Aunque una de las tendencias más reconocida de la computación gráfica, sea la realidad virtual y sus avances en las capacidades sensoriales, la realidad aumentada y otras tecnologías de inmersión con sofisticados y costosos sistemas de visualización, como los CAVE (Cave Automatic Virtual Environment), por el momento, estos no serían materia de investigación.
El tema de investigación se limitará a la utilización de los entornos virtuales en la planificación, por lo que el estudio solo registrará las nociones para elaborar un modelo dinámico 4D, que permita que en el ordenador, se visualice la animación virtual de los procesos modelados.
Con respecto a las particularidades del objeto de estudio y del ejercicio de aplicación o demostración, nos limitaremos a analizar la sustitución del sistema estructural de una edificación convencional, por un sistema modular en acero.
El ejercicio no abordará la simulación y el cálculo de la estructura como tal, pues este campo abarca toda una teoría y dedicación matemática de la que se encargan profesionales expertos.
A este respecto y en concordancia con la metodología de investigación seleccionada, nos interesa describir el proceso de ensamblaje de la estructura y no el resultado, por lo tanto, se asumiría que el cálculo detallado de cada pieza de acero de nuestro modelo 3D, es el indicado.
Al enfocar el ejercicio de aplicación en el ensamblaje, consideramos que la determinación de las variaciones en las piezas de acero, como el espesor de su perfil, no afecta la descripción cualitativa del procedimiento para lograr su movimiento, las cuales incluso, serian inapreciables en la animación.
Para ajustar las condiciones estructurales, se extraerán las generalidades de la estructura de los módulos de acero y se seguirán las guías y especificaciones de los fabricantes modulares, ciñéndonos a las condiciones genéricas de su producción y montaje, en concordancia con la metodología DFMA (Design for Manufacturing and Assembly).
En general, limitaremos el alcance del ejercicio y la exploración, a la descripción de los procedimientos genéricos para:
- Modelar las operaciones modulares, a partir del previo análisis y la descripción de su ejecución.
- Simular y animar los movimientos de ensamblaje que sean representativos, o de la ruta crítica.
Por tanto, los alcances de los planteamientos se circunscriben al bosquejo de un esquema de integración informática y de diseño colaborativo para la planificación. Para el análisis de los resultados y evaluación del software requerido en la estrategia, establecimos una escala de valoración cualitativa, acorde con nuestra condición de usuarios novicios, en el manejo de herramientas BIM y 4D, como Revit y Navisworks. Además de las limitaciones estructurales y de manejo del software, para el desarrollo del ejercicio y la investigación, tuvimos que solventar:
- La dificultad para acceder permanentemente durante el desarrollo de esta investigación, a las licencias de algunas versiones del software requerido. Satisfactoriamente las versiones para estudiantes que ofrece la compañía Autodesk solventaron esta situación.
- Restricciones de propiedad intelectual industrial, que no permitieron conocer directamente los procesos industriales de las compañías analizadas, lo que se resolvió en mayor parte con sus publicaciones en la Web.
- Aportes del proyecto
Con respecto a los aportes del proyecto y la aplicación de sus resultados, además de lo planteado, en este original y en su complemento informático, se proporciona:
1) Las nociones para aplicar los mecanismos de automatización del modelado 4D, en la elaboración un modelo dinámico de simulación, desplegando:
- Las recomendaciones para superar las deficiencias del modelo 4D, describiendo cómo:
- Solventar la producción de imágenes estáticas.
- Incorporar en la animación el tiempo de duración de los procesos. - Involucrar la información de los prototipos virtuales.
- Ensayar en el entorno virtual la lógica constructiva de un sistema de construcción.
2) Suministramos un prototipo virtual modular, en el que se parametrizan las generalidades de la construcción volumétrica en acero, y del cual se conformaría una familia BIM de componentes tridimensionales, operables en Revit, que se podría utilizar para:
- Fraccionar y agrupar los objetos 3D del modelo de la edificación.
