoscritti, anche se non pub-
blicati, non si restituiscono. Le opinioni espresse dagli Autori non impegnano la rivista. Eventuali errori o imprecisioni non comportano responsabilità della Casa Editrice e della Direzio-
ne che ha posto comunque la massima cura nella revisione dei testi e nella realizzazione dell’opera.
www.dienne.org
La valutazione dei contributi pubblicati è avvenuta con la modalità del double blind review.
Papers are published under double blind review mode.
102
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
Building Information Modeling,
Data & Semantics
Abstract
The relationship between complex form and manufacturing
development of digital manufacturing techniques. Algorithmic
modelling has assumed a central role as it is able to satisfy both
aesthetic and production needs.
Key Words
Shape optimization, digital fabrication, NURBS, constructional
algorithms, VPL
The complex, the complicated and the
simplexity
(Matteo Flavio Mancini)
Contemporary architecture nowadays usually makes use of
forms and digital manufacturing techniques for their realization.
The increasing availability of computing resources and the incre-
architectural research towards forms of increasing complexity.
This tendency, however, must always prefer complexity to
complication and, precisely in order to implement this intention,
a methodological approach that pursues simplexity, i.e. the theory
that proposes a new relationship of complementarity between com-
This ‘simple complexity’ is expressed in architecture whenever an
apparently complex project is the result of a simple design and
construction strategy [1].
In this sense the study of form and its optimization are often
called architectural geometry or smartgeometry and are seen as a
direct evolution of descriptive geometry, intended as a design and
control shape tool [2, 3].
Massive wood design – Dalla forma complessa a una
costruzione eciente
Massive wood design – From complex shape to ecient
construction
Abstract
Il rapporto tra forma complessa ed efficienza realizzativa
è sempre più importante alla luce del notevole sviluppo del-
le tecniche di fabbricazione digitale. La modellazione algo-
ritmica ha assunto un ruolo centrale poiché riesce a soddi-
sfare tanto le necessità estetiche quanto quelle produttive.
Key Words
Ottimizzazione forma, fabbricazione digitale, NURBS,
algoritmi costruttivi, VPL
Il complesso, il complicato e la simplexity
(Matteo Flavio Mancini)
L’architettura contemporanea fa ormai abitualmente uso
degli strumenti di rappresentazione digitale per prefigurare
il progetto di forme organiche e di tecniche di fabbricazione
digitale per la loro realizzazione.
La crescente disponibilità di risorse di calcolo e la sempre
maggiore flessibilità dei software di modellazione tridimen-
sionale hanno spinto la ricerca architettonica verso forme di
complessità sempre crescente. Questa tendenza deve però
sempre prediligere la complessità alla complicatezza e, pro-
prio per attuare questa intenzione, in diversi campi discipli-
nari si sta affermando un approccio metodologico che per-
segue la simplexity, cioè la teoria che propone una nuova
relazione di complementarietà tra complexity (complessità)
e simplicity (semplicità). Tale ‘semplice complessità’ si espri-
me in architettura ogni qualvolta un progetto apparente-
mente complesso è il risultato di una strategia progettuale e
realizzativa semplice [1].
In questo senso lo studio della forma e la sua ottimizza-
zione prendono spesso il nome di architectural geometry o
Michele Calvano1, Matteo Flavio Mancini2
1Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto di Scienze del Patrimonio Culturale,
2Università degli Studi di Roma Tre – Dipartimento di Architettura
e-mail: michele.calvano@ispc.cnr.it ; matteoflavio.mancini@uniroma3.it
103
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
smart geometry e sono viste come evoluzione diretta della
geometria descrittiva, intesa come strumento di progetto e
controllo della forma [2, 3].
Questo contributo intende presentare metodologicamen-
te quanto realizzato in un’esperienza di fabbricazione digitale
che ha visto un processo di ottimizzazione delle forme indi-
rizzato alla loro produzione attraverso macchine a controllo
numerico (CNC). L’attuazione di questo processo ha richiesto
la ‘traduzione’ del progetto attraverso diversi medium: model-
li tridimensionali, disegni bidimensionali e listati di dati, que-
sti ultimi necessari al controllo della produzione [4].
Il ruolo di esperto in ottimizzazione e ingegnerizzazione
della forma si trova a metà strada tra il progettista e il produt-
tore/realizzatore, a lui spetta infatti il compito di tradurre la
forma progettata in una forma realizzabile, rispettando i va-
lori estetici della prima e le specifiche tecniche della seconda.
Il compito descritto è stato prefigurato all’interno dei software
di modellazione, che hanno determinato un ambito chiaro in
cui si è risolto il nostro ruolo all’interno della sperimentazio-
ne. Nello specifico con il disegno digitale sono state affronta-
te le fasi di ottimizzazione topologica della forma progettata
e quella di simulazione dei tasselli di legno massello. Questi
hanno dovuto rispettare le specifiche geometriche fornite dal
produttore che si è invece occupato direttamente della pro-
gettazione del materiale e della sua lavorazione.
