Hacia la rehabilitación de viviendas: demanda y necesidad social

Os paso a continuación un artículo que acabamos de publicar en la revista ANUARI d’Arquitectura. El trabajo analiza el impacto de la crisis económica de 2008 en el sector de la vivienda en España, que provocó un envejecimiento del parque de viviendas y dificultades para acceder a la vivienda. Destaca la necesidad de rehabilitación social de las viviendas existentes y la importancia de una vida sostenible. El artículo enfatiza el cambio hacia la rehabilitación de viviendas existentes en lugar de construir otras nuevas, lo que presenta un nuevo desafío para que la arquitectura aborde las necesidades de la sociedad.

Se pueden aportar las siguientes contribuciones del trabajo:

  • El trabajo destaca el impacto de la crisis económica de 2008 en el sector de la vivienda en España, que provocó un envejecimiento del parque de viviendas y dificultades para acceder a la vivienda.
  • Hace hincapié en la necesidad de la rehabilitación social de las viviendas existentes como respuesta a las demandas de la sociedad y en la importancia de promover una vida sostenible.
  • El documento analiza la demanda social de viviendas con características específicas, como los balcones y la eficiencia energética, y la importancia de adaptar los edificios a las nuevas demandas.
  • Explora el uso de herramientas de simulación del rendimiento de edificios (herramientas BPS) para facilitar los análisis especializados y mejorar el impacto ambiental de los edificios.
  • El documento también destaca los avances en los materiales y técnicas de construcción, como el uso de materiales puzolánicos y el sistema de aislamiento térmico externo (ETIS), para mejorar la utilización de los recursos, la durabilidad y la eficiencia energética.
  • Alinea el concepto de renovación de edificios con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) establecidos en la Agenda 2030 de las Naciones Unidas, en particular el ODS 11 (ciudades y comunidades sostenibles) y el ODS 9 (infraestructura resiliente e industrialización sostenible)

Resumen:

El año 2008 se desencadenó una crisis económica mundial que hizo temblar los cimientos de la sociedad y produjo cambios en su visión. En España, esta crisis afectó con crudeza al sector inmobiliario, dejando miles de viviendas vacías. En la actualidad, aún quedan vestigios de esta herida en la sociedad: un parque de vivienda envejecido y la dificultad de acceso a la vivienda, entre otros factores. Este contexto social, sumado a la necesidad de trabajar para conseguir una manera de habitar más sostenible, justifica una necesidad social que se está convirtiendo en una realidad. Rehabilitar vivienda en lugar de construir nueva. Un nuevo reto para la arquitectura en respuesta a la sociedad. Un nuevo reto para el que se están planteando diferentes soluciones.

Palabras clave:

BIM; rehabilitación de edificios; sostenibilidad; vivienda

Referencia:

FERNÁNDEZ-MORA, V.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2023). Towards housing rehabilitation: Demand and social need. ANUARI d’Arquitectura I Societat, 3:162-87. DOI:10.4995/anuari.2023.19984.

Al ser una publicación en abierto, os la paso para su descarga:

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Indicador de daños que afectan a la durabilidad de las estructuras en entornos BIM

El Building Information Modelling (BIM) se está adoptando cada vez más en empresas privadas del sector de Arquitectura, Ingeniería, Construcción y Operación (AECO), y con ello surgen nuevas herramientas y funcionalidades. En el mercado español, los proyectos de reforma son cada vez más solicitados debido al envejecimiento del stock de viviendas y la necesidad de analizar la durabilidad de las estructuras existentes.

Este nuevo estudio presenta una herramienta integrada en BIM que permite evaluar el índice de durabilidad en elementos estructurales específicos a través de una inspección visual automatizada, lo que mejora la sostenibilidad del sector y determina el momento crítico para rehabilitar la estructura.

El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Abstract:

As Building Information Modelling (BIM) is increasingly adopted through private businesses in the Architecture, Engineering, Construction, and Operation (AECO) Industries, new tools, procedures, and functionalities appear. In the last years, BIM has proven its advantages by providing benefits to professionals and guiding them towards a new horizon. Currently, the industry is changing in the Spanish market, and refurbishment projects are more demanded than construction projects involving the design of buildings from scratch. As Spanish housing stock grows older, durability and damage in existing structures need to be analyzed during the refurbishment project’s early stages. Structural durability is a critical factor in extending the life span of a building and improving the industry’s sustainability. This paper presents a tool integrated into BIM environments that can evaluate the durability index in a specific structural element based on data from a visual inspection. This automated analysis shows if any damage is caused by durability factors, such as steel rebar corrosion, and how much time is left until the damage is critical. This tool enables new functionality in BIM environments to control durability and determine when it is critical to rehabilitating the structure.

Referencia:

FERNÁNDEZ-MORA, V.; YEPES, V.; NAVARRO, I.J. (2022). Durability damage indicator in BIM environments. Proceedings of 3rd Valencia International Biennial of Research in Architecture. Changing priorities. 9-11 November 2022, Valencia, Spain. https://doi.org/10.4995/VIBRArch2022.2022.15191

Os paso, para su descarga, el artículo completo, pues está publicado en abierto.