- Adaptar flexiblemente la geometría de los módulos, a la volumetría de una edificación.
- Incluir información adicional de planificación para su fabricación y montaje, al editar las restricciones de posición y ensamblaje o “Constraint- driven assembly”, provistas en este prototipo.
3) Planteamos una estrategia de fragmentación volumétrica con la que se pueda segmentar y organizar el modelo de construcción BIM de una edificación convencional, para que sea industrializada como una modular.
- Suministramos recomendaciones para sustituir el modelo 3D del sistema estructural convencional de la edificación, utilizando nuestro prototipo virtual modular, concebido especialmente para facilitar esta operación, agrupar los objetos arquitectónicos segmentados y organizar la información del modelo. - En función de esta reorganización, describimos como producir mecanismos
informáticos como la m-BOM (modular Bill of Materials), que estructuran la información del modelo de construcción BIM y facilita la implementación de los mecanismos de automatización del modelado 4D, al establecer reglas y parámetros de relación, que automaticen el encadenamiento de las entidades gráficas con las actividades de construcción.
4) Prolongamos la estrategia de diseño hasta la fabricación. Ofrecemos una guía en la que se registra los requerimientos para que se pueda modelar el proceso de preensamblaje modular en la factoría, así como el montaje de cada unidad modular en el sitio de obra.
- La estrategia se extiende después de completar la restructuración del diseño en el modelo 3D, para que se integren y modelen los procesos de fabricación y montaje de una edificación modular.
- Se describe la elaboración automatizada del cronograma de construcción, modelando los parámetros de las tareas en cada entidad gráfica 3D, de manera que queden descritos en la WBS, aprovechando la integración entre Revit y Navisworks.
- Aplicaciones del proyecto
Consideramos que los resultados del proyecto abren oportunidades para su aplicación en la docencia y en la actividad profesional de la construcción de edificaciones.
Estimamos que los entornos virtuales de construcción volumétrica en acero, son una herramienta pedagógica, útil para:
- Comunicar eficientemente a los estudiantes las fases del método de producción. - Capacitar al personal de obra, sobre la ejecución de sus deberes.
- Instruir a los operarios de las grúas.
En estos casos y para otros usos como el industrial, esta herramienta de análisis permite que se incorporen otras innovaciones tecnológicas, como:
- Los algoritmos genéticos, que ayudarían a optimizar la toma de decisiones sobre la base de la planificación de las secuencias de montaje y producción modular en entornos virtuales. Por ejemplo, encontrarían la ruta de montaje de más rendimiento.
- Los sistemas robotizados de metrología y de adquisición de datos en tiempo real, que abren posibilidades para que la información del modelo 4D sea utilizada en la supervisión de los movimientos de ensamblaje de edificaciones.
Con respecto a la industrialización de la construcción, el arquitecto puede adaptar el modelo resultante de este trabajo, a las condiciones particulares de otros proyectos arquitectónicos, dentro de la tipología del objeto de estudio, cambiando e importando sus respectivos modelos.
Por lo tanto, el resultado exploratorio de la investigación, puede ser aplicado en el perfeccionamiento del proceso de producción de edificaciones medianeras, de hasta seis pisos de altura (y de hasta quince con estructuras adicionales).
Con ello contribuiríamos a: difundir los beneficios de la construcción volumétrica en acero, fomentar el ensamblaje fuera del sitio de obra y que se empleen modernos estándares de calidad y seguridad en la construcción de edificaciones. Además, advertiríamos sobre como prolongar y aprovechar la efectividad de la información digitalizada, en la posible automatización y control de su producción.
Ahora bastaría con la decisión del arquitecto de enfocar también su actividad profesional, hacia el paradigma de digitalización de la producción, de utilizar el potencial de la computación gráfica en el modelado dinámico 4D, abarcando la elaboración de simulaciones y animaciones, que le permitan anticiparse al hecho constructivo.