Profesor Zhang Jianping: la digitalización impulsa la construcción inteligente

Sincronización WeChat · Xiaowei · 2023-11-06

El siguiente artículo proviene deExploración de la Construcción Inteligente, por el comité editorial

Resumen

La construcción inteligente es un nuevo modelo de construcción orientado al ciclo de vida completo del producto de ingeniería que integra en profundidad las tecnologías de la información de nueva generación. Su objetivo es formar una cadena industrial integrada y un sistema operativo coordinado que abarque la planificación e inicio del proyecto, el planeamiento y el diseño, la producción y la construcción, la entrega del producto y los servicios de operación y mantenimiento, y es la vía principal para impulsar la transformación y la mejora del sector de la construcción. Frente a las tecnologías clave que la construcción inteligente debe superar, este artículo propone, bajo el soporte digital de todo el proceso de los proyectos de ingeniería, un pensamiento digital, una vía de digitalización y un BIM inteligente impulsado por los datos con su aplicación a lo largo de todo el proceso, explorando así una vía tecnológica viable para la construcción inteligente.

Palabras clave: construcción inteligente digitalización BIM inteligente proyecto de ingeniería

1. Estrategia nacional y sectorial de desarrollo de la digitalización

1. Estrategia nacional y sectorial de desarrollo de la digitalización

En la actualidad, el rápido desarrollo de las tecnologías de la información de nueva generación ha impulsado en gran medida la transformación y la mejora digitales de todos los sectores. Entre ellas, las tecnologías de comunicación y percepción de nueva generación, representadas por las comunicaciones 5G, el Internet de las Cosas y el Internet industrial, han hecho posible obtener grandes datos de manera eficiente y a gran velocidad, proporcionando la base de datos para la digitalización del sector; las tecnologías de cálculo de datos de nueva generación, cuyo núcleo son la computación en la nube, los grandes datos y la cadena de bloques, han logrado el almacenamiento distribuido a ultra gran escala, el procesamiento y el cálculo eficiente de los datos y, combinadas con tecnologías de chips como la GPU y la FPGA, proporcionan el entorno de potencia de cálculo para la digitalización del sector; las tecnologías de análisis de datos de nueva generación, representadas por la minería de datos, la percepción y el reconocimiento y el aprendizaje profundo, han impulsado el desarrollo de las tecnologías de inteligencia artificial de nueva generación basadas en los grandes datos, proporcionando el soporte algorítmico para la digitalización del sector. Las tecnologías de la información de nueva generación han mejorado enormemente la capacidad de adquisición, procesamiento, tratamiento y utilización de los datos, lo que permite que los datos, al incrementar su valor, se conviertan en «activos de información», impulsando el desarrollo y la transformación de gran alcance de todos los sectores.

Impulsado por las nuevas teorías y las nuevas tecnologías, el Gobierno chino, valorando la situación en el momento oportuno, ha formulado una serie de importantes estrategias de desarrollo para promover «Internet+», los grandes datos y la inteligencia artificial, entre las que figuran las «Opiniones orientativas sobre el fomento activo de la acción “Internet+”», emitidas por el Consejo de Estado en julio de 2015, el «Esquema de acción para el fomento del desarrollo de los grandes datos», publicado en septiembre de 2015, y el «Plan de desarrollo de la inteligencia artificial de nueva generación», de julio de 2017. Para aplicar la estrategia nacional de desarrollo, los departamentos competentes del Estado y del sector de la construcción han ido publicando asimismo una serie de políticas al respecto. Entre las políticas más representativas cabe señalar: en marzo de 2020, el Comité Central propuso la dirección prioritaria de desarrollo de las «nuevas infraestructuras» del país, para acelerar la construcción de infraestructuras de nueva generación, como las redes 5G y los centros de datos; en consonancia con las «nuevas infraestructuras», el Ministerio de Vivienda y Desarrollo Urbano-Rural (MOHURD) planteó la estrategia de desarrollo de la «nueva construcción urbana», para guiar la transformación y la mejora de las ciudades e impulsar la modernización urbana. En julio de 2020, el MOHURD, junto con 13 ministerios y comisiones, publicó las «Opiniones orientativas sobre la promoción del desarrollo coordinado de la construcción inteligente y la industrialización de la edificación», en las que se definen la estrategia de desarrollo y el sistema industrial del sector de la construcción de China y se fija el objetivo de que China se incorpore a las filas de los países con construcción inteligente avanzada hacia 2035.