Un nuovo paradigma per la fabbricazione
dei modelli
(Michele Calvano)
In architettura l’era dei modelli digitali caratterizzati da
superfici complesse, ha posto il problema della costruzione
degli stessi. Dal punto di vista geometrico, l’azione del costru-
ire è stata sin dal passato risolta proponendo la giustapposi-
zione di parti con cui costruire ripari; l’uomo infatti, una vol-
ta uscito dalle caverne ha sentito la necessità di antropizzare
spazi giustapponendo elementi per la conformazione di am-
biti funzionali protetti capaci di materializzare il confine tra
il dentro e il fuori. Le parti dovevano essere trasportate e
montate, motivo per cui hanno assunto delle dimensioni e
delle forme che ne hanno garantito nel tempo la movimenta-
zione e lo stoccaggio. Nelle abitazioni tradizionali il pavimen-
to è un piano orizzontale composto da mattonelle che, nel
giustapporsi, creano una “edge to edge tassellation”. La parete è
invece un piano verticale composto da blocchi che tassellano
in maniera “non-edge to edge” la dimensione verticale (fig. 1).
In termini generali la tassellazione dello spazio n-dimensio-
nale euclideo Kd, può essere definita da due visioni equiva-
lenti. Da una parte abbiamo una suddivisione di Kd in regio-
ni n-dimensionali non sovrapposte; dall’altra abbiamo un
insieme di regioni n-dimensionali che coprono Kd senza la-
cune o sovrapposizioni. Immaginiamo di suddividere l’ele-
This contribution aims to present methodologically what has
been achieved in a digital manufacturing experience that has seen
a process of shape optimization aimed at their production through
numerical control machines (CNC). The implementation of this
mediums: three-dimensional models, two-dimensional drawings
and data lists, the latter necessary for production control [4].
The role of expert in shape optimizing and engineering is loca-
ted halfway between the designer and the manufacturer/maker. He
is responsible for translating the designed shape into a feasible sha-
-
within the modelling software, which has determined a clear scope
for our role within the experimentation. In particular, the phases of
topological optimization of the designed shape and the simulation
of the solid wood dowels have been dealt through the digital dra-
-
vided by the manufacturer, who was instead directly involved in the
design of the material and its manufacturing.
A new paradigm for model fabrication
(Michele Calvano)
In architecture, the era of digital models characterized by com-
plex surfaces has posed the problem of their construction. From the
geometrical point of view, the action of building has been solved
since the past by proposing the juxtaposition of parts to build shel-
ters; man, in fact, once out of the caves felt the need to anthropize
spaces by combining elements for the conformation of protected
functional areas able to create the boundary between inside and
outside. The parts had to be transported and assembled, which is
why they took on dimensions and shapes that ensured their
a horizontal plane composed of tiles that, in the juxtaposition,
create an “edge to edge tassellation”. The wall, on the other hand,
is a vertical plane composed of blocks that tessellate the vertical
the tessellation of the Euclidean n-dimensional space Kd, can be
subdivision of Kd into non-overlapping n-dimensional regions; on
the other hand we have a set of n-dimensional regions covering Kd
without gaps or overlaps. Let’s imagine to subdivide the technical
elementary pieces that can be stored and transported; in the oppo-
site way we think, for the constitution of the same element, to the
aggregation of repeated modules. The simple architectural ele-
ments respond to an aggregative logic of repeated modules one by
one or repeated by groups (structured or semi-structured tessella-
shape for which it is not possible to combine equal modules for the
whole continuity of the shape. In this case the tessellation logics are
-
104
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
mento tecnico (il pavimento ad esempio) in parti che ne ga-
rantiscano la costruzione, pezzi elementari impilabili e tra-
sportabili; in maniera opposta pensiamo, per la costituzione
dello stesso elemento, all’aggregazione di moduli ripetuti. Gli
elementi architettonici semplici rispondono ad una logica
aggregativa di moduli ripetuti o ripetuti per gruppi (tassella-
zione strutturata o semistrutturata) [5], a differenza di ele-
menti architettonici dalla forma complessa per cui non è pos-
sibile accostare moduli uguali per l’intera continuità della
forma. In questo caso le logiche di tassellazione si definiscono
non strutturate poiché propongono tasselli tutti diversi che
costituiscono una struttura spaziale di elementi in aderenza
tra loro (fig. 2).
Nella contemporaneità, a differenza del passato, non è
possibile pensare ad una logica aggregativa per la costruzio-
ne della forma, ma al contrario dal macro (la forma) si deve
arrivare al micro (il tassello) con delle logiche di parcelliz-
zazione della forma derivanti da qualità caratterizzanti ed
opportunamente selezionate, come ad esempio la curvatura
locale della superficie da tassellare.
In the contemporary world, unlike in the past, it is not possible
to think of an aggregative logic for the construction of the shape,
but on the opposite, from the macro (the shape) one must arrive at
the micro (the tile) with the logic of parcelling out the shape deri-
ving from characteristic and suitably selected qualities, such as the
local curvature of the surface to be tessellated.
