Las tendencias en el análisis de procesos

En la revisión de la literatura, encontramos una línea de investigación enfocada en facilitar las capacidades analíticas del planificador, su experimentación e incluso el ensayo sin tener que elaborar modelos físicos. Se trata de la utilización de la realidad virtual de representación y comunicación de la información de construcción, que ha

permitido que conjuntamente hubieran evolucionado diferentes técnicas, como las de modelado, animación, una secuencia diseñada de cambios en el modelo e incluso la elaboración de la documentación de planificación y del modelo de simulación.

Figura 7. Simulación virtual del ensamblaje de componentes.

© Imágenes tomadas con fines académicos de: (Seth et al., 2011) La nueva herramienta de análisis es la realidad virtual, que permite disminuir el riesgo en la industria de la construcción, al suplir la inexistente habilidad digital de ensayar antes de construir, “try before build” (Li et al., 2008).

La facultad de inmersión y sus más recientes innovaciones que aumentan los estímulos en la realidad aumentada o AR (Augmented Reality), que a través de interfaces especiales incrementan la capacidad tangible de lo modelado, en la TAR (Tangible Augmented Reality)3, otorgan nuevos medios de exploración y de comunicación para facilitar el diseño colaborativo, por lo que han sido empleadas en la planificación, diseño y control de la construcción (Ren & Tang, 2011).

Existen varias tecnologías básicas involucradas en la Realidad Virtual, pero el elemento clave es el sistema de representación visual y las herramientas informáticas que lo modelan. El sistema de visualización puede ser el monitor de mesa de un computador, hasta el más especializado CAVE (Cave Automatic Virtual Environment).

El primero de estos entornos virtuales automáticos fue creado en 1992 en el “Electronic Visualization Laboratory” de la Universidad de Illinois en Chicago, se dio a conocer en la convención del grupo SIGGRAPH de la asociación ACM (Association Computing Machinery) especializada en la investigación en la computación gráfica teniendo especial interés por las técnicas de visualización interactivas.

Posteriormente conocimos que estos sistemas se fueron popularizando en otros laboratorios de centros académicos y de investigación, como el CIFE (Center for Integrated Facility Engineering) de la Universidad de Stanford y el iCon (Immersive Construction Lab) de la Universidad del Estado de Pensilvania. Estos sistemas por lo general constan de tres o más paredes verticales con pantallas, e incluso otros incluyen

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planos horizontales en el suelo y techo, sobre las que se proyectan las imágenes digitales desde múltiples proyectores.

Figura 8. Sistemas de visualización y realidad virtual inmersiva CAVE (Cave Automatic Virtual

Environment), de las Universidades de Stanford y Pensilvania, respectivamente.

© Imágenes tomadas con fines académicos de: CIFE, ICon Por sus costos, la utilización de estos sistemas de realidad virtual, se limitó originalmente a las grandes universidades, integrantes de programas gubernamentales especialmente del área militar, y a las grandes compañías, como la Walt Disney que participaría activamente en su desarrollo. Hoy la implementación de la tecnología que hizo posible la elaboración de los entornos virtuales, es posible en los ordenadores personales, cuyas interfaces gráficas o monitores, han mejorado sus prestaciones.

Hallamos distintas técnicas para la creación de un entorno virtual que tienen en común el uso del software de diseño y modelado 3D, el cual permite por ejemplo crear el ambiente simulado de una edificación. Posteriormente se conoció que desde estas aplicaciones se despliegan los verdaderos vínculos que permiten integrar el diseño y la construcción, especialmente en el modelo 4D, dentro de la tecnología de simulación visual que dio origen a la metodología de encadenamiento del espacio con el tiempo, a través del modelado de los procesos.

Por sus numerosos beneficios los entornos virtuales se están utilizando en el diseño, evaluación, ensayo, análisis de productos y procesos. Con ellos la fragmentación entre estas etapas desaparece, debido a que con sus datos se establecen las relaciones de la que procede la visualización. Aunque su vocación primaria es la inmersión en un recorrido por el espacio simulado, se empezó a explotar el potencial de esta técnica en la planificación del tiempo y en la estimación de recursos.

