Los gemelos digitales, como el que aquí se ve en pantalla junto a su homólogo real, son reproducciones dinámicas de objetos físicos en las que se incluyen datos de diseño, construcción y uso.
Por Redshift, de Autodesk.
¿Cómo se gana un edificio un sitio en el horizonte de una ciudad? En la versión novelesca de esta historia, los promotores encargan su construcción, definen sus requisitos básicos y se quitan de en medio para que los arquitectos, lápiz y regla en mano, hagan su magia.
En 1943, Ayn Rand publicó su célebre novela El manantial, protagonizada por un arquitecto tan innovador como egocéntrico, llamado Howard Roark —personaje supuestamente basado en Frank Lloyd Wright—, que se niega a hacer concesión alguna en lo que a sus ideales se refiere. La novela, si bien polémica, también ha sido fuente de inspiración para generaciones de arquitectos estadounidenses.
Han cambiado muchas cosas en los más de 70 años transcurridos desde entonces. Hace unos 40, el sector de la arquitectura, la ingeniería y la construcción (AEC, por sus siglas en inglés) se adentró en una transformación digital cada vez más rápida. El primer paso fue la digitalización: la transición del dibujo en papel y los procesos analógicos a las herramientas digitales y el diseño asistido por ordenador.
En paralelo a la digitalización, los arquitectos se encontraron con problemas de diseño cada vez más complejos: entre ellos, el aumento de la población mundial, la urbanización y el cambio climático. El planeta cuenta con recursos limitados, por lo que los diseñadores se ven obligados a hacer más con menos. Concretamente, a crear edificios más eficientes y sostenibles.
Digitalización vs. Transformación digital
Con el tiempo, la digitalización creció en alcance y complejidad hasta dar paso a su siguiente fase: la transformación digital. ¿En qué consiste? En capacitar a la tecnología y la digitalización de datos para influir en cómo se lleva a cabo el trabajo, transformar el modo en que clientes y empresas se comunican y relacionan profesionalmente y crear nuevas fuentes de ingresos.
La llegada de BIM (siglas de Building Information Modeling) hace unos 19 años sentó los cimientos de una segunda evolución digital e hizo las veces de su catalizador. Al reunir todos los datos en una plataforma integrada, BIM comprende todo el ciclo de un proyecto de construcción, desde el diseño hasta la edificación y el uso, y ofrece a los diferentes equipos mayor certidumbre a la hora de completar los proyectos.
Sin embargo, en la última década, los proyectos de gran envergadura han necesitado una mayor colaboración entre empresas y partes involucradas, que suelen estar repartidas por distintos husos horarios; esta nueva manera de trabajar, a su vez, ha requerido unas conexiones más fluidas y un acceso más rápido a información e ideas en tiempo real. Todo ello ha dado pie a la siguiente gran transformación: BIM en la nube.
Con la centralización y libre circulación de datos e ideas, las partes involucradas en un proyecto pueden colaborar en tiempo real desde cualquier parte del mundo.
El COVID-19 ha acelerado esta transformación al crear unas circunstancias en las que las personas no han tenido más remedio que colaborar de forma virtual. Los directores de información del mundo han articulado la necesidad de mudarse a la nube, a menudo con planes de transición de cuatro a cinco años vista, pero la pandemia ha reducido drásticamente el tiempo de implementación.
Lo que nos depara el futuro es una cuarta ola de transformación: esta cambiará una vez más la forma de trabajar de las personas y dará pie a una era de mayor centralización de los datos y más fluidez en su tráfico entre participantes de un proyecto.
Propiciadas por estos datos, surgirán ideas de automatización de tareas, como el análisis de normativas de construcción o el rastreo de planes de mantenimiento. Todo ello les ahorrará mucho tiempo a los profesionales de la arquitectura, la ingeniería y la construcción, que podrán dedicarlo a imaginar, diseñar, construir y operar edificios más rápido y mejor… y a ahorrar en materiales y costos.
La llegada del gemelo digital
El habilitador final de esta cuarta ola es BIM con datos enriquecidos incorporados, que se representan en un gemelo digital: la reproducción dinámica de un objeto físico que aúna datos de diseño, construcción y uso.
Entre los promotores hay un deseo de más control sobre los proyectos, cansados de ser las víctimas de la cadena de valor del sector: a menudo son quienes reciben el peor golpe cuando los proyectos se exceden del presupuesto. Según un estudio de McKinsey de 2016, los proyectos de gran envergadura superan de media su presupuesto inicial en un 80%. Hasta ahora, sin embargo, los promotores carecían de las herramientas para controlar el proceso de diseño y construcción.
