Approcci LCA HBIM-based. Definizione e verifica di Livelli di Fabbisogno Informativo di modelli IFC e programmazione di interventi di manutenzione su edifici di pregio

The growing emphasis on environmental sustainability in the construction sector, together with the progressive digitalization of building processes, is assigning an increasingly relevant role to information models as tools for supporting the plan-ning of interventions throughout the building life cycle. This need is particularly significant for existing and listed built heritage, where decision-making must reconcile technical, economic, and environmental objectives with the conservation of the asset’s historical and architectural character. Within this context, the integration of Building Information Modeling (BIM) and Life Cycle Assessment (LCA) becomes particularly relevant, with a specific application to Heritage BIM (HBIM) approaches. Research on BIM–LCA integration has largely focused on simplifying the development of the Life Cycle Inventory (LCI) through the automated transfer of quantities and information from information models to environmental assessment tools. Nevertheless, the availability of a digital model and the technical interoperability between platforms do not ensure that the information content is appropriate for the assessment purpose, revealing an informational gap. This issue is even more pro-nounced for existing and listed built heritage, where models are developed through knowledge acquisition processes based on heterogeneous sources which produce on one hand information gaps and on the other hand unneeded data overload. The review of HBIM–LCA literature further reveals a field that remains relatively immature and predominantly focused on renovation and retrofit, while applications ad-dressing the maintenance, conservation, and restoration of listed built heritage remain largely underexplored. In response to these critical issues, this research develops a purpose-driven framework for BIM–LCA integration, aimed at aligning the purpose of the envi-ronmental assessment with the production, exchange, and verification of model information requirements. The underlying premise is that the requirements defined during the Goal and Scope Definition phase of an LCA study should be translated into the model’s Level of Information Need, rather than addressed through a generalized increase in Level of Detail. The framework therefore integrates the standards and methodological references governing environmental assessment and information management, supported by openBIM standards. Industry Foundation Classes (IFC) provides the open structure for organizing and exchanging information, while the Information Delivery Specification (IDS), in conjunction with the buildingSMART Data Dictionary (bSDD), enables part of the information requirements to be formalized in a common, machine-readable language and their implementation to be automatically verified before the model is used within the LCA workflow. The methodology, developed through an analysis of the relevant regulatory and standardization framework and a critical review of BIM–LCA and HBIM–LCA litera-ture, was tested through a series of integrated experiments on the travertine stone cladding of the Palazzo degli Uffici at E42 in Rome. The case study provided a deliberately bound context for investigating the conservation of listed built heritage and examining the relationship among the knowledge acquisition process, modeling strategies, information needs, and the development of environmental scenarios, with reference to conservation activities during the operational stage of the building life cycle. The experiments show that a model’s suitability for supporting an LCA study depends more on the consistency between its information structure and the purpose of the assessment than on its absolute geometric level of detail. The way in which components, materials, and construction relationships are represented affects quantification and inventory development and, when not calibrated to the intended purpose, may result in unnecessary information overload. At the same time, the model can provide a basis for developing and comparing conservation scenarios and identifying the interventions with the greatest environmental impacts, highlighting the potential of HBIM–LCA approaches to support decision-making in the planning of interventions on existing and listed built heritage. Formalization through IDS further demonstrates the possibility of translating part of the infor-mation requirements into rules that can be shared and automatically checked against the IFC model, allowing missing or noncompliant information to be identified before exchange with the LCA environment and thus providing an information filter between different phases and actors in the process. Overall, the research proposes a shift from an integration logic based on the ex-post extraction of information already available in the model toward one in which information content is defined and verified in advance according to the purpose of the assessment. The methodological contribution lies in the process through which LCA study requirements are translated into model information needs, formalized through shared standards, and verified prior to information exchange and use. Accordingly, the framework does not prescribe an invariant set of information requirements for BIM-based LCA studies; rather, it provides a methodology for identifying and verifying such requirements in relation to each specific application. This approach makes the framework potentially transferable across different building components and life cycle stages, while requiring each application to be tailored to the object and purpose of the assessment. The proof-of-concept nature of the research limits the generalizability of the experimental findings, which relate to a single construction system and to conservation scenarios derived from literature. Nevertheless, the study highlights the potential of BIM-based and, more specifically, HBIM-based LCA approaches to support the planning of interventions on existing and protected built heritage. Thus, it proposes an open and verifiable methodological structure for integrating environmental assessment requirements into information management processes.

