Progetto di un sistema di rivestimento metallico per l'involucro edilizio

Abstract

[...]the system had to be flexible, that is to say adaptable to various situations (new constructions, renovations, regeneration-restyling of industrial and commercial buildings) and different applications (facades and roofs), and above all fulfil the requirement for a weathertight and watertight product. Traditional roo fing systems (tiles, bent tiles, etc.) are based on standard sized elements that are all the same and this very homogeneous nature creates a univocal, regular pattern in which the position of the overlaps is established, ensuring secure, watertight engagement between the elements. [...]the use of different sized modules and variable connections implies the need to develop engagement systems that will guarantee flexibility and weather-tightness. [...]the varied module dimensions are suitable for different needs and ensure rapid covering of any surface, be it a small house roof or the fa?ade of a commercial building or office block. In a project like this, based on the reelaboration, adaptation and formation of an element by means of digital systems in a "digipolazione" process7 of a virtual model (Fig. 7), it is also important to be able to "manipulate" the object being designed, in a sort of blended process that mixes virtual and actual processing, particularly when working on the shapes of building components involving the pliancy of metal. 3D prototyping, which makes a resin model from a virtual one (Fig. 8b), was a fundamental step that made it possible to check the accuracy of the system designed by means of a full-scale prototype shared with the company's engineers, manufacturers of the computer-aided machinery and presses to be used in manufacturing the element, as well as trusted fitters to check the response of the element from production to use.

Abstract. Il contributo presenta il percorso di ricerca e sperimentazione che ha portato allo sviluppo di un elemento di rivestimento metallico, parte di un sistema costruttivo a secco, utilizzabile per coperture e facciate, ideato per offrire al mercato un prodotto da impiegare nella nuova edificazione e nella riqualificazione.Il progetto prende avvio dalla richiesta che un'azienda italiana ha rivolto all'Universita luav di Venezia con l'obiettivo di innovare la propria offerta commerciale e i processi di produzione per rispondere alle nuove esigenze tecniche ed espressive del mercato. Nel testo viene descritta la metodologia di lavoro utilizzata, che attraverso un percorso progettuale supportato da tecniche digitali e 3D prototyping ha condotto alla realizzazione del sistema.

Parole chiave: Involucro; Rivestimento metallico; Riqualificazione; 3D prototyping; Custom-built.

Architettura in metallo

Utilizzati nei secoli per ricoprire i tetti di campanili, palazzi pubblici e nobiliari, i materiali metallici hanno vissuto negli ultimi decenni unevoluzione che ne ha ampliato le possibility di impiego spostando la loro collocazione in facciata.

Dell'utilizzo originario, dalle tradizionali lavorazioni artigianali dei lattonieri ai primi prodotti industrializzati, nulla e andato perso in un passaggio che ha esteso l'ambito di applicazione confermando la tendenza del mercato edilizio a procedere attraverso innovazioni adattive piu che con reali invenzioni. I metalli impiegati come rivestimenti verticali sono infatti identici a quelli utilizzati nelle coperture e nella fase iniziale del loro nuovo impiego simili sono state anche le tipologie commercializzate, la cui offerta si e andata ampliando in una fase successiva. Alle piccole scandole in rame o alle lastre in zinco e in piombo che aggraffate alle pareti conferiscono ritmo alle facciate, si sono aggiunti negli anni nuovi prodotti che hanno accompagnato levoluzione dei linguaggi del progetto di architettura, assecondando in particolare le conformazioni curvilinee degli involucri (Tatano, 2007).

Sono state le sperimentazioni di Buckminster Fuller e Jean Prouvé negli anni Trenta del Novecento ad aprire lorizzonte a nuove visioni che sono risultate fondamentali per lo sviluppo della produzione industriale dei componenti metallici, costituendosi quali archetipi delle realizzazioni successive. La Dymaxion House e la Maison du Peuple a Clichy costituiscono infatti le premesse dei progetti di Frank Gehry o Daniel Libeskind, per citare gli autori di alcune tra le opere contemporanee rivestite in metallo piu iconiche: il Guggenheim Museum a Bilbao e il Museo Ebraico a Berlino.

L'attenzione dei progettisti verso le potenzialita espressive dei metalli ha sollecitato le aziende del settore verso lo studio di soluzioni in grado di offrire maggiori possibility di azione, adattabili anche all'architettura diffusa attraverso la semplificazione del processo di realizzazione del prodotto, senza perdere le peculiarita tecniche e formali dei metalli.

Lofferta commerciale si e orientata in piu direzioni operando in particolare nell'ambito delle tecniche di lavorazione, dei trattamenti superficiali, dei sistemi di fissaggio e incastro tra gli elementi, questi ultimi responsabili, in modo maggiore rispetto a quanto avviene con altri materiali di rivestimento, dei risultati che si possono ottenere sul piano formale, dal momento che aggraffature, rivetti, listelli e giunzioni sono in grado di 'disegnare' le facciate secondo le scelte dei progettisti.