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Diseño regenerativo y métodos modernos de construcción: La crisis del paradigma de la sostenibilidad

Figura 1. Edificio Media-TIC. Enric Ruiz Geli. El Poblenou, Barcelona. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edificio_Media-TIC._Enric_Ruiz_Geli.jpg

La construcción y gestión de las infraestructuras constituye un sector económico clave, tanto por sí mismo como por su papel fundamental en el soporte de la actividad social. Sin embargo, la creciente conciencia sobre la necesidad de construir de manera sostenible ha impulsado la puesta en marcha de nuevas tecnologías y materiales. Entre las tecnologías clave para hacer más sostenibles las infraestructuras se encuentran el uso de materiales de construcción ecológicos y sostenibles, la adopción de energías renovables como paneles solares y aerogeneradores, la iluminación LED, sistemas urbanos de drenaje sostenible, materiales de aislamiento térmico y sistemas de sensorización y automatización. El empleo de estos materiales y tecnologías puede ayudar a reducir la huella de carbono de las infraestructuras, disminuir el consumo de energía y recursos no renovables, generar ahorros económicos y mejorar la calidad del agua. Además, estas opciones pueden favorecer la eficiencia de la infraestructura y la calidad de vida de los usuarios. Pero es claramente insuficiente.

El paradigma de la sostenibilidad está en crisis. Ya no se considera suficiente la reducción de los impactos ambientales asociados a la actividad humana, sino que se deben contemplar también los aspectos económicos y sociales. Alcanzar este equilibrio resulta complejo, pues a veces la sostenibilidad ambiental no es compatible con la social o la económica. No obstante, el reto es claro: preservar los recursos naturales, el patrimonio, la cultura, el equilibrio social, los ecosistemas y muchos otros aspectos más, para las generaciones futuras.

Por tanto, el paradigma actual se ve cuestionado cuando el antiguo canon de “reciclar, reducir y reutilizar” ya no es suficiente y debe ser reemplazado por otro que consiste en “restaurar, renovar y reponer”. Este enfoque representa un nuevo paradigma para mejorar el entorno construido: el Diseño Regenerativo (conocido como “regenerative design” en inglés). En la actualidad, reducir los impactos ambientales resulta insuficiente ante la aceleración del cambio, por lo que se hace necesario adoptar un enfoque de diseño regenerativo que genere impactos positivos a lo largo de todo el ciclo de vida de una infraestructura.

El diseño regenerativo implica la restauración de los ecosistemas y fomenta el desarrollo de los ecosistemas naturales y humanos. Para lograrlo, se requiere un cambio de pensamiento y de diseño, con un enfoque holístico e integrado. Además, este nuevo paradigma exige la incorporación de un alto nivel de conocimientos científicos que no se encuentran en el diseño convencional. No podemos ignorar la herencia de etapas anteriores, pero los proyectistas y los encargados de tomar decisiones necesitan expandir sus horizontes. El nuevo desafío requiere un profundo conocimiento de diversas áreas y, en algunos casos, la colaboración de varios especialistas y herramientas apropiadas, junto con nuevos métodos de investigación, pautas y estrategias de diseño.

Figura 2. Ciudad del Puerto de Malmö. Autor: Jorge Franganillo
https://www.flickr.com/photos/franganillo/43494905904

Los Métodos Modernos de Construcción (Modern Methods of Construction, en inglés) se refieren a un enfoque que utiliza tecnologías y procesos innovadores para mejorar la eficiencia y la calidad de la construcción. Incluyen la prefabricación de componentes en una fábrica, la utilización de materiales más ligeros y resistentes, y la adopción de técnicas constructivas más rápidas y precisas. Estos nuevos procedimientos se relacionan con el diseño regenerativo, pues ambos buscan promover prácticas más sostenibles y responsables con el medio ambiente. Este enfoque se basa en la comprensión de que los edificios y la infraestructura pueden tener un impacto positivo al proporcionar servicios ecosistémicos como la purificación del aire y del agua, la protección contra inundaciones y la mitigación del cambio climático.

Por tanto, estamos frente a un cambio de paradigma, ya que los métodos modernos de construcción pueden ser herramientas valiosas para el diseño regenerativo. Al emplear materiales más sostenibles, reducir los residuos de construcción y disminuir la huella de carbono, estos nuevos métodos pueden ayudar a crear edificios y comunidades más sostenibles y eficientes. Además, pueden contribuir a la creación de infraestructuras que promuevan la regeneración del medio ambiente y la salud de la comunidad.

La investigación y la innovación en este ámbito está siendo puntera en España, tanto en las universidades como en los institutos tecnológicos o las empresas. En el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València, el grupo de investigación que dirijo se enfoca en promover la sostenibilidad de las infraestructuras en todas las etapas de su ciclo de vida, desde el diseño hasta la demolición, a través de técnicas de optimización heurística multiobjetivo, toma de decisiones y análisis del ciclo de vida social y ambiental.

Figura 3. Puente de la Gran Belt, Dinamarca. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GreatBeltBridgeTRJ1-edit.JPG

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Trabajo Fin de Máster sobre análisis del ciclo de vida y optimización del puente de la Bahía de Zhanjiang (China)

Acaba de defender su Trabajo Fin de Máster el estudiante Zijian Cao para obtener el Máster Universitario en Planificación y Gestión en Ingeniería Civil. Se trata del análisis del ciclo de vida y optimización aplicado al puente de la Bahía de Zhanjiang en China. He tenido la oportunidad de ser su director de máster, aunque ha sido un verdadero reto debido a la dificultad del idioma. Al cabo de unos años, Zijian ya habla español de forma fluida. Ha obtenido la calificación de sobresaliente. Mi más sentida enhorabuena.

El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. Os paso el resumen de su trabajo. Espero que os sea de interés.

