Arquitectura para un Gemelo Digital BIM

¿Cómo aprovechar los modelos BIM de edificios e infraestructuras para que sean la base de un gemelo digital? Esta pregunta se la hacen muchos porque las tecnologías que vemos en el mercado no han terminado de darle respuesta. 

 

La mayoría consideran que los modelos digitales que alimentan los gemelos digitales son estáticos y no hay que preocuparse por si cambian, pero los edificios, las torres de telecomunicaciones, las subestaciones, los puentes, las estaciones de bombeo, los racks de tuberías y la gran mayoría de las infraestructuras civiles cambian, se actualizan, a ritmos que cuesta creer, a veces de maneras impredecibles, difíciles de rastrear y documentar.

 

Por ejemplo, un cliente gubernamental con un campus de cuatro edificios en el Levante de España nos contaba cómo su equipo de Facilities atendía una media de 1000 solicitudes de intervención al año, desde cambiar un punto de acceso wifi a mover un departamento entero de edificio. Mil intervenciones que planificar y documentar (o no) en el modelo BIM. O un gran cliente minorista que está constantemente renovando sus centros para mantenerlos atractivos para las campañas de venta nos reconoce lo difícil de mantener una documentación general al día. Decenas de cambios, unos gestionados desde la central de diseño, otros directamente decididos desde los centros, que en el mejor de los casos quedan recogidos de forma esquemática en la planimetría.

 

Los cambios mal documentados no son patrimonio exclusivo de los edificios. Pensamos en instalaciones remotas como torres de telecomunicaciones, subestaciones o plantas de aguas, donde, para planificar un cambio, es habitual partir de documentación incompleta y se hace difícil, por costoso, destacar a un técnico para que haga un buen as-built o que valide que lo instalado o cambiado corresponde con lo que se había planificado. Y no hablamos de los cambios fruto de averías o necesidades sobrevenidas que se resuelven in situ y que rara vez se recogen en ninguna parte. 

 

BIM no es una receta mágica pero BIM sí que ayuda a tener una foto, una sola foto del estado del activo en cada momento, y eso ciertamente es una ventaja: si has de hacer un cambio, hacerlo en el modelo te asegura que todo el activo y toda su documentación gráfica estarán al día. 

Cabe aquí introducir la distinción entre modelo BIM  de información de proyecto, modelo de activo y gemelo digital.

 

El modelo BIM de proyecto es aquel que se emplea para planificar,  tomar decisiones y documentar los cambios que se quieran hacer en un activo. Es el modelo que se edita y trabaja para producir un proyecto o para dar seguimiento a una obra o montaje. El modelo de proyecto puede contener información que es relevante a la operación del edificio o infraestructura pero su objetivo principal es documentar los cambios, dar soporte al estudio de alternativas y contener información que es relevante a las fases de diseño y de construcción, mucha de la cual carece de valor una vez terminado el proyecto. 

 

El modelo de activo es la representación del edificio o infraestructura, junto con todos los elementos que le son propios y que tienen un interés para la operación, ya sea por el control de su depreciación, por su mantenimiento o por ser una parte esencial de las prestaciones de negocio que el dueño u operador necesita. Un modelo de activo, por ejemplo, podría prescindir de armaduras, soportación de instalaciones o de información relacionada con el presupuesto de sus elementos si la operación del activo no va a necesitar esa información. Es contraintuitivo pero el nivel de información necesaria para el activo (LOD500) puede ser sustancialmente menor al nivel de información necesaria para construcción (LOD400).  Un modelo de activo es la cartografía sobre la que construir el gemelo digital.  

 

El gemelo digital resulta de la integración del modelo de activo con datos provenientes de otras fuentes de información con el fin de que se realicen los casos de uso de la organización . El gemelo digital permite simular, analizar y optimizar el rendimiento y la operación del activo en un entorno digital seguro. Es la herramienta dinámica y evolutiva que facilita la toma de decisiones informadas y la mejora continua del activo o del portfolio de activo.

 

Por otro lado, es importante no confundir Common Data Environment con Gemelo Digital. El primero tiene la vocación principal de servir de campo de juego para el desarrollo colaborativo de proyectos y la entrega e intercambio de información, mientras que el Gemelo Digital es lo que la organización necesita que sea, con los casos de uso, controles  e integraciones.

