NORMALIZACIÓN DEL NIVEL DE DESARROLLO DE MODELOS S-BIM

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1 VI CONGRESO DE 1/10 NORMALIZACIÓN DEL NIVEL DE DESARROLLO DE MODELOS S-BIM Óscar LIÉBANA CARRASCO Doctor Arquitecto Universidad Europea de Madrid Director Departamento Gestión de la Edificación Miguel GÓMEZ NAVARRO Doctor Ingeniero CCP Universidad Europea de Madrid Director Escuela de Arquitectura RESUMEN Actualmente la información que proporcionan los planos bidimensionales se puede gestionar a través de modelos digitales de datos no impresos, que nos pueden aportar, además de representaciones tridimensionales virtuales de la construcción, costes, planificación, análisis estructural, sostenibilidad, en el ciclo completo de vida de la estructura. La industria de la construcción extranjera está normalizando sistemas para la determinación de niveles de desarrollo de modelos BIM, permitiendo especificar muy claramente el contenido y la confianza en un modelo para cada etapa del proceso de proyecto y construcción de la estructura del edificio. Este trabajo pretende establecer los niveles que ayudarían a los agentes, incluidos propietarios, gestores y contratistas, especificar las entregas de proyecto, explicar la información y el detalle previsto para cada etapa del ciclo de vida de acuerdo con el CTE, proporcionando una referencia para la administración y promotores siguiendo las pautas internacionales. PALABRAS CLAVE: S-BIM, Edificación, Normalización, Planos, Nivel de desarrollo, Estructuras, Modelos

2 VI CONGRESO DE 2/10 1. Introducción 1.1. El Plano de estructura y el Modelo SBIM El plano como representación esquemática del edificio, en dos dimensiones y a determinada escala de la estructura de un edificio [1], ha sido el medio más sencillo de transmitir la información del proyectista a la construcción. Pero en la actualidad, esta información se puede gestionar a través de modelos digitales de datos no impresos, que nos pueden aportar, además de representaciones tridimensionales virtuales de la construcción, costes, planificación, análisis estructural, sostenibilidad, etc. Aunque la mayor aportación de estos modelos es su validez para el ciclo completo de vida de la estructura, desde el anteproyecto a su demolición y en perfecta conexión con el resto de elementos del edificio. Estos modelos de información se basan en metodología BIM (Building Information Modeling), que abarca y gestiona toda la información del edificio en su ciclo de vida, y dentro de ésta, se define S- BIM (Structural BIM o BIM estructural) como la que recoge información sobre la estructura dentro del modelo común de intercambio. Este nuevo concepto de trabajo colaborativo entre ingeniería, construcción y diseño arquitectónico genera representaciones digitales de todas las fases del proceso de construcción y simula el funcionamiento real, así como su demolición y reciclaje. Este método de trabajo mejora el rendimiento y la calidad global del edificio, y necesita de un software específico que permita recoger toda la información. La información recogida en una base de datos incluye todos los elementos de la estructura y su material, desde el diseño hasta el análisis, el dimensionado, los despieces, las uniones entre elementos, el montaje, el mantenimiento, la explotación, sostenibilidad, normativa, mediciones, etc., y deberá ser compatible en tiempo real con el resto de especialidades del edificio. En una de las normas más avanzada como es la de Estados Unidos [2], que va por su segunda versión, se define BIM como la representación digital de las características físicas y funcionales de una instalación (estructura en nuestro caso) y que sirve como una fuente de conocimiento compartido para obtener información fiable para las decisiones desde su concepción y durante su ciclo de vida. Por lo que en la actualidad, los planos se convertirían en imágenes de la situación de la estructura en tiempo real y en la que, además, se incluirían los datos necesarios para el usuario que los precisa Planos según CTE Además de otros muchos documentos, el Código Técnico de Edificación (CTE) [3] nos pide, como parte del contenido del proyecto de estructura, los planos. No explica cómo es un plano, ni el número, ni escalas, pide la Descripción gráfica y dimensional de todo del sistema estructural (cimentación, estructura portante y estructura horizontal). En los relativos a la cimentación se incluirá, además, su relación con el entorno inmediato y el conjunto de la obra (CTE-Parte1- Anejo1). En la actualidad, no es necesario dar esta información en planos, incluso estos planos de proyecto son frecuentemente desaconsejables para la construcción debido a las modificaciones en cada etapa por las situaciones más diversas, que superponen errores evitables por información innecesaria o irrelevante.