Se trata de emergentes metodologías de planificación virtual de los procesos de construcción, conocidas como VCE (Virtual Construction Environments) (Waly & Thabet, 2003).

Algunos investigadores han trasladado técnicas utilizadas en el sector automotor, como la de Prototipado Virtual o VP (Virtual Prototyping) para representar el modelo de recursos de construcción y simular sus procesos (Huang et al., 2007), otros han optimizado esta técnica para concebir el análisis previo de todo el proceso (Li et al., 2009). También para aplicarlas en el entrenamiento previo a la ejecución de las tareas,

como es el caso del ensamblaje de estructuras de acero, que se ha mejorado con las ventajas de estos ambientes virtuales (Seth, Vance, & Oliver, 2011).

Indagando sobre las herramientas necesarias para crear un entorno virtual, encontramos en Ren & Tang (2011) , que no se requiere de un software especial de modelado 3D, es decir, que para que el modelo tridimensional de una edificación pueda ser visto en un ambiente virtual, se podría recurrir por ejemplo a un proceso de traducción al lenguaje VRML (Virtual Reality Modeling Language), por tanto, el modelo de construcción puede ser creado con el software comercial CAD (Computer Aided Design): Autocad, 3ds Max, Revit, Sketch UP, etc., los cuales ya están provistos de comandos para efectuar directamente la conversión.

Figura 9. Creación de entornos virtuales para videojuegos interactivos.

© Imágenes tomadas con fines académicos de:(Yan et al. 2011) La familiaridad del arquitecto en la utilización de las herramientas de modelado CAD y BIM abre la posibilidad de que se aprovechen sus habilidades en la creación de ambientes virtuales, planteando incluso su aplicación en campos como la educación, entrenamiento y diversión.

Nuevas expectativas profesionales para los arquitectos se han canalizado hacia el desarrollo de videojuegos, donde la creación de un ambiente arquitectónico virtual se puede concebir por medio de las herramientas de diseño CAD, incluso en esta área se ha dado paso a la tecnología BIM para superar problemas de operabilidad, buscando mejorar la importación de la geometría para concebir una visualización interactiva. En Yan, Culp, & Graf (2011), describen que este proceso se inicia con las herramientas de modelado BIM para posteriormente exportarlas a los distintos motores de software especializado en videojuegos, a manera de ejemplo muestran la creación de un modelo de construcción en Autodesk Revit, que es exportado a Autodesk 3ds Max, donde se le adicionan texturas e iluminación, para luego traducirlo al lenguaje VRML.

Según Yan et al. (2011), la tendencia de los videojuegos es benéfica para concebir una integración sobre la tecnología BIM y poder interactuar en tiempo real con las visualizaciones arquitectónicas, a través de técnicas como el modelado orientado a objetos (Object-oriented modeling), que permiten su utilización en la navegación, planificación de rutas y la detección de colisiones, señalando que puede ser la conexión con las áreas de simulación, planificación y el modelado de los procesos.

Paralelamente encontramos investigaciones enfocadas en ampliar las capacidades analíticas del planificador, optimizando la tecnología 4D a través de la tecnología multidimensional de modelado (nD) (Ding, Zhou, Luo, & Wu, 2011), que originó la simulación visual dinámica.

La integración del diseño y la construcción subyace en el encadenamiento de las entidades gráficas con la planificación de su realización en el tiempo. La primera generación de software 4D se enfocó en la animación de estas relaciones hasta lograr demostrar el progreso de la totalidad de la construcción, de una manera vivencial, que permitió incluso identificar posibles conflictos (Wang, Zhang, Chau, & Anson, 2004). Esta tendencia busca superar la producción de imágenes estáticas 3D, que entendemos son aquellas que no cambian en el tiempo y que no permiten visualizar los movimientos.