Scenári e obiettivi

All'interno di questo scenario di riferimento si colloca un programma di ricerca e sviluppo che un'importante azienda italiana produttrice di lavorati e semilavorati in metallo1 ha intrapreso nel 2016 per innovare i propri prodotti e processi di produzione al fine di migliorare l'offerta commerciale e rispondere alle nuove esigenze tecniche ed espressive del mercato.

Con queste intenzioni l'azienda, di grandi dimensioni, localizzata nel nord-est e con una rete di vendita nazionale ed europea2, si e rivolta all'Universita Iuav di Venezia, e in particolare al gruppo di ricerca di ArTec3 cui appartengono gli autori, affidando lo sviluppo di un prodotto innovativo attraverso un contratto di ricerca applicata conto terzi4.

Sebbene il settore delle costruzioni abbia attraversato anni difficili, particolarmente in Italia, il rapporto annuale del Cresme presentato nel 2017 individua comunque una ripresa5, legata in particolare alla riqualificazione del patrimonio esistente, ambito di interesse dell'azienda soprattutto per quanto riguarda il mercato interno.

Le richieste per il nuovo prodotto sono state molto precise: integrare lofferta commerciale con un sistema metallico costituito da elementi modulari da ottenere mediante tecniche di produzione automatizzate, utilizzabile per il rivestimento di coperture e di facciate, ideato per proporsi come un prodotto innovativo da impiegare sia nella nuova edificazione che nella riqualificazione. Lobiettivo consisteva nellottenere un prodotto idoneo a soddisfare e aggredire una domanda proveniente dal nord Europa ma che si sta allargando verso l'Europa dellest, guardando a future espansioni verso il mercato asiatico: un prodotto 'facile, ma dotato nel contempo di una forte caratterizzazione espressiva.

Questi motivi hanno evidenziato da subito una serie di caratteristiche che il sistema doveva possedere.

La prima era legata alla materia prima: il prodotto da sviluppare doveva essere realizzabile nei vari metalli commercializzati dall'azienda (rame, acciaio, zinco, ecc.) comunque pensato soprattutto per l'alluminio verniciato che attualmente offre un buon rapporto prezzo-prestazioni.

Leconomicita era un altro requisito, dipendente dalla velocita e semplicita nell'installazione, che non doveva quest'ultima necessitare di manodopera specializzata, molto costosa nei paesi del nord Europa e quasi del tutto assente nei paesi dellest e asiatici. Un'ulteriore peculiarity era legata agli aspetti architettonici e al brand identity aziendale: era fondamentale la possibility di personalizzazione della composizione finale del rivestimento, collegata alloriginalita del sistema che doveva offrire una riconoscibilita dello stesso.

Infine, il sistema doveva risultare flessibile, cioe utilizzabile in piu situazioni (nuove costruzioni, ristrutturazioni, rigenerazione-restyling di edifici industriali e commerciali) e in piu collocazioni (sia in facciata che in copertura), rispondendo in ogni caso e soprattutto al requisito di tenuta all'acqua.

Uno sguardo sui competitor

Il lavoro ha preso avvio dall'analisi dello stato dell'arte che il gruppo di ricerca ha svolto in parte in autonomia e in parte seguendo le considerazioni dell'azienda, in questo caso orientate soprattutto allofferta dei competitor. Lo sfondo di riferimento ha consentito di costruire un quadro del mercato nei suoi punti di forza e negli elementi critici che costituiscono la sfida cui dare risposta.

In particolare, si e evidenziato come le aziende, soprattutto nordeuropee, si stiano orientando verso un prodotto personalizzabile e con caratteristiche di estrema versatility e flessibilita, proprie di un lavoro artigianale pur utilizzando elementi modulari derivati da una produzione di serie. In questo modo si ottiene un sistema composto da vari elementi tra loro uguali ma con proporzioni, finiture e trattamenti superficiali diversi e differentemente assemblabili tra loro. Concettualmente si tratta di un'idea alquanto semplice che tuttavia, dal punto di vista tecnico, pone dei problemi rilevanti.

I sistemi tradizionali di rivestimento di coperture (coppi, tegole, ecc.) sono infatti basati su elementi di dimensioni standardizzate tutti uguali tra loro e proprio per questa omogeneita determinano sul piano formale uno schema regolare e univoco in cui la posizione delle connessioni reciproche (i sormonti) e stabilita a priori, garantendo pertanto un aggancio tra gli elementi sicuro e soprattutto impermeabile.

