Nuevas metodologías y tecnologías en el proceso constructivo y mantenimiento de infraestructuras y edificios singulares

Abstract

Introducción En la presente investigación se ha realizado una evaluación de los procedimientos de trabajo durante el proceso de proyecto y ejecución de las obras por parte de los despachos de arquitectura, ingeniería, constructores e instaladores. Se ha explicitado su carácter fragmentario y el alto grado de improvisación en la búsqueda de soluciones para puntos conflictivos no determinados con anterioridad, así como el incremento de tiempo y costes que este procedimiento conlleva. A estos factores se añade la creciente complejidad normativa, las exigencias en cuanto a calidad de los materiales y comportamiento de los mismos, así como la concienciación en torno a la sostenibilidad de un edificio. Las herramientas tradicionales de comunicación entre los distintos equipos intervinientes en el proceso, fundamentalmente planos en 2D acompañados de memorias, mediciones y presupuestos, se muestran ineficaces ante los nuevos retos de productividad y costes. Resulta incoherente, con las potentes herramientas informáticas existentes, el uso de los mismos programas que hace decenas de años. Por tanto, la combinación de estos avances junto con la aparición de la tecnología BIM y la complejidad creciente de las construcciones, converge en la exigencia de la óptima organización de los procesos de ejecución y mantenimiento de las obras para el ajuste de presupuesto y plazos, sin holguras ni fallos que puedan dar lugar a márgenes de errores financieros y temporales insostenibles. El Building Information Modeling es un método de gestión de datos y comunicación entre todos los agentes involucrados en el ciclo de vida de una edificación, desde el proyecto hasta la demolición, capaz de definir de una manera prácticamente completa todos los componentes de un edificio de forma coordinada e integrada en un sistema exhaustivo de representación en 3D. Esta metodología integrada y no fragmentada, basada en un proceso colaborativo, permite mejorar drásticamente la eficiencia constructiva y la eficacia del proceso de mantenimiento de una edificación, definiendo tiempos y costes reales desde antes de iniciar el proceso constructivo. Este sistema permite la adaptación a las necesidades y características de las empresas intervinientes en el proceso, que participan en la generación de un modelo único que contenga toda la información del edificio incluyendo la no gráfica, superando la 2015/2016 3 representación fragmentaria y poco coordinada utilizada normalmente para acometer el proceso edificatorio. Mediante el BIM y el valor añadido que puede producir el internet de las cosas (IoT) en este marco adaptable, se podrá proponer un sistema que sea capaz de aportar ventajas competitivas a las empresas en el sector de las infraestructuras. Objetivos Este trabajo de investigación se articula en torno a los objetivos que se enumeran a continuación: 1. Estudio de la tecnología organizativa durante el proceso de proyecto y construcción en la actualidad: Es necesario analizar el estado de la cuestión en el momento actual y sus características con relación a los modelos de trabajo para poder tener unas bases de referencia que permitan valorar adecuadamente las características de la tecnología BIM que se estudian a lo largo del presente proyecto de investigación. El análisis de las características de los procesos de trabajo actuales mostrarán sus carencias, dificultades de coordinación y las deficiencias en la previsión de costes y tiempos. 2. Análisis del modelo BIM y el IoT. Avances y ventajas de su implementación al sector de la edificación e infraestructuras. Se deben evaluar las aportaciones de este nuevo sistema de gestión a un proceso constructivo integral y colaborativo. Se analizarán sus características y su potencial, forma de operar, capacidades, su valor predictivo y fiable, así como las dificultades que pudieran existir para generalizar su implantación en el proceso constructivo. Para esto, se elaborarán gráficos comparativos que resumen el trabajo de investigación desarrollado. Esta parte del trabajo se completará con el estudio tanto de las ventajas tangibles como de las intangibles que se producen tras la implantación del nuevo modelo de gestión combinado con el IoT. 3. Propuesta de valor Una vez analizadas en profundidad las posibilidades y ventajas del modelo BIM, se han investigado las características pormenorizadas de las dos herramientas con más usuarios, Revit y Archicad, que se han resumido mediante gráficos originales de un alto valor sintético y explicativo. El siguiente paso es investigar la capacidad de generar sinergias a partir de los dispositivos tecnológicos actuales, el IoT y el BIM. 2015/2016 4 Metodología La metodología utilizada para la elaboración del presente trabajo, se inicia con una investigación en torno al “estado de la cuestión”, mediante la recopilación y análisis de la bibliografía existente relativa al método BIM y su operatividad, desde la toma de datos para iniciar un proyecto hasta su reciclaje tras el derribo, pasando por tareas tan importantes como el mantenimiento del mismo. Como soporte del método de investigación también se han realizado entrevistas en firmas de arquitectura e ingeniería de tamaño medio para conocer su funcionamiento y las características actuales del proceso constructivo. En una segunda fase se analizará el mercado actual, se consultará a las empresas vanguardistas que ya emplean esta tecnología y se estudiará el estado de la normativa existente en los países más avanzados. Además, se analizarán las características de los proveedores