Nei progetti edilizi e impiantistici i casi di analisi fluidodinamica aumentano rapidamente. Combinando 5 alternative di disposizione degli edifici, 4 condizioni delle aperture e 16 direzioni del vento si ottengono 320 casi. Con 4 ore per caso, sono 53 giorni a calcolo semplice. I tempi di progetto non lo consentono, quindi nella pratica si calcolano pochi casi selezionati e si stimano gli altri.
Il problema è «quali casi scegliere»
Gli ingegneri esperti di solito scelgono bene. Ma il motivo di quelle scelte è difficile da spiegare a terzi, e quando una commissione chiede «perché avete verificato solo queste condizioni?», la risposta risulta debole. Il problema più grave è che esistono combinazioni che l’intuizione non coglie. Zone in cui ogni variabile da sola non crea problemi ma le prestazioni peggiorano bruscamente in una specifica combinazione si trovano, nella pratica, spesso.
Il ruolo del modello surrogato (Surrogate Model)
Un modello surrogato apprende da un piccolo numero di risultati di analisi accurate per approssimare i risultati di tutte le altre condizioni. Il punto chiave è che le previsioni del surrogato non si usano come conclusioni. Il modello surrogato è soltanto una mappa che indica dove guardare con attenzione.
Procedura operativa
- Fase 1 — Campionamento iniziale · Si selezionano 20–40 casi che coprono uniformemente lo spazio delle variabili di progetto e si eseguono analisi CFD accurate. Si usano tecniche di riempimento dello spazio come il Latin hypercube, non una scelta casuale.
- Fase 2 — Addestramento del surrogato · Si costruisce una superficie di risposta dai risultati iniziali e si quantifica l’errore di previsione con la validazione incrociata. Se l’errore supera la tolleranza, si aggiungono campioni.
- Fase 3 — Scansione dell’intero dominio · Con il surrogato si esplorano tutte le combinazioni in pochi secondi, individuando le zone di rischio e le zone candidate all’ottimo.
- Fase 4 — Analisi accurate mirate · Si ricalcolano con CFD accurata solo i confini delle zone di rischio e 10–20 candidati ottimali, per confermarli.
- Fase 5 — Verifica e rapporto · Si confrontano i risultati delle analisi accurate con le previsioni del surrogato e si indica nel rapporto l’intervallo di confidenza del modello.
Benefici reali e limiti
In una verifica planimetrica eseguita da DINETT, le analisi accurate sono scese a 54 casi rispetto ai 320 del calcolo esaustivo. I tempi di verifica si sono circa dimezzati e il numero di condizioni verificate è addirittura aumentato. Nel processo sono emerse due combinazioni a rischio che l’intuizione non avrebbe selezionato.
I limiti però sono chiari. Dove il comportamento fisico cambia in modo discontinuo, ad esempio in condizioni in cui si verifica improvvisamente il distacco del flusso, le previsioni del surrogato possono sbagliare di molto. Per questo le aree in cui il surrogato è poco affidabile vanno sempre controllate con analisi accurate, ed è importante non affidare questa valutazione all’automazione.
L’AI serve ad ampliare il campo della verifica, non a trarre conclusioni. Le decisioni finali devono basarsi sui risultati delle analisi accurate e sul giudizio dell’ingegnere, e i rapporti devono indicare chiaramente quali casi sono analisi accurate e quali previsioni.
Da dove cominciare
Non tutti i progetti richiedono questo approccio. Con meno di 50 casi, il calcolo esaustivo è più semplice e sicuro. L’approccio conviene quando le variabili sono tre o più, le combinazioni superano i 100 casi e i tempi di progetto sono stretti.
Per consolidare questo flusso di lavoro in un’organizzazione servono anche script di automazione delle analisi e un sistema di gestione dei risultati. DINETT supporta i clienti fino al trasferimento di procedure e template, perché possano gestirlo con competenze interne.
Questo articolo si basa sull’esperienza operativa della divisione Simulazione ingegneristica di DINETT. Per applicazioni specifiche o consulenze di progetto, ci contatti tramite Richiesta servizi.