L'introduzione di moduli con misure diversificate e con posizioni di connessioni variabili, implica dunque la necessita di sviluppare sistemi di aggancio capaci di garantire flessibilita e allo stesso tempo tenuta all'acqua.

Questa doppia funzione e risultata essere il punto debole dei sistemi analizzati, che se da un lato offrono elementi con una certa liberta di aggancio, dall'altro, proprio a causa di questa possibilita, presentano dei rischi di infiltrazione, risultando idonei per una collocazione in facciata, ma necessitando tuttavia dell'integrazione di sistemi di impermeabilizzazione se posti in copertura.

In altri casi si e notato come la strada intrapresa dal mercato sia stata quella del prodotto "firmato". Ne e un esempio un'azienda francese che nel suo catalogo ha inserito una Gamme Architectural il cui prodotto di punta e un sistema di rivestimento metallico per facciate disegnato da Philippe Starck6. Si tratta di una soluzione di grande impatto che garantisce riconoscibilita alledificio, ma che rischia di divenire autoreferenziale, riducendo la potenzialita espressiva del singolo progettista a favore di un'immagine identificabile con il designer dellelemento di rivestimento piuttosto che con l'artefice del progetto architettonico.

Dall'idea al progetto

La caratterizzazione espressiva di un sistema personalizzabile, custom-built, dotato di connotati figurativi e percettivi originali, andava quindi ricercata nel disegno del prodotto e nei sistemi di connessione, con la sfida di dover trovare una soluzione che garantisse le prestazioni di tenuta all'acqua necessarie senza la necessita di predisporre particolari sottostrutture o sistemi impermeabilizzanti in base alle condizioni di impiego.

Partendo da questo presupposto, l'approccio metodologico scelto ha affrontato contemporaneamente entrambe le tematiche: connotati figurativi e performace funzionali.

Come spesso avviene in un processo creativo ci si e affidati a un'idea principale, emersa negli incontri di brainstorming con l'azienda: la scelta di operare attraverso un segno dominante in grado di determinare un disegno sia orizzontale che verticale, enfatizzato dalla presenza delle ombre create dal sistema stesso. La presenza dell'ombra e stata ottenuta come risultato di una "piega" che ha assunto il ruolo di generatore dei disegni possibili, seguendo la ?tendenza ad usare un principio organizzatore o un'idea dominante di partenza come un dettaglio che viene sviluppato in uno stile, oppure un concetto astratto o un'immagine? (Arielli, 2003). E iniziato cosi un processo creativo che dallosservazione e dall'astrazione dellesistente - ?la creativita e ristrutturazione? (Legrenzi, 2005) - ha portato dapprima a riconoscere lelemento generatore, la piega appunto, per individuare poi una metodologia di sviluppo che legasse tecnica ed espres sione formale, usata come spunto di avvio del processo ideativo. Come se si trattasse di un moderno origami, il disegno individuato e stato trasposto sul foglio di metallo per raggiungere attraverso diverse piegature una pluralita di configurazioni e nel contempo le prestazioni tecniche necessarie.

Il sistema sviluppato e pertanto composto da un modulo base generato da una serie di pieghe realizzate su un singolo foglio di metallo (Fig. 1), in cui il segno dominante che determina il disegno dell?intero sistema e generato dallombra che il lembo inferiore proietta sullelemento a cui si sovrappone. Lo stesso lembo, costituito da una serie di pieghe, svolge anche la funzione di aggancio dei moduli superiori su quelli inferiori evidenziando nel loro sormonto la trama principale della composizione.

La connessione nel senso opposto e stata al contrario studiata in modo da generare ombre minime e garantire complanarita tra gli elementi adiacenti. Tale modalita di collegamento e resa possibile da una serie di pieghe continue che determinano dapprima un abbassamento della superficie (Fig. 1, nodo b) generando un alloggiamento per il modulo adiacente e successivamente, tramite un ulteriore risvolto della lamiera, conformano un elemento di connessione a tenuta d?acqua (Fig. 1, nodo d).

Un particolare accorgimento tecnico e adottato nell?angolo superiore del modulo dove le curve appena descritte, attraverso un?ulteriore rotazione parametrica lungo le forme del lembo superiore, vanno a conformare una tasca la cui particolare conformazione crea unefficace barriera all?acqua nell?angolo, punto critico nella maggior parte dei sistemi oggi in commercio, mentre la giunzione che si viene a creare permette una certa liberta nel posizionare lelemento superiore che puo quindi scorrere lungo la curvatura di incastro (Fig. 2, step 6) durante le operazioni di montaggio (Fig. 2) per essere posizionato con lo sfasamento desiderato rispetto agli altri moduli.