En la actualidad, el mundo está avanzando hacia un modelo de desarrollo más sostenible para hacer frente al grave impacto ambiental. En este sentido, los investigadores tienen que enfocarse en la innovación de materiales, el manejo de personal y el uso de maquinarias con el fin de controlar y reducir la contaminación ambiental mediante métodos científicos y medidas eficaces de optimización, logrando así un desarrollo sostenible y respetuoso con el medio ambiente en las construcciones.

Puente de la Bahía de Zhanjiang. https://megaconstrucciones.net/?construccion=puente-bahia-zhanjiang

Para llevar a cabo este trabajo, se ha realizado una investigación exhaustiva de los factores que influyen en el impacto ambiental de las construcciones, analizando la información actual de los impactos ambientales en China y países europeos. Posteriormente, se ha establecido un modelo teórico efectivo que permita aplicar un Análisis de Ciclo de Vida (ACV) y utilizado modelos de cálculo y software de análisis para lograr los objetivos de la investigación.

El enfoque principal del trabajo es el análisis teórico y el estudio de casos. A través del modelo teórico establecido, se efectúa un análisis detallado de los impactos de los materiales, la planificación y el diseño, la instalación, el mantenimiento, la operación y la demolición de puentes complejos. Sobre la base del modelo teórico original, se han contemplado métodos en diseño, métodos de construcción y gestión, que se benefician del ahorro de costos y la reducción de emisiones. Este trabajo no solo contribuye con resultados concretos, sino que también establece un marco para futuras investigaciones en este campo. Además, proporciona datos, modelos y métodos de investigación para la sostenibilidad en la construcción.

Integración del proyecto estructural en BIM. Estado del arte

Acaban de publicarnos en la revista Journal of Building Engineering, que está en el primer decil del JCR, un artículo de revisión sobre la integración del proyecto estructural en BIM. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Podéis descargar el artículo gratuitamente al tratarse de una publicación en acceso abierto: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S235271022200331X

La revolución hacia la Industria 4.0 en el sector AECO ha tomado como uno de sus puntos centrales el Building Information Modelling (BIM). Las capacidades de BIM para la automatización, la interoperabilidad y la sostenibilidad juegan un papel clave en este cambio. En este artículo se presenta una revisión bibliográfica sobre la adopción de BIM para el proyecto estructural. El objetivo de la revisión presentada es establecer el estado actual del conocimiento de la implementación de la metodología BIM en el campo del análisis estructural. Se han seleccionado trabajos relacionados con estos dos temas simultáneamente, BIM y análisis de estructuras, durante los últimos 10 años. La literatura se ha analizado desde dos enfoques diferentes. En primer lugar, se ha realizado un análisis bibliométrico, estudiando la producción sobre el tema. En segundo lugar, se han seleccionado y analizado 81 artículos representativos, estableciendo áreas temáticas a través del análisis de clúster. También se han clasificado los artículos a partir de varias categorizaciones basadas en el ciclo de vida estructural y su objetivo. Por último, se efectúa un análisis DAFO a partir de estos datos para crear un marco completo que muestre el estado de la integración del proyecto estructural en entornos BIM y los posibles desarrollos y riesgos futuros. Este conjunto de estudios muestra una tendencia hacia las herramientas de diseño y las nuevas construcciones. Mientras que la automatización y el diseño asistido por ordenador han sido una tendencia en la investigación durante varios años, se ha señalado una laguna en la investigación sobre el análisis estructural a través de BIM para los edificios existentes y del patrimonio, mostrando su capacidad para mejorar el análisis de los edificios existentes y su mantenimiento.

Highlights:

  • The state-of-art of the integration of the structural project into BIM environments has been performed.
  • A quantitative approach has been performed studying the scientific production of the topic.
  • A qualitative analysis through proof-reading 81 articles relates the design phase and the agent involved in it to weigh the received attention.
  • A cluster analysis on keywords of 81 articles reveal the trends in BIM research.
  • Discussion through SWOT system reveals the different trends, weaknesses and further opportunities in the research area.

Abstract:

The revolution towards Industry 4.0 in the AECO Industry has taken Building Information Modelling (BIM) as one of its central points. BIM abilities for automatization, interoperability and sustainability play a key role in this change. In this paper, a literature review about BIM adoption for the structural project is presented. The aim of the presented review is to clearly establish the current state of knowledge of the implementation of the BIM methodology in the field of structural analysis. Papers related to these two topics simultaneously, BIM and structure analysis, during the last 10 years have been selected. The literature has been analysed from two different approaches. First, bibliometric analysis has been performed, studying the production on the topic. Secondly, 81 representative papers have been selected and analysed, establishing thematic areas via cluster analysis. The articles have also been classified upon several categorizations based on the structural life cycle and their aim. Finally, a SWOT analysis is performed from this data to create a complete framework that shows the state of the integration of the structural project in BIM environments and possible future developments and risks. This set of studies shows a tendency towards design tools and new buildings. While automatization and computer-aided design have been a trend in the research for several years, a research gap on the structural analysis via BIM for existing and heritage buildings has been pointed out, showing its ability to improve the analysis of existing buildings and its maintenance.

Keywords: BIM; Structural project; Building performance; Literature review; Life cycle

Referencia:

FERNÁNDEZ-MORA, V.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Integration of the structural project into the BIM paradigm: a literature review. Journal of Building Engineering, 53:104318. DOI:10.1016/j.jobe.2022.104318.

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Integración de la rehabilitación estructural de edificios en los entornos BIM

En este artículo continuamos la línea de investigación que está desarrollando nuestro grupo de investigación en relación con BIM. Se trata de un artículo que nos acaban de publicar en archiDOCT y que podéis encontrar también en este enlace.