Entonces, si decimos que los edificios e infraestructuras cambian a menudo, y que usar BIM para describir y documentarlos simplifica conseguir una representación fidedigna, podemos decir que un gemelo digital cuyos casos de uso dependen de una buena representación del activo debe estar conectado de forma más o menos permanente con el modelo BIM. Que idealmente un cambio en el activo se debe planificar en el modelo BIM y una vez ejecutado, el modelo debe usarse para actualizar el Gemelo Digital.

 

Para ello, será necesaria una arquitectura que conecte los modelos BIM a través de un entorno común de datos (common data environment) o plataforma web de datos de proyecto, con la plataforma de gemelo digital de la organización. Si no, el riesgo es tener un gemelo digital con información que no está al día se dispara.

Antes de desglosar la arquitectura para desarrollar un Gemelo Digital basado en BIM,  vamos a ver las relaciones que se deben establecer entre los modelos de proyecto y activo para conservar un gemelo digital actualizado.

El modelo de activo tiene que ser siempre una consecuencia de la evolución del modelo de proyecto pero adaptado para responder a las necesidades del gemelo digital. 

Nuestra experiencia es que la adaptación o conversión del modelo de proyecto en modelo de activo puede hacerse de forma automática siempre y cuando se den unas condiciones mínimas en el modelo BIM de proyecto. Las actividades clave para convertir un modelo de proyecto en activo son tres:

• Eliminar todos aquellos elementos y atributos que son irrelevantes para la gestión del activo. Por ejemplo, eliminar el armado de la estructura o información para el control de costes o el montaje.
• Organizar los elementos de una manera diferente al proyecto basándonos en atributos existentes o relaciones con otros elementos. Por ejemplo agrupar terminales por la habitación que ocupan o equipos por proceso en lugar de disciplina.
• Añadir información a elementos de proyecto a partir de una codificación existente, por ejemplo añadir información de garantías o de fecha de instalación a partir de un código de identificación.

Expresado de otra forma: la conversión de modelo de proyecto a activo solo debe implicar actividades que puedan automatizarse. 

Mientras que el desarrollo de un modelo BIM de proyecto implica trabajo manual, pensamos que para que ese modelo BIM pueda ser la base de un gemelo digital debe poder convertirse a modelo de activo automáticamente y sin intervención humana. De esta forma, cualquier modificación en el activo se debe hacer a través del modelo de proyecto y la representación del activo se hace mediante un modelo que se genera de forma automática. No obstante, la organización deberá ajustar este enfoque a las características de sus activos y a los recursos de que dispone. Organizaciones con un puñado de grandes activos pueden plantearse hacer una conversión manual entre modelo de proyecto y activo pero utilities o telecos con miles de puntos de servicio no tienen otra alternativa que hacerlo de forma automática.

Desde 2020 venimos desarrollando proyectos de Digital Twin BIM bajo este enfoque. Describimos a continuación los componentes principales de la arquitectura que utilizamos. 

 

0. La soberanía sobre el modelo digital de activo

Mantener el poder y la capacidad de acceder a los modelos 3D que conforman la base de un gemelo digital es esencial para cualquier organización. Al tener acceso directo y control sobre estos modelos, la empresa garantiza su adaptabilidad ante cambios y necesidades nuevas, preservando su independencia tecnológica y evitando dependencias de terceros. Además, poseer este control facilita la integración con otros sistemas, asegurando coherencia en la gestión del dato. Por último, los modelos 3D no son solo representaciones; son activos estratégicos clave para la planificación y toma de decisiones en el mundo de hoy.

La arquitectura del gemelo digital debe estar alineada con la soberanía del modelo digital de activo, no solo asegurando el acceso a la información de los modelos sino también estructurando los componentes de la arquitectura de manera que éstos se puedan cambiar sin afectar al resto. Una dependencia excesiva de un formato o tecnología cerrada puede suponer problemas operativos y sobrecostes muy importantes. 

1. Modelo BIM de Proyecto

El modelo BIM de proyecto debe estar muy orientado a la edición, y para este fin nos parece que aún son mejores las alternativas comerciales (como Autodesk Revit, Archicad, etc) que obligan a usar formatos propietarios. El modelo deberá mantenerse con la mayor calidad y salud posibles, incluyendo el mínimo número de contenedores de información, listados, anotaciones y planos que sean necesarios. 