The adoption of complex shapes for the conformation of archi-
tectural models changes the paradigm of building construction.
From the aggregation of standardized elements for the construc-
tion of ordinary shapes, we move to the combination of customized
elements for the construction of complex shapes; from industrial
production we move to Digital Manufacturing, meaning the
this process, digital data guides directly the numerically controlled
machines that construct the pieces of shape. The data we talk about,
comes from CAD (computer-aided design) software, these are then
transferred to CAM (computer-aided manufacturing) applications
that drive the machines for the production of the parts that make
Fig.1 Esempio di tassellazione strutturata “Edge to Edge”
per il pavimento e “non Edge to Edge” per le pareti.
Fig.1 An example of structured tessellation “Edge to
Edge” for the floor and “not Edge to Edge” for the walls.
105
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
L’adozione di forme complesse per la confor-
mazione di modelli architettonici cambia il para-
digma di costruzione degli edifici. Dall’aggrega-
zione di elementi standardizzati per la costruzio-
ne di forme ordinarie, si passa alla giustapposi-
zione di elementi customizzati per la costruzione
di forme complesse; dalla produzione industriale
si passa alla Fabbricazione Digitale, intendendo il
flusso di lavoro con cui gestire il progetto e la
produzione. In questo processo i dati digitali gui-
dano direttamente le macchine a controllo nu-
merico che costruiscono i tasselli della forma. I
dati di cui si parla provengono il più delle volte
da software CAD (computer-aided design), questi
sono poi trasferiti ad applicazioni CAM (compu-
ter-aided manufacturing) che a loro volta guidano
le macchine per la produzione delle parti che co-
stituiscono l’intero artefatto; le macchine utiliz-
zate in questi processi sono generalmente di na-
tura additiva o sottrattiva. I software di rappresen-
tazione digitale sono in grado di simulare bene il passaggio dal
continuo al discreto (operazione di tassellazione).
In figura 3 vediamo una superficie NURBS a doppia cur-
vatura, oggetto che può essere costruito principalmente me-
diante due azioni di discretizzazione:
• la divisione dell’intero in parti più piccole che seguo-
no la forma;
• la discretizzazione dell’intero in elementi più picco-
li di forma semplificata.
La riduzione in parti è propedeutica alla formatura di por-
zioni di superficie con macchine che aggiungono, sottraggono
o deformano un materiale (termoformatura, stampa 3D, fre-
satura), elementi che una volta costruiti vengono giustapposti
per restituire fisicamente la forma prefigurata nello spazio
digitale. Le sperimentazioni applicate al caso studio sono sta-
te orientate alla risoluzione del primo metodo, dove il tassello
era ricavato dal taglio di pannelli semilavorati. Questi sono
stati costruiti direttamente in azienda mediante assemblaggio
di tavole di american black walnut (noce massello) rettificate e
piallate per formare pannelli spessi 43 mm e della dimensione
di 1200 x 1350 mm. Le misure del pannello erano dettate dal-
la necessità di movimentazione, stoccaggio e posizionamento
sulla macchina CNC del materiale.
Analisi qualitative e ottimizzazione della
forma a Doha
(Matteo Flavio Mancini)
L’esperienza specifica su cui si basa la metodologia descrit-
ta è stata la realizzazione dell’allestimento con pareti in legno
massello della hall al 28° piano di un albergo a Doha1 (fig. 4).
1_ Il progetto è curato dall’arch. Jacques Garcia. http://studiojacquesgarcia.com/
up the entire artifact; the machines used in these processes are
generally additive or subtractive ones. Digital representation sof-
tware is able to well simulate the transition from continuous to
discrete (tessellation operation).
can be made constructible mainly through two discretization actions:
• the division of the whole into smaller parts that follow the
shape;
• the discretization of the whole into smaller elements of
The reduction in parts is preparatory to the shaping of surfa-
ce portions with machines that add, subtract or deform a material
(thermoforming, 3D printing, milling), elements that once built
-
gital space. The experimentations applied to the case study were
-
-
nels. These were built directly in the company by assembling Ame-
rican black walnut boards ground and planed to form panels 43
mm thick and 1200 x 1350 mm in size. The dimensions of the
panel were required for the handling, storage and positioning of
the material on the CNC machine.
Qualitative analysis and shape
optimization in Doha
(Matteo Flavio Mancini)
is based, has been the realization of the solid wood walls of the hall
1
1_ Architect Jacques Garcia directed the project.
http://studiojacquesgarcia.com/
Fig.2 Esempio di tassellazione non strutturata, aggregazione tipica
delle antiche murature a secco.
Fig.2 An example of unstructured tessellation, typical aggregation of
ancient dry-stone masonry.