BIM (Building Information Modeling) es una tecnología líder en la Industria de la Arquitectura, Ingeniería y Construcción (Industria AEC). La mayoría de profesionales están adoptando esta tecnología en su día a día, mejorando sus capacidades. Otra gran tendencia en la industria AEC es la rehabilitación de edificios fuera de uso o antiguos y su adaptación a las nuevas demandas. Últimamente, la renovación y rehabilitación de edificios ha producido más ingresos que la construcción de nuevos edificios en el mercado inmobiliario español. El uso de BIM para los edificios existentes combina las capacidades de gestión de datos de BIM con las tendencias económicas del sector dando a los profesionales nuevas herramientas para adaptar esos edificios. El refuerzo estructural puede ser necesario durante las rehabilitaciones por lo que se suele realizar un peritaje estructural.

En este trabajo, hemos creado una herramienta vinculada a Autodesk Revit que puede extraer los datos necesarios del modelo BIM y realizar una prueba de peritaje a una viga de hormigón. Utilizando BIM para este fin, se pueden utilizar los datos almacenados para determinar la necesidad de refuerzo estructural y ofrecer al profesional más control sobre el proyecto. El uso de esos datos acorta los plazos y evita errores y descuidos en el diseño. Como el modelo de información del edificio es una base de datos rica en información, puede proporcionar los datos necesarios para garantizar el análisis. Se realiza un estudio de caso que muestra las capacidades de la herramienta. La investigación contribuye a integrar la rehabilitación estructural en los entornos BIM reduciendo la redundancia en el software y unificando tanto el almacenamiento como el análisis de datos a través de la metodología BIM.

ABSTRACT:

Building Information Modelling (BIM) is a leading technology in the Architecture, Engineering and Construction Industry (AEC Industry) and nowadays is being adopted for most professionals and improving its capabilities. There is another big trend in the AEC Industries, the rehabilitation of unused or old buildings and its adaptation to the new demands. Lately, building renovation and rehabilitation have produced more income than the construction of new buildings in the Spanish housing market. The use of BIM for existing buildings combines the BIM data management abilities with the economic trends in the industry giving the professionals new tools to adapt those buildings. Structural reinforcement may be needed during the rehabilitations so structural expertise is usually performed. In this paper, we have created a tool linked to Autodesk Revit that can extract the necessary data from the BIM model and perform an expertise test through a concrete beam. By using BIM for this purpose, we can use the data stored in the BIM model to determine the necessity or not of structural reinforcement and give the professional more control over the project. The use of that stored data shortens the working time for the professional and avoids errors and oversights in the design. Since the building information model is a rich information database it can provide the necessary data to ensure the analysis. A case study is performed showing the capabilities of the tool. The research contributes to integrating structural rehabilitation into the BIM environments reducing the redundancy in software and unifying both, data storage and data analysis via the BIM methodology.

Keywords:

BIM; structural design; architectural risk; renovation; structural expertise; BPS tools.

Referencia:

FERNÁNDEZ-MORA, V.; YEPES, V. (2022). Structural Expertise Through BIM. ArchiDOCT, Vol.17.2, Issue 9(2).

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Special Issue “New Trends in Smart Construction Education and Research”

J Multidisciplinary Scientific Journal (ISSN 2571-8800) is a peer-reviewed, open access journal on all natural and applied sciences published quarterly online by MDPI. The goal of this journal is to improve dissemination of new research results and ideas, and to allow research groups to build new studies, innovations and knowledge.

  • Open Access— free for readers, free to re-use.
  • High Visibility: indexed within FSTACAPlus / SciFinder, and many other databases.
  • Recognition of reviewers: reviewers who provide timely, thorough peer-review reports receive vouchers entitling them to a discount on the APC of their next publication in any MDPI journal, in appreciation of the work done.

Special Issue “New Trends in Smart Construction Education and Research”

Deadline for manuscript submissions: 31 December 2021.

Special Issue Editor

Prof. Dr. Víctor Yepes Website

Guest Editor

Institute of Concrete Science and Technology (ICITECH), Universitat Politècnica de València, 46022 València, Spain
Interests: multiobjective optimization; structures optimization; lifecycle assessment; social sustainability of infrastructures; reliability-based maintenance optimization; optimization and decision-making under uncertainty
Special Issues and Collections in MDPI journals

Special Issue Information

Dear Colleagues,

University education related to architecture, engineering and construction is changing rapidly, especially in these challenging times of the COVID-19 pandemic. Methodologies are changing: competency-based education is being imposed, online teaching, and affecting active participation of students in the learning process, among others. In fact, the education provided today at universities should be the basis for future graduates to be able to practice their profession in the coming decades. It cannot, therefore, be taught the same as it has been taught for the last 50 years.

In this educational context, the concept of “smart construction” takes on special importance. It is a concept that is associated with digital design, information and communication technologies, artificial intelligence, BIM, Lean Construction, prefabrication, drones, robotization, the Internet of Things and automation, innovation and sustainability, among many other concepts. Among these concepts, one that particularly interests me is the association with new construction methods (a term that includes new products and new construction procedures). They aim to improve business efficiency, quality, customer satisfaction, environmental performance, sustainability and predictability of delivery times. Therefore, modern construction methods are more than just a particular focus on the product. They engage people to seek improvements, through better processes, in construction delivery and execution. For all this technological revolution to be possible, it is essential to change the current educational methods in universities, especially in those engineering studies related to the field of construction. The challenge is twofold: on the one hand, to teach those trends in smart construction that will become a reality in the coming years and, on the other hand, to change the way of teaching at the university, adapting to these new technologies.