Sin embargo, el modo de construcción tradicional y el sistema de gestión del sector de la construcción de China son relativamente atrasados: presentan problemas de alto consumo, altas emisiones y baja eficiencia; además, la infraestructura de datos es débil y el nivel de digitalización es bajo. En el contexto de la estrategia nacional de digitalización, la transformación digital y la mejora inteligente del sector de la construcción se enfrentan a retos severos, lo que ha restringido seriamente el desarrollo de la construcción inteligente y de la industrialización de la edificación sustentadas en la digitalización y la inteligencia.

2. La digitalización es el camino ineludible de la construcción inteligente

2. La digitalización es el camino ineludible de la construcción inteligente

2.1 La construcción inteligente y sus tecnologías clave

La construcción de la ingeniería es el proceso completo de construcción de los proyectos de ingeniería, que comprende la planificación e inicio del proyecto, el planeamiento y el diseño, la producción y la construcción, y los servicios de operación y mantenimiento.

La construcción inteligente es un nuevo modelo de construcción orientado al ciclo de vida completo del producto de ingeniería que integra en profundidad las tecnologías de la información de nueva generación. Su objetivo es lograr, bajo el impulso de la digitalización, la integración y la coordinación de todo el ciclo de vida y de toda la cadena —planificación e inicio del proyecto, planeamiento y diseño, producción y construcción, entrega del producto y servicios de operación y mantenimiento—, de modo que el proceso constructivo alcance el diseño digitalizado, la construcción industrializada y la gestión modernizada. Es la vía principal para acelerar la transformación y la mejora del sector de la construcción y lograr el cambio fundamental del modo de producción.

El contenido de aplicación de la construcción inteligente abarca principalmente la percepción, el reconocimiento, la recopilación, la localización, el seguimiento, la transmisión, la supervisión y la gestión inteligentes de los datos de todo el proceso; las plataformas de modelado digital y de gestión de datos; el diseño colaborativo digital; la producción industrializada y la construcción automatizada; y la gestión de decisiones impulsada por los datos.

La construcción inteligente integra profundamente la tecnología de la construcción con las tecnologías de la información de nueva generación, como el BIM, la computación en la nube, los grandes datos, el Internet de las Cosas y la inteligencia artificial, e incluye concretamente las siguientes tecnologías clave:

Tecnología de modelado digital y simulación de la ingeniería: sobre la base del BIM para definir el producto de ingeniería, se construyen relaciones de correlación de datos multidimensionales y, mediante la simulación de su lógica espacial, física y de negocio y el mapeo dinámico y real de todo el proceso constructivo, se logra el gemelo digital del producto de ingeniería y de su proceso de construcción.

Tecnología de percepción, reconocimiento y control inteligentes: mediante diversos sensores que perciben en tiempo real la información de estado del proceso constructivo y de la obra, e integrando tecnologías como el BIM, el Internet de las Cosas, el Internet móvil, la computación en la nube, el reconocimiento inteligente, la localización en tiempo real y la vigilancia digital, se logra la percepción, el reconocimiento, la recopilación, la localización, el seguimiento, la transmisión, la supervisión y la gestión inteligentes de los datos de todo el proceso de construcción del proyecto, lo que respalda la obra inteligente y la logística inteligente.

Tecnología de decisión inteligente impulsada por los grandes datos de la ingeniería: se establecen modelos de conocimiento basados en los grandes datos y nuevos paradigmas de minería de datos; mediante la minería de datos, el análisis de datos y la comprensión de los datos, se logran la alerta temprana de tendencias fuera de límites, la extracción de las causas de las desviaciones y el análisis predictivo en múltiples aspectos, como el avance, el costo, la calidad y la seguridad de la construcción de la ingeniería, lo que respalda la gestión inteligente de decisiones basada en «datos + algoritmos».

