A digital code of practice for the management of historic building heritage at the district scale: approaches, methods and standardization processes

The conservation of existing architectural heritage requires a multi-level and multi-thematic process for their analysis and diagnosis, capable of collecting and correlating architectural entities (buildings, churches...) and urban entities (roads, open spaces...), as well as properties of the components (walls, roofs...) and services (water, electricity networks...), in a structured and systemic way. This is in compliance with the landscape relevance and regulations in the management and sharing of priorities and methods of intervention for their transformation. Over time, traditional procedural tools and protocols for crafting and presenting recovery plans have highlighted critical issues in terms of organicity and interpretation of the data collected, as well as an excessive request time for their processing. In parallel, recent research and application activities in the field of IoT systems have showed how digital models based on structured ontologies (CityGML, BIM) and information systems (Geo-Database and relational databases) allow the systematization of technical knowledge and the determination of unique relationships in compliance with existing sector regulations. In this scenario, the research work aims to systematise the technical knowledge information already available and, at the same time, to identify operational-methodological flows aimed at filling the existing incomplete and jumbled procedures through the use of parametric and virtual digital models. Specifically, the objective of the present research proposes a code of digital practice for the conservation and management of existing architectural heritage through the aid of parametric digital models, as well as through expeditious VR-based approaches. This begins with the analysis of the methodological and technical principles for the development of semantic information systems for the study, modelling, cataloguing, and technical management of architectural heritage in a digital environment. At the basis of the organic structuring of technical knowledge and the decision-making system in the digital model, the qualification of the existing built heritage takes on particular importance, properly based on specific factors. The factors identified aim to convert properties and information into qualitative and quantitative data, in the first instance, and then to structure logical-relational models, according to: i) thematic taxonomies derived from the glossary of decay stones (TT), ii) ontologies existing for the geometric and semantic representation of urban and architectural entities (O), iii) technical regulations for the recovery of cultural and landscape heritage (TR), and iv) consolidated approaches and previous experiences in recovery activities (AE). The digital code of practice is structured on CityGML-based models, implemented with a technical decision support system (T-DSS). Specifically, the work focuses on the qualification of the intervention classes and the related priority levels, considering the state of conservation of the existing architectural heritage (physical and functional obsolescence). The relationships underlying the T-DSS consider the logical and mathematical functions referring to the corresponding thematic regulations: i) UNI 11182, for the identification of the decay of stone material, ii) UNI EN 16096:2012, for the qualitative analysis of the conservative state of the existing architectural heritage; iii) UNI/CEN TS 17385:2019, to quantitatively evaluate the state of conservation of architectural artefacts, and iii) Consolidated Construction Law (Presidential Decree President of the Republic no. 380/2001), which defines the class of interventions. Finally, the T-DSS structure is organized to implement the semantic data in the CityGML-based model (factors and descriptors). The digital code of practice has applied and validated on three emblematic pilot cases with respect to the intrinsic criticalities linked to the physical and regulatory obsolescence of the identified historical area.

La conservazione del patrimonio architettonico esistente richiede un processo multi-livello e multi-tematico in grado di collazionare e relazionare entità architettoniche (edifici, chiese…) e urbane (strade, spazi aperti…), nonché proprietà dei componenti (murature, coperture…) e servizi (reti idriche, elettriche…), in maniera strutturata e sistemica. Nel corso del tempo, i tradizionali strumenti e protocolli per la creazione e la restituzione di piani di recupero hanno evidenziato criticità in termini di organicità e interpretazione dei dati raccolti, nonché un’eccessiva richiesta di tempi per la loro elaborazione. Parallelamente, le recenti attività di ricerca e applicazione nell’ambito dei sistemi IoT hanno evidenziato come i modelli digitali parametrici, basati su ontologie strutturate (CityGML, BIM) e i sistemi informativi (Geo-Database e database relazionali), consentono la sistematizzazione dei dati di conoscenza tecnica e la determinazione di relazioni univoche nel rispetto delle esistenti normative del settore. In questo scenario, il lavoro di ricerca mira alla sistematizzazione delle informazioni di conoscenza tecnica già disponibili, e al contempo ad individuare flussi operativi-metodologici finalizzati a colmare le esistenti procedure lacunose e farraginose mediante l’utilizzo di modelli digitali. Nello specifico, l’obiettivo dell’attività di ricerca del dottorato propone un codice di pratica digitale per la conservazione e la gestione del patrimonio architettonico esistente attraverso l’ausilio di modelli parametrici, nonché mediante approcci speditivi VR-based. Ciò, a partire dall’analisi dei principi metodologici e tecnici per l’elaborazione di sistemi informativi semantici per lo studio, la modellazione, la catalogazione e la gestione tecnica del patrimonio architettonico in ambiente digitale. Alla base della strutturazione organica della conoscenza tecnica e del sistema decisionale del modello digitale assume particolare rilevanza la qualificazione del patrimonio costruito esistente. Essa si basa su specifici parametri (descrittori e fattori), correlati tra loro mediante relazioni logico-matematiche derivate da approcci strutturati e normative vigenti. Difatti, i parametri individuati mirano a convertire proprietà e informazioni in dati qualitativi e quantitativi, in prima istanza, e poi a strutturare modelli logici-relazionali, secondo: i) tassonomie tematiche esistenti (TT), ii) ontologie esistenti per la rappresentazione geometrica e semantica di entità urbane e architettoniche (O), iii) normative tecniche per il recupero del patrimonio culturale e paesaggistico (NR), e iv) approcci consolidati ed esperienze pregresse nelle attività di recupero (AP). Il codice di pratica digitale è strutturato su modelli CityGML-based, implementati coerentemente con un sistema di supporto decisionale tecnico (T-DSS). Nello specifico, il lavoro si concentra sulla qualificazione delle classi di intervento e dei relativi livelli di priorità, considerando lo stato di conservazione del patrimonio architettonico esistente (obsolescenza fisica e funzionale). Le relazioni alla base del T-DSS considerano le funzioni logiche e matematiche riferite alle corrispettive normative tematiche (NT): i) UNI 11182, per l’identificazione dei tematismi di degrado del materiale lapideo, ii) UNI EN 16096:2012, per l’analisi qualitativa dello stato conservativo del patrimonio architettonico esistente; iii) UNI/CEN TS 17385:2019, per la valutazione quantitativa dello stato conservativo dei manufatti architettonici, e iii) Testo unico dell'edilizia (D.P.R. Decreto Presidente della Repubblica n. 380/2001), che definisce la classe degli interventi. Infine, la struttura T-DSS è organizzata in modo da implementare i dati semantici nel modello CityGML-based. Conseguentemente, il codice di pratica digitale è stato applicato e validato su tre casi pilota emblematici rispetto alle criticità intrinseche legate all'obsolescenza fisica e normativa delle aree storiche individuate.