This Special Issue aims at promoting original and high-quality papers on new trends in Architecture, Engineering and Education from a multidisciplinary perspective. In particular, the Special Issue seeks to collect best educational practices, innovations in the learning process, problem- and project-based education, collaborative learning, etc. It is about collecting the trends towards which university education related to the world of construction is heading.

We cordially invite you to submit a high-quality original research paper or review to this Special Issue,“ New Trends in Smart Construction Education and Research”.

Prof. Dr. Víctor Yepes
Guest Editor

 

Manuscript Submission Information

Manuscripts should be submitted online at www.mdpi.com by registering and logging in to this website. Once you are registered, click here to go to the submission form. Manuscripts can be submitted until the deadline. All papers will be peer-reviewed. Accepted papers will be published continuously in the journal (as soon as accepted) and will be listed together on the special issue website. Research articles, review articles as well as short communications are invited. For planned papers, a title and short abstract (about 100 words) can be sent to the Editorial Office for announcement on this website.

Submitted manuscripts should not have been published previously, nor be under consideration for publication elsewhere (except conference proceedings papers). All manuscripts are thoroughly refereed through a single-blind peer-review process. A guide for authors and other relevant information for submission of manuscripts is available on the Instructions for Authors page. J is an international peer-reviewed open access quarterly journal published by MDPI.

Keywords

  • university education
  • collaborative learning
  • online teaching
  • new educational technologies
  • engineering and architecture
  • COVID-19
  • smart construction
  • lean construction
  • BIM
  • sustainability

Constructibilidad para la optimización en BIM y gemelos híbridos digitales

En otros artículos anteriores ya hemos hablado de la computación cuántica y los gemelos híbridos digitales en ingeniería civil y edificación. Ahora os paso una comunicación que hicimos en el EAAE-ARCC International Conference que se celebró en Valencia el verano pasado, organizado por la Universitat Politècnica de València.

La introducción de los estándares de Lean Construction en la industria de la construcción ha cambiado la forma en que los profesionales abordan los problemas. El BIM y los gemelos digitales híbridos son nuevas tecnologías que mejoran la eficiencia de los procedimientos del sector. Los algoritmos de optimización se utilizan a menudo en combinación con estas técnicas para mejorar el resultado en varios puntos de la fase de diseño, incluyendo el proyecto estructural. La optimización puede realizarse utilizando diferentes criterios, como la economía, la sostenibilidad, el consumo de energía o la constructibilidad o una combinación entre ellos. Aunque existen fórmulas exactas para cuantificar algunos de estos criterios, no existe una universal para cuantificar la constructibilidad. En este artículo, establecemos los puntos clave para crear un criterio de constructibilidad para cada proyecto estructural y explorar su eficiencia. La forma de cuantificar la constructibilidad depende del diseño estructural y del elemento a optimizar y como no existe una fórmula exacta para cuantificarla se han definido los diferentes factores que influyen en ella y se han explorado sus combinaciones para un determinado problema estructural: la optimización de una viga de hormigón. Con ello, se consigue cuantificar la facilidad para construir un determinado proyecto estructural y reducir el tiempo de construcción y el coste de las cuadrillas y crear una forma de mejorar el diseño estructural. Este método expuesto puede ampliarse luego a diferentes elementos estructurales.

Referencia:

FERNÁNDEZ-MORA, V.; YEPES, V. (2020). Constructability criterion for structural optimization in BIM and Hybrid Digital Twins. EAAE-ARCC International Conference, June, 10-13, Valencia, 8 pp. DOI: http://dx.doi.org/10.4995/EAAE-ARCC-IC-2020.2020.XXXX

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Métodos modernos de construcción (MMC): fabricación modular

Figura 1. Construcción modular. https://www.draytonfox.com/modern-methods-of-construction/

La construcción modular y la prefabricación son técnicas ya veteranas en el ámbito de la ingeniería civil y la edificación. Desde que en 1936 Eugène Freyssinet construyera el primer puente de hormigón pretensado del mundo, en el que las vigas y tableros eran prefabricados, la tecnología ha experimentado un avance imparable. Por otra parte, la construcción modular tiene una larga historia en la gestión de la innovación (Simon, 1962). Sin embargo, la auténtica revolución que supone la inteligencia artificial, las tecnologías BIM y los retos de la sostenibilidad están cambiando radicalmente este concepto y lo está llevando a una nueva dimensión. En efecto, estamos ante la revolución de los métodos modernos de construcción. Este es el concepto del que vamos a hablar a continuación.

Los métodos modernos de construcción (Modern Methods of Construction, MMC) , o como algunos llaman “construcción inteligente“, constituyen alternativas a la construcción tradicional. Este concepto MMC lo utilizó el gobierno del Reino Unido para describir una serie de innovaciones en la construcción de viviendas, la mayoría de las cuales son tecnologías de construcción en fábrica (Gibb, 1999). Es un término que cubre una amplia gama de tecnologías basada en la fabricación modular, ya sea “in situ” o en otra ubicación, que está revolucionando la forma de construir edificios de forma más rápida, rentable y eficiente. También suele llamarse construcción “off-site”. Un ejemplo no muy lejano ha sido la construcción de dos hospitales de campaña en Wuhan (China) en solo 12 días debido a la epidemia del coronavirus. Por ejemplo, países como Suecia y Japón lideran la construcción MMC. En Suecia, casi la mitad de las viviendas de nueva construcción utilizan este método, llegando al 80% en el caso de viviendas unifamiliares. Japón, es el país donde se construye mayor número de viviendas nuevas con este método, aunque no llegan al 20% del total. Incluso podemos leer una noticia de hace unos días donde el alcalde de Londres apoya decididamente la aplicación de diseño de viviendas modulares.