3 VI CONGRESO DE 3/10 Se definen en el CTE dos etapas de proyecto (CTE-Parte1-Anejo3): El proyecto básico es la fase del trabajo en la que se definen de modo preciso las características generales de la obra, mediante la adopción y justificación de soluciones concretas. Su contenido es suficiente para solicitar, una vez obtenido el preceptivo visado colegial, la licencia municipal u otras autorizaciones administrativas, pero insuficiente para iniciar la construcción. Es interesante la definición utilizada, porque lo describe como algo preciso, general, pero insuficiente y que además no es necesario que contenga planos de estructura. Por lo tanto, para el proyecto básico no se supone que la estructura se deba definir, aunque el autor deba tenerla presente en su diseño. El proyecto de ejecución es la Fase del trabajo en la que se desarrolla el proyecto básico, con la determinación completa de detalles y especificaciones de todos los materiales, elementos, sistemas constructivos y equipos, definiendo la obra en su totalidad. Su contenido será el necesario para la realización de las obras contando con el preceptivo visado colegial y la licencia correspondiente. Definición bastante obvia y para la que en la actualidad no son necesarios los planos como documento final, ya que forman parte de entregables de un proyecto en continua transformación. 2. Situación internacional 2.1. Utilización del BIM estructural o Structural BIM (S-BIM) Según la encuesta de utilización en Reino Unido de la National Building Specification (NBS) y el Royal Institute of British Architects (RIBA) [4], más del 90% del sector de la construcción, no sólo arquitectos, estiman que en tres años estarán utilizando BIM en sus proyectos, pero además, es destacable que el 80% de los encuestados estén de acuerdo en que el gobierno obligue su utilización en cualquier trabajo para la administración en Según el informe sobre la utilización de BIM en Norteamérica [5], en la actualidad, el porcentaje de ingenieros que utilizan BIM mayoritariamente en sus proyectos es de un 26% del total, menos de la mitad que entre los arquitectos, que llegan a un porcentaje del 60%. Además, aunque se espera que durante 2014 aumente de manera notable su utilización entre ingenieros, casi duplicando el estado actual, seguirá según las previsiones muy alejado de la utilización por parte de arquitectos. S-BIM, es parte del proceso BIM donde se crea la información que define el sistema, materiales y modelo global, aunque en los ejemplos estudiados en Estados Unidos, la mayor parte de los arquitectos siguen trabajando en sus proyectos ajenos al modelo estructural [6]. En la metodología BIM debe existir una conexión entre ambos modelos, aunque se pueda trabajar sólo sobre ciertas disciplinas en un trabajo colaborativo de integración, supervisado por el jefe de proyecto y coordinado por un BIM manager. El BIM manager es una figura clave en la gestión y que sólo se puede entender como jefe de proyectos con gran experiencia, con cualidades de integración de todas las disciplinas, normativa y planificación, más allá de labores de modelado y desarrollo de documentación. Este profesional es el responsable de la definición, gestión y cumplimiento del BIM Execution Plan [7], documento que se incluye en los pliegos de condiciones en la mayor parte de las guías internacionales.