Profundizando en la literatura reciente acerca de la simulación visual dinámica, encontramos el concurrente uso de la realidad virtual en la planificación de procesos industrializados, a través de la simulación de los ambientes reales de fabricación (Ren & Tang, 2011), elaborados con la “Tecnología 4D” que permite producir entornos virtuales de producción, superar deficiencias del software 3DCAD, especialmente en la producción de imágenes tridimensionales estáticas, posibilitando su utilización en la planificación de procesos de construcción.

Superada la producción de imágenes estáticas y estableciendo un proceso iterativo con ellas en el entorno virtual, el modelador de procesos puede llevar a cabo el análisis predictivo, del tipo "what-if" (que pasa sí) de los distintos métodos de construcción junto con sus recursos (encofrados), hasta que satisfactoriamente se logre seleccionar un método, conociendo los efectos en la edificación o en alguno de sus componentes, de los cambios que alteran sus condiciones o restricciones de ensamblaje (Li et al., 2008). El resultado es un modelo dinámico 4D que ha tenido aplicaciones en diversas áreas, analizadas por ejemplo en la investigación de Hartmann, Gao, & Fischer, (2008), entre las que destacamos la gestión de las actividades y las fases del proyecto, la producción de imágenes foto-realísticas y caminatas virtuales que ayudan a comunicar y a revisar el propósito del diseño o analizar por medio de la simulación los efectos de iluminación o el consumo energético. En cuanto a la planificación en este estudio, resaltan su utilización como herramienta de análisis de las operaciones de construcción, ya que permite simular partes del proyecto en un período de tiempo en particular o entrar virtualmente en la secuencia de construcción.

Con los modelos dinámicos 4D se demostró que la tecnología 4D era útil para elaborar entornos virtuales y simulaciones gráficas del proceso de construcción. Lo que motivo a que se perfeccionara la metodología de encadenamiento o de modelado de procesos, para permitir que el planificador alcanzara a relacionar los datos de la planificación del proceso de construcción, con los gráficos tridimensionales del modelo de la edificación, los prototipos virtuales y el modelo 3D de otros objetos CAD, a través de las metodologías de modelado 4D y multidimensional.

En Waly & Thabet (2003), se describen las líneas de investigación que favorecen conjuntamente la simulación y visualización gráfica del proceso de construcción, apuntando que los sistemas 4D permiten modelar las operaciones de construcción en entornos virtuales, mediante la incorporación de equipos de construcción. Su trabajo se extendió hasta la elaboración de bibliotecas que contienen los prototipos o modelos tridimensionales inteligentes, mejorando intentos predecesores que aportaban entidades gráficas que permiten la visualización de los trabajos de construcción4.

En Huang et al., (2007), utilizaron el software comercial Delmia, de la compañía Dasault S., y personalizaron las prestaciones de esta aplicación, de tal manera que concibieron una biblioteca de modelos paramétricos 3D, integrada principalmente por los componentes de la edificación, los sistemas de encofrado y agentes virtuales. Lo cual, les posibilito simular la colaboración espontánea de los obreros con el equipo, al incorporarle un motor de simulación estocástica de eventos discretos, alcanzando a visualizar el ensamblaje de la edificación (Huang et al., 2007).

Recientemente los estudios se han enfocado en la interoperabilidad del software 4D con las herramientas BIM, para reducir el tiempo y el esfuerzo en preparar la simulación. La mayoría de aplicaciones 4D estándar, requieren de dos archivos, uno que incluya el cronograma completo de la construcción donde se distribuya el tiempo de duración de las tareas, el otro que contenga el modelo 3D, para proceder manualmente a encadenar sus contenidos, detallando en la visualización el grupo de objetos CAD con las actividades, operaciones que han sido calificadas por sus desarrolladores como tediosas y que consumen mucho tiempo.