Los diferentes métodos MMC incluyen el sistema de paneles planos prefabricados, módulos volumétricos 3D (Figuras 1 y 3), construcción con losas planas, paneles de cerramiento prefabricados (Figura 2), muros y forjados de hormigón, tecnología de doble pared (Figura 4), cimientos de hormigón prefabricado, aislamiento de encofrados de hormigón, entre otros. No obstante, la gestión de los sistemas 1D/2D respecto a los volumétricos 3D es muy diferente (López, 2017).

Tabla 1. Principales diferencias entre los sistemas modulares basados en elementos 1D y 2D frente a celdas 3D (López, 2017)

La reciente norma UNE 127050:2020 trata justamente de los sistemas constructivos industrializados para edificios construidos a partir de elementos prefabricados de hormigón, así como de los requisitos de comportamiento, fabricación, instalación y verificación.

Figura 2. Paneles de cerramiento prefabricados (precast cladding panels). https://www.designingbuildings.co.uk/wiki/Precast_concrete_cladding

Las ventajas de la construcción MMC frente a la construcción tradicional son evidentes. Los módulos permiten un ahorro de tiempo de hasta el 50%, pues éstos se elaboran en fábrica, sin incidencia del clima. Una vez llegan a la obra, se ensamblan, interrumpiendo al mínimo la propia obra, pues el 80% de la actividad de la construcción se ha realizado lejos de la obra. Permite el uso de materiales respetuosos con el medio ambiente, reduciéndose el desperdicio. Los módulos son de diseño atractivo e innovador, con materiales de elevada calidad, con un diseño a medida del cliente. La construcción en fábrica permite la fabricación con tolerancias estrictas, la reducción de los errores, promueve la seguridad, no estando los materiales a la intemperie durante la construcción. Además, permite el uso de materiales durables, que mejoran el aislamiento acústico, la protección contra incendios y la eficiencia energética. Sin embargo, en algunos países el uso de las MMC presenta costes más elevados que la construcción tradicional. Otras barreras son la falta de mano de obra especializada, la escasez de suministros o la regulación existente (Rahman, 2014). Con todo, la actual crisis del Covid-19 puede acelerar los cambios necesarios. De todos modos, los métodos MMC constituyen un producto diferente al del mercado de la construcción tradicional. La construcción modular, al tratarse de un producto alternativo, en lugar de competir, complementará el mercado tradicional. El objetivo es aumentar la productividad de los recursos disponibles mejorando la calidad, la eficiencia empresarial, la satisfacción del cliente, el rendimiento ambiental, el índice de sostenibilidad y el control de los plazos de entrega (Yepes et al., 2012; Pellicer et al., 2014, 2016).

Figura 3. Módulos volumétricos 3D (3D volumetric modules). http://www.ehu.eus/ehusfera/industrialized-architecture/page/4/

En la tabla siguiente, elaborada por Alejandro López, se pueden ver las diferencias más notables entre la construcción industrializada frente a la tradicional.

Tabla 2. Diferencias entre construcción tradicional e industrializada (Alejandro López).

  Construcción tradicional

Construcción industrializada

Definición Más posibilidades de cambios a lo largo de todo el proceso Etapas claramente definidas, empezando desde el proyecto
Calidad Elementos se manufacturan y/o ejecutan en la propia obra, mayor influencia del error humano (más rechazos) Mayor control (cada pieza tiene su destino), menor influencia del error humano (se sustituyen los albañiles por montadores: la pieza tiene su lugar)
Precisión Se admiten los errores. Las tolerancias se basan en centímetros La precisión dimensional y espacial de los elementos es crucial. Las tolerancias se basan en milímetros
Mano de obra Dependencia casi exclusiva de la capacitación técnica de la mano de obra humana disponible Procesos más automatizados
Coste En origen, normalmente menor. Pero mayor riesgo de imprevistos y desviaciones económicas Precio cerrado en proyecto
Tiempo El mayor grado de indefinición y la mayor interacción entre los distintos agentes provoca desviaciones en tiempo y, por tanto, en costes Mayor grado de cumplimiento en la planificación de la obra, rápida apertura de tajos para otros gremios, menor dependencia de las condiciones climatológicas
Materiales La obra es la fábrica al mismo tiempo. Muchos excedentes de materiales Menor generación de residuos

Una de las claves que acelerará, sin duda, la adopción de los métodos MMC es la introducción de la metodología BIM en los proyectos de edificación o de infraestructuras. En España, las administraciones públicas ya van dando pasos hacia la exigencia de que los proyectos de edificación o infraestructuras se realicen bajo la metodología BIM. Tanto MMC como BIM aumentan claramente la calidad del producto, la sostenibilidad y la mejora del servicio a lo largo del ciclo de vida del activo. A este respecto, recomiendo leer la guía BIM para empresas de prefabricados de hormigón (ANDECE, 2020).

En la feria Construmat de Barcelona (mayo de 2019), McKinsey & Company presentó un informe en el que se detalla cómo la tecnología basada en datos podría ayudar a las empresas españolas de infraestructuras a tomar decisiones más inteligentes, reducir el riesgo y mejorar los resultados de los proyectos. Por tanto, BIM, la automatización de procesos, la inteligencia artificial, el Big Data, las tecnologías en la nube o la interacción con Internet de las Cosas suponen el revolución que lanzará definitivamente la construcción inteligente.