Le caratteristiche appena descritte costituiscono anche lorigine delle peculiarity di flessibilita del prodotto, quali: la possibility di essere installato sia in copertura che in facciata (Fig. 3); di essere disposto sia orizzontalmente (Fig. 3) che verticalmente (Figg. 4, 5) grazié all andamento continuo delle curvature che permettono all'acqua di scorrere anche nella direzione ortogonale a quella principale; di essere prodotto in diverse dimensioni derivate da una proporzione geometrica con il modulo base offrendo innumerevoli pattern compositivi (Fig. 6).

In merito alla necessita di progettare un prodotto 'facile, la semplicita di posa e garantita dai due lembi preforati superiori e laterali attraverso i quali, tramite viti, e possibile fissare il sistema direttamente al supporto; infine, le dimensioni dei moduli, varie e adeguate alle diverse esigenze, assicurano velocita nel rivestire e ricoprire qualsiasi superficie, sia essa il piccolo tetto di unabitazione residenziale o la facciata di un edificio commerciale o direzionale. Il mercato dira nei prossimi anni se il lavoro ha raggiunto lobiettivo anche sul piano commerciale del gradimento e delle vendite.

La metodologia di lavoro

La progettazione di un sistema cosi complesso, nel quale il disegno delle singole pieghe di una lamiera metallica spessa 0,7 mm si ripercuote sullesito finale dell'intero rivestimento, e stata possibile grazie al supporto di tecnologie innovative utilizzate in tutti gli stadi del processo progettuale: software di modellazione tridimensionale e parametrica nella fase di concezione del prodotto, 3D prototyping nella fase di verifica e affinazione dei disegni costruttivi, tecniche di produzione computer-aided per il momento della produzione.

Si e trattato di un modo innovativo di utilizzare queste tecniche dato che fino a poco tempo fa l'uso abituale delle tecnologie digitali in architettura si limitava a incrementare lefficienza, la produttivitå e la resa formale dei disegni di progetto. Il piu delle volte, la modellazione tramite computer avveniva a progetto ultimato e vi apportava solo modifiche di carattere secondario. Si enfatizzava soprattutto la possibility di utilizzare i sistemi CAAD per la descrizione dettagliata e la modellazione di singole idee progettuali, anziché per lopportunitå di esplorare le alternative (Pongratz e Perbellini, 2000).

La concezione/progettazione del modulo attraverso software di modellazione ha reso invece il processo ideativo piu dinamico offrendo la capacitå di valutare in tempo reale i potenziali esiti prestazionali attraverso sistemi di simulazione e di rappresentazione del concept di prodotto (Di Nicolantonio, 2017) e potendo valutare come variazioni minime delle pieghe del singolo modulo influissero sullesito finale del sistema nel suo complesso.

Un ulteriore vantaggio e consistito nell'aver reso possibile la proposizione di forme continue e complesse, che partendo dall'adozione di descrizioni di curve e superfici basate su algoritmi parametrici (Di Nicolantonio, 2017), ha permesso l'ideazione di un sistema di connessione tra i moduli che garantisse le prestazioni di tenuta all'acqua richieste.

In un percorso progettuale come questo basato sul rielaborare, adattare e plasmare lelemento attraverso sistemi digitali in un processo di "digipolazione"7 del modello virtuale (Fig. 7) e nondimeno importante anche poter "manipolare" loggetto che si sta progettando, in una sorta di processo blended che ibrida elaborazione virtuale e materiale, soprattutto quando si lavora sulle forme dei componenti edilizi e con la duttilitå del metallo. Il 3D prototyping, che dal modello virtuale realizza un oggetto in resina (Fig. 8b), e stato quindi un passaggio fondamentale che ha permesso di verificare la correttezza del sistema ideato attraverso un prototipo in scala reale condiviso con i tecnici dell'azienda, con i produttori di macchine e presse computer-aided che dovranno realizzare lelemento, oltre che con gli installatori di fiducia per verificare le risposte dellelemento durante il percorso che va dalla produzione alla messa in opera. A questa fase di prototipazione automatizzzata si e affiancata la realizzazione di campioni in metallo prodotti artigianalmente (Fig. 8a) che hanno consentito una ulteriore verifica di montaggio delle diverse soluzioni e di resa finale del prodotto, suggerendo modifiche e miglioramenti da riportare al modello virtuale.

Ecco quindi che questa esperienza di ricerca, attraverso una ridefinizione del processo di progettazione, rielabora il concetto di "digipolazione" intendendolo in un modo piu originale come quel processo blended che ibrida modellazione virtuale con modellazione artigianale in un continuo loop di ridefinizione reciproca di entrambi i prototipi.

L'apparente semplicitå formale che il sistema determina in fac- ciata e in realtå ottenuta attraverso articolate variazioni di plegatura e messa in opera del modulo base.