BIM, realizándose estudios comparativos, así como a los que pueden ser de ayuda en el ámbito del IoT. Con esta finalidad se realizaran entrevistas a profesionales relevantes de este sector, asistencias a congresos y a otras actividades relacionadas con el BIM y el IoT. A partir de estas fuentes se realizará un análisis de la información obtenida que se sintetizará mediante gráficos cuando se considere conveniente para facilitar la lectura del trabajo. Todas las ideas analizadas así como los estudios, aportaciones originales, conclusiones, se trasladarán a nuestro modelo de propuesta de valor, con el objetivo de sintetizar una ventaja competitiva para una empresa del sector de la construcción en nuestro país. Resultados Se han estudiado las plataformas principales con mayor cuota de mercado (Revit y Archicad), y con ello mayor perspectiva de asentamiento en el sector en un futuro cercano. Si bien persisten ciertas diferencias, la pugna actual se establece en conformar el estándar, o estándares, de la información y su intercambio: configurar todo el sistema de variables, datos, gestión documental, con lo que supone configurar y regir toda la información concerniente a la producción, construcción, gestión del ciclo de vida y desmantelamiento de las construcciones. Este es el objetivo del BIM, conformar un modelo o “clon” virtual de la construcción que la acompañe desde su concepción hasta su desmantelamiento, permitiendo disponer de la información, facilitando su análisis y estudios de modificación, la generación de documentación asociada… Este objetivo, que resulta comprensible y abarcable, supone una ardua tarea, ya que implica la codificación de todos los componentes que conforman la construcción (materiales, instalaciones, usos, economía…), de todas las propiedades que la definen como conjunto (propiedades físicas, estructurales, energéticas, económicas…) y de todas las operaciones que la afectan (construcción, mantenimiento, remodelaciones, rehabilitación, desmantelamiento, etc.). Además, esta codificación debe ser lo más global posible, puesto que la actual globalización implica la deslocalización de todos esos componentes y agentes intervinientes en la construcción. Por tanto, según se desprende de la investigación desarrollada, son muchos los sectores y agentes afectados por este “ajuste” necesario para posibilitar la generación de ese “clon” virtual, pero el resultado parece valer la pena: un control total de la información del edificio a bajo coste de recursos, y toda esa información concentrada en unos pocos archivos perfectamente localizados. De estos archivos, generados bajo un estándar que facilite el 2015/2016 5 intercambio y la interoperabilidad, se pueden extraer y reintroducir datos generados mediante aplicaciones especializadas: estudios de instalaciones, estructuras, gestión del mantenimiento, comportamiento energético, tasaciones, simulaciones… De esta forma, un modelo BIM bien gestionado concentra toda la información del edificio o construcción, evitando la dispersión actual de documentación y sus inevitables inconsistencias, la constante toma de datos para operaciones de mantenimiento y modificaciones, las demoras para conseguir y/o reelaborar la información… No resulta costoso imaginar ese escenario y las posibilidades que ofrece. La dificultad reside en la definición de esos estándares, de su adopción generalizada e implementación funcional. Esto implica vencer las inercias e intereses de muchos agentes intervinientes en la construcción y el mantenimiento, además del software que se precisa, lo cual se suma a la ya laboriosa tarea de codificación que apuntábamos. Como se ha constatado, la conexión con el IoT parece una tarea compleja a día de hoy, de todos modos, aún puede ser un aditivo muy positivo para la solución que se ofrece más allá que la simple imposición de una plataforma adaptada a la constructora que se aplique. Conclusiones El estudio y análisis comparativo entre las características de los modos de producir y gestionar el ciclo de vida de una construcción, el método tradicional basado en la utilización fragmentaria del AutoCAD y documentación anexa y la metodología BIM, ha puesto de manifiesto las enormes ventajas de esta última. Las administraciones de los países más avanzados son conscientes del valor añadido que supone la utilización del BIM y, en este sentido, muchas empresas han comenzado a codificar sus productos para ser utilizados dentro de esta metodología colaborativa, eficiente y exacta, que asegura los costes y los tiempos del proceso, estas administraciones comienzan a exigir la utilización del BIM en determinados proyectos con un horizonte no lejano de utilización obligatoria. Por otra parte, las grandes empresas del sector de la construcción comienzan a ser conscientes de las ventajas del sistema, al igual que los despachos punteros de arquitectura e ingeniería. A pesar de las ventajas analizadas inherentes en esta metodología, el estudio desarrollado ha puesto también de manifiesto la reticencia de los despachos medios o pequeños, todavía mayoritarios en nuestro país, que permanecen atentos y a la espera, pero que comienzan a asumir la irreversibilidad del proceso. No ocurre lo mismo con las pequeñas empresas constructoras que permanecen ajenas a estos acontecimientos. La investigación desarrollada ha puesto de manifiesto las posibles causas que dificultan la utilización generalizada del BIM, como son la necesidad de decidirse entre algunos de los sistemas al no ser compatibles, la falta de bases de datos BIM, las reticencias del sector ante la situación económica, etc. En este sentido se ha desarrollado una investigación comparativa entre los