Figura 10. Encadenamiento manual de entidades gráficas con las actividades del cronograma de construcción © Imágenes tomadas con fines académicos de: (Tulke & Hanff 2007) En Tulke & Hanff (2007), resaltan que el encadenamiento manual fue considerado como un proceso no interactivo que conllevó a que no se extendiera su utilización. Satisfactoriamente a la vez reseñan la existencia de nuevos procesos para el

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T. Adjei-Kumi and A. Retik, A library-based visualization of construction processes. In: Proceedings of the 1997 International Conference on Information Visualization, IV, London, England (1997), pp. 531– 538.

encadenamiento y procesamiento de los datos, entre las aplicaciones 4D y la base de datos del modelo de construcción BIM, entre ellos uno que denominan modelado de la base de datos (Model Base Approach), el cual contiene la información almacenada en el modelo de construcción, incluyendo la información geométrica (gráfica) y la información paramétrica (no gráfica), facilitando mecanismos de encadenamiento.

La implementación de la tecnología BIM benefició la preparación de la simulación de los procesos de construcción y trajo consigo la posibilidad de la automatización del intercambio de información.

En Tulke & Hanff (2007), también señalan recientes metodologías que extienden el concepto 4D para integrar otras dimensiones como los costos o 5D, a través de las listas de cuantificación (Bill of Quantities) que permiten integrar el costo como otra dimensión en la planificación.

Por lo cual aconsejan aprovechar la base de datos del modelo, para seleccionar las actividades de las listas de cantidades, y almacenar la selección para ciertas tareas de la lista de programación, de forma que gradualmente, se vayan estableciendo las relaciones entre las actividades y los objetos CAD. Un proceso que se denomina encadenamiento en base a reglas, “Ruled Based Linking” (Tulke & Hanff, 2007).

Por su parte en Wang et al. (2004), desarrollaron una plataforma para el intercambio de datos que vincula el ajuste de la escena 4D que se este visualizando en la pantalla, con la revisión automática de la información de programación y viceversa, a través de la WBS (Work Breakdown Structure) del modelo geométrico 3D. La cual abrió la posibilidad para que se complementar la información del modelo 4D, con posibilidad de añadir otras “dimensiones” o modelos, a través del desarrollo de la tecnología de modelado multidimensional.

De esta forma, lograron vincular otros modelos inteligentes 3D, como los de la maquinaria y los recursos humanos, consiguiendo un modelo “4D ampliado”, que además de la visualización, se puede utilizar en la distribución dinámica de recursos en el sitio de obra y otras dimensiones de planificación.

Figura 11. Esquema del modelo 4D ampliado, en el que se encadenan otros modelos a través de la WBS. © Imágenes tomadas con fines académicos de: (Wang et al. 2004)

La investigación de Gijezen et al. (2010), se enfoca en la utilización del binomio BIM/4D para la detección automática de conflictos a través del comando “clash detection”. Resaltan su capacidad de coordinación, control y organización de los distintos sistemas de la edificación.

Además se refieren a la estructura de trabajo o WBS como una de las nuevas herramientas de análisis y control de las rutas de preconstrucción, que se puede obtener en el software de modelado de construcción, como Autodesk Revit, haciendo posible que el planificador al modelar los elementos 3D, los vaya agrupando en la clasificación estándar (o en otra clasificación, modificando el archivo “Uniformat”), les asigne códigos de ensamblaje y exporte la información contenida en la WBS a Navisworks (la aplicación 4D que adquirió Autodesk en el 2007).

Por su importancia Gijezen et al. (2010), continúa describiendo los pasos para la elaboración de la WBS y su exportación a Naviswork. Al respecto recomiendan comenzar por desarrollar el árbol de objetos físicos PBS (Product Breakdown Structure), que es la división del proyecto en sistemas físicos, componentes y elementos. Una vez se complete la totalidad, el planificador puede avanzar en determinar la estructura de ensamblaje o ABS (Assembly Breakdown Structure), en la que finalmente se provee la información sobre el orden de las actividades. Luego la WBS importada en Navisworks permite acceder a la estructura o árbol central de esas actividades y a una tabla que vincula la información del modelo BIM a través de la identificación del elemento “ID”.