Otros participantes en el proyecto, por su parte, cuentan con sus propios modelos. Los arquitectos diseñan lo que se ve por fuera, no lo que va por dentro de los tabiques. Los ingenieros modelan con la integridad de la estructura en mente, asegurándose de que es sólida y resistente contra las fuerzas de la naturaleza. Los contratistas utilizan BIM para entender cuestiones como las cantidades o la detección de interferencias. Sin embargo, en el fondo, esto no es lo que a los propietarios les hace falta.
Lo que necesitan es un objeto digital que mapee el edificio físico y les ayude a controlar las operaciones —basándose en datos de comportamiento procedentes de sensores— y así simular, predecir e informar decisiones basadas en circunstancias reales. Además, también necesitan definir sus objetivos de cara al proyecto en el propio objeto digital e imponer esos objetivos en la cadena de valor. La tecnología del gemelo digital (como Autodesk Tandem) se lo pondrá infinitamente más fácil a arquitectos, ingenieros y constructores si buscan satisfacer las necesidades del promotor. Esto será especialmente importante para los propietarios de edificios complejos como hospitales, escuelas y oficinas, en los que, a grandes rasgos, el 80% del costo de propiedad se genera durante los 30 o 50 años siguientes de mantenimiento y uso.
Hasta ahora, los arquitectos acostumbraban a entregar a los promotores ciertos archivos obtenidos del entorno de datos común (o CDE, por common data environment), cimentado en BIM. Pero falta poco para que, en su lugar, les envíen datos sin archivos en forma de gemelos digitales, que estarán basados no en BIM sino en una plataforma de datos común (CDP por sus siglas en inglés) capaz de agregar archivos y datos procedentes de procesos BIM, así como de sacar adelante objetivos del proyecto mediante propuestas basadas en datos.
El uso de la transformación digital en el mantenimiento y el desarrollo sostenible
Cuando la práctica de enviar gemelos digitales a los propietarios sea una realidad habitual, los costos de mantenimiento descenderán y, a su vez, esos propietarios estarán más preparados para alcanzar sus objetivos de sostenibilidad.
Digamos que existe un edificio en el que sus administradores necesitan cambiar los filtros de aire acondicionado cada seis meses. Hoy día, los propietarios probablemente gestionen tareas como esta utilizando una hoja de cálculo de Microsoft Excel con la lista de todos los elementos de la infraestructura, con sus correspondientes fechas de mantenimiento programado. Pero esa hoja quizá no incluya la ubicación de cada filtro, el costo de reemplazo o el tiempo que tardaría la persona encargada del mantenimiento en encontrar dichos filtros.
Con BIM es muy fácil incluir la geolocalización de cada filtro y su historial de mantenimiento. El administrador puede solicitarle al modelo en sí que le muestre exactamente dónde están los filtros del edificio y los sistemas a los que están conectados. El modelo, a su vez, puede darle a dicho administrador acceso a la toda la información de uso de cada componente específico.
Los gemelos digitales también permitirán a diseñadores e ingenieros llevar a cabo simulaciones, cosa que puede tener un gran impacto de sostenibilidad.
Añadámosle a todo esto el poder de la inteligencia artificial (IA). Gracias a ella, una administradora podría sacar provecho del mantenimiento predictivo. Cada sistema o componente tiene un contexto histórico. La administradora no solo sabría dónde está y de qué está hecho cada componente, sino que también conocería las circunstancias que lo rodean: sabría el tipo de uso que hacen las personas de cada sección del edificio e incluso qué patrones meteorológicos han tenido un impacto en sus funciones. Fundamentándose en la experiencia y el uso, por un lado, y sacando partido del aprendizaje automático, por otro, la administradora podría predecir el momento en el que es probable que falle un sistema y repararlo antes de que ocurra. Esa es una de las posibilidades que ofrecen los gemelos digitales a lo largo de un proceso BIM.
Un gemelo digital también es una buena herramienta para maximizar la sostenibilidad medioambiental. Los edificios son la causa de aproximadamente el 40% de la huella de carbono de las ciudades. Hay muchas maneras de optimizar un edificio para reducir su impacto climático y su consumo de energía, calefacción o agua. Si lo único que un administrador tiene a su disposición es una tabla estática, no sabrá dónde están los puntos de más actividad. Sin embargo, si visualiza los datos en un modelo 3D, utilizando datos provistos por sensores instalados por todo el edificio, sí podrá entender el consumo de energía o las fugas de aire caliente de sus distintas partes.