principales sistemas, Revit y Archicad, detectando sus mayores cualidades y carencias. Los resultados de este estudio original han demostrado una gran equivalencia entre las prestaciones de ambos sistemas. También se ha desarrollado otro estudio comparativo de costes, tipos de licencias, paquetes de diseño, mantenimiento, cuotas de mercado, etc. 2015/2016 6 Entendemos que estos aspectos del trabajo son importantes para posicionarse ante las marcas BIM. Otra aportación del trabajo es la reflexión sobre la influencia del internet de las cosas en el proceso constructivo y de mantenimiento y la importancia de incluirlo en su cadena de valor. Por último, el trabajo muestra cómo es fundamental que el sector comprenda la re-evolución que se está produciendo a través del BIM y el IoT y se conciencie de su importancia para posicionarse y captar clientes en un ámbito altamente competitivo.

Introduction In this investigation, an assessment has been done of the working procedures during the projection and execution of constructions by architectural and engineering firms, builders and facilities engineers. It has been explicitly stated its fragmented nature and the high degree of improvisation in the search of solutions to issues not determined previously, as well as the increase in time and cost that this procedure entails. The increasing regulatory complexity, the requirements in terms of quality of materials and their behaviour and the globalized awareness about the sustainability, are added to these factors mentioned. The traditional tools of communication between the different teams involves in the process, mainly 2D blueprints complemented with reports, measurements and budgets, is ineffective against the new challenges of productivity and costs. Taking into account the existing powerful informatics tools, it is inconsistent to use the same software as ten years ago. Therefore, the combination of these advances with the advent of BIM technology and the increasing complexity of the buildings, converges on the requirement of the optimal organization of implementation processes and maintenance works for adjusting budget and deadlines without gaps or failures that may result in unsustainable financial margins and timing errors. The Building Information Modeling is a method of data management and communication between all actors involved in the life cycle of a building, from design to demolition, able to define in a nearly complete way, all the components of a building in a coordinated and integrated way in an exhaustive representation in 3D. This system allows a positive adaptation to the needs and characteristics asked to the companies involved in the process, by creating a unique model that contains all the information of the building, overcoming this way the fragmentary representation and uncoordinated methodology used during the building process. Through BIM and the added value that can produce the internet of things (IoT) on this customizable framework, it can provide competitive advantage to companies involved in the infrastructure sector. Objectives This research is structured around the objectives listed below: 1. Study of the organizational technology during the process of design and construction at the present: It is necessary to analyse the state of the art at the present time and its characteristics in relation to work patterns in order to have a baseline that adequately assess the characteristics of the BIM technology that are studied throughout this research project. The analysis of the characteristics of current work processes will display their weaknesses, coordination difficulties and deficiencies in forecasting costs and times. 2. Analysis of BIM and IoT model. Advancements and benefits of its implementation to the building and infrastructure sector: The contributions of this new management system to a comprehensive and collaborative construction process have to be evaluated. Its characteristics and potential, mode of operation, capabilities, and reliable predictive value and the difficulties that might exist for its deployment in the construction process will be discussed. For this, comparative graphs that summarize the research work carried out will be developed. This part of the work will be completed with the study of both the tangible and intangibles benefits that occur after the implementation of the new management model combined with the IoT. 3. Value proposition: Once analysed the possibilities and advantages of BIM model in depth, we investigated the detailed characteristics of the two tools with the most users, Revit and Archicad, which are summarized by original graphics with a high explanatory value The next step is to investigate the ability to generate synergies from current technological devices, the IoT and BIM. Methodology The methodology used for the preparation of this work begins with an investigation into the "state of the issue", through the collection and analysis of existing literature on the BIM method and its operability from data collection to start a project until after the demolition and important tasks such as maintenance. To support the research, interviews in architecture and engineering firms have also been conducted. In a second phase, the current market will be analysed as well as the companies already employing this technology and the existing normative in the most advanced countries. Additionally, the characteristics of the BIM providers will be analysed, as well as the ones that could be helpful in the IoT segment. For that purpose, interviews will with relevantprofessionals in this sectors will be made as well as attendance to congresses and other