Figura 4. Tecnología de doble pared (twin wall technology). https://www.cornishconcrete.co.uk/products/twin-wall/

Dentro de nuestro grupo de investigación estamos trabajando en la tesis doctoral de Antonio Sánchez Garrido sobre este tipo de aspectos. En una de sus primeras publicaciones en revista indexada en el primer decil de JCR (Sánchez-Garrido y Yepes, 2020), se han aplicado técnicas analíticas de toma de decisiones multicriterio (MCDM) y análisis del ciclo de vida, a una tipología de construcción tradicional de una vivienda unifamiliar, y a dos alternativas diferentes basadas en MMC. Se propone un índice de sosteniblidad, que incluye atributos tangibles e intangibles, así como factores de incertidumbre y riesgos, que permite a los promotores priorizar soluciones que aseguren la sostenibilidad económica, social y medioambiental.

Os dejo algunos vídeos al respecto de esta nueva tecnología.

Os dejo como información complementaria un artículo de Alejandro López de hace apenas tres años, pero donde ya se empezaba a vislumbrar un crecimiento exponencial de la construcción modular.

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Referencias:

AENOR (2020). UNE 127050:2021. Sistemas constructivos industrializados para edificios construidos a partir de elementos prefabricados de hormigón. Requisitos de comportamiento, fabricación, instalación y verificación.

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Computación cuántica y gemelos híbridos digitales en ingeniería civil y edificación

La ciudad Estado de Singapur desarrolla una copia virtual de sí misma, un proyecto basado en big data, IoT, computación en la nube y realidad virtual. https://www.esmartcity.es/2019/03/22/singapur-gemelo-digital-posibilidades-ofrece-ciudad-inteligente-tener-copia-virtual-exacta

En menos de una década, gran parte de los ingenieros dejarán de hacer proyectos, tal y como lo conocemos ahora, y pasarán a ser gestores de gemelos híbridos digitales de infraestructuras.

Este podría ser un buen titular periodístico que, incluso podría parecer ciencia ficción, pero que tiene todos los visos de convertirse en realidad en menos tiempo del previsto. Se podría pensar que las tecnologías BIM o los modelos digitales actuales ya son una realidad, es decir, se trata de dar un nuevo nombre a lo que ya conocemos y está en desarrollo, pero de lo que estamos hablando es de un nuevo paradigma que va a revolver los cimientos de la tecnología actual en el ámbito de la ingeniería. Voy a desgranar esta conclusión explicando cada uno de los avances y los conceptos que subyacen al respecto.

La semana pasada tuve la ocasión de escuchar la conferencia magistral, en el Congreso CMMoST, de Francisco Chinesta, catedrático en la ENSAM ParisTech e ingeniero industrial egresado por la Universitat Politècnica de València. Trataba de un nuevo paradigma en la ingeniería basada en datos y no era otra que la de los gemelos híbridos digitales, un paso más allá de la modelización numérica y de la minería de datos. Este hecho coincidió con el anuncio en prensa de que Google había publicado en la prestigiosa revista Nature un artículo demostrando la supremacía cuántica, un artículo no exento de polémica, pues parece ser que se diseñó un algoritmo que tiene como objetivo generar números aleatorios mediante un procedimiento matemático muy complejo y que obligaría al superordenador Summit, que es actualmente el más potente del mundo gracias a sus 200 petaflops, a invertir 10.000 años en resolver el problema, que que el procesador cuántico Sycamore de 54 qubits de Google habría resuelto en tres minutos y 20 segundos.

Si nos centramos en la supuesta supremacía cuántica de Google, se debería matizar la noticia al respecto. En efecto, IBM ya se ha defendido diciendo que su ordenador Summit no se encuentra tan alejado, pues se ha resuelto un problema muy específico relacionado con generar números aleatorios y que parece que Sycamore sabe resolver muy bien. De hecho, IBM afirma que ha reajustado su superordenador y que ahora es capaz de resolver ese mismo problema en 2,5 días con un margen de error mucho menor que el ordenador cuántico. Aquí lo importante es saber si esta computación cuántica estará, sin trabas o límites, accesible a cualquier centro de investigación o empresa para resolver problemas de altísima complejidad computacional (problemas NP-hard como pueden ser los de optimización combinatoria). Tal vez los superordenadores convencionales servirán para resolver unos problemas específicos en tareas convencionales, y los cuánticos, imparables en resolver otro tipo de problemas. Todo se andará, pero parece que esto es imparable.

Por tanto, parece que el hardware necesario para la una computación ultrarrápida está o estará a nuestro alcance en un futuro no muy lejano. Ahora se trata de ver cómo ha cambiado el paradigma de la modelización matemática. Para ello podríamos empezar definiendo al “gemelo digital”, o digital twin. Se trata de un modelo virtual de un proceso, producto o servicio que sirve de enlace entre un ente en el mundo real y su representación digital que está utilizando continuamente datos de los sensores. A diferencia del modelado BIM, el gemelo digital no representa exclusivamente objetos espaciales, sino que también podría representar procesos, u otro tipo de entes sin soporte físico. Se trata de una tecnología que, según todos los expertos, marcarán tendencia en los próximos años y que, según el informe “Beyond the hype“, de KPMG, será la base de la cuarta Revolución Industrial.

https://www.geofumadas.com/por-que-usar-gemelos-digitales-en-la-construccion/

Sin embargo, el gemelo digital no es una idea nueva, pues a principios de este siglo ya la introdujo Michael Grieves, en colaboración con John Vickers, director de tecnología de la NASA. Esta tecnología se aplica al Internet de las Cosas, que se refiere a la interconexión digital de objetos cotidianos con internet. Además, se encuentra muy relacionada con la inteligencia artificial y con la minería de datosdata-mining“. Empresas como Siemens ya están preparando convertir sus plantas industriales en fábricas de datos con su gemelo digital, o General Electric, que cuenta ya con 800.000 gemelos digitales para monitorizar virtualmente la cadena de suministro.