La crescente attenzione alla sostenibilità ambientale nel settore delle costruzioni e la progressiva digitalizzazione dei processi edilizi attribuiscono un ruolo sempre più rilevante ai modelli informativi come supporto alla valutazione e alla programmazione degli interventi lungo il ciclo di vita degli edifici. Tale esigenza assume particolare rilievo per il patrimonio edilizio esistente e tutelato, per il quale le decisioni devono coniugare obiettivi tecnici, economici e ambientali con la conservazione dei caratteri storico-architettonici del bene. In questo contesto si colloca l’integrazione tra Building Information Modeling (BIM) e Life Cycle Assessment (LCA), con una specifica declinazione negli approcci Heritage BIM (HBIM). La letteratura sull’integrazione BIM-LCA si è sviluppata prevalentemente attorno alla possibilità di semplificare la costruzione dell’inventario del ciclo di vita attraverso il trasferimento, più o meno automatizzato, di quantità e informazioni dal modello agli strumenti di valutazione ambientale. Tuttavia, la disponibilità di un modello digitale e l’interoperabilità tecnica tra piattaforme non garantiscono di per sé che le informazioni contenute siano adeguate allo scopo valutativo, evidenziando un gap informativo. Tale criticità risulta ancora più evidente nel patrimonio esistente e tutelato, dove il modello deriva da processi conoscitivi fondati su fonti eterogenee, caratterizzate tanto da lacune quanto da una sovrabbondanza di informazioni non necessariamente utili all'uso del modello informativo. La revisione della letteratura HBIM-LCA evidenzia inoltre un campo ancora poco maturo e prevalentemente orientato alla riqualificazione e al retrofit, mentre risultano scarsamente esplorate le applicazioni rivolte alla manutenzione, alla conservazione e al restauro del patrimonio tutelato. A partire da tali criticità, la ricerca sviluppa un framework metodologico purpose-driven per l’integrazione BIM-LCA, finalizzato a raccordare lo scopo della valutazione ambientale con la produzione, lo scambio e la verifica delle informazioni del modello. Il presupposto è che i requisiti definiti nella fase di Goal and Scope Definition dello studio LCA debbano essere tradotti nel Livello di Fabbisogno Informativo del modello, anziché ricondotti a un incremento generalizzato del Livello di Dettaglio. Il framework integra pertanto i riferimenti normativi della valutazione ambientale e della gestione informativa coadiuvati da standard openBIM: l’Industry Foundation Classes (IFC) fornisce la struttura aperta per l’organizzazione e lo scambio delle informazioni, mentre l’Information Delivery Specification (IDS), in congiunzione con il buildingSMART Data Dictionary (bSDD), consente di formalizzare in un linguaggio comune e machine-readable parte dei requisiti informativi e di verificarne automaticamente l’implementazione prima dell’impiego del modello nel flusso LCA. La metodologia, sviluppata attraverso la ricostruzione del quadro normativo e la revisione critica della letteratura BIM-LCA e HBIM-LCA, è stata verificata mediante una serie di sperimentazioni integrate sui rivestimenti lapidei in travertino del Palazzo degli Uffici dell’E42 a Roma. Il caso studio ha consentito di analizzare, in un contesto confinato di conservazione del patrimonio tutelato, la relazione tra processo conoscitivo, strategie di modellazione, fabbisogno informativo e costruzione degli scenari ambientali, con particolare riferimento alle attività di conservazione nella fase operativa del ciclo di vita. Le sperimentazioni mostrano che l’idoneità di un modello a supportare uno studio LCA dipende dalla coerenza tra la sua struttura informativa e lo scopo della valutazione, più che dal livello di dettaglio geometrico assunto in termini assoluti. Le modalità con cui componenti, materiali e relazioni costruttive vengono rappresentati incidono sulla quantificazione e sulla costruzione dell’inventario e possono determinare, quando non commisurate allo scopo, un inutile sovraccarico informativo. Al contempo, il modello può costituire una base per la formulazione e il confronto di scenari di conservazione e per l’individuazione degli interventi maggiormente incidenti sul piano ambientale, evidenziando il potenziale degli approcci HBIM-LCA come supporto al decision-making nella programmazione degli interventi sul patrimonio edilizio esistente e tutelato. La formalizzazione mediante IDS mostra inoltre la possibilità di tradurre parte dei requisiti informativi in regole condivisibili e verificabili automaticamente sul modello IFC, intercettando informazioni mancanti o non conformi prima dello scambio verso l’ambiente LCA e operando quindi come filtro informativo tra fasi e attori del processo. Nel complesso, la ricerca propone il passaggio da una logica di integrazione fondata sull’estrazione ex post delle informazioni disponibili nel modello a una logica nella quale il contenuto informativo viene definito e verificato preventivamente in funzione dello scopo della valutazione. Il contributo metodologico risiede nel processo attraverso cui i requisiti dello studio LCA vengono tradotti in fabbisogni informativi del modello, formalizzati mediante standard condivisi e verificati prima dello scambio e dell’utilizzo. Il framework non definisce pertanto un insieme invariabile di requisiti informativi per gli studi BIM-based LCA, ma una metodologia per individuarli e verificarli in relazione alla specifica applicazione. Tale impostazione ne consente la potenziale trasferibilità a differenti componenti edilizi e fasi del ciclo di vita, richiedendo di volta in volta una declinazione coerente con l’oggetto e con lo scopo della valutazione. La natura di proof of concept della ricerca circoscrive la generalizzabilità dei risultati sperimentali, riferiti a un singolo sistema costruttivo e a scenari conservativi derivati dalla letteratura. Il lavoro evidenzia tuttavia il potenziale degli approcci BIM-based LCA e, nello specifico, HBIM-based LCA per supportare la programmazione degli interventi sul patrimonio edilizio esistente e tutelato, e propone una struttura metodologica aperta e verificabile per integrare le esigenze della valutazione ambientale nei processi di gestione informativa.