Maquinaria de ingeniería automatizada e inteligente: sobre la base de la maquinaria de ingeniería tradicional, integra tecnologías de percepción y reconocimiento, localización y navegación y control automático, logrando la producción de mecanizado digital y la construcción robótica impulsadas por el BIM y por los datos, que sustituyen a las personas en los trabajos en entornos adversos, elevan la eficiencia del trabajo y reducen la mano de obra.

2.2 El pensamiento digital de la construcción inteligente

En síntesis, la construcción inteligente se fundamenta en las tecnologías de la información de nueva generación y se sustenta en la digitalización, la interconexión en red y la inteligencia, y de ellas la digitalización es la parte más importante para lograr la construcción inteligente.

El objetivo actual de desarrollo del sector de la construcción es impulsar la transformación y la mejora digitales del sector y de las empresas, con el fin de utilizar las tecnologías digitales para reconstruir las relaciones organizativas, los modelos de negocio y los modos de producción de las empresas y del sector y lograr la gestión basada en datos. Su estrategia general consiste en tomar como base la digitalización de todo el proceso de los proyectos de ingeniería y la construcción inteligente como punto de partida, y, mediante el modelado digital BIM y su aplicación a lo largo de todo el proceso, lograr una mejora integral en los tres frentes de los datos, la potencia de cálculo y los algoritmos, proporcionando la base y el soporte de datos para la transformación y la mejora digitales del sector y de las empresas.

La digitalización es una vía técnica para almacenar, transmitir, procesar, tratar y aplicar la información en forma de códigos digitales; mediante el modelado digital de los objetos/procesos físicos se forma el gemelo digital dentro del ordenador. La informatización, por su parte, es el proceso de utilizar las tecnologías de la información para transformar la estructura económica y social tradicional sobre la base del desarrollo de la industria de las tecnologías de la información. La digitalización hace hincapié en la informatización y la automatización de las aplicaciones de la información, reconstruyendo el mundo físico en el mundo digital; la informatización enfatiza la aplicación de las tecnologías de la información, el intercambio de los recursos de información y el desarrollo de la industria de la información, y utiliza la información y las tecnologías de la información para transformar el mundo físico, generando una productividad basada en la información. La digitalización es la base y el método de la informatización, mientras que la informatización es el valor de la digitalización: la aplicación de los datos en el mundo físico.

Desde el décimo plan quinquenal hasta el actual decimocuarto plan quinquenal, la informatización del sector de la construcción, desarrollada con gran dinamismo en China, ha utilizado las tecnologías de la información para llevar a cabo la producción, la gestión, la operación y la toma de decisiones de las empresas de construcción y de los proyectos de ingeniería, impulsando un notable desarrollo de la informatización del sector. Sin embargo, como la digitalización ha funcionado siempre a un nivel bajo y las tecnologías de procesamiento de datos son relativamente atrasadas, la implantación de la informatización ha avanzado con dificultades y sus resultados distan de ser satisfactorios. El proceso de informatización tradicional se centraba principalmente en los negocios de la empresa o del proyecto y en sus flujos de funcionamiento, lo que refleja un pensamiento impulsado por el negocio: los medios informáticos solo se utilizaban para mejorar o transformar un reducido número de actividades. En el modelo de informatización en el que el negocio impulsa las TI, los datos de los procesos de negocio se introducen en los sistemas, formando los resultados operativos y los registros históricos del negocio; la función de los datos se limitaba a la posterior consulta, la estadística y el análisis de los datos históricos.

El pensamiento digital consiste en elevar el nivel de funcionamiento digital y hacer que los datos impulsen las TI, lo que puede generar nuevas formas de negocio o nuevos modelos de producto. Este gemelo digital no solo constituye la representación dinámica y real del objeto, sino que, mediante la construcción de relaciones de correlación de datos multidimensionales, permite realizar cálculos integrados y de conjunto, de modo que pueda reflejar la realidad, diagnosticar y resolver problemas y prever el futuro.