106
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
production were organized on units corresponding to the individual
walls. The designed shape of the walls presented a remarkable
morphological variety: double curved walls, with a height equal to
Il flusso di lavoro si è basato sull’idea che il progetto e la
sua produzione fossero organizzati su unità corrispondenti
alle singole pareti. La forma progettata delle pareti presen-
tava una notevole varietà morfologica: pareti a doppia cur-
vatura, di altezza pari a un interpiano e pelle singola (pareti
5, 6, 7, 8 nella fig. 5); torri cilindriche o a sezione variabile,
Fig.4 Luogo di intervento: Mezzanino dello SkyView di
Doha (foto: Devoto Design).
Fig.3 Tassellazioni possibili per superfici a doppia
curvatura: per aggregazione di elementi semplificati; per
suddivisione dell’entità complessa.
Fig.4 Location: Mezzanine of the SkyView in Doha (photo:
Devoto Design).
Fig.3 Possible tessellations for double curved surfaces:
by aggregation of simplified elements; by subdivision of
the complex entity.
107
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
From a geometrical point of view all the walls, except the
cylindrical tower, were characterized by portions of surfaces with
surfaces - external, internal and connecting - must be of curvatu-
re (G2). Mathematical modeling (NURBS) was adopted for its
ability to optimally manage this type of shape.
The conversion from a designed shape to a feasible shape in a
of the topological properties of the shape itself, i.e. its digital mo-
dels. This transition is essential to ensure a smooth and error-free
translation between three-dimensional models, two-dimensional
drawings and data lists.
The models of each wall have been analyzed and corrected or
remodeled, through reverse modeling operations, depending on the
topological quality detected for each wall.
di altezza libera (pareti 2 e 4 nella fig. 5); e infine superfici a
doppia curvatura, di altezza libera, forate da aperture o at-
traversamenti a doppia pelle (pareti 1 e 3 nella fig. 5).
Dal punto di vista geometrico tutte le pareti, tranne la
torre cilindrica, erano caratterizzate da porzioni di superfici
a doppia curvatura in cui da progetto la continuità tra le
diverse superfici - esterne, interne e raccordi - deve essere
di curvatura (G2). La modellazione matematica (NURBS) è
stata adottata per la sua capacità di gestire ottimamente que-
sto tipo di forme.
Il passaggio da forma progettata a forma realizzabile in un
processo di fabbricazione digitale richiede innanzitutto la ve-
rifica delle proprietà topologiche della forma stessa, ovvero
dei suoi modelli digitali. Questo passaggio è fondamentale per
garantire una traduzione fluida e priva di errori tra modelli
tridimensionali, disegni bidimensionali e listati di dati.
I modelli di ciascuna parete sono stati analizzati e corretti
Fig.5 Le pareti del progetto a doppia curvatura
caratterizzate da diverse proprietà tecniche e formali.
Fig.5 The double curved walls of the project are
characterized by dierent technical and formal
properties.
108
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
in search of topological problems such as open or non-manifold
following steps. The correspondence between the geometrical spe-
-
ple) was checked to evaluate the need for partial or total reverse
modeling interventions.
It was also at this stage that compliance with the manufacturer’s
stage the model is topologically correct but can be subjected to further
optimization operations to obtain a parametric structure, i.e. a den-
to preserve or implement the aesthetic values of the designed shapes
and to ensure the macroscopic geometric properties (such as wall
of shape engineering. This was the moment to insert the architectural
-
nally, to organize the production. On this occasion it was decided to
operate by superimposed sectors that took into account the height of
o rimodellati, attraverso operazioni di reverse modeling, a se-
conda della qualità topologica riscontrata per ogni parete.
Ogni modello ricevuto dal progettista (a nella fig. 6) è
stato analizzato alla ricerca di problemi topologici come bor-
di aperti o non-manifold. Eventuali errori di questo tipo sono
stati corretti per non inficiare i passaggi successivi. Di segui-
to è stata controllata la corrispondenza tra le specifiche ge-
ometriche indicate come irrinunciabili (la continuità di cur-
vatura ad esempio) per valutare la necessità di interventi di
reverse modeling parziali o totali.
Sempre in questa fase è stato verificato il rispetto delle
specifiche tecniche fornite dal produttore, ad esempio lo
spessore delle pareti. A questo punto della lavorazione il mo-
dello è topologicamente corretto ma può essere sottoposto
ad ulteriori operazioni di ottimizzazione per ottenere una
struttura parametrica, ovvero una densità e un orientamen-
to dei parametri (u,v) ottimale per descrivere in modo effi-
ciente le proprietà geometriche delle superfici (b in fig. 6).
Terminata la fase di ottimizzazione dei modelli, il cui
scopo era quello di conservare o implementare i valori este-
tici delle forme progettate e di assicurare le proprietà geo-
metriche macroscopiche (come lo spessore delle pareti) del-
le forme realizzabili, il lavoro si è concentrato sulla prima
fase di ingegnerizzazione delle forme. È stato questo il mo-
Fig.6 Modelli derivanti dalla procedura di ottimizzazione
propedeutica all’intervento di tassellazione.
Fig.6 The models deriving by the optimization procedure,
preparatory to the tessellation procedure.