La versatilitå di questo modulo, garantita dal particolare sistema di incastro, insieme alle tecniche di produzione automatizzate previste, permettono la realizzazione in vari formati e con una diversitå di trattamenti superficiali, mettendo a disposizione del progettista piu elementi diversamente combinabili tra loro, andando a definire una serie di pattern compositivi quasi infinita. Si viene cosi a configurare quel sistema personalizzabile, custombuilt, dotato di connotati figurativi e percettivi originali che lo avvicina alla qualitå dei prodotti artigianali quale esito di un processo in cui ?industria ed artigianato finiscono con l'identificarsi, per effetto di una reale de-standardizzazione del prodotto, dovuta all'affrancamento della produzione in serie, dato che una produzione organizzata e regolata da una elaborazione automatica dell'informazione consente una variazione continua del prodotto, legata alla vanificazione del fattore quantitative, per privilegiare la quality intrinseca del prodotto stesso? (Morabito, 1990).

Conclusioni

Il prodotto e stato sottoposto a procedura di brevetto la cui conclusione e prevista per lestate del 2018, mentre la messa in produzione e commercializzazione e in corso di avvio8.

Lobiettivo del progetto, teso a ottenere una differenziazione dell'offerta senza aumentare troppo i costi, e stato raggiunto. Il catalogo verra integrato da un sistema che consentirá al progettista di poter scegliere tra unampia gamma di finiture, trattamenti e misure che garantiranno un elevato grado di liberta espressiva, coniugando la versatility con la personalizzazione e le prestazioni funzionali.

Il percorso e durato un anno e mezzo e ha consentito di costruire una interazione sempre maggiore tra il team di progettazione e l'azienda, con compenetrazioni tra le fasi di ideazione e produzione. Le nuove caratteristiche "progettate" stanno divenendo motore di innovazione per ulteriori ambiti applicativi e sviluppi commerciali dell'azienda, che ha fatto proprio un approccio al design di prodotto che guarda al mercato senza farsene sopraffare. Unazienda che ha creduto e investito in una attivita di coprogettazione con l'universita, intendendo con questo "andare oltre" quei semplici avanzamenti tecnologici per prove ed errori, o innovazioni adattive che caratterizzano gran parte dell'innovazione aziendale, con ľobiettivo di innescare un processo di brainstorming fondato essenzialmente sull'idea gestaltica della ristrutturazione, ma intessuto di momenti di micro-insight (Legrenzi, 2005) per ideare un prodotto sfidante in tutti i suoi aspetti di concezione, progettazione, sviluppo e produzione9.

NOTE

1 Lazienda committente e la Mazzonetto S.p.A. di Loreggia, Padova.

2 Per dimensione globale del fatturato, ľazienda si colloca al terzo posto tra i 25 produttori principali del comparto lattoneria in Italia. Cfr. C. Lorenzini, "Classifiche dei bilanci delle imprese della lattoneria", in Lattoneria Numero 5, novembre 2017, pp. 18-25.

3 ArTec (Archivio delle Tecniche e dei materiali per ľarchitettura e il disegno industriale) fa parte del Sistema dei Laboratori delľUniversitá Iuav di Venezia.

4 La stessa azienda aveva in passato collaborato con un altro gruppo della medesima Universita per sviluppare un prodotto poi entrato in produzione, a dimostrazione delľimportanza che alcune ditte che credono nelľinnovazione attribuiscono al rapporto con le Universita, traendo vantaggio dalla spesso incompiuta, ma non nel nostro caso, terza missione.

5 XXV Rapporto congiunturale e previsionale Cresme, Il mercato delle costruzioni 2018. Lo scenario di medio periodo 2017-2022, novembre 2017, 3-49.

6 Lazienda e la Bacacier, un gruppo industriale leader in Francia nella produzione di rivestimenti metallici per ledilizia.

7 Il termine "digipolazione" e un neologismo pensato e usato per la prima volta da Massimiliano Condotta all'interno delle sue ricerche sui sistemi di progettazione assistita al computer condotte alľinterno dei programmi di ricerca Nazionali ed Europei.

8 Titolo brevetto "Elemento modulare metallico per il rivestimento a tenuta ďacqua di tetti e facciate di edifici" della Mazzonetto S.p.A a Loreggia (Padova) depositato il 23 febbraio 2017 con il numero di domanda 102017000020762. Inventori: Massimiliano Condotta, Valeria Tatano, Jacopo Mazzonetto.

9 Questo articolo e il frutto della stretta collaborazione dei due autori. Cio nonostante, se parti specifiche devono essere attribuite al singolo autore, questo puo essere fatto come segue: paragrafi 1, 2, 6, di Valeria Tatano; paragrafi 3, 4, 5, di Massimiliano Condotta.