activities related with BIM and IoT. Based on these sources, an analysis of the information obtained will be synthesized by graphics when considered appropriate to facilitate the reading of the work. All the ideas and studies discussed, original contributions and conclusions will be transferred to our value proposition model, in order to synthesize a competitive advantage for a company in the construction sector in our country. Results The major platforms with greater market share (Revit and Archicad) and therefore greater prospect of settlement in the sector in the near future have been studied. While some differences persist, the current conflict is set to shape the standards, the information and its exchange: configure the entire variables system, its data and its documentation management, what supposes setting up and control all information concerning production, construction, management lifecycle and dismantling of buildings. This is the objective of BIM, forming a model or virtual "clone" of the building to accompany it from its conception to its dismantling allowing to have the information, facilitating it analysis and modification studies, the generation of associated documentation... This objective, which is understandable and graspable, is an arduous task, as it involves the coding of all components that make up the construction (materials, facilities, uses, economy...) of all properties which define it as a whole (physical and structural properties energy and economic characteristics...) and all operations that affect it (construction, maintenance, remodelling, renovation, dismantling, etc.). Additionally, this coding should be as comprehensive as possible, since the current globalization involves the delocalization of all these components and agents involved in the construction. Therefore, as emerges from the research developed, many branches and sectors are affected by this necessary set so as to make possible the generation of the this virtual "clone", but the result seems worth: full control of information from the building at a low cost, and all that information concentrated in relatively few seamlessly localized files. Of these files, generated under a standard that facilitates exchange and interoperability, can be extracted and re-introduced data generated by specialized applications: studies of facilities, structures, maintenance management, energy performance, appraisals, simulations... This way, a BIM model well managed, concentrates all information on the building or construction, avoiding the current dispersion of documentation and its inevitable inconsistencies, constant data collection for maintenance and modifications, delays in obtaining information or reworking it among others. It is not difficult to imagine this scenario and the possibilities it offers. The difficulty lies in defining these standards, their widespread adoption and functional implementation. This involves overcoming the inertia and interests of many agents involved in the construction and maintenance, and the software required, which adds to the already laborious task that we mentioned coding.As noted, the connection to the IoT seems a complex task nowadays, however, it can still be a very positive additive solution offered beyond the simple imposition of a platform adapted to the construction company where it is applied. Conclusions The study and comparative analysis between the characteristics of the ways of producing and managing the life cycle of a building, the traditional method based on the fragmentary use of AutoCAD and its related documentation and BIM methodology, has shown the enormous benefits of this last. Administrations of the most advanced countries are aware of the added value of BIM and, in this sense, many companies have begun to codify their products to be used within this collaborative, efficient and accurate methodology that ensures costs and process times, these administrations are beginning to require the use of BIM in certain projects. Moreover, large companies in the construction sector begin to be aware of the advantages of the system, like the top-tier architectural and engineering firms. Despite the inherent advantages discussed in this methodology, the study developed has also revealed the reluctance from medium or small offices in our country, which remain alert and pending, but they begin to assume the irreversibility of the process. It is not the case of small construction companies, which still remain foreign to these events. The research carried out has revealed the possible causes that make difficult the widespread use of BIM, such as the need to decide between some of the systems as they are not compatible, lack of BIM databases, the reluctance of the industry due to the economic situation, etc. In this sense, it has been developed a comparative research between major systems, Revit and Archicad, detecting their greatest qualities and shortcomings. The results of this original study have shown great benefits equivalence between both systems. It has also been developed a study of costs, types of licenses, software packages, market share, etc. We understand that these aspects of the work are important to have an opinion among the BIM systems. Another contribution of this work is a reflection on the influence of the internet of things in the construction process and maintenance and the importance of including it in its value chain. Finally, the paper shows how essential is that the sector understands the re-evolution that is occurring through BIM and IoT so as to raise awareness of its importance in order to position and attract clients in a highly competitive field.