Progetto INSIST - Sistema di monitoraggio INtelligente per la SIcurezza delle infraSTrutture urbane

Responsabile scientifico

Prof. ing. Edoardo Cosenza

Soggetto capofila

Università degli Studi di Napoli Federico II

Inizio progetto

1 maggio 2019

Fine progetto

31 ottobre 2022

Area di specializzazione

Smart, Secure and Inclusive Communities

Sommario

Il progetto prevede un'attività di ricerca e sviluppo di sistemi di monitoraggio innovativi su strutture in ambito urbano, quali edifici, ponti e gallerie. Il sistema di monitoraggio si basa sull'utilizzo di sensori innovativi a basso costo (inclinometri, accelerometri e sensori di sforzo) da inserire in maniera estesa nelle strutture. I dati registrati dai singoli sensori saranno inviati a concentratori e da lì trasferiti in ambiente cloud. I dati potranno essere elaborati attraverso modelli strutturali direttamente nel cloud, in modo da avere una verifica della sicurezza strutturale in tempo reale. Ad ogni livello del sistema (sensori, concentratori e ovviamente cloud) sarà associata una capacità di elaborazione in modo da far funzionare il sistema come un unicum dotato di intelligenza. Il sistema permette di auto-gestire il sistema di monitoraggio e trasformare i dati in parametri strutturali in grado di fornire un'indicazione quantitativa sulla sicurezza.

Questo consente un innovativo modello di monitoraggio in grado di gestire un grande quantità di dati e, grazie allo sviluppo di modelli matematici che possono fornire intelligenza artificiale al sistema, la possibilità di gestire la sicurezza, la manutenzione predittiva, le soglie di allarme e le possibili problematiche presenti.

Nell'ambito del progetto verrà prestata attenzione ad una serie di tipologie strutturali che possono essere critiche in ambiente urbano:

• Edifici in muratura
• Edifici in calcestruzzo armato
• Edifici in acciaio, con particolare riguardo alle strutture provvisionali
• Ponti
• Gallerie, con particolare riguardo alle gallerie di linee metropolitane o ferroviarie

Attraverso l'applicazione di sistemi di monitoraggio intelligenti, dette strutture potranno essere trasformate in "smart structures", in grado non solo di verificare la loro sicurezza strutturale in tempo reale ma anche monitorare l'ambiente circostante (grazie anche alla possibile introduzione in maniera diffusa delle "smart structures" in ambito urbano).

Finalità

La sicurezza delle strutture e delle infrastrutture è un aspetto altamente rilevante per lo sviluppo delle smart cities. La possibilità di estendere il controllo attraverso innovativi sistemi di monitoraggio a basso costo e ampio raggio su un gran numero di strutture permette di elevare il livello di sicurezza.

I principali aspetti sono:

• Sicurezza delle costruzioni esistenti: attualmente il patrimonio edilizio è costituito prevalentemente da edifici che hanno superato la vita utile per i quali erano stati progettati;
• Sicurezza degli edifici nel caso di eventi eccezionali quali ad esempio azioni sismiche, frane, esplosioni, incendi;
• Sicurezza delle infrastrutture come ponti e gallerie (quali le metropolitane in ambiente urbano);
• Sicurezza di tutte le strutture provvisionali, qual ad esempio quelle utilizzate nei casi di grandi eventi sportivi o di aggregazione;
• Sicurezza degli edifici industriali.

La possibilità di un monitoraggio di tutte queste situazioni attraverso sistemi in grado di rispondere in tempo reale rende possibile un controllo omogeneo dell'ambiente urbano.

Il sistema dovrà essere dotato di intelligenza artificiale per gestire le possibili criticità, evitando falsi allarmi o funzionando in caso di eventi quali mancanza di alimentazione temporanea o interruzione di trasmissione dati con il cloud.

Per arrivare all'introduzione di "Smart structures" in maniera estesa in ambito urbano è essenziale prevedere un percorso di ricerca e sviluppo che copra la maggior parte delle problematiche connesse, dalla progettazione dei sistemi di acquisizione dei dati (sensori e sistemi di raccolta dati), alla definizione di gestione cognitiva dei dati e dalla loro elaborazione attraverso modelli strutturali intelligenti. Il processo dovrà passare per validazioni ottenute con prove di laboratorio in scala reale, in grado di consentire un adeguato updating di tutto il processo. Il sistema dovrà essere testato con un dimostratore sufficientemente esteso in modo da simulare la gestione di una adeguata quantità di dati.