109
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
mento di inserire i dettagli architettonici come porte, infis-
si, alloggiamenti per parapetti, scossaline e guide necessarie
al montaggio in cantiere (c in fig. 6, in arancione, a terra, la
guida in corian da cui iniziare il montaggio dei tasselli lignei)
e, infine, di organizzare la produzione. In questa occasione
si era scelto di operare per settori sovrapposti che tenessero
conto dell’altezza delle fasce dei listelli e della loro quantità
(d in fig. 6). A questo punto i modelli erano stati preparati
per essere discretizzati algoritmicamente in base alle speci-
fiche di dettaglio fornite dal produttore.
Algoritmi per la discretizzazione delle
forme complesse
(Michele Calvano)
Nell’affrontare una così grande mole di lavoro il disegno
digitale esplicito (DDE) risulta essere una modalità operati-
va efficiente [6]; questo per una serie di valori che lo carat-
terizzano. Il primo tra tutti è la possibilità di tracciare pro-
cedure sul “canvas”, spazio operativo in cui comporre i co-
dici. Le procedure automatizzate sono caratterizzate da in-
put, operazioni algoritmiche ed output. Gli input sono en-
tità alfanumeriche ma anche geometrie, costanti o variabili
che alimentano le successive procedure per restituire i dati
risultanti dal processo ideato e automatizzato. L’automati-
smo del processo porta all’ideazione di uno strumento che si
adatta agli input diversificati nel rispetto della logica pro-
grammata; le soluzioni fornite rispondono ai vincoli imposti
durante la scrittura del processo ideativo programmato.
Il caso studio presentato, nella sua complessa articolazione
prevede delle invarianti che hanno permesso di “disegnare”
l’algoritmo. Nella definizione di un codice “costruttivo2” il pun-
to di partenza è l’individuazione dell’output; determinato l’o-
biettivo si procede a ritroso rispettando le condizioni imposte
dalle invarianti. Anche il DDE, come tutti i metodi di prefigu-
razione del progetto, prevede una fase di sketching, ovvero il
tempo creativo utile a rendere efficiente l’algoritmo attraverso
la scrittura di codici di prova sempre più pertinenti al problema
da risolvere. In questa fase le ipotesi algoritmiche vanno pre-
figurate, anche attraverso schemi grafici che visualizzano i
possibili modelli: una collezione di disegni che anticipano la
responsività delle procedure “schizzate”. La preventiva rappre-
sentazione di configurazioni consente di individuare, nelle
forme disegnate, le varianti e i vincoli da tenere in considera-
zione; i vincoli si materializzano nella definizione come pro-
cessi costruttivi; le varianti come parametri mutevoli che per-
metteranno di cambiare i modelli all’interno della stessa fami-
glia costruttiva; per famiglia intendiamo le infinità di immagi-
ni 3D frutto della stessa procedura algoritmica.
2_ Per codice costruttivo intendiamo l’automatizzazione di processi de-
scrivibili anche attraverso costruzioni analogiche, ma che in ambito digitale
amplificano gli effetti risolutivi.
models were prepared to be algorithmically discretized according to
Algorithms for the discretization of
complex shapes
(Michele Calvano)
the possibility to trace procedures on the “canvas”, an operative
space where to compose codes. Automated procedures are characte-
rized by input, algorithmic operations and output. The inputs are
alphanumeric entities but also geometries, constants or variables
that feed the subsequent procedures to return the data resulting
from the designed and automated process. The automatism of the
inputs in respect of the logic programmed; the provided solutions
respond to the constraints imposed during the writing of the cre-
ative process programmed.
The case study presented, in its complex articulation, foresees
a “constructive2
-
ting the conditions imposed by the invariants. Like all methods for
through the writing of test codes more and more relevant to the
problem to solve. In this phase the algorithmic hypotheses must be
-
ble models: a collection of drawings that anticipate the responsive-
ness of the “sketched” procedures.
in the drawn shapes, the variants and constraints to be taken into
become the changing parameters that will allow to change the models
-
ty of 3D images resulting from the same algorithmic procedure.
composed of mathematical surfaces (boundary representation); the
starting point was a sequence of complex surfaces at an architec-
The role of Visual Programming Language (VPL) in Digital
Manufacturing processes can be found both in the generation and
management of complex shapes created in CAD environment, but
machines involved in the parts manufacturing. In this case, the
procedure conceived has foreseen a resolutive role of the VPL only
in CAD environment, leaving to the company3 involved in the
2_ By construction code we mean the automatization of processes that
can also be described through analogical constructions, but that in the digital
field amplify the resolving effects.
3_ The company involved was Devoto Design srl (www.devotodesign.
it), a company based in the province of Latina, active in the design and con-
110
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
manufacturing process the task of solving all CAM aspects addres-
sed to the CNC milling machine.
