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Castro Mello usa NVIDIA Maximus per progettare uno stadio per il Campionato del mondo di calcio

Quando il Brasile si è aggiudicato l'onore di ospitare il Campionato mondiale di calcio del 2014 e le Olimpiadi del 2016, molti degli stadi del paese versavano in condizioni disastrose. La gravità delle condizioni di questi edifici è stata ben presto testimoniata dalla morte di sette tifosi, dovuta al crollo di una sezione delle tribune dello stadio di Fonte Nova di Salvador, a Bahia. Vicente Castro Mello, proprietario dello studio di architettura per lo sport Castro Mello Architects, aveva appena completato uno studio dettagliato degli stadi esistenti in Brasile. il suo studio ne evidenziava le carenze progettuali e la pericolosità dal punto di vista dell'integrità strutturale. Sulla base di questi dati, Castro Mello ha deciso di unire le proprie forze con Ian McKee, fondatore di EcoArenas, un'agenzia di consulenza per la realizzazione di impianti sportivi eco-compatibili, per stendere congiuntamente il CopaVerde Plan, un documento ambizioso con l'obiettivo di coordinare gli sforzi per la realizzazione di edifici "verdi" per il Campionato mondiale di calcio del 2014.


“Grazie al fatto che il Brasile ospiterà il Campionato del mondo di calcio del 2014, la Coppa America di calcio del 2015 e le Olimpiadi del 2016, avevamo l'opportunità di ridefinire lo standard di eco-compatibilità ed efficienza degli impianti sportivi di tutto il mondo. Sapevamo bene che non sarebbe stato possibili ottenere questo risultato senza basarsi su uno standard internazionale credibile, quindi abbiamo richiesto la certificazione LEED¹”, ha spiegato McKee. “L'aumento della potenza di calcolo offerto dalle workstation NVIDIA Maximus è risultato un fattore cruciale per il nostro successo in questa impresa.”

Le workstation NVIDIA® Maximus™ hanno giocato un ruolo significativo nella produzione e nella revisione di iterazioni di alta qualità del progetto. Questo ha consentito a Castro Mello Architects ed EcoArenas di raggiungere il proprio traguardo: progettare per la capitale del Brasile, Brasilia, il primo stadio al mondo in grado di ottenere la certificazione LEED di livello Platinum.

¹Leadership in Energy and Environmental Design, una certificazione definita dallo U.S. Green Building Council

Sfida

Centinaia di studi di architettura per lo sport di tutto il mondo hanno partecipato alla gara di appalto per i numerosi nuovi impianti sportivi da realizzare in Brasile. Castro Mello Architects si è aggiudicata la progettazione del prestigioso ‘Estádio Nacional de Brasilia’. Gli architetti dello studio Castro Mello Architects erano determinati a dimostrare al mondo intero che gli stadi a impatto zero possono essere esempi concreti della pubblica utilità e della redditività dell'edilizia "verde". A questo scopo, il team doveva sviluppare metodi ingegnosi per rendere più efficienti le aree del consumo energetico, dell'utilizzo dell'acqua, della produzione e smaltimento dei rifiuti e dei trasporti dello stadio da progettare.

Per migliorare il progetto complessivo dello stadio, l'esperienza degli spettatori e le prestazioni ambientali, il team avrebbe dovuto svolgere numerosi test di illuminazione, climatologia, flussi dell'aria e materiali sin dalle primissime fasi di progettazione. Questi test richiedevano il rendering di centinaia di immagini generate dal computer (CG), un'operazione estremamente impegnativa.

Quando Castro Mello Architects ha iniziato a sviluppare i progetti, le prime workstation usate erano Dell Precision T7500 con GPU di livello Consumer che eseguivano Autodesk Revit per la progettazione e Autodesk 3ds Max per la produzione di immagini renderizzate. Secondo il workflow iniziale, un architetto avrebbe dovuto creare progetti di strutture 3D in Revit. Poi un secondo architetto, su una workstation separata, avrebbe preso quei progetti e avrebbe eseguito studi di illuminazione nel mondo reale usando Autodesk 3ds Max. Poi avrebbe renderizzato i progetti sulla CPU per determinare come costruire lo stadio per massimizzare la luce naturale, un fattore essenziale per la certificazione LEED.

“Questo sistema era totalmente inefficiente: la nostra potenza di calcolo risultava del tutto insufficiente a creare immagini a partire dai nostri progetti”, ha dichiarato Castro Mello. “Impiegavamo 8 ore per generare una singola immagine e non avevamo a disposizione alcun metodo pratico per visualizzare le modifiche nel contesto delle nostre scadenze. Se il progetto aveva qualche difetto, spesso dovevamo sprecare un'intera sessione di rendering notturno prima di accorgerci del problema, con il risultato di dover ricominciare da capo il giorno successivo.”

Soluzione

Mentre analizzavano le possibili soluzioni di progettazione dello stadio, Castro Mello ed EcoArenas hanno iniziato a svolgere studi bioclimatici per analizzare il clima di Brasilia e scegliere tipologie ottimali per l'edificio e per le sue coperture.