2.3 La vía de digitalización de la construcción inteligente

La construcción inteligente se sustenta en la digitalización de todo el proceso de los proyectos de ingeniería para lograr la gestión de los datos de todo el proceso constructivo, por lo que su vía tecnológica debería incluir los siguientes aspectos.

(1) Modelado digital y simulación

El BIM es una base importante para el modelado digital en el ámbito de la construcción y para lograr el gemelo de datos, y constituye además la principal fuente de los grandes datos de la ingeniería. La profundización del modelado BIM y de su aplicación integrada a lo largo de todo el proceso del proyecto permite lograr el gemelo de datos de todo el proceso de construcción de la ingeniería y simular su lógica espacial, física y de negocio. Integrando la percepción inteligente del Internet de las Cosas y los datos dinámicos en línea, se establecen puntos de contacto digitales multidimensionales, se recogen datos por diferentes medios y se mantiene en línea la «vista de datos», logrando un crecimiento polimórfico y acelerado de los grandes datos de la ingeniería, lo que proporciona la base de datos para la acumulación de los grandes datos del sector.

(2) Plataforma de gestión digital

Sobre la base de la arquitectura de red distribuida de computación en el borde, se construye una plataforma BIM en la nube para proyectos de ingeniería, autónoma y controlable, e incluso centros de datos masivos de las empresas y del sector, que proporcionan el almacenamiento distribuido en la nube, el procesamiento y el cálculo eficientes del BIM y de los grandes datos de la ingeniería, así como mecanismos de creación, gestión y aplicación de modelos digitales holísticos, mecanismos de control de la lógica de negocio y del trabajo colaborativo, gestionando y controlando el flujo de datos y el flujo de trabajo de todo el proceso de construcción de la ingeniería, y proporcionando también el soporte de potencia de cálculo para la gestión, la minería y el análisis de los grandes datos del sector.

(3) Servicios digitales de producto

Se establece un sistema integral de productos y servicios digitales de diseño, producción y operación; mediante el desarrollo y la comercialización de software de ingeniería, se forma un ecosistema de software de toda la cadena industrial con el software BIM autónomo y controlable como núcleo, que se interconecta y se vincula con el ecosistema de la plataforma CIM autónoma, respaldando la planificación e inicio del proyecto, el planeamiento y el diseño, la producción y la construcción y la gestión de la operación y el mantenimiento impulsadas por los datos, formando una cadena industrial integrada y logrando la entrega de productos de ingeniería ecológicos y sostenibles y los servicios de operación y mantenimiento.

(4) Operación del negocio y toma de decisiones impulsadas por los datos

El gemelo de datos basado en el BIM puede lograr el mapeo dinámico de todo el proceso de construcción de la ingeniería, construir automáticamente la lógica espacial, física y de negocio y sus relaciones de correlación de datos multidimensionales, y puede utilizar y desarrollar algoritmos y herramientas de análisis de datos más científicos y eficientes, mejorar el desglose y el análisis de los datos en distintas dimensiones e impulsar la operación y la gestión refinadas del negocio mediante el análisis de datos. Con el respaldo de los propios datos de la empresa y de los grandes datos del sector, se forman juicios tridimensionales, jerárquicos y de tendencia, se generan percepciones y comprensiones sobre la industria, el sector, los productos y los grupos de clientes y se impulsa el crecimiento del negocio mediante la comprensión de los datos. La toma de decisiones, impulsada antes por los procesos y la experiencia, se actualiza a una toma de decisiones impulsada por los datos.

(5) Equipos de ingeniería inteligentes con integración hombre-máquina

Mediante la integración de tecnologías de percepción y reconocimiento, localización y navegación y control automático, los equipos de ingeniería inteligentes presentan las características de autopercepción, autoadaptación y autocontrol. Adoptan un nuevo modo de integración hombre-máquina en el que interactúan el hombre, la máquina y el entorno, formando diversos paradigmas de colaboración, como máquina-máquina y hombre-máquina; durante su funcionamiento pueden operar de forma autónoma, realizar una supervisión inteligente y diagnosticar fallos.