We start from the objectives, therefore the main output we wan-
ted to obtain: a 3D model composed of NURBS closed polysurfaces,
whose geometrical characteristics respect the aesthetic and manufac-
of wooden ribs whose height was determined by the thickness of
the panels used to produce the parts. The length of the parts, on
the other hand, was conditioned by the curvature of the portions
of the tessellated surface combined with the need to use as few
panels as possible, avoiding the waste of material during the ne-
sting operation. The aesthetic aspect was delegated to the chosen
wood essence and the need to avoid sudden changes its grain.
Regarding the relationship between curvature and nesting, the
mentioned constraints suggested a shorter length of the parts in
correspondence with the surface areas of greater curvature. The
direct consequence of this choice is getting elements with reduced
concavity, allowing the maximum matching of the parts during
The length of the parts has the need to facilitate the storage,
transport and handling of the wooden parts inside the site as an
additional constraint. All these conditions have informed the pro-
cedure in a path consisting of four main operations:
1. creation of horizontal cuts with constant thickness;
2. discretization of horizontal section curves in relation to
their curvature;
struction of custom-made interiors in the Hospitality, Food, Retail, Collective
Spaces, Offices and Luxury sectors. The company is equipped with a large-
sized five-axis milling machine.
Come definito in precedenza, il tema prevedeva come
input principale un modello composto da superfici matema-
tiche (boundary representation). La modellazione NURBS
ha quindi proposto come base iniziale una sequenza di su-
perfici complesse a scala architettonica (fig. 5).
Il ruolo del Visual Programming Language (VPL) nei pro-
cessi di Fabbricazione Digitale trova spazio sia nella genera-
zione e gestione di forme complesse generate in ambiente
CAD, ma anche nella compilazione dei file CAM per gover-
nare le macchine a controllo numerico impegnate nella lavo-
razione delle parti. In questo caso la procedura ideata ha pre-
visto un ruolo risolutivo del VPL solo in ambiente CAD, la-
sciando all’azienda3 coinvolta nel processo costruttivo il com-
pito di risolvere tutti gli aspetti CAM rivolti alla fresa CNC.
Si parte dagli obiettivi, per cui dall’output principale che
si voleva ottenere: un modello 3D composto da polisuperfi-
ci NURBS chiuse, le cui caratteristiche geometriche rispet-
tino i vincoli estetici e di fabbricazione necessari alla realiz-
zazione dell’opera (fig. 7).
La tassellazione, secondo quanto già definito nel para-
grafo 2 si componeva di costole lignee la cui altezza era det-
tata dallo spessore dei pannelli utilizzati per la produzione
delle parti. La lunghezza delle parti era invece condizionata
dalla curvatura delle porzioni di superficie tassellate unita
alla necessità di utilizzare il minor numero di pannelli pos-
3_ L’azienda coinvolta è stata la Devoto Design srl (www.devotodesign.
it), azienda con sede in provincia di Latina, attiva nella progettazione e nella
costruzione di interni su misura negli ambiti Hospitality, Food, Retail, Collec-
tive Spaces, Offices and luxury. L’azienda è dotata di una fresa a cinque assi di
grandi dimensioni.
Fig.7 Parete numero 5 della figura 5. Modello derivante
dalla procedura di tassellazione.
Fig.7 The wall number 5 in figure 5. Model deriving from
the tessellation procedure.
111
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
sibili, evitando lo spreco di materiale durante l’operazione
di nesting. Il lato propriamente estetico era invece delegato
all’essenza di legno scelta e alla necessità di evitare improv-
vise variazioni di venatura.
Per quanto riguarda il rapporto tra curvatura e nesting,
i vincoli menzionati suggerivano una lunghezza minore del-
le parti in corrispondenza delle zone di superficie a maggio-
re curvatura. La conseguenza diretta di questa scelta è l’ot-
tenimento di elementi a concavità ridotta, permettendone il
massimo accostamento delle parti in fase di nesting (fig. 8).
La lunghezza delle parti ha come ulteriore vincolo la ne-
cessità di agevolare lo stoccaggio, il trasporto e la movimen-
tazione delle parti lignee all’interno del cantiere. Tutte con-
dizioni che hanno informato la procedura in un percorso
costituito di quattro operazioni principali:
• creazione dei tagli orizzontali a spessore costante;
Fig. 8 Relazione tra curvatura gaussiana della superficie
e lunghezza dei tasselli. Ad un alto valore di curvatura,
positivo o negativo, corrispondono elementi più corti
(colori caldi nel modello in basso).
Fig. 8 The relationship between Gaussian curvature of
the surface and length of the blocks. A high curvature
value, positive or negative, corresponds to shorter
elements (warm colours in the model below).
3. randomisation of vertical cuts position;
4. representation of the pieces through closed polylines.