REFERENCES

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Manzini, E. (1986), La materia dell'invenzione. Materiali e progetto, Arcadia, Milan.

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Tatano, V. (2007), "Armature urbane", Materia, n. 54, pp. 38-45.

Vicario, G. Bruno (1991), Psicologia Generale, CLUP, Padua.

Abstract. This paper presents the research and experimentation that led to the development of a metal cladding element, part of a dry construction system for roofing and facades, designed to offer the market a product for use in new constructions and renovation. The project was initiated by a request from an Italian business for the Universita luav di Venezia to assist in innovating the company's products and production processes to meet the new technical and aesthetic demands of the market. The report describes the working methodology used to create the system through a design process using digital methods and 3D prototyping.

Keywords: Envelope; Metal cladding; Renovation; 3D prototyping; Custombuilt.

The Use of Metal in Architecture

For centuries employed to cover the roofs of bell towers, public buildings and aristocratic mansions, over the last few decades metal materials have evolved and extended their possible uses, including on facades.

The original uses, from the traditional craftsmanship of tinsmiths and coppersmiths to the first industrial products, have not been lost in the move that extended the scope of applications, confirming the building trade's tendency to go ahead through adaptive innovation rather than actual invention. Metals used as vertical cladding are identical to those employed as roof covering. When they began to be used for new purposes the types marketed were also similar, demand extending later. In addition to the small copper shingles and zinc or lead sheets that clipped to walls provide facades with rhythm, over the years new products have appeared to advance the language of architectural projects, particularly favouring curvilinear envelope conformations (Tatano, 2007).

Experimentation by Buckminster Fuller and Jean Prouvé in the 1930s opened the horizon to new visions fundamental for developing the industrial production of metal elements, becoming archetypes for later artefacts. Dymaxion House and Maison du Peuple at Clichy are the premises for projects by Frank Gehry or Daniel Libeskind, to cite the authors of some of the most iconic contemporary metal clad buildings: the Bilbao Guggenheim Museum and the Berlin Jewish Museum.

Designers' attention to the expressive potential of metal encouraged companies in the trade to study solutions that could offer greater opportunities, also adaptable to 'everyday' architecture, by simplifying product manufacturing, without losing the metal's technical and formal features.

Products on the market are orientated in a number of directions, particularly regarding processing methods, surface treatments, and systems for fixing and wedging the elements, responsible to a greater degree than other cladding materials for formal results, as clamps, rivets, battens and joints can be used by architects to 'design' a façade.

Scenarios and Objectives

This scenario includes a research and development plan undertaken in 2016 by an important Italian company producing finished and semi-finished metal products1. Its aim was to innovate its products and production processes for the purpose of improving its business proposal and meeting the market's new technical and aesthetic needs.

This was the intention of a large company located in north-east Italy with a domestic and European sales network2 when it approached the Universita Iuav di Venezia, in particular the ArTec3 research group to which your authors belong, entrusting it with the development of an innovative product by means of an applied research agreement4.

Although the building trade has been through years of difficulty, especially in Italy, the 2017 Cresme annual report acknowledged an upturn5, linked mainly to the renovation and refurbishment of existing buildings, an area in which the company is interested, above all in Italy.

The request for a new product was precise: to integrate business proposals with a metal system comprising modular elements to be made by automated production methods, for use as cladding for roofs and facades, designed as an innovative product suitable for new buildings and renovation alike. The aim was to achieve a product that could aggressively meet demand from northern Europe, but which is extending toward Eastern Europe and looking to future expansion onto the Asian market: an 'easy' product with strong expressive characteristics.

This immediately highlighted a series of features essential to the system.

The first was linked to raw materials: it had to be possible to make the product in question in the different metals marketed by the company (copper, steel, zinc, etc.), although it was primarily designed for pre-painted aluminium, which currently has a good price-performance ratio.

Another requisite was an economical product, depending on the speed and simplicity with which it could be fitted. Installation had to be possible without the need for skilled labour, expensive in northern Europe and inexistent in eastern and Asian countries.

A further feature was linked to architectural aspects and corporate brand identity: it was essential to be able to customise the final composition of the cladding, linked to the originality of a system and making it identifiable.

Finally, the system had to be flexible, that is to say adaptable to various situations (new constructions, renovations, regeneration-restyling of industrial and commercial buildings) and different applications (facades and roofs), and above all fulfil the requirement for a weathertight and watertight product.

An Eye on Competitors

Initially an analysis of the state of the art was carried out, partly independently by the group and partly to the company's specifications, in this case orientated particularly toward competitors. This made it possible to build a picture of the market, its strong points and critical elements.