4 VI CONGRESO DE 4/ Problemática de la implementación en el sector AEC En una investigación sobre el marco teórico de trabajo de colaboración multidisciplinar basado en BIM [8], se concluye que debe darse mayor énfasis a los requisitos técnicos para facilitar la tecnología y aplicarla a través de las diferentes disciplinas. Es hora de trabajar en una integración efectiva en todo el ciclo de vida y eso no está resuelto en los proyectos actuales. Aunque cada vez más se utilizan modelos BIM y con mayor detalle en hormigón armado, es necesaria mayor investigación para un traslado efectivo a la industria de la prefabricación o la obra civil. En otro estudio [9] se evaluó de manera muy concreta el flujo de información a través de BIM para el suministro de barras de acero pasivo del hormigón en diversos proyectos, analizando el diseño y modelado, edición, actualización y optimización, la interoperabilidad y la gestión de proyectos y construcción. En esta evaluación se muestran las tendencias en BIM con respecto al refuerzo de hormigón, el hormigón pretensado y las interferencias, los problemas de la conexión con el estándar internacional IFC (Industry Foundation Classes) de intercambio de datos entre modelos BIM [10] y la interfaz de planos de producción. Esta última parte de elaboración de planos de producción, es la que está dando un mayor salto cualitativo en la actualidad, creándose herramientas corporativas o por países dentro del software existente para poder adaptar la extracción de información de modelos BIM a los planos de producción tradicionales.. Figura 1. Planos y modelo de muro prefabricado en metodología s-bim [8] Para un trabajo experimental sobre la fachada prefabricada de un edificio desarrollado en CAD y BIM paralelamente [11], se demostraron mejoras de productividad de un 57% sin ningún tipo de problema de definición con el software BIM existente. Sin embargo, los problemas de esta investigación surgieron en el sistema de intercambio IFC que fue incompleto y confirmó la necesidad de la existencia de un estándar de intercambio para objetos de mayor cantidad de datos.

5 VI CONGRESO DE 5/10 En la mayor parte de los estudios publicados, estamos viendo como modelos 3D que se llaman BIM comienzan a tener gran cantidad de datos asociados, pero se infrautilizan claramente. Ni siquiera se unifican, exceptuando mínimos casos, las diferentes disciplinas del proyecto, menos aún a todos los agentes de la edificación en el ciclo completo de la construcción [12]. 3. Ejemplos de Normalización Es necesaria la normalización del nivel de desarrollo en la industria de la construcción española para poder determinar el progreso de los diseños en cada momento y saber lo que se debe exigir por el cliente o la administración en cada etapa. Por tanto, debemos acordar un documento que permita al autor definir lo que se va a pedir a sus modelos y que el usuario pueda entender claramente lo que puede utilizar y las limitaciones del modelo recibido, tal y como están realizando en los últimos años otros países más avanzados como Estados Unidos, Reino Unido, Singapur o Finlandia y que nos pueden servir de ejemplo. Como base de nuestro documento se pueden seguir las directrices del Level Of Development Specification LOD de BIM Forum [13], la AIA Digital Practice Documents [14], ambos promovidos por la American Institute of Architects (AIA); la muy completa BIM Guide de la Building Construction Authority (BCA) de Singapur [7] y la guía COBIM de Finlandia [15] Qué es LOD? La AIA ha establecido el LOD (Level of Development) como herramienta para el proceso de diseño BIM. Se puede definir como el grado de confianza del equipo de diseño sobre la geometría e información del proyecto en cada momento del ciclo de vida de la estructura. Establece unas escalas LOD100, LOD200, LOD300, LOD 350, LOD400 y LOD500, que impone unos determinados requerimientos de desarrollo gráfico y cantidad de información asignada al elemento modelizado. Es un índice que permite informar al usuario del modelo sobre el desarrollo en cada instante del proceso de la construcción de una estructura. Es muy importante no caer en una asimilación al nivel de detalle, dado que cada proyecto o incluso cada elemento, necesitará menor o mayor detalle respecto al mismo nivel de desarrollo dependiendo de la complejidad o de las interferencias con el resto de disciplinas del proyecto. Esté índice está siendo utilizado en múltiples guías norteamericanas de interés como la del Departamento de Construcción de la ciudad de Nueva York [16], que relaciona un nivel de desarrollo a cada fase de proyecto y establece para cada elemento los requerimientos necesarios. Esta directriz es obligatoria para todos los modelos BIM de los edificios públicos de la ciudad, modelo que podría ser seguido por las diferentes administraciones en España. Estos cuadros por elementos contienen propiedades no gráficas que se deben desarrollar especialmente en LOD 400, por ejemplo cuándo se producen las diferentes etapas del ciclo de vida o cómo son sus características estructurales (figura 2).

