Las nuevas directivas europeas sobre eficiencia energética, que establecen en un 55% la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) a alcanzar para el año 2030, están activando los proyectos de renovación profunda de edificios, ya que son en gran medida responsables de estas emisiones. Esta alta demanda de transformación del parque inmobiliario existente nos hace plantearnos la necesidad de ejecutar este tipo de proyectos de renovación en el menor tiempo posible. Además, no podemos olvidar la necesidad de ofrecer un adecuado balance de coste/beneficio para las intervenciones propuestas.
Y en este proceso de transición hacia edificios climáticamente neutros, ¿cómo puede ayudar el uso de nuevas tecnologías y la aplicación de metodologías como BIM (Building Information Modelling en su definición en inglés) en la realización de proyectos de renovación profunda? El uso de modelos BIM, tradicionalmente utilizados en edificios de nueva construcción, puede proporcionarnos una ayuda importante en la toma de decisiones a la hora de escoger las soluciones a implementar en los proyectos de renovación.
Este era uno de los objetivos principales del proyecto H2020 BIM-SPEED , mejorar los proyectos de renovación profunda de edificios residenciales, reduciendo el tiempo y los costes asociados de los mismos, y fomentando el uso de BIM entre los diferentes grupos de personas involucradas. Para ello, se estandarizaron procesos, con la creación de Casos de Uso, y se desarrollaron diferentes herramientas basadas en BIM que formaban parte del ecosistema de la plataforma web BIM-SPEED, así como material de formación sobre uso1. Para afrontar los problemas de interoperabilidad se implementaron diferentes ETLs (Extract, Transform and Load) y conectores BIM.
Marco de interoperabilidad entre las herramientas basadas en BIM (BIM tools) y la plataforma web BIM-SPEED, donde se muestra la conexión con las ETLs y conectores BIM (BIM Con.) implementados, Para garantizar la fiabilidad de los datos, diferentes herramientas de chequeo (Checker) fueron también aplicadas.
Asimismo, se pudo comprobar cómo de beneficioso resulta la combinación de técnicas de Machine Learning con modelos BIM para la toma de decisiones en los proyectos de renovación profunda, permitiendo seleccionar de un modo automático la opción de renovación más adecuada, en función de la regulación existente en cada país vinculada a la envolvente del edificio, así como una serie de parámetros de entrada definidos por el usuario sobre restricciones en la implementación2. También resultó de gran interés por parte de los usuarios finales la combinación del proceso Scan to BIM, con la creación automática de muros en BIM, utilizando nubes de puntos como datos de entrada3.
Y ahora, ¿qué más?
Las posibilidades que tiene el uso de modelos BIM no acaban con la fase de renovación del edificio. Estos modelos también pueden jugar un papel clave en la fase de operación y mantenimiento. El desarrollo de gemelos digitales de edificios basados en modelos BIM puede ayudar a la optimización y control de edificios para mejorar su rendimiento energético. En esta línea comienzan su andadura proyectos comoBuildON, coordinado por CARTIF, y SMARTeeSTORY, éste último centrado en el control y optimización del rendimiento energético de edificios históricos no residenciales. En entradas posteriores os iremos contando los avances al respecto.
2 Mulero-Palencia, S.; Álvarez-Díaz, S.; Andrés-Chicote, M. Machine Learning for the Improvement of Deep Renovation Building Projects Using As-Built BIM Models. Sustainability2021, 13, 6576. https://doi.org/10.3390/su13126576
3 Álvarez-Díaz, S.; Román-Cembranos, J.; Lukaszewska, A.; Dymarski, P. 3D Modelling of Existing Asset Based on Point Clouds: A Comparison of Scan2BIM Approaches. In 2022 IEEE International Workshop on Metrology for Living Environment (MetroLivEn); IEEE, 2022; pp 274–279. https://doi.org/10.1109/MetroLivEnv54405.2022.9826964
Esta frase que ya forma parte de la historia, y que a la mayoría nos suena familiar aunque pertenezcamos a otra generación, se utilizó por los astronautas a bordo de la nave espacial Apolo13 después de que explosionara un tanque de oxígeno en la misma, dos días después de que comenzará su misión espacial de aterrizar en la luna, cuyo lanzamiento había tenido lugar el 11 de abril de 1970. Durante días, este acontecimiento fue mundialmente seguido por millones de personas para saber la suerte que les depararía a los 3 astronautas a bordo de la nave. Mientras tanto, desde la NASA se dedicaron a generar a contrarreloj una réplica digital mediante simuladores controlados por ordenador que replicarían las condiciones que se estaban produciendo en el espacio. Este modelo, que era fiel a la realidad, les permitía predecir el comportamiento que tendría la nave en el espacio para encontrar la solución más adecuada para poder traer de vuelta a la tripulación. Se podría decir que esta fue la primera aproximación hacia el concepto de gemelo digital.