Il processo permetterà di sviluppare, alla fine del progetto, un sistema di monitoraggio robusto, in grado di poter essere immediatamente proposto per la trasformazione estesa di "smart structures" con forti ricadute sul territorio.

Infatti la digital transformation delle strutture si configura come volano per l'intera economia del Paese, dal momento che il settore infrastrutturale è di interesse, per la sua capacità di attrarre investimenti importanti e di connettere soggetti e settori produttivi diversi.

Oltre ad avere un primo forte impatto sulla valutazione immediata della sicurezza di strutture ed infrastrutture, sia nuove che esistenti, si potrà seguire il naturale degrado nell'arco della vita utile pianificando gli interventi di manutenzione con maggiore efficienza e sostenibilità.

Una corretta gestione di strutture ed infrastrutture presuppone la conoscenza di indicatori quantitativi atti a valutarne l'adeguatezza in rapporto alla domanda e alle condizioni di esercizio. Il processo di gestione racchiude in sé diverse fasi tra loro correlate, quali la programmazione e la politica di bilancio, la pianificazione, la progettazione, la costruzione, il monitoraggio e la ricerca.  Ognuna di queste attività richiede continue scelte decisionali, spesso in conflitto tra loro e, comunque, strettamente legate alle risorse disponibili.

Il conseguimento di questi obiettivi consentirà di creare le condizioni tecnologiche ideali per garantire nel futuro una programmazione ottimale degli interventi di manutenzione preventiva e straordinaria delle infrastrutture viarie che tanta importanza rivestono nella gestione di un paese, estendendo anche alle infrastrutture civili un approccio del tipo "predictive maintenance", tipico nell'industria manifatturiera.

D'altra parte, occorre dire che il progetto di ricerca e sviluppo, si inserisce in un contesto socio-economico, come sarà approfondito nella sezione terza del presente piano di sviluppo, che ha visto il settore delle costruzioni (edilizia ed infrastrutture) attraversare negli ultimi anni un ciclo espansivo di notevole rilevanza, caratterizzato da significativi investimenti finalizzati alla realizzazione di nuove costruzioni, ristrutturazioni e riqualificazioni alla piccola e grande scala. L'attuale crisi economica non ha risparmiato nemmeno tale settore. Un ciclo che ha visto crescere la filiera del processo di trasformazione del territorio nel numero degli occupati, delle imprese di costruzione, del numero di professionisti e tecnici. Tra le diverse cause che hanno determinato il ciclo espansivo, particolarmente rilevanti appaiono l'incremento e la diversificazione della domanda abitativa da una parte, e l'incremento esponenziale delle esigenze di trasporto (persone e merci) dall'altra.

Per i motivi sopra presentati, gli ambiziosi obiettivi del progetto possono quindi incidere significativamente sulle economie delle regioni del mezzogiorno. Il settore delle costruzioni riveste, infatti, un ruolo fondamentale per l'economia di tutte le regioni meridionali e richiede proprio oggi impulsi di innovazione. La conduzione di attività di ricerca in questo settore mirate all'introduzione di nuovi prodotti o servizi innovativi, può dare quindi slancio alle tante aziende coinvolte, proiettandole sul mercato nazionale ed internazionale con accresciuta competitività.

D'altra parte, è chiaro come le tematiche, gli obiettivi ed i risultati attesi del progetto siano tali da contribuire decisamente alla valorizzazione di alcuni dei principali settori strategici delle principali regioni del mezzogiorno.

Obiettivi Realizzativi e Coordinatori

OR1 – SENSORISTICA AVANZATA PER IL MONITORAGGIO STRUTTURALE (STMicroelectronics)

OR2 – SISTEMI COGNITIVI PER L'ANALISI DEI DATI (STMicroelectronics)

OR3 – GENERAZIONE E AGGIORNAMENTO DI MODELLI STRUTTURALI INTELLIGENTI E PROTOCOLLI DI MONITORAGGIO (UniNA)

OR4 – VALIDAZIONE DEI SISTEMI DI MONITORAGGIO ATTRAVERSO PROVE PER CIASCUNA TIPOLOGIA STRUTTURALE (UniNA-UniRoma2)

OR5 – PROCEDURE DI QUALIFICA DEI SISTEMI DI MONITORAGGIO (CNR-ITC)

OR6 – DIMOSTRAZIONE E VALORIZZAZIONE DEI RISULTATI (STRESS) parte 1 - parte 2

Organigramma del progetto