Mano nella mano: sicurezza e tecnologia degli edifici?

Tutti parlano di digitalizzazione e la vendono come qualcosa di nuovo e rivoluzionario, eppure l'automazione degli edifici funziona solo in digitale da oltre 30 anni. Secondo Brian Arthur (https://bit.ly/2WX3Dcv), economista specializzato in economie complesse e ad alta tecnologia, non è la digitalizzazione a cambiare il mondo, ma i sensori onnipresenti che registrano l'ambiente e rendono disponibili i dati. Storicamente, il trionfo del digitale è iniziato negli anni '70, quando i personal computer sono apparsi improvvisamente accanto ai grandi, costosi e centralizzati computer, fornendo una potenza di calcolo migliaia di volte superiore in modo decentralizzato, economico e piccolo. Negli anni Novanta - con la forte influenza di Tim Berners-Lee - si aggiunse Internet, che ora permetteva a tutti di scambiare dati su grandi distanze. Dal 2010 in poi, i computer, che fino ad allora erano stati scollegati dal mondo reale, hanno iniziato a entrare sempre più in contatto con l'ambiente. L'era dei sensori si sta sviluppando. Senza sensori non sono concepibili né le auto a guida autonoma né l'intelligenza artificiale. Entrambi dipendono dallo scambio con l'ambiente.

Megatrend intelligenza artificiale e IoT

Finora dietro ogni computer c'era un essere umano e negli edifici ci siamo abituati a strutture gerarchiche con una forte divisione del lavoro: il livello di campo misura e imposta, il livello di automazione regola e il livello di gestione controlla e valuta (EN 16484). Pensare in termini di singoli mestieri (riscaldamento, ventilazione, illuminazione, protezione antincendio, accesso, ecc.) porta, secondo la Figura 1, a strutture simili a silos, integrate dalla comunicazione con Internet. Questa strutturazione è ormai superata, ma viene ancora utilizzata nella pratica. Oggi i dispositivi decentralizzati interagiscono senza l'intervento umano, prendono decisioni sensate e imparano dal passato. La tecnologia si sta avvicinando in qualche modo alla natura e le strutture gerarchiche vengono sostituite da quelle "organiche". Ciò richiede l'intelligenza artificiale (AI) e l'Internet degli oggetti (IoT).

Impatto sull'edificio e sul suo funzionamento

Gli edifici vengono progettati, costruiti, gestiti e dopo qualche decennio vengono riutilizzati. La sfida che la tecnologia utilizzata ha una durata di vita molto più breve rispetto alla struttura dell'edificio deve essere presa in considerazione già in fase di progettazione. Ad esempio, è necessario garantire che la tecnologia possa essere facilmente aggiornata nel corso del ciclo di vita dell'edificio; questo vale per l'hardware, il software e la comunicazione.

In pratica: sviluppo, pianificazione e gestione di soluzioni IoT

Quando si costruisce un edificio, i progettisti si basano su sviluppi esistenti e collaudati e cercano di creare un nuovo insieme combinando abilmente soluzioni parziali. In un mondo in rapida evoluzione, sono alla ricerca di soluzioni che possano adattarsi rapidamente alle nuove circostanze. Le soluzioni IoT devono essere caratterizzate da proprietà speciali che riguardano sia l'hardware e il software che la comunicazione. Ecco alcune caratteristiche importanti: I sistemi utilizzati devono includere la gestione delle versioni e delle build. Gli aspetti di sicurezza sono già stati presi in considerazione nella fase di sviluppo e il prodotto deve poter essere mantenuto al passo con i tempi attraverso aggiornamenti e l'introduzione di nuove tecnologie. Mentre in passato si preferivano soluzioni autonome, oggi è importante affidarsi a standard aperti. Inoltre, dovrebbero essere preferiti i produttori che tengono conto degli standard minimi di sicurezza. Nella fase di pianificazione devono essere chiarite le questioni legate al mondo dell'informatica, come la riservatezza, l'integrità e la disponibilità dei dati.

La progettazione di soluzioni di automazione degli edifici non si limita agli aspetti tecnici. È necessario chiarire i ruoli (chi è responsabile di cosa?), le specifiche degli edifici e la loro interazione. Già in questa fase, per la messa in funzione e l'esercizio degli edifici vengono predisposti i test integrali (codice di pratica SIA 2046), che garantiscono la funzionalità di tutti i mestieri.

Le soluzioni IoT richiedono nuove competenze da parte dei dipendenti, dei clienti, dei produttori e delle autorità. In particolare, è necessario definire in anticipo le modalità di accesso al sistema da parte dei produttori, le modalità di aggiornamento futuro, la registrazione degli eventi critici e il mantenimento delle competenze necessarie dei dipendenti. Mentre i sistemi precedenti erano relativamente sicuri dalle interferenze esterne, questa è una sfida importante, soprattutto per i sistemi IoT. Oltre ai requisiti già citati, è necessario anche pianificare come riattivare uno stato precedente del software in caso di guasto. Una descrizione del processo aiuta a gestire sistematicamente gli incidenti di sicurezza e a chiarire i problemi di responsabilità.