En Chau, Anson & Zhang (2005), demostraron que cuando se desarrolla una simulación 4D por medio de la WBS, se puede crear la planificación y sincronizarla automáticamente con la totalidad de los objetos 3D.

La proyección sobre el uso del modelo 4D es prometedora. En Hartmann et al. (2008), especialmente destacan investigaciones que trabajan para generar automáticamente el modelo 3D/4D por medio de técnicas de escaneado con láser, para determinar los avances de los trabajos de construcción en el sitio de obra, también para supervisar y hacer el seguimiento de los trabajos, mejorando la seguridad y el control de calidad.

Figura 12. Encadenamiento interactivo a través de reglas de asociación, o linking rules.

Así mismo, en Wang et al. (2004), resaltan técnicas para que el planificador pueda ones en la distribución de los equipos mecánicos,

ez la

l amplio uso de Navisworks, además del rango de

rencias significativas sobre la asistencia informática

l software 4D y su reciente

- el concepto 4D en el análisis de los procesos de construcción, ha

on modelos digitales

ensayar distintos tipos de configuraci

comparar las opciones y seleccionar la mejor estrategia. Precisamente el cálculo de recursos dinámicos justificaría entonces la utilización del software 4D, en la simulación del proceso de construcción de una edificación, mediante un sistema industrializado de construcción, que pretende elevar los niveles de mecanización en la construcción.

urante el transcurso de esta investigación hemos constatado como cada v D

interoperabilidad entre estas aplicaciones se ha mejorado, la versión 2012 de Navisworks incorpora el comando “Switch Back to Revit”, que permite seleccionar el elemento y abrir directamente el modelo correspondiente en Revit, modificarlo y actualizar de nuevo la simulación.

n Yan et al. (2011), reconocen e E

formatos que soporta y que pueden integrarse en la simulación, incluyendo los formatos de las herramientas tradicionales de gestión de proyectos, como Microsoft Project, Visual Basic, Excel, o Primavera.

e acuerdo con las anteriores refe D

en el análisis de procesos, nos percatamos de lo siguiente: - La importancia que tiene la base tecnológica de

integración con la plataforma BIM, como una potente y eficaz asociación para producir la simulación visual dinámica del proceso de construcción de una edificación.

El impacto d

avanzado más allá de su original concepción de visualización. Ahora incursiona en áreas de gestión y planificación de recursos dinámicos (materiales, mano de obra, equipos), o la planificación de la logística de obra (zona de almacenamiento, zona de producción, punto de instalación de la grúa). Además, su metodología de planificación ha integrado con recursos virtuales, plantillas de modelos geométricos dotados de movimiento, elaborados con software de modelado de sólidos como Catia o Inventor de Autodesk.

- La actualidad en los entornos virtuales, producidos c

“4D+x”, que permiten precisamente desarrollar un tipo de análisis “What-if”, sensitivo5, también predictivo, aplicable a muchas áreas. Especialmente la toma de decisiones y la planificación de los procesos, que han consolidado esta opción como la nueva herramienta de análisis, que permite disminuir el riesgo en la industria de la construcción, al suplir la inexistente habilidad digital de ensayar antes de construir (Li et al., 2008).

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Kleijnen, J.P.C. (1997). “Sensitivity analysis and related analyses: a review of some statistical techniques.” Journal of Statistical Computation and Simulation, Vol. 57, pp. 111–142.

Teniendo en cuenta lo anterior, la interoperabilidad para acceder a la información de todas las herramientas integradas, a su organización y actualización automatizada desde la base de datos del modelo de construcción, suman las características que justificarían la adopción del binomio BIM-4D para el ejercicio experimental de análisis y simulación visual de procesos en esta investigación.