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Fecha: 22/01/2018

Idioma: Castellano

Web: ver aquí

Autores: Alberto López, Encargado de PCI y Simulación Computacional y  José Manuel Ballesteros, Jefe de Departamento MEP de la empresa TPF GETINSA Euroestudios

Procedencia: Anuario 2017 AEIH

 

El futuro de la ingeniería en el ámbito de la edificación tiene 2 referentes claros e interrelacionados: BIM y simulación computacional. Por un lado se modela el edificio completo a nivel geométrico, estructural y de instalaciones, y por otro se modelan los fenómenos que pueden tener lugar en su interior (climatización, control de incendios, movimientos peatonales).El avance en BIM está permitiendo un mayor desarrollo de las simulaciones computacionales, al facilitar la generación de geometrías complejas exportables a partir del modelo .ifc e incluso permitir la integración completa de ambas tecnologías, mejorando tanto el proceso de simulación como la representación final de resultados

 

Evolución de la ingeniería de edificación

Hace ya muchos años que la ingeniería y el diseño industrial sufrieron una transformación crucial con el desarrollo de las herramientas de diseño asistido CAD/CAE/CAM (Computer Aided Design/Engineering/Manufacturing).Dichas herramientas permitieron integrar en una misma metodología de trabajo las distintas fases del diseño industrial, desde el diseño geométrico hasta la propia fabricación de cada elemento, pasando por los cálculos térmicos, estructurales, eléctricos, etc., empleando para ello la herramienta que se ha convertido ya en imprescindible para el ingeniero: el ordenador. Esta transformación está llegando ahora a la ingeniería de edificación y el diseño arquitectónico, con el auge de la metodología BIM (Building Information Modelling) y la simulación computacional en diversas áreas (cálculo estructural, simulaciones energéticas, circulación peatonal, protección contra incendios, etc.) (figura 1).

La complejidad de un edificio, sobre todo cuando pensamos en edificación singular,  es mucho mayor por regla general que la de una máquina. Intervienen en su diseño y construcción muchos elementos y profesiones muy diversas, desde la geotecnia y la interacción con el suelo hasta la arquitectura con su doble componente artística y funcional. El edificio además está formado por multitud de sistemas diferentes (estructura, instalaciones de todo tipo, mobiliario, fachadas, etc.) que deben estar debidamente coordinados para su correcto funcionamiento. Esta complejidad ha hecho que la revolución introducida por el diseño asistido por ordenador le haya tardado más en llegar que a otros sectores.

El nivel de desarrollo actual de la tecnología de computación ha permitido ya que ciertos elementos que eran impensables en edificación hasta hace poco tiempo sean ahora habituales, como son el modelado integral del edificio (arquitectura, estructura e instalaciones) o cálculos avanzados de resistencia estructural, incendios, circulación de personas, consumos energéticos, etc. Incluso se está empezando ya a aplicara la construcción de edificios esa tercera etapa del diseño mediante herramientas informáticas que es la fabricación asistida por ordenador (CAM), con el uso cada vez más extendido y avanzado de la tecnología de impresión 3D.

 

Modelado BIM (Building Information Modelling)

La introducción de la tecnología BIM en el diseño arquitectónico es una evolución comparable, si no mayor, a la aparición en su momento del dibujo por ordenador.

La diferencia principal con el diseño arquitectónico tradicional es que en BIM se genera como producto principal un modelo virtual del edificio con todos sus elementos, que permite a su vez obtener los planos necesarios para su representación tradicional. En pocas palabras, es el paso de una representación bidimensional discreta (planos) a un modelado tridimensional integral (modelo BIM) basado en un sistema de base de datos que contiene todas las propiedades del modelo virtual generado.

BIM va incluso más allá, incluyendo en el modelo el tiempo de ejecución (4D) y el coste de la misma (5D). El modelo generalmente está además geo-referenciado, incluyendo por tanto la información del terreno y la localización del edificio.

Se trata por tanto de un cambio total de filosofía y funcionamiento del equipo de diseño, que exige una coordinación muy grande entre todos los profesionales involucrados en la generación del modelo (arquitectos, paisajistas, ingenieros de estructuras e instalaciones, geotécnicos, aparejadores, etc.).

Las ventajas obtenidas son claras:

  • Fiabilidad en el diseño.
  • Control de costes y ejecución.
  • Coordinación precisa de todos los sistemas.
  • Facilidad de modificación.
  • Información completa de todo lo relacionado con el edificio.

Al disponer además del modelo tridimensional de forma directa resulta sencillo también generar modelos de realidad virtual o maquetas mediante impresión 3D, tecnologías que están actualmente en auge.

Por otro lado y como inconveniente, el incremento en la complejidad del trabajo de diseño inherente a todas las ventajas obtenidas genera un sobrecoste considerable en esta etapa del proyecto.

 

Simulación computacional aplicada a edificación

Los cálculos relacionados con la ingeniería de edificación, tales como el cálculo estructural, diseño de instalaciones o análisis de demanda y evacuación de personas, han sufrido una evolución similar.

Desde el enfoque tradicional, basado en cálculos reducidos, tablas, fórmulas empíricas, etc., se pasó al empleo de herramientas informáticas que permitían agilizar y automatizar al menos parte de este trabajo (software de cálculo y dimensiona-miento, hojas de cálculo).

El desarrollo actual de software y hardware ha permitido dar un paso más y generar modelos informáticos que nos permitan simular los diferentes sistemas que componen el edificio de forma más o menos integral. Esta tecnología se conoce de forma general como simulación computacional, y está formada por múltiples disciplinas:

  • Análisis estructural mediante elementos finitos (FEM, Finite Element Modelling), para el estudio de estructuras complejas o sometidas a solicitaciones complejas (sismo, viento, agua, incendio).
  • Dinámica de Fluidos Computacional (CFD, Computational Fluid Dynamics), para el análisis de sistemas de aire acondicionado o ventilación complejos, control de incendio y humo, efectos del viento o agua, etc., y el análisis conjunto fluido-estructura.
  • Simulación energética, para la obtención de temperaturas interiores a lo largo del año, consumos y costes de energía o agua, etc.
  • Simulación peatonal, para el análisis del comportamiento de las personas en el edificio durante el funcionamiento habitual o en evacuación.
  • Diseño de sistemas o instalaciones en zonas complejas (por ejemplo, acústica e iluminación en teatros o grandes espacios).

La simulación computacional permite resolver muchos problemas de difícil solución sin estas herramientas, tanto en di-seño como en otras etapas de la vida del edificio (construcción, operación).

Permite abordar además diseños de tipo prestacional, en aquellos casos en los que el cumplimiento estricto de la normativa es imposible en parte o en la totalidad del edificio, siendo de especial aplicación para el estudio de la protección contra incendios en edificación singular, donde generalmente las normativas y códigos de aplicación no se adecuan con facilidad.

Por último, estas tecnologías se están exigiendo cada vez más para el desarrollo de proyectos, tanto en los pliegos de condiciones como por las propias normativas, que poco a poco van evolucionando desde un enfoque prescriptivo hacia el diseño basado en prestaciones.

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