2. Entorno común de datos de proyecto

Para controlar correctamente los intercambios, publicaciones e incidencias propias del diseño y la construcción, es recomendable hospedar y gestionar el modelo BIM de proyecto en un entorno común de datos moderno. Además de almacenar los modelos, estas aplicaciones integran su geometría y propiedades con las funcionalidades de la plataforma: los planos se gestionan de manera conjunta con los modelos de los que derivan, se pueden crear incidencias en ubicaciones concretas de los modelos o extraer elementos y propiedades. También se puede emplear el CDE para almacenar el modelo de activo.

3. Modelo BIM de Activo

De cara a mantener una soberanía sobre los datos de activo y dado que, como proponemos, el modelo de activo es una foto del modelo de proyecto, enriquecida pero estática en sí misma, nos parece que usar un estándar abierto como IFC (Industry Foundation Classes), un esquema promovido por la fundación Building Smart para describir objetos en el entorno construido, resulta adecuado. 

4. Plataforma Digital Twin

El elemento final de nuestra arquitectura es la plataforma que automatiza las conversiones entre modelos y la integración del entorno común con el digital twin. Este sistema debe tener un doble cometido:

Por un lado, debe orquestar el intercambio de modelos, la conversión automática de modelo de proyecto a modelo de activo, la conversión y publicación del mismo para su uso por el digital twin y toda la gestión de permisos que esté relacionada, además, puede añadir capacidades al CDE que sean específicas para la organización, como la gestión de librerías, la integración de incidencias del CDE con tickets en otros sistemas o la extracción de datos de los modelos. 

Por otro lado, esa misma plataforma debe usarse para el desarrollo de los casos de uso del digital twin. Las organizaciones que prefieran desarrollar su propio entorno de digital twin pueden extender esa plataforma para gestionar las funcionalidades que les sean necesarias, la conexión con sus fuentes de datos y dispositivos y asegurar la correcta integración con los modelos 3D de activo de forma nativa. 

Existen múltiples alternativas para esta plataforma pero todas implican el desarrollo a medida de la organización y sus usuarios. Ya sea con un desarrollo en Azure Digital Twins, AWS TwinMaker o sobre entornos como el iTwin de Bentley, o 3D Experience de Dassault, para conseguir la visión y nivel de integración que hemos descrito se necesitará un esfuerzo considerable de programación además de personalización.

En Modelical estamos desarrollando Modelical.io, nuestra plataforma digital twin para conectar los mundos de activo y proyecto, perfecta para crear gemelos digitales basados en modelos BIM, una solución totalmente adaptable que incluye herramientas de visualización, gestión de modelos, automatización, extracción de datos y gestión de usuarios. 

Modelical.io es una caja de herramientas al servicio de las organizaciones más exigentes con sus casos de uso, con la calidad y disponibilidad de la información de sus activos y está diseñada para permitir una completa integración entre los proyectos.

Así que es posible y altamente recomendable aprovechar los modelos BIM de edificios e infraestructuras para que sean la base de un gemelo digital. Cómo hemos abordado en este artículo, las claves de este proceso, residirán en: 

• Aceptar que los activos están siempre cambiando
• Tener modelos BIM específicos para proyecto y activo, donde el modelo de activo sea un resultado automático del modelo de proyecto
• Automatizar las conversiones y su mantenimiento
• Disponer una plataforma suficientemente potente y versátil para poder integrar el modelo de activo con fuentes de datos externas y permitir la realización de los casos de uso deseados. 

En Modelical podemos acompañarte en el desarrollo del gemelos digital de tu organización. Ofrecemos servicios integrales BIM, de desarrollo de gemelos digitales y transformación digital. Combinamos nuestra experiencia en la gestión digital de activos y en la implantación de tecnologías para aportar valor a los proyectos y negocios de nuestros clientes. Trabajamos desde hace más de 10 años para sectores punteros y exigentes incluyendo el sector energético, de infraestructuras y transporte, de petróleo y gas, logístico, inmobiliario y AEC entre otros.