Transizione 4.0 nel settore delle Costruzioni (pt.2)

Applicazione dei linked data all’ambiente di condivisione dati

Nel precedente articolo abbiamo mosso i primi passi verso la transizione 4.0 del settore delle costruzioni. All’interno di questo settore, costituito da molteplici competenze, è necessario un alto grado di coordinamento per gestire un processo edilizio complesso. L’interoperabilità, e di conseguenza lo scambio informativo tra i diversi attori, è una criticità riscontrata.

L’approccio BIM, e il relativo formato neutro e standardizzato Industry Foundation Classes (IFC), hanno abilitato lo scambio di dati contenuti in un unico modello 3D centrale indipendentemente dai produttori di software. Successivamente, gli standard nazionali ed internazionali hanno introdotto un nuovo concetto di collaborazione con l‘Ambiente di Condivisione Dati (ACDat). Si tratta di un approccio che mira ad un cambiamento metodologico ma, purtroppo,  è ancora basato su documenti, cartelle e modelli secondo la definizione di information container. 

Oggi l’obiettivo è passare dal concetto di documento al concetto di dato, ovvero l’unica logica che permette di superare la digitalizzazione attuale. Questo passaggio è possibile grazie all’implementazione, all’interno dei processi edilizi, della tecnologia dei Linked Data basata su dati machine readable e semanticamente definiti per ottenere un processo di machine learning.

Applicando il concetto dei Linked Data al settore delle costruzioni si migliorerebbe l’interoperabilità mediante un coordinamento omogeneo del contenuto informativo generato e gestito nella lunga e complessa sequenza di attività costituenti il processo edilizio. Tale applicazione richiede formati di dati semantici e protocolli standard, vocabolari di modellazione basati su logiche formali, ontologie e linguaggi di regole e interrogazione universale. Questo articolo ha lo scopo di introdurre i concetti alla base dei Linked Data; di seguito alcune definizioni dei termini necessari per la comprensione di questa tecnologia.

Modellazione dei dati

Utilizzando una definizione semplice, il termine semantica descrive il significato delle strutture di dati e dei dati stessi che a loro volta costituiscono delle informazioni. I tre concetti alla base della strutturazione sono: entità, relazioni e attributi.

La modellazione è necessaria per rappresentare il mondo reale all’interno del mondo informatico, utilizzando correttamente questo concetto è possibile strutturare e classificare i dati in modo da integrare quelli provenienti da diverse fonti e ottenere un supporto decisionale digitale durante l’intero ciclo di vita delle costruzioni.

Data Dictionary

Si tratta di un dizionario internazionale che definisce univocamente i termini e i significati delle entità, dei prodotti e dei processi. Alla base dei tre concetti principali della strutturazione dei dati deve esserci una comprensione comune a tutti gli attori coinvolti di ciò che si vuole esprimere. Ogni entità, attributo e relazione deve essere espressa in modo univoco per impedire fraintendimenti ed errori; tali definizioni sono presenti all’interno dei cosiddetti dizionari condivisi, composti da: nomenclature, glossari e terminologie. Un esempio è il data dictionary internazionale creato da BuildingSMART nel 2015; attualmente contiene circa 60.000 concetti ed è allineato con il formato IFC e a normative/standard esistenti come il sistema internazionale di classificazione di oggetti OmniClass.

Sistemi di Classificazione

Una volta definiti univocamente i significati dei termini utilizzati, è possibile creare sistemi di classificazione. Si tratta di relazioni semplici che determinano delle strutture gerarchiche basate su classi, sottoclassi e superclassi, indicate con il termine tassonomie. L’unione tra dizionari e sistemi di classificazioni permette una valida collaborazione tra i vari partecipanti al processo edilizio, fornendo definizioni di termini e concetti prive di ambiguità.

Ontologia

Introducendo il termine ontologia, Web Ontology Language (OWL), si giunge ad un livello di dettaglio che permette di creare rappresentazioni, a volte molto complesse, di conoscenza generale o, più spesso, di un particolare dominio. Si tratta di una struttura di dati in grado di descrivere le entità, gli attributi e le relazioni che rappresentano la realtà, tale rappresentazione avviene mediante modelli di conoscenza a grafi che, rispetto quelli relazionali, sono più intuitivi nell’associazione di insiemi di dati ed eliminano l’eventuale presenza di dati ridondanti.