3. Desarrollo de la tecnología BIM orientado a la construcción inteligente

3. Desarrollo de la tecnología BIM orientado a la construcción inteligente

Frente a las estrategias de desarrollo nacionales y del sector, cómo seguir superando la tecnología BIM y profundizando su aplicación para proporcionar la base y el soporte digitales a la digitalización del sector y a la construcción inteligente se ha convertido en el problema de mayor urgencia que debe resolverse en la actualidad. Sobre la base de más de 20 años de investigación y práctica sistemáticas, el equipo de investigación BIM de la Universidad de Tsinghua ha propuesto de manera innovadora el BIM inteligente impulsado por los datos y su aplicación a lo largo de todo el proceso, explorando una vía tecnológica viable para la digitalización de todo el proceso de los proyectos de ingeniería y para la construcción inteligente.

El BIM inteligente presenta rasgos típicos como la inteligencia autónoma propia del BIM, el impulso de los grandes datos y el soporte del entorno inteligente. La inteligencia autónoma del BIM se origina en la estructura completa del modelo BIM, que debe incluir el modelo de producto, el modelo de proceso y el modelo de decisión, y debe poseer las características de completitud, correlación y dinamismo de los datos, de modo que pueda respaldar la correlación inteligente, la evolución automática, la actualización autónoma y la toma de decisiones impulsada por los datos.

3.1 Soporte de entorno del BIM inteligente

Con el rápido desarrollo de las tecnologías de la información de nueva generación, la tecnología BIM se ha ido integrando profundamente con el Internet de las Cosas, la inteligencia artificial, la computación en la nube y los grandes datos, y evoluciona gradualmente hacia el BIM inteligente. El BIM inteligente requiere ante todo el soporte de un entorno de hardware y de software. El entorno de hardware inteligente se basa en la infraestructura de información de las «nuevas infraestructuras»: conecta diversos dispositivos inteligentes a través de Internet para que puedan intercambiar información automáticamente, desencadenar acciones y ejecutar controles, logrando la percepción, el reconocimiento, la recopilación, la localización, el seguimiento, la transmisión, la supervisión y la gestión inteligentes de los datos de todo el ciclo de vida del proyecto.

El entorno de software inteligente se basa en la infraestructura integrada de las «nuevas infraestructuras»: integra el BIM con la computación en la nube, los grandes datos, el Internet de las Cosas y la inteligencia artificial para lograr la fusión, el almacenamiento, la minería y el análisis de los datos masivos y heterogéneos de todo el ciclo de vida del proyecto, pasando de los datos a la información, al conocimiento e incluso a la inteligencia, en apoyo de la construcción y la gestión inteligentes.

3.2 Soporte de aplicación del BIM inteligente

El modelado BIM y su aplicación integrada a lo largo de todo el proceso del proyecto de ingeniería constituyen el soporte de aplicación del BIM inteligente y también la única vía para el modelado digital del sector y la acumulación de los grandes datos. La aplicación integrada del BIM orientada a todo el proceso de la ingeniería comprende tres niveles: la aplicación integrada de múltiples disciplinas, como la obra civil, las instalaciones electromecánicas y los muros cortina; la aplicación colaborativa de múltiples participantes, como el promotor, el diseñador, el constructor y el operador de mantenimiento; y la aplicación entre fases, como la planificación, el diseño, la construcción y la operación y el mantenimiento.

Para lograr estas tres dimensiones de la aplicación integrada, se requieren tecnologías de soporte para la creación del BIM de todo el ciclo de vida, incluidos el marco arquitectónico del BIM de ciclo de vida completo y el entorno de intercambio de información, las tecnologías de modelado BIM de todo el ciclo de vida, las tecnologías de almacenamiento y gestión de los datos BIM de todo el ciclo de vida, y las tecnologías de extracción e integración de submodelos BIM, entre otras. También es indispensable una serie de soportes de gestión para la aplicación integrada del BIM, como las guías de estándares de aplicación del BIM, los modelos y métodos de gestión basados en el BIM y la organización y el control de los procesos de negocio basados en el BIM. Estos soportes técnicos y de gestión se integran en una plataforma BIM unificada, que respalda la aplicación integrada del BIM en tres niveles a lo largo de todo el proceso del proyecto, formando un modelado digital BIM completo y proporcionando la base de datos para la digitalización de todo el proceso del proyecto y para la acumulación de los grandes datos de la ingeniería.