In particular, it was clear that companies, especially northern European ones, were orientated toward a customisable product, extremely versatile and flexible, typical of artisan work, albeit using mass produced modular elements. This provides a system comprising several elements that are the same but have different proportions, treatments and surface finishes and are assembled in different ways. The concept is extremely simple but poses significant problems from the technical point of view.

Traditional roo fing systems (tiles, bent tiles, etc.) are based on standard sized elements that are all the same and this very homogeneous nature creates a univocal, regular pattern in which the position of the overlaps is established, ensuring secure, watertight engagement between the elements.

Therefore, the use of different sized modules and variable connections implies the need to develop engagement systems that will guarantee flexibility and weather-tightness.

This double function is the weak point in the systems we analysed. If on the one hand they provide elements with a certain amount of freedom for engagement, on the other hand, just because of this possibility, there are risks of infiltration. They are suitable for facades, but still need to be integrated by waterproofing systems if used on roofs.

In other cases, the market has been seen to go in the direction of 'signature' products. An example is a French company that has included a Gamme Architectural in its catalogue. The star product is a metal cladding system for facades designed by Philippe Starck6. The solution is stunning and immediately identifies buildings, but it risks becoming self-referential, reducing the potential of individual designers due to an image identified in the cladding element designer rather than the project architect.

From an Idea to a Project

The expressive features of a custombuilt system with original figurative and perceptive connotations were therefore to be sought in the product's design and connection systems, rising to the challenge of finding a solution that ensured watertight performance without the need to place special substructures or waterproofing systems based on conditions of use. Starting from this point, our methodological approach dealt simultaneously with figurative connotations and functional performance.

As often happens in the creative process, we adopted the main idea put forward in brainstorming sessions with the company: to operate through a dominating sign that could determine both horizontal and vertical design, emphasised by shadows created by the system.

Shadows were created by a 'fold' that became a generator of possible patterns, following the ?tendency to start from an organising principle or dominating idea as a detail developed into a style, abstract concept or image? (Arielli, 2003). This began a creative process that from observation and abstraction of the existing - ?creativity is restructuring? (Legrenzi, 2005) - led to acknowledging the generating element, that is to say the fold, in order to identify a methodology that linked technical aspects and formal expression, used to trigger the design process. Like a modern origami, the design proposed was transferred to a sheet of metal folded in different ways to achieve several configurations that provided the necessary technical performance.

The system comprises a basic module generated by a series of folds in a single sheet of metal (Fig. 1), where the dominating sign that determines the design of the entire system is generated by the shadow projected by the lower element onto the overlapping one. The same element, comprising a series of folds, also acts as the connection of the upper modules to the lower ones, showing the main pattern of the composition in its overlap.

Connection in the opposite direction was instead studied to generate minimum shadow and guarantee coplanarity between adjacent elements. This connection method is made possible by a series of continuous folds that initially lower the surface (Fig. 1, node b), generating a housing for the adjacent module, and then by means of another fold in the sheet metal create a watertight connection element (Fig. 1, node d).

A special technical expedient is adopted in the top corner of the module, where the curves described above are turned again along the top edge to create a pocket so shaped as to create an effective water barrier in the corner, which is the critical point of most systems on the market today. The joint created allows a certain freedom in positioning the upper element, which can slide along the curve recess (Fig. 2, step 6) during installation (Fig. 2) to be positioned with the required offset from the other modules.

The characteristics described above also make the product flexible, providing the possibility for fitting to roofs and facades (Fig. 3); placing horizontally (Fig. 3) or vertically (Figs. 4, 5) due to the continuous curvature that also allows the water to flow perpendicularly to the main direction; producing in different dimensions deriving from geometrical proportions of the basic module, to create numerous patterns (Fig. 6).

With regard to designing an ?easy? product, laying is simple due to two pre-drilled upper and side edges through which the system can be screwed directly onto the support. Finally, the varied module dimensions are suitable for different needs and ensure rapid covering of any surface, be it a small house roof or the fa?ade of a commercial building or office block. The market will tell us in the future whether our work also achieved its target in the field of satisfaction and sales.

Operating Method

Designing such a complex system, in which individual folds in a 0,7 mm thick sheet of metal affect the result of the entire cladding, was made possible using innovative technologies at all stages: 3D parametric modelling software at the product conception stage, 3D prototyping for checking and refining working drawings, computeraided production methods for the manufacturing stage.

This was an innovative way to use these methods, as up to recently regular use of digital technologies in architecture was limited to increasing efficiency, productivity and the formal output of drawings. Very often modelling by computer took place at the end of the project and added only second- ary changes. Above all, the opportunity was seen to use CAAD systems for detailed descriptions and modelling of individual design ideas, rather than just to explore alternatives (Pongratz and Perbellini, 2000).