Dovendo l’ontologia rispecchiare la complessità del dominio di conoscenza, i dati e le informazioni da essa definite sono in continuo aumento. L’incremento delle dimensioni della “conoscenza” necessita di una corretta gestione dei dati per garantire l’efficienza dell’interoperabilità; grazie alla capacità di facile estensione dell’ontologia si ottiene un modello che evolve nel tempo con l’aumento delle informazioni. Mediante l’utilizzo dell’ontologia i dati sono resi computabili, ovvero comprensibili alle macchine, e questo consente il ragionamento automatico sui dati.

Web Semantico e Linked Data

Il concetto di Semantic Web punta a definire un modo di pubblicare dati sul Web e collegarli ad altri dati secondo relazioni semantiche esplicite, anche verso dati preesistenti e pubblicati da organizzazioni differenti. L’intento generale è quello di affiancare al Web dei documenti, un Web dei dati, dove la semantica dei dati può essere ricondotta ad ontologie. Ora, con l’invenzione del web semantico, ogni elemento pubblicato è facilmente reperibile grazie alla sua associazione con dati e metadati che ne specificano il contesto semantico in un formato adatto all’interpretazione e all’interrogazione, non solo da parte dell’essere umano ma anche della macchina.

Questo ha permesso lo sviluppo di reti di relazioni e connessioni tra dati secondo logiche più elaborate rispetto al precedente collegamento ipertestuale del World Wide Web (WWW); la pubblicazione e il collegamento delle risorse all’interno di una rete globale permette la partecipazione di ognuno alla creazione dell’informazione.

La rete globale creata da set di dati viene definita con il termine Linked Data, termine coniato dal suo ideatore Tim Berners-Lee nel 2001, con il quale si indicano strutture di dati su più sistemi collegate mediante ontologie interrogabili; l’idea alla base di questo concetto è la standardizzazione della modellazione e rappresentazione delle informazioni, consentendone una creazione uniforme e decentralizzata.

Le applicazioni nel campo delle costruzioni

Il processo di realizzazione di un’opera comprende una vasta mole e varietà d’informazioni, di conseguenza è necessario strutturare in maniera adeguata, esaustiva e condivisa i dati semantici.

Una volta organizzata la struttura alla base dei dati, è possibile integrare le varie informazioni provenienti dalle diverse fonti; ad esempio, committenza, team di progetto e impresa. Per questo motivo è necessario far riferimento alle normative esistenti e standardizzarsi a livello mondiale.  Attualmente nel campo delle costruzioni l’unica ontologia standardizzata è ifcOWL, rappresentazione dell’Industry Foundation Classes, compiuta da diversi esperti sotto la guida nell’Organizzazione Internazionale di Standardizzazione buidingSMART.

Tale ontologia mediante classi, attributi, istanze e relazioni, cerca di rappresentare ogni concetto presente all’interno del dominio di conoscenza del settore delle costruzioni. Essendo una rappresentazione molto complessa e di difficile implementazione all’interno dei software, si stanno sviluppando nuove ontologie. La tecnologia Linked Data permette di collegare tra loro diversi grafi di conoscenza, in questo modo è possibile costruire ontologie modulari e di più semplice applicazione rispetto a ifcOWL.

L’utilizzo dei Linked Data nell’Ambiente di Condivisione Dati (ACDat) consentirebbe alle varie applicazioni coinvolte di scambiarsi informazioni presenti su diversi server mantenendo un’elevata qualità del dato. L’archiviazione all’interno di una piattaforma di informazioni strutturate, ovvero machine readable, permetterebbe all’organizzazione di acquisire conoscenza mediante esperienze passate ed effettuare previsioni, tramite il machine learning, riducendo il rischio di compiere errori effettuati in altri progetti.

L’applicazione dei Linked Data implementerebbe la qualità della gestione dei flussi informativi tra le parti attive in un processo edilizio, tra le varie fonti di dati indipendentemente dai formati file o dai software proprietari, una ricerca intelligente delle informazioni e lo sviluppo di un supporto decisionale trasversalmente alle fasi di progettazione, costruzione e gestione dell’opera.