En la construcción de un proyecto en Grenoble (Francia), varios ingenieros de Autodesk se reunieron con un alto cargo del Gobierno regional del país, a quien mostraron un prototipo de gemelo digital para un edificio de oficinas del Gobierno. Así, el funcionario pudo visualizar lo que ocurría a nivel físico. La imagen de la sala cambiaba de color según la temperatura ambiental. El edificio se encuentra en las montañas, en un clima frío, pero se podía apreciar que un lunes a las 6:00 de la mañana hacía calor en su interior, cuando la mayoría de la gente no entraba a trabajar hasta las 9:00.
Los gemelos digitales permiten a los propietarios de los edificios maximizar la sostenibilidad de estos gracias a la visualización mediante modelos de datos 3D de fluctuaciones en la temperatura, consumo de energía y otros criterios de rendimiento.
El alto cargo les preguntó por qué se encendía la calefacción tres horas antes de que hubiera gente en el interior. Entonces reparó en una cámara en el centro del edificio, en la que los colores cambiaban de azul a rojo y viceversa. Le explicaron que la persona que trabajaba en esa ubicación se quejaba constantemente de que hacía demasiado calor y, por eso, siempre abría la ventana (y la dejaba abierta durante la noche) para dejar entrar el aire frío de la montaña.
Estos no son más que dos ejemplos de cómo la transformación digital —gemelos digitales creados mediante un proceso de BIM basado en la nube— puede crear valor para los propietarios de los edificios.
Datos para el próximo proyecto
Los gemelos digitales también permitirán a diseñadores e ingenieros llevar a cabo más simulaciones, cosa que puede tener un impacto muy positivo en el desarrollo sostenible. Por ejemplo, a raíz de la necesidad de distanciamiento físico, el COVID-19 ha hecho del modelado de flujos de tráfico una prioridad especialmente urgente.
Las simulaciones permiten a las partes implicadas utilizar las ideas que reúnen en el diseño, la edificación y el uso de una construcción. Aquí es donde añaden valor las tecnologías como el diseño generativo, la IA o el aprendizaje automático, todas incorporadas en herramientas como Autodesk Spacemaker. Cada visión o idea que recojan podría contribuir a la forma que tome el próximo edificio que desarrollen.
Spacemaker permite a arquitectos e ingenieros optimizar el diseño de una escuela, por ejemplo, basándose en diseños de cientos de escuelas cuyo tamaño, ubicación geográfica o requisitos sean similares. El sistema puede incorporar herramientas como la escucha social, recogiendo las opiniones que existen sobre esas escuelas a partir de comentarios y rankings en redes sociales. Esos datos de opinión pueden dar forma a las decisiones que un arquitecto deba tomar en el futuro, como al acondicionar un edificio o generar un nuevo diseño.
La simulación —a lomos del diseño generativo, la IA y el aprendizaje automático— permite a los arquitectos optimizar un diseño con datos recogidos de cientos de diseños similares.
Este tipo de ideas garantizan que el equipo parte de conceptos que funcionan, como un diseño que se completó un 30 % más rápido que su alternativa o un proyecto que utilizó elementos prefabricados y llegó a buen puerto. Finalmente, todo este conocimiento puede dar forma al proceso BIM y reflejarse en un gemelo digital.
El gemelo digital tiene otros usos más allá de un edificio. A nivel urbanístico, esta tecnología puede utilizarse para mejorar la construcción y el mantenimiento de puentes, carreteras, autopistas y servicios públicos.
Los sectores de la arquitectura, ingeniería y construcción han dado pasos de gigante desde los tiempos del transportador, el compás y la regla T. La digitalización y la transformación digital ayudarán a la industria dotándola de automatización y conocimiento con los que se podrá construir mejor —y más rápido—, además de satisfacer en mayor medida los deseos de los propietarios y usuarios, para quienes trabajan.
Puede que incluso permitan a los arquitectos —como al protagonista de El manantial— encontrar más tiempo para la creatividad y la innovación. Y, lo que es más importante: hará de las ciudades lugares más inteligentes y adaptables a los retos de diseño que depare el futuro.
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Nicolas Mangon, vicepresidente de AEC (arquitectura, ingeniería y construcción), estrategia empresarial y Marketing de Autodesk, es un líder del progreso global del modelado de información de la construcción (BIM por sus siglas en inglés) en las industrias de la arquitectura, la ingeniería y la construcción.
