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Un progetto italiano: usare l’Intelligenza Artificiale per efficientare le reti idriche

Il Gruppo HERA, multiutility italiana, ha adottato strumenti innovativi basati sull’intelligenza artificiale per guidare le attività di manutenzione e rilevamento sulla sua estesa rete acquedottistica. Attraverso una complessa valutazione del rischio di rottura delle tubazioni e delle sue conseguenze, HERA sta portando l’antico sistema idrico italiano verso un futuro digitale.

 

Sede della sorgente Galvanina, Rimini, nell’Italia nord-orientale, è famosa per le sue acque fin dall’epoca romana. La città è ancora nota per la sua acqua, ma oggi deve tale fama al suo approccio pionieristico all’innovazione del settore idrico. E’ un dato di fatto che il sistema idrico italiano è afflitto da perdite significative: si stima che oltre il 40% di tutta l’acqua potabile immessa nella rete di distribuzione del Paese vada sprecato a causa delle perdite. Inevitabilmente, perdite idriche di tale portata si traducono in considerevoli perdite economiche (secondo le stime sono più di 4 miliardi di euro all’anno). La multiutility italiana HERA S.p.A, con sede a Bologna, gestisce oltre 35.000 km di rete di distribuzione idrica e l’intero ciclo integrato delle acque con oltre 400 impianti di potabilizzazione.
Nel tentativo di ridurre il livello delle perdite idriche, HERA ha adottato un approccio all’avanguardia per prevedere dove è probabile che si verifichino guasti alle condotte utilizzando il prodotto “Pipeline Risk” di Rezatec.
Questo strumento innovativo consente al team di ingegneri HERA di identificare potenzialmente il doppio delle perdite rispetto ai metodi precedenti; permette inoltre all’azienda di concentrare i propri investimenti dove è più urgente e di migliorare la propria produttività.

 

Comprendere i rischi di guasto delle condutture

Il percorso verso una previsione accurata dei guasti alla rete idrica è iniziato nel 2015, quando l’azienda ha iniziato a cercare modi innovativi per ridurre le perdite nelle tubazioni.
“Nel 2015 abbiamo avviato una collaborazione con l’Università di Bologna per capire se il diametro, il materiale o l’età delle condutture fossero gli unici fattori che potessero influenzare il rischio di rottura. Pensavamo che non fossero soltanto variabili  endogene ad influenzare la nostra rete ma anche variabili esogene” spiega Maurizia Brunetti, responsabile del coordinamento tecnico dell’acquedotto del Gruppo Hera.
Dopo diversi anni di ricerca con questa partnership, abbiamo identificato numerosi fattori che influiscono sulla probabilità di guasto. “Abbiamo scoperto che influiscono non soltanto il diametro o il materiale delle condotte, ma anche altri fattori inclusi gli input del suolo e del terreno e la temperatura ambientale. Abbiamo compreso che esiste una correlazione per esempio con la salinità del terreno e anche con la profondità della falda, diversa nelle varie aree della nostra regione” aggiunge Brunetti.
Oltre il 30% della rete HERA è realizzata in polietilene (PE) dopo che negli anni ’90 molte delle condotte esistenti realizzate con materiali come la ghisa sono state sostituite. Tuttavia, mentre il PE ha alcune buone qualità in riferimento all’installazione, ha anche alcune caratteristiche negative associate ad un tasso di guasto più elevato.
“Quando si verifica la rottura di una tubazione, generalmente si pensa che dipenda dalla sua età. In realtà, grazie alla nostra collaborazione con l’Università, abbiamo capito che questo fattore non è così rilevante per tutti i materiali. Il materiale della tubazione è quindi un fattore più incisivo rispetto all’età della stessa, contrariamente al pensiero comune”, aggiunge Brunetti.
“I nostri operatori sapevano che le nostre condotte idriche hanno una maggiore propensione a rompersi nei mesi estivi rispetto ai mesi invernali. Ma, grazie allo studio condotto con l’Università, abbiamo capito che questa correlazione è così forte perché oltre il 30% è costituito da polietilene, che è un materiale le cui caratteristiche sono strettamente influenzate dalle variazioni di temperatura”, afferma.