Scambio di dati: la strutturazione di oggi

In pratica, ci sono ancora molti modi in cui i dati possono essere scambiati. Se lo scambio avviene a livello di campo, è rapido e indipendente dai livelli superiori. Se tutto viene elaborato tramite la rete nel cloud, è universale, ma lento e suscettibile a guasti di comunicazione (cfr. Figura 3).

Scambio di dati: strutturazione futura

Oggi il cliente si aspetta che i suoi dati, gli stati operativi degli impianti e le opzioni di intervento siano disponibili in tutto il mondo e in qualsiasi momento. Questa richiesta favorisce le tecnologie basate su Internet con la relativa connessione di banche dati. Inoltre, i costi dell'hardware e del software sono diminuiti drasticamente e l'elevata potenza di calcolo può essere integrata direttamente nei sensori nel minor spazio possibile. Questo sviluppo tecnico rende possibili concetti prima impensabili, ma che aumentano notevolmente i vantaggi complessivi del sistema. In pratica, si sono affermati diversi termini che descrivono le caratteristiche tecniche delle soluzioni (cfr. Figura 4):

Cloud computing: l'intelligenza è esternalizzata in un "centro dati"; tutti comunicano con il cloud via Internet.

1. EDGE computing: l'intelligenza locale è rafforzata, idealmente c'è esattamente un punto di ingresso per Internet con la connessione cloud; la protezione firewall di Internet è centralizzata, professionalizzata e può essere gestita da un unico luogo.
2. FOG computing: l'intelligenza locale viene nuovamente rafforzata; tutto ciò che può essere deciso localmente rimane locale e non prende una deviazione via Internet; una gerarchia di automazione viene creata localmente, come nella building automation tradizionale, il sistema diventa più veloce, più affidabile e più stabile; un router EDGE segue tipicamente sopra i server FOG.

Il FOG computing risolve al meglio i problemi di oggi. Consente

1. Intelligenza artificiale distribuita localmente che può prendere le proprie decisioni sia in rete che in autonomia;
2. Comunicazione tra dispositivi intelligenti senza che venga richiesto da un ente centrale;
3. Imparare dal passato per il futuro e riconoscere nuovi dispositivi senza l'intervento umano.

Il cervello centrale (livello di gestione) non è più necessario nella funzione odierna, poiché l'intelligenza artificiale locale assume questo ruolo. Questo aumenta l'affidabilità e gli operatori possono scambiare direttamente i loro dati. Anche l'interruzione di una linea di comunicazione non comporta più il blocco del sistema.

L'edificio intelligente: ricerca e realtà

La tecnologia oggi disponibile consente di attrezzare e gestire un edificio con l'Internet delle cose. Ciò richiede un cablaggio basato su Ethernet come spina dorsale, sensori che rendano disponibili i loro dati a tutti gli altri attraverso il proprio sistema e algoritmi che valutino i dati dei sensori per un'automazione intelligente. Non si fa distinzione tra riscaldamento, raffreddamento, illuminazione, accesso, protezione antincendio o posizione delle persone nell'edificio. Questo ci riporta alla tesi di apertura: la convergenza delle tecnologie per l'edilizia e la sicurezza è già una realtà. Non è la tecnologia a frenarci, ma i vecchi schemi di pensiero che prevedono la divisione in mestieri individuali e indipendenti. Questo deve essere superato. Mentre i prototipi vengono costruiti solo in Europa, in California alcuni costruttori all'avanguardia stanno già realizzando le prime piccole proprietà (esempio di proprietà su https://bit.ly/2HIIKv8).

L'introduzione dell'Internet degli oggetti sta avvenendo in modo quasi impercettibile. Oltre ai mestieri tradizionali, si aggiungeranno nuovi campi, come l'integrazione di "sensori passivi" che possono dirci qualcosa sulle condizioni dei componenti dell'edificio (ad esempio, sensori incorporati nel cemento che possono essere letti a seconda della situazione). Ciò consente di creare ulteriori reti nel settore edilizio nelle aree della pianificazione, della costruzione, della gestione e della decostruzione. Questo ci porta al tema del Building Information Modelling (BIM) con un gemello digitale.

In definitiva, non si tratta di creare una nuova tecnologia senza valore aggiunto per il cliente. Questo valore aggiunto può essere rappresentato da esperienze utente, servizi personalizzati, analisi dei dati e nuovi modelli di business e applicazioni basate sull'intelligenza artificiale. In altre parole, prevarranno le soluzioni che offrono sia ai clienti un valore aggiunto sia alle aziende opportunità di guadagno. La mentalità a silos sarà superata da soluzioni di cooperazione.

JÜRG BICHSEL
Prof. Dr. Dipl. El.-Ing. ETH, Responsabile dell'Istituto Energia nelle Costruzioni, Scuola di Architettura, Ingegneria Civile e Geomatica, Università di Scienze Applicate della Svizzera Nord-Occidentale