Integrated BIM process for cultural heritage : ontologies and interoperability for information interchange

The benefits of using BIM in the construction sector are now widely recognised. From this awareness comes the aspiration to have the same advantages for the Cultural Heritage (CH) sector to obtain more sustainability in the process. Indeed, research in recent years has been oriented in this direction. However, the substantial differences in the object (historical building versus new building) and process (Conservation versus new construction) decree the limits of using its tools for the Cultural Heritage sector and the impossibility of adequately applying the BIM method. Nevertheless, in CH sector has conducted several BIM applications where the available tools have been adapted to the needs of CH. However, attempts to use BIM tools to CH have shown the limits of the ability to correctly represent and transmit information, especially on cultural value and conservation activities, and on the presence of available objects, due to the lack of specific content in IFC, which means a lack of interoperability. The provision of ontologies is necessary to allow interoperability. Ontologies permit the conceptualisation of a representative model of reality by defining classes, attributes and relationships that describe a domain. This research aims to propose a method of defining ontologies and a tool able to manage and share information and data derived from the Conservation Process following the Preventive and Planned Conservation and BIM approaches. The second chapter introduces the project research, highlighting the need that research aspires to meet. Chapter 3 is dedicated to the cultural and regulatory criteria for Cultural Heritage and public work. Chapter 4 analyses the methods, tools, and procedures for representing and sharing geometric and non-geometric information, highlighting the reference standards for digitization and the Cultural Heritage sector. Finally, it describes the tools that support information modelling and data sharing. Chapter 5 focuses on state of art in using modelling and representation tools for the CH sector. Chapter 6 illustrates step by step the work of information contents identification to describe the Conservation Process, preparation of the ontologies and, finally, the creation of a tool (using Free and Open-Source Software) that allows the data management and the sharing of information among the Models. Finally, Chapter 7 illustrates the application of the tool in the case study. The decorated umbrella vault of Masegra Castle in Sondrio was selected to show the application.

I vantaggi dell'utilizzo del BIM nel settore delle costruzioni sono ormai ampiamente riconosciuti. Da questa consapevolezza nasce l'aspirazione ad avere gli stessi vantaggi per il settore dei Beni Culturali al fine di ottenere una maggiore sostenibilità nel processo. La ricerca degli ultimi anni si è orientata in questa direzione. Tuttavia, le differenze sostanziali dell'oggetto (edificio storico vs nuovo edificio) e del processo (Conservazione vs nuova costruzione) decretano i limiti dell'utilizzo dei suoi strumenti per il settore dei Beni Culturali e l'impossibilità di applicare adeguatamente il metodo BIM. Negli ultimi sono state condotte diverse applicazioni del BIM nel settore dei Beni Culturali, in cui le funzioni degli strumenti disponibili sono stati adattate alle esigenze specifiche. I tentativi di utilizzare gli strumenti BIM nell’ambito dei Beni Culturali hanno mostrato i limiti della capacità di rappresentare e trasmettere correttamente le informazioni, in particolare quelli relativi al Valore Culturale, alle attività di Conservazione. Inoltre, è emersa la mancanza di oggetti specifici codificati all’interno degli IFC, che si traduce in mancanza di interoperabilità nella fase di scambio dei dati tra diversi Modelli Informativi. La predisposizione di ontologie è necessaria per consentire l'interoperabilità. Le ontologie consentono la concettualizzazione di un modello rappresentativo della realtà definendo classi, attributi e relazioni che descrivono un dominio. Questa ricerca ha come obiettivo lo sviluppo delle ontologie specifiche per il Patrimonio Culturale ela predisposizione di uno strumento operativo in grado di gestire e condividere informazioni e dati derivati dal Processo di Conservazione i principi della Conservazione Preventiva e Programmata all’interno di un processo BIM. Il secondo capitolo introduce la ricerca progettuale, evidenziando gli aspetti e gli obiettivi che la ricerca aspira a soddisfare. Il Capitolo 3 è dedicato ai criteri culturali e normativi relativi ai settori dei Beni Culturali e dei Lavori Pubblici, focalizzando sui LL.PP. per il Beni Culturali. Il capitolo 4 analizza le modalità, gli strumenti e le procedure di rappresentazione e condivisione delle informazioni, evidenziando gli standard di riferimento. Infine, descrive gli strumenti che supportano la modellazione delle informazioni e la condivisione dei dati. Il capitolo 5 si concentra sullo stato dell'arte nell'utilizzo di strumenti di modellazione e rappresentazione per il settore CH. Il capitolo 6 illustra passo dopo passo il lavoro di identificazione dei contenuti informativi per descrivere il Processo di Conservazione, la preparazione delle ontologie e, infine, la creazione di uno strumento (utilizzando Software Free e Open-Source) che consenta la gestione dei dati e la condivisione delle informazioni tra i Modelli. Infine, il capitolo 7 illustra l'applicazione dello strumento nel caso di studio. La volta ad ombrello decorata del Castello Masegra di Sondrio è stata scelta per mostrare l'applicazione.