6 VI CONGRESO DE 6/10 Figura 2. Requerimientos LOD para muros según la ciudad de Nueva York [16] 3.2. Todas las etapas del ciclo de vida La BCA de Singapur ha establecido una guía muy completa de extinción de la práctica actual con planos en 2D y camino a la futura norma basada en metodología BIM mediante un proceso de transición. Para ello establece muy claramente las etapas de proyecto, con las escalas de referencia en planos 2D y los entregables de modelo BIM, con la explicación del nivel de detalle de los elementos y ejemplos gráficos (figura 3). Figura 3. Ejemplo de transición entre 2D y BIM según BCA [7]

7 VI CONGRESO DE 7/ Guía de requerimientos En la Guía COBIM-5 de Finlandia [15], se establecen para cada fase de proyecto unas fichas que indican los requerimientos del modelo estructural, con la relación de las fuentes del modelo de arquitectura y MEP (Mechanical, Electrical and Plumbing systems), con un listado de los beneficios que se obtienen y por otro lado, con una serie de entregables que se pueden obtener. Se acompañan de un ejemplo gráfico y de fichas generales de elementos estructurales a modelar por fase. Figura 4. Modelo de muro escalera en fase de oferta según COBIM [15] 4. Directrices para la elaboración de la Guía En la Guía para España se debe plantear un nivel de desarrollo a modo del LOD para cada etapa del edificio como se puede apreciar en los sencillos ejemplos para soportes de hormigón y de acero (figuras 5 y 6), aunque para ello, en primer lugar se deberían establecer unas etapas consensuadas del ciclo de vida, más allá de las establecidas en el CTE, tal y como se hace internacionalmente (tabla 1). Project Stage (BCA) Conceptual Design Schematic/Preliminary Design Detailed Construction As built Facility Management Etapa Anteproyecto Básico Ejecución Construcción Construido Mantenimiento Tabla 1. Propuesta de correspondencia de etapas de proyecto con BCA

8 VI CONGRESO DE 8/10 En esta guía se debe establecer para cada etapa el contenido mínimo del modelo estructural, así como su relación con el resto de modelos integrados, responsabilidades y flujo de trabajo. Además, se establece para cada elemento estructural el nivel de desarrollo mínimo exigido en cada etapa. Este requerimiento no es únicamente una definición gráfica como se presenta en las figuras, sino que incorpora a cada elemento una determinada información. Por ejemplo, en la figura 6 del pilar de hormigón armado, para el modelo en la etapa del Libro del Edificio o Facility, se deberá llegar a un nivel de desarrollo equivalente a LOD 400, en el que se define el armado, con anclajes, solapes, diámetros y geometría de todas las barras de acero, dentro del pilar del pilar cuadrado de hormigón. Pero además, estos elementos llevarán asociados los requerimientos no gráficos como material, recubrimientos, características mecánicas, ambientales, térmicas, protección al fuego, durabilidad, costes, etc. Figura 6. Nivel de desarrollo y etapa de proyecto (I). Pilar de hormigón. Figura 7. Nivel de desarrollo y etapa de proyecto (II). Pilar de acero.