 

Scegliere una soluzione predittiva

intelligenza artificiale
Forte di una migliore comprensione delle modalità di guasto resa possibile dallo studio dell’Università di Bologna, il Gruppo HERA ha incaricato ISOIL Industria S.p.A di aiutare a ridurre l’acqua non fatturata (NRW Non-revenue Water) utilizzando le nuove tecnologie.
La profonda conoscenza di ISOIL Industria delle esigenze del mercato la rende il partner ideale per prendere le migliori decisioni aziendali e raggiungere gli obiettivi di efficienza attraverso i suoi servizi e le sue soluzioni di misura.
Condividendo valori fondati sull’importanza dell’acqua come risorsa preziosa e avendo una visione comune sulle esigenze attuali e future del settore idrico, ISOIL Industria ha collaborato con Rezatec per implementare il suo strumento di valutazione del rischio di rottura delle condutture.
La soluzione “Pipeline Risk” di Rezatec combina i dati satellitari con tecniche di intelligenza artificiale per produrre mappe di rischio che esprimono parametri come il Likelihood of Failure (LOF).
A proposito dell’algoritmo, Brunetti afferma: “Rezatec e ISOIL sono state le prime a proporre una soluzione predittiva che prendesse in considerazione non soltanto il diametro, le serie di dati storici sulle rotture o l’età delle tubazioni, ma anche il livello delle falde acquifere, il tipo di terreno e la temperatura ambientale. Si tratta di un algoritmo che tiene conto di tutti questi fattori e che integra più dati rispetto a quelli che avevamo considerato in precedenza”.
La valutazione predittiva della rete è iniziata con un’analisi retrospettiva dei dati relativi al periodo 2016-2018 per una sezione relativamente piccola di 490 km del sistema idrico di HERA.
“Abbiamo iniziato con questa collaborazione nel 2019. Abbiamo fornito a Rezatec i dati relativi alle rotture nel periodo 2016-2017 e abbiamo chiesto loro di prevedere ulteriori rotture nel 2018, che erano già state registrate, quindi abbiamo fatto un confronto. Questo è stato il primo passo che abbiamo compiuto per valutare se il sistema funzionasse o meno”, aggiunge Brunetti.
Con l’obiettivo di individuare il 70% delle rotture nel 30% della rete presa in esame, la valutazione iniziale ha permesso ad HERA di implementare con fiducia la soluzione Rezatec e nel 2020 è stato assegnato un ulteriore contratto.

 

Priorizzare gli investimenti e gli interventi

“Pipeline Risk” aiuta HERA a priorizzare gli investimenti per la sostituzione delle tubazioni: identifica la probabilità di guasto per ogni singolo tratto di rete utilizzando i dati storici relativi alle rotture per costruire un modello predittivo. Tale modello analizza i dati relativi al materiale, al diametro, all’età della tubazione, nonché al suolo che la circonda. I dati satellitari vengono utilizzati per tenere conto del movimento del terreno (come il sollevamento o il cedimento) e della crescita della vegetazione, che influisce anch’essa sul rischio di guasto.
L’ottimizzazione della gestione delle risorse terrestri non permette solo di identificare le aree della rete a maggior rischio di rottura.
La soluzione di Rezatec esprime anche le conseguenze di tale guasto (Consequence of Failure -COF) come il costo per l’utility. Questa metrica tiene conto del numero e del tipo di clienti potenzialmente interessati da un guasto, delle eventuali responsabilità di terzi, dei potenziali effetti sulla rete di trasporto nonché del costo diretto dello scavo e della sostituzione della tubazione.
La combinazione di dati sulla probabilità di perdita e sulle conseguenze del guasto fornisce un profilo di rischio completo (Pipeline Risk Value – PRV). Tale profilo viene visualizzato in un semplice formato dashboard per una facile interpretazione.
Questo approccio avanzato, basato sui dati, consente a HERA di indirizzare le attività del personale sul campo, nonché di dare priorità agli interventi nelle aree della rete a più alto rischio.“Questo strumento è stato interessante per noi perché abbiamo potuto priorizzare i nostri investimenti e le nostre attività”, afferma Brunetti. “In questo momento stiamo utilizzando questa risorsa per orientare le nostre attività di rilevamento, quindi ad esempio nel 2020 abbiamo ottenuto buoni risultati a Sant’Arcangelo, un comune vicino a Rimini dove abbiamo svolto lavori di rilevamento in quelle condotte che l’algoritmo ci ha segnalato essere in un zona critica”, aggiunge.
“Dal controllo attivo delle perdite a Sant’Arcangelo sono emersi risultati interessanti: il 69% di tutte le interruzioni delle condutture si trova nella porzione di rete contrassegnata c4,5-5 LOF dal modello Rezatec. Queste reti rappresentano il 35% della rete di Sant’Arcangelo. Quindi, l’algoritmo predittivo può essere utilizzato per orientare meglio gli interventi di rinnovamento della rete di HERA, che sono preventivati a più di 30 milioni di euro all’anno, o per il rilevamento attivo delle perdite”, osserva Brunetti.
“Stiamo utilizzando questo modello per guidare sia le attività di sostituzione delle condutture che di rilevamento delle perdite. Prima del modello Rezatec, utilizzavamo i dati relativi alle rotture storiche, quindi concentravamo le nostre attività di rilevamento delle perdite su queste tubazioni. Utilizzando il modello Rezatec, stiamo ora reindirizzando il rilevamento verso le parti della rete dove non si sono verificate rotture ma che si verificheranno in futuro”, afferma Brunetti.
“Questo modello può offrire  diverse opportunità, può supportare non solo le attività di rinnovamento delle tubazioni ma anche quelle di rilevamento delle perdite, permettendo una distribuzione più efficace delle risorse”, afferma.
Successivamente, HERA ha deciso di estendere questo progetto pilota per coprire 2800 km della propria rete nel 2021. Il servizio di asset management coprirà l’intera provincia di Rimini e 400 km nella provincia di Forlì-Cesena.