Existen muchas definiciones diferentes del concepto de gemelo digital, o Digital Twin en su nombre en inglés, una de las primeras fue dada por Michael Grieves, experto en la gestión del ciclo de vida de los productos, cuya definición estaba centrada en la comparación virtual entre lo que se había producido con el diseño previo del producto, con el objetivo de mejorar los procesos de producción1. El campo de aplicación de los gemelos digitales es muy amplio, así como sus definiciones posibles, pero en términos generales podemos considerar que un gemelo digital es la representación digital de un activo físico, o de un proceso o sistema, del mundo físico real.
Los gemelos digitales se basan en la fidelidad de los mismos con la realidad, con el mundo físico, que nos permitan realizar predicciones futuras y optimizaciones en los mismos, donde se pretende que ambos ecosistemas, el del mundo físico y el ecosistema del gemelo digital (con la representación del mundo virtual), co-evolucionen entre sí, es decir, que se vean afectados el uno al otro y de un modo sincronizado. Esto es posible debido a que ambos modelos están conectados automáticamente de un modo bi-direccional. Cuando se produce solo la conexión automática de un modo uni-direccional, y que iría del modelo real existente en el mundo físico al modelo digital del mundo virtual, no podemos llamarlo como tal un gemelo digital, para estos casos recibiría el nombre de sombra digital. Un modelo digital por sí solo no podría considerarse un gemelo digital si no existe conexión automática entre el mundo físico y el virtual. El uso de Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) junto con las técnicas de Inteligencia Artificial, entre ellas el aprendizaje automático o Machine Learning, permiten al gemelo digital aprender, predecir y simular comportamientos futuros para mejorar su operación.
Y todo esto del gemelo digital, ¿para qué?
El uso de los gemelos digitales se puede utilizar en numerosos campos, por ejemplo en las líneas de fabricación industrial, para mejorar los procesos de producción, o aspectos como su sostenibilidad energética y ambiental, campos en los que proyectos como ECOFACT están trabajando actualmente. Otro uso de los gemelos digitales se podría dar en las ciudades inteligentes o Smart Cities, gracias a lo cual se podría mejorar la gestión vial, la recogida de residuos, etc. A nivel edificio puede ser útil su aplicación tanto a nivel terciario (aquellos edificios dedicados al sector servicios) como puede ser un aeropuerto (donde se podría utilizar para predecir y gestionar más adecuadamente el edificio basándose en patrones de uso, asociados al tráfico aéreo programado) así como un edificio comercial o industrial, centrándonos en este caso en el edificio en sí, y no tanto en la línea de producción comentada anteriormente. A nivel residencial, el uso de gemelos digitales del edificio nos podrían ser también de gran utilidad, ya que podríamos predecir el comportamiento térmico del mismo, asociado a patrones de uso, para mejorar el acondicionamiento térmico del ambiente interior y minimizar el consumo de energía.
Desde CARTIF llevamos ya tiempo trabajando en la creación de modelos digitales de edificios basados en BIM (Building Information Modelling), con diferentes propósitos, como puede ser la mejora de la toma de decisiones a la hora de realizar proyectos de renovación profunda de edificios, con la finalidad de obtener la renovación más adecuada y conseguir una reducción de tiempo y coste en los mismos, con proyectos como OptEEmAL o BIM-SPEED. Estos modelos BIM, funcionarían como un facilitador para la integración de los sistemas estáticos (mundo físico) y dinámicos (mundo lógico proveniente de datos de redes IoT-Internet of Things) de un edificio, además de proporcionar el control en todas las fases del ciclo de vida de un edificio, desde su diseño, construcción, comisionado de sistemas, la fase de operación y mantenimiento, así como la posible demolición.
Concepto de vinculación del mundo físico y digital a través de gemelos digitales basados en modelos BIM.
El reto que tenemos por delante en los próximos años, centrado en conseguir ciudades climáticamente neutras, que sean más sostenibles, funcionales y también inclusivas, hace que el uso de los gemelos digitales pueda ser de gran ayuda y vayan a ser cada día más utilizados y aplicados en estos ámbitos.