The point one was solved by “slicing” the model of the wall
with a series of horizontal planes 43 mm distant from each other,
equal to the thickness of the panels to be pantographed with the
CNC milling machine; in this way a stack of length dimension
developed polysurfaces was produced. The second point was solved
by extracting the longest edge of each polysurface: a 3rd degree
curve with a free shape [7]. The monodimensional entity allows to
discretization of the shape in a polyline using some simple rules of
tessellation of the monodimensional parametric space. The confor-
mation of the polyline has been governed by deciding the maxi-
mum arrow between the portion of curve - underlying chord and
the maximum and minimum length of the polyline segments; the
polyline vertices still belong to the selected edge of the polysurface,
112
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
• discretizzazione delle curve di sezione orizzontale in
relazione alla curvatura;
• randomizzazione della posizione dei tagli verticali;
• rappresentazione dei tasselli con polilinee chiuse.
Il punto uno è stato risolto “affettando” il modello della
parete con una serie di piani orizzontali distanti tra loro 43
mm, pari allo spessore dei pannelli da pantografare con la
fresa CNC; si è prodotta così una pila di polisuperfici svilup-
pate nella dimensione della lunghezza. Il secondo punto è
stato risolto estraendo lo spigolo più lungo di ogni polisu-
perficie, quindi una curva di 3° grado dalla forma libera [7].
L’entità monodimensionale consente di focalizzare il proble-
ma della curvatura alla dimensione piana, permettendo la
discretizzazione della forma in una polilinea utilizzando al-
cune semplici regole di tassellazione dello spazio parametri-
co monodimensionale. La conformazione della polilinea è
stata governata decidendo la freccia massima tra porzione di
curva, la corda sottesa e la lunghezza massima e minima dei
segmenti di polilinea; i vertici della polilinea appartengono
ancora allo spigolo selezionato della polisuperficie, per cui
diventano l’origine di piani taglianti perpendicolari alle cur-
ve nei punti individuati. Ci rendiamo conto che le regole
geometriche stabilite hanno un riscontro diretto con quelle
so they become the origin of cutting planes perpendicular to the
rules established have a direct correspondence with the manufac-
turing needs: the size of the maximum arrow and that of the un-
derlying chord allows to create a ratio between the length of the
maximum and minimum length of the segments alone, relates the
algorithm to the handling and storage possibilities of the parts.
The point three has the objective of slightly moving the cutting
-
dition avoids the alignment of the vertical joints. At this point the
cutting planes break the stack of polysurfaces by identifying solid
ribs with the desired characteristics and without aligned vertical
joints. The generated polysurfaces are not solid extrusion, but the
side faces, those generated by the cut, are ruled surfaces by the
generators that move freely in space. The generating lines of the
side surfaces orient the axis of the spindle that clamps the rotating
tool that cuts and shapes the pieces. The straight lines rest on the
piece; the last phase of the algorithm makes it possible to extract
from the solid ribs the curves useful to the machine for cutting
Fig. 9 Porzione di algoritmo scritto in VPL che relaziona
la curvatura alla lunghezza dei tasselli lignei che
costituiscono le parete analizzata. La curva mostrata in
figura è il risultato del processo di tassellazione in cui la
freccia e la dimensione dei segmenti rimangono nei limiti
stabiliti dall’algoritmo.
Fig. 9 The portion of algorithm written in VPL which
relates the curvature to the length of the wooden blocks
that make up the analyzed wall. The curve shown in the
figure is the result of the tessellation process in which
the arrow and the size of the segments remain within the
limits defined by the algorithm.
113
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
Prefiguration and production control
(Matteo Flavio Mancini)
The essential curves to guide the movement of the CNC ma-
chine - a 5-axis milling cutter, whose tip is able to move along the
X, Y directions and, although with a limited excursion, also along
the Z direction and able to rotate around the X and Y axes - have
rows and columns.
unique progressive code in the wall-ribbe-part-sector-input format
and a series of two or three holes, depending on the length of the
code is engraved on the block during milling, always facing
outwards from the wall to facilitate reading by the operator on
The univocal attribution of the code to the individual piece has
also made it possible to monitor production in the factory, storage,
transport and subsequent assembly by means of automatic produc-
tion by the algorithm of spreadsheets containing the list of pieces
in each sector of the wall (tab. 1).
che sono le necessità di fabbricazione: la dimensione della
freccia massima e della corda sottesa consente di creare un
rapporto tra lunghezza delle parti e la curvatura della parete
analizzata (fig. 9), mentre la sola lunghezza massima e mini-
ma dei segmenti, relaziona l’algoritmo alle possibilità di mo-
vimentazione e stoccaggio dei pezzi.
Il punto tre ha l’obiettivo di muovere leggermente i pia-
ni taglianti lungo le rispettive curve, con spostamenti dal
valore diversificato; condizione che consente di evitare che
le i giunti verticali si allineino tra loro. A questo punto i
piani taglianti spezzano la pila di polisuperfici individuando
costoloni solidi dalle caratteristiche desiderate senza giunti
verticali allineati. Le polisuperfici generate non sono solidi
d’estrusione, ma le facce laterali, quelle generate dal taglio,
sono superfici rigate dalle generatrici che si muovono libe-
ramente nello spazio. Le rette generatrici delle superfici la-
terali orientano l’asse del mandrino che serra l’utensile ro-
tante che taglia e conforma i pezzi. Le rette poggiano sulle
curve di bordo della faccia superiore piana e della faccia in-
feriore piana di ogni singolo pezzo; l’ultima fase dell’algorit-
mo consente di estrarre dalle costole solide le curve utili
alla macchina per il taglio dei pannelli in legno (fig. 10).