The conception/design of modules by modelling software has made the creative process more dynamic by providing the ability to assess potential performance in real time through simulation and product concept representation (Di Nicolantonio, 2017) and to assess how minimum variations in the folds on individual modules affect the overall result of the system.

A further advantage was the proposal of continuous, complex shapes. Starting with the adoption of descriptions of curves and surfaces based on parametric algorithms (Di Nicolantonio, 2017), it was possible to design a module connection system that ensured the required water tightness.

In a project like this, based on the reelaboration, adaptation and formation of an element by means of digital systems in a "digipolazione" process7 of a virtual model (Fig. 7), it is also important to be able to "manipulate" the object being designed, in a sort of blended process that mixes virtual and actual processing, particularly when working on the shapes of building components involving the pliancy of metal. 3D prototyping, which makes a resin model from a virtual one (Fig. 8b), was a fundamental step that made it possible to check the accuracy of the system designed by means of a full-scale prototype shared with the company's engineers, manufacturers of the computer-aided machinery and presses to be used in manufacturing the element, as well as trusted fitters to check the response of the element from production to use. At this automated prototyping stage metal samples were made by hand (Fig. 8a) to further check assembly of the several solutions and the product final performance in order to identify alterations and improvements to apply to the virtual model.

By redefining the design process, this research experience re-develops the concept of "digipolazione" considering it in a more original way as a blended process that mixes virtual and artisan modelling in a loop that reciprocally redefines both prototypes.

The system's apparent simplicity on facades arises from variations in the folds and application of the basic module.

The versatility of the modules, which is ensured by the special engagement system and the automated production methods involved, makes it possible to manufacture several formats with different surface treatments, providing designers with a number of elements that can be combined to give an almost infinitive series of patterns.

This configures a custom-built system with original figurative and perceptive connotations similar to the quality of artisan products in which ?industry and craftsmanship are identified due to the effect of real product de-standardisation arising from the enfranchisement of mass production, because production organised and regulated by automatic data processing makes continuous variations in products possible, the quantity factor no longer being an issue, in favour of the product's intrinsic quality? (Morabito, 1990).

Conclusions

Patent has been applied for regarding the product and the process should be concluded by summer 2018, whereas production and marketing are currently being set up8.

The aim of the project, which was to achieve differentiation of business proposals without unduly increasing costs, has been reached. The catalogue will be integrated by a system that provides designers with a wide choice of finishes, treatments and sizes that will bring together versatility, customisation and functional performance to give them extensive freedom of expression.

The project lasted one and a half years and built up increasingly greater interaction between the design team and the company, with reciprocal collaboration from the design to the production stages. The new "designed" characteristics are driving innovation for other applications and sales development for a company whose product design is orientated to but not overwhelmed by the market. The company believed and invested in codesign activities with the university, to "go beyond" those simple technological advances by trial and error, or the adaptive innovations typical of most corporate innovation. The objective was to trigger a brainstorming process founded on the gestalt idea of restructuring, intertwined with micro-insight (Legrenzi, 2005) to ideate a challenging product in all its conception, design, development and production aspects9.

NOTES

1 The commissioning company is Mazzonetto S.p.A., Loreggia, Padua.

2 Due to its global turnover, the company is third in a list of the 25 main sheet metal manufacturers in Italy. Cf. C. Lorenzini, "Classification of the Trading Accounts of Metal Working Companies", in Lattoneria Numero 5, November 2017, pp. 18-25.

3 ArTec (Archive of Methods and Materials for Architecture and Industrial Design) is part of the Universita Iuav di Venezia Laboratory System.

4 The company had worked in the past with another group from the same university to develop a product then placed in production, testifying the importance certain companies that believe in innovation attribute to relationships with universities, taking advantage of the third mission, often uncompleted, but not in our case.

5 XXV CRESME Report on the Economic Situation and Forecast, Il mercato delle costruzioni 2018. Lo scenario di medio periodo 2017-2022, November 2017, 3-49.

6 The company referred to is Bacacier, a leading French industrial group producing metal cladding for buildings.

7 The word "digipolazione" was coined and used for the first time by Massimiliano Condotta in his research into computer-aided design systems carried out in Italian and European research programmes.

8 Patent title "Modular Metal Element for Weathertight Cladding of Roofs and Facades" by Mazzonetto S.p.A., Loreggia (Padua) applied for on 23 February 2017 with application number 102017000020762. Inventors: Massimiliano Condotta, Valeria Tatano and Jacopo Mazzonetto.

9 This article is the result of the close collaboration of the two authors. Nevertheless, if specific parts are to be attributed to the individual author, this can be done as follows: paragraphs 1, 2, 6, by Valeria Tatano; paragraphs 3, 4, 5, by Massimiliano Condotta.