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El papel de BIM en la Industria 4.0.

BIM (Building Information Modeling) es una metodología de trabajo colaborativa para la creación y gestión de proyectos de construcción que consiste en gestionar informaciones procedentes de la colaboración entre agentes relacionados con el proyecto de  construcción a lo largo de todo su ciclo de vida. También entendemos por BIM un conjunto de herramientas digitales específicas.

Por otra parte, la I4.0. es un concepto sobre el proceso de innovación y transformación de la producción industrial necesario para encuadrar la generación de nuevas formas de trabajo y actividad económica centradas en el cliente gracias a la digitalización y a la aplicación de tres principios básicos: autonomía y libertad de operación de todos los agentes relacionados, interoperabilidad y sostenibilidad. 

La irrupción de BIM en el sector de la Construcción responde a la necesidad de incrementar su productividad, que dista de la de la industria manufacturera o de la economía global, como muestra la ilustración 1. 

En este contexto, nace el concepto de Construcción 4.0., que representa la convergencia de capacidades, actitudes y conocimientos entre la industria tradicional de la Construcción y la industria en general. 

Esa transición tiene dos puntos fundamentales: la industrialización de los procesos constructivos y la incorporación de tecnologías emergentes que facilitan la automatización de dichos procesos por medio del uso de la información. 

La Construcción 4.0. se nutre de conceptos como la Robótica, el Internet de las Cosas, los Ecosistemas Digitales, la Construcción Aditiva, la Automatización, el Big Data, etc.

BIM es la metodología nexo entre todos esos conceptos originales de la Industria 4.0 (I4.0.) y, por tanto, BIM es la metodología habilitadora principal de la I4.0. para el sector de la Construcción.

Objetivo del documento

Facilitar una mayor comprensión de los elementos comunes de BIM y la I4.0. como resultado de interés para avanzar, posteriormente, en cuestiones como el análisis del marco competencial y profesional de la Construcción 4.0. en aspectos técnicos novedosos o transversales a los de la propia Ingeniería de Construcción, tal y como se conoce la profesión hasta el momento.

Antecedentes

La I4.0. empezó a definirse en Alemania alrededor del año 2011 para concretar una estrategia europea de digitalización de la industria que quedaría materializada con la presentación de una plataforma tecnológica específica con varios grupos de trabajo organizados alrededor de una visión compartida para 2030 sobre una nueva industria inteligente, descentralizada y colaborativa, soportada por procesos y tecnologías de la información que incorporan la aplicación de las siguientes posibilidades o paradigmas: 

• Producción flexible, desde la fase de un diseño colaborativo.
• Fábricas convertibles, cuyas líneas de producción se adaptan a pequeñas series de fabricación muy adaptadas a los clientes. 
• Soluciones orientada a los clientes, con los que se intercambia información de interés para conectarlos con los centros de producción. 
• Logística optimizada.
• El empleo de datos, sobre el estado y desempeño de los productos y los medios productivos. 
• Una Economía Circular, pensada desde el diseño (Eco-diseño).

BIM tiene sus orígenes en el llamado “Computer-Aided Design” (CAD) y la visión de disponer en un solo modelo de toda la información del proyecto de construcción a lo largo de su ciclo de vida. Una visión que organizaciones como la “International Alliance for Interoperativity” (IAI) concretaría con definiciones y modelos como el “Industry Foundation Class” (IFC), entre otros, pues no existe un estándar único, aunque sí un buen consenso sobre los procesos de la Construcción y del intercambio de información relacionado.

Como elemento clave del éxito para su uso o aplicación, la capacidad para compartir información útil o inteligente entre modelos, empleando para ello modelos de intercambio de datos y herramientas comerciales que faciliten la interoperabilidad entre disciplinas de la Construcción y las aplicaciones de software.

BIM está llamada también a dar valor, incluso sentido, a los nuevos paradigmas relacionados con la industria de la Construcción como son:

1. La Gestión de Activos, que se define como el conjunto de actividades coordinadas que una organización utiliza para maximizar el valor real de sus activos y lograr el mayor rendimiento de ellos a lo largo de su vida útil. La Gestión de Activos se apoya en el Ciclo de Vida de los Activos para desplegar una estrategia y tiene a su vez su origen en las actividades de Mantenimiento (Correctivo y Preventivo). Pero al considerar nuevas tecnologías y procesos es, en sí misma, un marco adecuado para acometer nuevas actividades de Mantenimiento tanto Preventivo como Predictivo, que hacen a su vez uso de tecnologías digitales de media. 
2. Las Nuevas Técnicas de Construcción, dentro de las cuales destacan las siguientes:

• Fabricación Aditiva. Es una técnica de producción por el que los materiales se depositan capa a capa de una forma controlada, dando lugar a objetos tridimensionales. Los objetos se crean en base a diseños virtuales proporcionados por softwares de modelado. Esta técnica no produce residuos, permitiendo mayor sostenibilidad, además de una reducción de los costes de producción.
• Fabricación modular. Es un sistema constructivo basado en el diseño, producción y montaje de componentes. Estos procesos se realizan en fábricas, fuera de su ubicación final, dando lugar a unidades completas o módulos que llegan a la obra ya terminadas y cuya gestión en ella se limita básicamente al ensamblaje entre ellos o con otros elementos existentes. 
• Prefabricación. Al igual que la fabricación modular, se basa en el diseño y fabricación de componentes fuera de su ubicación final, con la diferencia de que, en este caso, el montaje se realiza directamente en obra sobre otros componentes existentes.
• Tecnologías habilitadoras. En relación con las llamadas tecnologías habilitadoras, el Programa Marco de Investigación, Desarrollo e Innovación Horizonte 2020 (H2020) introdujo el concepto de “Key Enabling Technologies” (KETs). Citaba, entre ellas, las nanotecnologías y materiales avanzados, la fabricación avanzada y la biotecnología (Ciencias de la vida, por extensión), dando a entender que estas mismas tecnologías son necesarias para abordar los retos sociales, de energía, clima y saludo, entre otros y que invertir en ellas permitirá acelerar la competitividad, crear nuevos empleos y ayudar al crecimiento.

Posteriormente, incluyó en esta definición a las tecnologías de micro/nanoelectrónica y fotónica, a la inteligencia artificial, a la seguridad y a la conectividad. 

La misma Comisión Europea acuñó el término de “Advance Technologies” o Tecnologías Avanzadas, destacando las siguientes: “Internet of Things (IoT), Industrial Data, Advanced Manufacturing, Robotics, 3D Printing, Blockchain Technologies and Artificial Intelligente (IA)”. Todas ellas son habilitadoras de la Industria Europea para expandir su liderazgo en mercados emergentes a través de los productos y servicios del futuro.

En 2015, el Ministerio de Industria de España diseñó la denominada Estrategia Nacional IC 4.0. y, dentro de este contexto, se desarrolló la Herramienta de Autodiagnóstico Digital Avanzada (HADA), la cual permite a las empresas obtener una valoración de su estado de madurez digital y uso de las tecnologías digitales de la I4.0. tales como: IoT, Big Data, Cloud, Robótica e IA del empleo de la Ciberseguridad, Simulación y Realidad Aumentada. 

• Big Data. Es una gran cantidad de información que se produce de forma rápida, exigiendo formas rentables e innovadoras de procesamiento de esta información para una mejor comprensión y toma de decisiones.
• Internet of Things (IoT). Se denomina así al concepto por el que sensores y transmisores están conectado por redes a sistemas informáticos y se comunican entre sí. Estos sistemas permiten monitorizar y gestionar el estado y las acciones de objetos y seres vivos que están conectados y aprender de dicha interconexión. 
• La Inteligencia Artificial (IA) es la aplicación de sistemas computacionales en máquinas que permiten replicar tareas hasta ahora efectuadas por humanos. Se suele distinguir entre IA “general”, que intenta replicar la inteligencia humana, e IA “estrecha”, que comprende la optimización de tareas sencillas del día a día por parte de una máquina.
• La Realidad Aumentada (AR) es la tecnología que combina el entorno físico real con elementos digitales como textos, imágenes, vídeos y audios, a través de gafas inteligentes o gafas de realidad aumentada y mediante dispositivos móviles o Smartphones. 
• El Cloud permite almacenar información masiva y ofrecer servicios de computación a través de la red. Es decir, nos permite acceder, almacenar, recuperar y compartir datos desde cualquier lugar o dispositivo, proporcionando mayor libertad y flexibilidad en los entornos de trabajo.
• Los Sistemas Ciber Físicos conectados requieren conceptos y tecnologías fiables que garanticen la seguridad, privacidad y la protección del conocimiento que de ellos derivan. Por ello, son cruciales comunicaciones fiables y seguras, entrando en juego otro concepto: la Ciberseguridad. 
• La Simulación se utiliza en muchas fases de Ingeniería. Proporciona datos en tiempo real para poder reflejar el mundo físico con un modelo virtual, incluyendo productos, máquinas y comportamientos humanos. 