“Mentre eravamo nella fase di ricerca climatica, ho scoperto che alcuni meteorologi e scienziati impegnati in attività con elevati carichi di lavoro di elaborazione facevano ricorso a soluzioni basate su GPU NVIDIA Tesla. Dal momento che avevamo già schede Quadro nelle nostre workstation, abbiamo aggiunto le schede Tesla per realizzare configurazioni Maximus. Volevamo capire se questo ci avrebbe consentito di ridurre i tempi di rendering” ha spiegato Castro Mello. “I risultati sono stati eccezionali. Lavorando su 3ds Max e sfruttando il renderer basato su GPU, iray, siamo stati in grado di generare rendering di revisione dei progetti anche in soli 30 secondi. Stiamo parlando di operazioni che in precedenza, usando la sola CPU, avrebbero richiesto sino a otto ore.”



Questo ha offerto un'opportunità incredibile agli architetti di Castro Mello, tre dei quali hanno immediatamente iniziato a lavorare su workstation con configurazione Maximus. “Abbiamo deciso di svolgere test esaurienti sulle varie posizioni del sole e sulle diverse condizioni di illuminazione. Poi abbiamo analizzato le informazioni, che abbiamo poi tradotto in diverse permutazioni dei progetti per valutare come utilizzare al meglio le risorse naturali. Questo processo ci ha aiutato immensamente a ridurre il carico energetico complessivo dello stadio”, ha proseguito Castro Mello.

L'adozione di workstation con configurazione Maximus ci ha anche permesso di eseguire simultaneamente e su una sola workstation sia Revit che 3ds Max con iray, una procedura che ha aumentato in modo significativo velocità ed efficienza del workflow. Grazie alla possibilità di eseguire entrambi i programmi su un unico sistema, i progettisti hanno potuto svolgere prove di illuminazione nel mondo reale in 3ds Max o analisi dell'impatto energetico in Ecotect, per poi apportare istantaneamente le modifiche necessarie ai progetti in Revit. Questo ha razionalizzato l'intero processo di progettazione, accelerandolo quanto basta a consentire il completamento del progetto nei tempi stabiliti pur integrando una grande quantità di caratteristiche "verdi".

Oltre che per realizzare esaurienti studi sull'illuminazione, l'analisi computerizzata e le immagini renderizzate sono poi state utilizzate per dimostrare in che modo lo stadio potesse raccogliere e riutilizzare l'acqua piovana, come si potessero migliorare i flussi dell'aria e la ventilazione, come fosse possibile ridurre la produzione dei rifiuti e, infine, per valutare colore, disegno e materiali delle poltrone dello stadio.

Impatto

Il CopaVerde Plan ha contribuito a informare e convincere la dirigenza della FIFA, che ha quindi richiesto che tutti gli stadi di nuova progettazione fossero sottoposti a qualche forma di certificazione di "eco-compatibilità". Al momento, dieci su dodici tra i nuovi stadi hanno deciso di richiedere la certificazione LEED. L'Estádio Nacional de Brasilia di Castro Mello (che dovrebbe essere completato per il febbraio del 2013) ha richiesto la certificazione di livello massimo, ovvero la Platinum.

Con l'aiuto della tecnologia NVIDIA Maximus, Castro Mello Architects ha potuto apportare alcune modifiche dell'ultimo momento al progetto dello stadio. “Dopo aver eseguito gli studi su luce solare e riflessi per scoprire quale fosse l'impatto preciso del calore solare sull'edificio, abbiamo scoperto che il semplice arretramento della vetrata dei palchi per i VIP, creando al suo posto un patio, avremmo potuto limitare in modo significativo l'aumento dell'energia termica di origine solare. Questo, di conseguenza, riduce anche le esigenze di condizionamento dell'aria negli interni”, ha spiegato Castro Mello.

Grazie alle workstation Maximus il team è stato inoltre in grado di sviluppare un sistema di raccolta dell'acqua piovana dall'intero sito. L'acqua raccolta viene poi trattata e riutilizzata per le toilette, per l'irrigazione del campo e per la pulizia generale dello stadio. Il risultato è una netta riduzione nell'uso di acqua potabile. Altre componenti eco-compatibili comprendono il più grande impianto fotovoltaico per stadi al mondo, con la potenza di 2.544 MW.

Grazie a questa efficienza dell'edificio, EcoArenas, LLC stima che lo stadio di Brasilia realizzerà risparmi energetici pari sino al 120% annuo, diventando così il primo stadio Net Zero Energy al mondo. Inoltre, lo stadio potrà ridurre il consumo di acqua potabile di oltre l'80%.

“La velocità e la possibilità di vedere anteprime e rivedere i progetti in tempo reale sulla stessa workstation sono stati davvero essenziali per la realizzazione di questo progetto. Questo è il vero vantaggio di una potenza di calcolo superiore: essere in grado di risolvere i problemi di progettazione in un'unica riunione”, ha concluso Castro Mello. “In effetti, il nostro studio conta solo sei architetti, ma grazie alla migliore tecnologia disponibile siamo stati in grado di competere su scala globale. Grazie a queste innovazioni tecnologiche, anche piccoli team altamente qualificati sono in grado di competere con aziende di dimensioni molto superiori. La possibilità di eseguire iterazioni con straordinaria rapidità grazie alle workstation Maximus si è rivelata essenziale per la progettazione di quello che noi speriamo possa diventare lo stadio più "verde" al mondo.”