Con todo, tal y como explicó el profesor Chinesta (Chinesta et al., 2018), existe actualmente un cambio de paradigma hacia los gemelos digitales híbridos que, extrapolando su uso, va a significar la gran revolución en la forma de proyectar y gestionar las infraestructuras, tal y como avancé al principio del artículo.

En efecto, los modelos utilizados en ciencia y en ingeniería son muy complejos. La simulación numérica, la modelización y la experimentación han sido los tres pilares sobre los que se ha desarrollado la ingeniería en el siglo XX. La modelización numérica, que sería el nombre tradicional que se ha dado al “gemelo digital” presenta problemas prácticos por ser modelos estáticos, pues no se retroalimentan de forma continua de datos procedentes del mundo real a través de la monitorización continua. Estos modelos numéricos (usualmente elementos finitos, diferencias finitas, volumen finito, etc.) son suficientemente precisos si se calibran bien los parámetros que lo definen. La alternativa a estos modelos numéricos son el uso de modelos predictivos basados en datos masivos big-data, constituyendo “cajas negras” con alta capacidad de predicción debido a su aprendizaje automáticomachine-learning“, pero que esconden el fundamento físico que sustentan los datos (por ejemplo, redes neuronales). Sin embargo, la experimentación es extraordinariamente cara y lenta para alimentar estos modelos basados en datos masivos.

El cambio de paradigma, por tanto, se basa en el uso de datos inteligentes “smart-data paradimg“. Este cambio se debe basar, no en la reducción de la complejidad de los modelos, sino en la reducción dimensional de los problemas, de la retroalimentación continua de datos del modelo numérico respecto a la realidad monitorizada y el uso de potentes herramientas de cálculo que permitan la interacción en tiempo real, obteniendo respuestas a cambios paramétricos en el problema. Dicho de otra forma, deberíamos poder interactuar a tiempo real con el gemelo virtual. Por tanto, estamos ante otra realidad, que es el gemelo virtual híbrido.

Por tanto, estamos ahora en disposición de centrarnos en la afirmación que hice al principio. La nueva tecnología en gemelos digitales híbridos, junto con la nueva capacidad de cálculo numérico en ciernes, va a transformar definitivamente la forma de entender, proyectar y gestionar las infraestructuras. Ya no se trata de proyectar, por ejemplo, un puente. Ni tampoco estamos hablando de diseñar un prototipo en 3D del mismo puente, ni siquiera de modelar en BIM dicha estructura. Estamos hablando de crear un gemelo digital que se retroalimentará continuamente del puente real, que estará monitorizado. Se reajustarán los parámetros de cálculo del puente con los resultados obtenidos de la prueba de carga, se podrán predecir las labores de mantenimiento, se podrá conocer con antelación el comportamiento ante un fenómeno extraordinario como una explosión o un terremoto. Por tanto, una nueva profesión, que será la del ingeniero de gemelos virtuales híbridos de infraestructuras será una de las nuevas profesiones que reemplazarán a otras que quedarán obsoletas.

Se tratará de gestionar el gemelo durante el proyecto, la construcción, la explotación e incluso el desmantelamiento de la infraestructura. Se podrán analizar cambios de usos previstos, la utilización óptima de recursos, monitorizar la seguridad, y lo más importante, incorporar nuevas funciones objetivo como son la sostenibilidad económica, medioambiental y social a lo largo del ciclo de vida completo. Este tipo de enfoque es el que nuestro grupo de investigación tiene en el proyecto DIMILIFE. Proyectos como puentes, presas, aeropuertos, redes de carreteras, redes de ferrocarriles, centrales nucleares, etc. tendrán su gemelo digital. Para que sea efectivo, se deberá prever, desde el principio, la monitorización de la infraestructura para ayudar a la toma de decisiones. Además, servirá para avanzar en la aproximación cognitiva en la toma de decisiones (Yepes et al., 2015).

Os paso a continuación un vídeo sobre el uso de los gemelos digitales en la ciudad de Singapur.

A continuación os pongo un vídeo sacado de la página de Elías Cueto, de la Universidad de Zaragoza, en la que vemos cómo se interactúa con un gemelo virtual de un conejo.

 

En este otro vídeo, el profesor Chinesta explica el cambio de paradigma del que hemos hablado anteriormente en el artículo.

¿Qué es la computación cuántica? Aquí tenemos un vídeo de Eduardo Sáenz de Cabezón:

Referencias:

Chinesta, F.; Cueto, E.; Abisset-Chavanne, E.; Duval, J.L. (2018). Virtual, Digital and Hybrid Twins: A New Paradigm in Data-Based Engineering and Engineered Data. Archives of Computational Methods in Engineering, DOI: 10.1007/s11831-018-9301-4

Yepes, V.; García-Segura, T.; Moreno-Jiménez, J.M. (2015). A cognitive approach for the multi-objective optimization of RC structural problems. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15(4):1024-1036. DOI:10.1016/j.acme.2015.05.001

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