Metodología

Se parte de la premisa de que BIM y la I4.0. comparten elementos en común, pero también de que I4.0. tiene un marco metodológico que ha alcanzado mayor consenso, como demuestra la Visión 2030 alemana que, después, fuera adoptada por otros países como España y que ha sido completada e integrada en la estrategia de I+D+i de la Comisión Europea.

La Metodología empleada consiste en dos ejercicios prácticos: 

• Identificación aproximada de elementos de la I4.0. y sus principios básicos sobre un análisis reciente de la viabilidad y uso del BIM.
• Búsqueda por Internet de referencias como artículos y noticias que relacionan BIM con Tecnologías Avanzadas ya empleadas en I4.0. con los nuevos paradigmas de la Construcción anteriormente avanzados.

Posteriormente, se procede a realizar un Análisis de dichos resultados empleando técnicas estadísticas elementales a efecto de determinar algunos patrones de coincidencia o divergencia entre BIM y la I4.0. en el momento de la edición de Cimbra 417. 

Análisis 

La identificación consiste en un proceso reflexivo, casi subjetivo de cada respuesta al cuestionario que se incluye en el número 417 de Cimbra, forzando a elegir una de las características de la I4.0. (elementos o principios): cuando ambas características de la I4.0. respondían en el mismo sentido, esto es, cuando comparten los elementos y principios básicos de la I4.0., se asignaba valor numérico 1 y, cuando ambas se echan en falta por los encuestados, valor numérico -1. 

Sobre la suma de valores, se procedió a realizar un cálculo de frecuencias relativas, obteniendo los siguientes resultados: 

Del análisis se puede deducir que BIM comparte varios principios, sin embargo, los usuarios no identifican BIM como una metodología aún orientada al cliente y echan en falta cierta interoperabilidad, objetivos comunes del marco conceptual de la I4.0. 

Actualmente, los usuarios de BIM compartirían el concepto de una producción flexible desde la fase de diseño que promueve la I4.0. También, la vocación por la economía circular y el Eco-diseño, pero en menor medida el de una logística optimizada. 

La Búsqueda con el buscador de Google aportó sin demasiado esfuerzo más del 87,5% de las posibles combinaciones de Tecnologías Avanzadas y BIM en lengua inglesa, aportando así un primer resultado sobre el uso.

Un segundo resultado cualitativo vendría a ser que, a lo largo del ciclo de vida (construcción, gestión de activos), se emplean o quieren emplear todas las tecnologías para los paradigmas analizados, por lo que la interoperabilidad debe considerarse desde fase de Diseño. Dado que los usuarios de BIM tienen aún la percepción de carencia de esa propiedad, en caso de que esos paradigmas ocupen mayor relevancia en la Construcción, podríamos estar incurriendo en riesgos futuros para el sector. 

Del mismo modo, los nuevos paradigmas relacionados con la Construcción emplean toda la gama de tecnologías. El mundo de la Construcción con BIM podría por su naturaleza darle poca importancia a la Ciberseguridad en las fases dominantes de la Gestión de Activos, un efecto que podría quedar amplificado por la escasa percepción de BIM como solución orientada a los clientes para el intercambio de datos que indica, en caso de desincentivar la contratación de soluciones profesionales relacionadas con la Ciberseguridad para el sector de la Construcción.

Conclusiones

La I4.0. le ofrece un marco de principios y elementos de interés que permiten evaluar el grado de madurez del uso de BIM con la que comparten el uso de sus Tecnologías Avanzadas de uso intensivo en los nuevos paradigmas, tanto para la industria como para la Construcción.

La interoperabilidad y la Ciberseguridad en general parecen ser debilidades del BIM, siendo una oportunidad quizás progresar en BIM como solución orientada a los clientes para el intercambio de datos o información.

En cuanto a la percepción de flexibilidad que tienen los actuales usuarios de BIM, el análisis muestra cierta contradicción ante el hecho de que existen nuevas técnicas de Construcción que hacen verdaderamente flexible la producción. Esto puede ser debido al perfil de empresa constructora o despacho técnico objeto de la encuesta empleada.

Debe analizarse con mayor detenimiento este concepto porque puede tener relación con el diseño de procesos de las organizaciones y de cómo se relacionan con sus clientes desde las fases iniciales del concepto constructivo. 

Autores: Raúl Pastor García (Ingeniero Industrial, doctorando en Ingenierjía Mecánica y Organización Industrial), Darío Collado Mariscal (Ingeniero Técnico de Obras Públicas e Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, consultor BIM en AC2 Innovación) y Antonia Cuevas Murillo (Ingeniero Técnico de Obras Públicas, consultora BIM en AC2 Innovación).

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