The use of BIM for solar studies: validating the reliability and accuracy of solar analysis results in autodesk revit for informed building design

Building Information Modeling (BIM) has brought a revolutionary shift in the AECO industry, specifically in the field of performance analysis, through a wide range of BIM software packages that provide essential analytical tools and specialized capabilities for in depth analyses. Such analyses can involve conducting solar studies, which allow for a detailed understanding of how sunlight interacts with structures, addressing aspects such as visual discomfort, energy efficiency, light efficiency, and many others. Previous literature extensively utilized Autodesk Revit in the field of solar analyses, highlighting its potentials as a robust tool for analyzing and optimizing building efficiency and sustainability. However, a notable limitation was the focus on analysis results rather than the analysis process itself. This often led to a complete trust in the outcomes without questioning potential inaccuracies, which consequently impact the decision-making that is based on these results. This thesis aims to address these gaps by examining the reliability of BIM-integrated solar studies through Autodesk Revit. The research evaluates the performance and accuracy of Revit by comparing shadow distribution between on-site observations and Revit's simulations. This comparison considers factors such as geometry, orientation, and location. The study employs Building 3A at Politecnico di Milano university as a case study. It aims to check whether it was possible to anticipate the current visual discomfort experienced in one of the building’s offices by implementing such an approach during the preliminary design stage. Various techniques, including direct measurement and LiDAR technology (Airborne and Ground-Based), were employed for data collection and model creation. Solar studies were conducted in Revit, analyzing shadow patterns under varying conditions. Results showed discrepancies between the shadows generated by Revit and real-life observations, highlighting limitations in Revit's accuracy, particularly in determining the sun’s position. The estimated discrepancy range was within ±5 minutes of the actual time. Despite efforts to refine models and input parameters, discrepancies persisted, underscoring the need for cautious interpretation of Revit's results. The study demonstrates the potential of BIM-integrated solar studies while highlighting the importance of considering factors influencing the accuracy of the analysis. It concludes that while Revit can closely simulate solar conditions, blind trust in its results may lead to inaccuracies, especially in critical applications requiring high accuracy.

Il Building Information Modeling (BIM) ha portato una rivoluzione nell'industria AECO, in particolare nel campo dell'analisi delle prestazioni attraverso una vasta gamma di pacchetti software BIM che forniscono strumenti e capacità per analisi specialistiche approfondite. Tali analisi possono riguardare gli studi solari, che consentono una comprensione dettagliata di come la luce del sole interagisce con le strutture realizzate, affrontando aspetti come il disturbo visivo, l'efficienza energetica, l'efficienza luminosa e molti altri aspetti. Precedenti studi presenti in letteratura hanno ampiamente utilizzato Autodesk Revit nel campo delle analisi solari, evidenziando il suo potenziale come strumento robusto per analizzare e ottimizzare l'efficienza e la sostenibilità degli edifici. Tuttavia, un limite di questi studi è il solo focus sui risultati dell'analisi piuttosto che sul processo di analisi stesso. Ciò si è spesso basato su una completa fiducia nei risultati senza mettere mai in discussione eventuali inesattezze, che di conseguenza influenzano il processo decisionale basato su questi risultati. Questa tesi si propone di colmare queste lacune esaminando l'affidabilità degli studi solari integrati nelle piattaforme BIM, in particolare Autodesk Revit. La ricerca vuole valutare le prestazioni e l'accuratezza di Revit confrontando la distribuzione delle ombre proiettate osservate in campo e quelle simulate in Revit. Questo confronto tiene conto di fattori come la geometria, l'orientamento e la posizione della struttura modellata. Lo studio utilizza come caso di studio l’edificio 3A presso il Politecnico di Milano. Si propone di verificare se fosse stato possibile anticipare il discomfort visivo attualmente sperimentato in uno degli uffici dell'edificio implementando un tale approccio durante la fase di progettazione preliminare. Nella ricostruzione della geometria sono state impiegate varie tecniche di rilievo, tra cui la misurazione diretta e la tecnologia LiDAR (aerea e terrestre), per la raccolta dati e la creazione del modello. Sono stati condotti studi solari in Revit, analizzando i modelli di ombre in varie condizioni. I risultati hanno mostrato discrepanze tra le ombre generate da Revit e le osservazioni della vita reale, evidenziando limitazioni nell'accuratezza di Revit, in particolare nel determinare la posizione del Sole in funzione dell’epoca considerata. La stima della discrepanza è stata di circa ±5 minuti rispetto all'orario effettivo. Nonostante gli sforzi per affinare i modelli e i parametri di input, una generale discrepanza è rimasta, sottolineando la necessità di una cauta interpretazione dei risultati ottenuti in Revit. Lo studio dimostra il potenziale degli studi solari integrati in BIM sottolineando l'importanza di considerare i fattori che influenzano l'accuratezza dell'analisi. Conclude che, sebbene Revit possa simulare da vicino le condizioni solari, la fiducia cieca nei suoi risultati può portare a inesattezze, specialmente in applicazioni critiche che potrebbero richiedere un'elevata precisione di modellazione delle ombreggiature.