Fig. 10 La curva della faccia inferiore e della faccia
superiore costituiscono il percorso di taglio della punta
della fresa CNC utilizzata.
Fig. 10 The curve of the lower and the upper faces form
the tip cutting path of the CNC milling cutter used.
114
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
Conclusions
(Michele Calvano)
Algorithms-Aided Design (AAD) in drawing and design allows
the foreshadowing and engineering of complex design ideas. The
design, initially lacking in an immediate constructive response, now
from idea to construction of the form does not limit the design phase
made up of analysis and experimentation. This condition is guaran-
teed by the algorithmic modelling that links together the procedures
for building forms and realizing them. The algorithmic design, in
determining itself through the VPL, leaves its trace between con-
straints and variables; the latter give, to the conceived solutions, the
character of mutability and choice. A responsive process that is inter-
-
tool for solving complex problems: in the examined case, the construc-
tion of architectural scale models characterized by double curvature.
Prefigurazione e controllo della produzione
(Matteo Flavio Mancini)
Le curve essenziali per guidare il movimento della mac-
china CNC - una fresa a 5 assi, la cui punta è in grado di
muoversi lungo le direzioni X, Y e, sebbene con una escur-
sione limitata, anche lungo la direzione Z e in grado di ruo-
tare intorno agli assi X e Y - sono state infine disposte sul
piano orizzontale XY organizzate in righe e colonne.
A ciascuna coppia di linee piane chiuse è stato assegnato
con un codice univoco progressivo nel formato parete-riga-
pezzo-settore-invio e una serie di due o tre fori, in relazione
alla lunghezza del pezzo, per il fissaggio al piano di lavoro del-
la fresa. Il codice alfanumerico viene inciso sul pezzo in fase di
fresatura sempre rivolto verso l’esterno della parete per favo-
rire la lettura da parte dell’operatore in cantiere (fig. 11, 12).
L’attribuzione univoca del codice al singolo pezzo ha
inoltre reso possibile il monitoraggio della produzione in
fabbrica, dello stoccaggio, del trasporto e del successivo
montaggio attraverso la produzione automatica da parte
dell’algoritmo di fogli di calcolo contenenti l’elenco dei pez-
zi di ogni settore delle pareti (tab. 1).
Fig. 11 Prima operazione di nesting delle curve di percorso
estratte dai pezzi (a sinistra); catalogazione delle parti
(a destra); vista superiore delle curve di percorso per il
taglio, in cui sono evidenti sia il codice di riconoscimento
che i fori di fissaggio.
Fig. 11 The first nesting operation of the path curves
extracted from the blocks (on the left); parts cataloguing
(on the right); an upper view of the path curves for
cutting, where both the ID code and the fixing holes are
evident.
115
M. Calvano, M. F. Mancini - Dn 06 /2020
Conclusioni
(Michele Calvano)
L’Algorithms-Aided Design (AAD) nel disegno e nella pro-
gettazione permette la prefigurazione e l’ingegnerizzazione
di idee progettuali complesse. Le forme complesse generate
nel primo periodo digitale del progetto d’architettura, ini-
zialmente orfane di un immediato riscontro costruttivo,
trovano ora una quasi istantanea materializzazione. La ve-
loce sublimazione da idea a costruzione della forma non li-
mita la fase progettuale fatta di analisi e sperimentazioni.
Tale condizione è garantita dalla modellazione algoritmica
che cuce insieme le procedure con cui si costruiscono le for-
me e con cui le stesse si realizzano. Il progetto algoritmico,
nel determinarsi attraverso il VPL lascia la propria traccia
tra vincoli e variabili; queste ultime danno alle soluzioni ide-
ate il carattere di mutevolezza, di scelta. Un processo respon-
sivo che si interrompe solo una volta raggiunta l’immagine
finale del modello tra le infinite generate dal comune algo-
ritmo tipologico. L’esplicitazione dei processi sul campo
grafico bidimensionale permette la facile modifica della trac-
cia proponendo variazioni non lineari, ramificazioni e sem-
plificazioni rivolte alla massima efficienza computazionale e
Fig. 12 Montaggio in cantiere dei tasselli lignei per la
costruzione delle pareti (foto: Devoto Design).
Fig. 12 The assembly on site of the wooden blocks for the
construction of the walls (photo: Devoto Design).
All this using a new programming language that, being a lan-
guage, can be written and read, acquiring a further narrative
dimension. This last property gives explicit procedures a creative
-
experiments. The narrative logic of the choice is the real innova-
tion of the proposed procedure because it focuses on the essence of
even of heterogeneous nature, in order to develop new formal and
constructive concepts.