 

Adottare strumenti digitali

Il grave problema delle perdite idriche in Italia ha portato all’introduzione nel 2017 di  una regolamentazione (delibera 917/2017) per ridurre tali perdite e fornire un approvvigionamento idrico sicuro.
Tuttavia, anche prima dell’introduzione di questa normativa, il miglioramento delle prestazioni delle reti era un obiettivo chiave per le società di approvvigionamento idrico in Italia e nel mondo. L’impatto della pandemia globale ha ulteriormente enfatizzato questa priorità.
“Anche prima che si verificasse l’epidemia di Covid-19, era essenziale migliorare la produttività e sfruttare al meglio le risorse. La soluzione di Rezatec aiuterà le utility a comprendere meglio le loro reti, a dare priorità in modo intelligente agli investimenti e a migliorare i risultati delle perdite spingendo i limiti del controllo DMA attivo verso le prestazioni fissate dall’autorità “, ha osservato Luca Scansetti, Water Utility Service Manager di ISOIL Industria.
Chiaramente, i guasti non dipendono soltanto dall’età delle tubazioni. Come lo studio ha rilevato, i materiali e il suolo possono degradarsi ed erodere a velocità diverse e anche la temperatura si è rivelata strettamente correlata ai guasti.
Strumenti sofisticati come il “Pipeline Risk” tengono conto di tutte queste influenze per evidenziare quali elementi delle infrastrutture hanno il più alto rischio di guasto e il maggiore impatto sui profitti.
Come osserva Philip Briscoe, COO di Rezatec: “La nostra mission è aiutare i nostri clienti a prendere decisioni basate sui dati per ridurre i guasti, migliorare i margini di profitto e ottimizzare la gestione complessiva delle risorse.
“Pipeline Risk” può aiutare molte aziende di servizi con budget limitati a dare priorità agli investimenti in infrastrutture, ottenendo allo stesso tempo risparmi significativi in manutenzione e riparazione. In questo modo, possono diventare più proattive, efficienti e resilienti”.
Sotto la crescente pressione a ridurre le perdite di acqua, risparmiare denaro e fornire un servizio migliore ai propri clienti, le aziende di servizi innovative che stanno valutando molteplici fattori  e che utilizzano l’intelligenza artificiale per produrre un modello predittivo accurato stanno offrendo vantaggi comprovati.
ISOIL Industria è consulente e distributore esclusivo in Italia di tutte le soluzioni Rezatec ed è sempre a disposizione per mirate e soluzioni nella gestione, misura ed efficientamento delle reti idriche. Non esitare a contattarci.