9 VI CONGRESO DE 9/10 En las figuras de ejemplo se puede apreciar la problemática actual del desfase de la correspondencia entre las etapas de proyectos establecidas internacionalmente y las comúnmente aceptadas en España. Por otro lado, se puede advertir cómo el nivel de detalle gráfico de las figuras sin conocer los datos de elementos asociados, puede no parecer coherente. En este documento se propone una matriz de responsabilidades, estableciendo un modelo de colaboración transversal de agentes que trabajan sobre el modelo, estableciendo un control de resolución de conflictos durante el modelado y en la elaboración de la documentación para cada etapa. Toda esta matriz quedará reflejada en el BIM Execution Plan. 5. Conclusiones La industria de la construcción internacional está normalizando sistemas para la determinación de niveles de desarrollo de modelos BIM, permitiendo especificar muy claramente el contenido y la confianza en un modelo para cada etapa del proceso de proyecto y construcción de la estructura del edificio. Además, se están estableciendo protocolos de trabajo y etapas de transición para un trabajo completamente colaborativo y de integración de especialidades. En España es necesario consensuar un documento que permita establecer un marco común de elaboración de modelos que permita a los proyectistas definir lo que se va a pedir a sus modelos, y que el usuario pueda entender claramente lo que puede utilizar y las limitaciones del modelo recibido. En esta guía se deben establecer en primer lugar las etapas completas del ciclo de vida que se están adoptando internacionalmente, más allá de las limitaciones del CTE. Para cada etapa se debe establecer el nivel de desarrollo gráfico y de información en cada elemento estructural requerido. Para facilitar la incorporación de los agentes de la construcción, se debe establecer una fase de transición que permita la convivencia con entregables 2D manteniendo una correlación de detalle y desarrollo. Este documento proporcionará el pliego de condiciones basado en metodología BIM que podrá ser referenciada por la administración y promotores privados siguiendo las pautas internacionales, que permita un fácil paso al mercado internacional de profesionales, constructoras y promotores. 6. Referencias [1] RAE, Real Academia Española, Diccionario de la lengua española, 22ª ed. Madrid: Espasa, [2] NATIONAL INSTITUTE OF BUILDING SCIENCIES, Building Smart Alliance, National BIM Standard-United States, Versión 2, [3] CTE DB-SE. Seguridad Estructural. Ministerio de la Vivienda Revisión Octubre 2007 (BOE 23/10/2007). Corrección de Errores Enero 2008 (BOE 25/01/2008). [4] NBS RIBA National BIM Report. RIBA Enterprises Ltd. 2013

10 VI CONGRESO DE 10/10 [5] MCGRAW-HILL CONSTRUCTION. The business value of BIM in North America. Multi-year trend analysis and user ratings ( ), Smart Market Report [6] ROBINSON C., Structural BIM: Discussion, Case Studies and latest developments. The structural design of tall and special buildings, 2007, 16, , DOI: /tal.417 [7] BCA. Singapore BIM Guide. Building and Construction Authority. V2.0. Agosto [8] SINGH V., GU N. AND WANG X., A theoretical framework of a BIM-based multi-disciplinary collaboration platform, Automation in Construction, 2012, 20, 2, [9] ARAM S., EASTMAN C. AND SACKS R., Requirements for BIM platforms in the concrete reinforcement supply chain, Automation in Construction, 2013, 20, 2, [10] BUILDING SMART, Industry Foundation Classes (IFC) data model, The IFC format is registered by ISO as ISO/PAS and is in the process of becoming an official International Standard ISO/IS [11] ARAM S., EASTMAN C. AND SACKS R., The Rosewood experiment Building information modeling and interoperability for architectural precast facades, Automation in Construction, 2010, 19, 4, [12] LIEBANA O. Reflexiones sobre el uso de BIM en España, Sustainability & S-BIM for buildings (blog: 21/12/2012 post). [13] BIM FORUM. Level of development specification for building information models. Bim Forum [14] AIA. Digital Pratice Documents.Modeling and Digital Data Exhibit. incl. Guide, Instructions and Commentary to the 2013 AIA Digital Practice Documents - Rev [15] COBIM. Common BIM Requirements. Series 5: Structural Design. COBIM Project. V1.0. Marzo [16] NEW YORK CITY, Department of Design +Construction. BIM Guidelines. Julio 2012.