3.3 Soporte de gestión del BIM inteligente

La plataforma BIM y el centro de datos son el soporte de gestión del BIM inteligente y también una base importante para la gestión y la minería de los grandes datos de la ingeniería.

(1) Funciones básicas y características técnicas de la plataforma BIM

La plataforma BIM, como plataforma de aplicación orientada al usuario, tiene tres funciones básicas:

Proporcionar los mecanismos de creación, gestión y aplicación del BIM de todo el ciclo de vida del proyecto, logrando el intercambio de información sin pérdidas entre las distintas fases, los múltiples participantes y las distintas disciplinas de todo el ciclo de vida del proyecto.

Proporcionar los mecanismos de trabajo colaborativo y de control de la lógica de negocio, logrando el trabajo colaborativo de múltiples participantes y la organización y la programación de sus procesos de negocio.

Proporcionar el entorno de ejecución del software de aplicación BIM y del software de negocio relacionado, así como las funciones básicas de negocio de uso general, para materializar las diversas funciones de negocio basadas en el BIM.

Por lo general, una plataforma BIM típica presenta cuatro características técnicas importantes:

Un sistema de estructura BIM basado en estándares abiertos, capaz de expresar digitalmente de forma completa las entidades de las instalaciones del proyecto y su lógica espacial, física y de ingeniería, así como sus características asociadas.

La tecnología de modelado BIM puede construir las relaciones topológicas espaciales del modelo y las relaciones de lógica física y de ingeniería, respaldando la correlación inteligente, la evolución automática, la actualización autónoma y el impulso por los datos del modelo.

La tecnología de almacenamiento BIM puede soportar el almacenamiento distribuido en la nube de los datos a nivel de objeto, con capacidad de almacenar y gestionar datos estructurados, datos no estructurados y datos en flujo.

La tecnología de integración BIM puede soportar la extracción y la integración de los datos BIM y su fusión con datos heterogéneos, como los del Internet de las Cosas, los SIG y los sistemas externos.

(2) La plataforma en la nube orientada al BIM inteligente

La plataforma BIM, como soporte central de la tecnología BIM y de sus aplicaciones, respalda la aplicación del proyecto a lo largo de todo el proceso y alberga los datos holísticos del proyecto; la aplicación de la plataforma está estrechamente relacionada con cuestiones importantes como la garantía de la seguridad de los datos y la pérdida de los activos de datos. Sin embargo, en la actualidad una parte considerable de los proyectos de construcción de China sigue utilizando plataformas y software extranjeros, lo que encierra grandes riesgos ocultos. Con la difusión y la promoción de las aplicaciones BIM, la investigación y el desarrollo de plataformas BIM autónomas y controlables y de software de aplicación propios de China ha recibido una gran atención por parte del Estado y del sector, y se ha incluido entre las tecnologías y los productos de «cuello de botella» que deben superarse con urgencia. Por ejemplo, el equipo de investigación BIM de la Universidad de Tsinghua se ha dedicado durante mucho tiempo a la investigación sistemática de la teoría, los métodos, las tecnologías y las aplicaciones del BIM, y ha desarrollado una plataforma BIM con derechos de propiedad intelectual totalmente independientes, así como una serie de software de aplicación, que se han transferido como logros científico-tecnológicos y se han aplicado con éxito a cientos de proyectos de ingeniería, situándose a la vanguardia nacional e internacional.

La arquitectura de la plataforma BIM en la nube, desarrollada con arreglo a los conceptos y las tecnologías del BIM inteligente, se muestra en la figura 1. La plataforma BIM en la nube se basa en la serie de tecnologías de soporte subyacentes de los grandes datos y de la computación en la nube, incluidos servidores escalables, bases de datos en la nube, grandes datos y almacenamiento distribuido, y puede ofrecer servicios en la nube seguros, de gran elasticidad y de bajo costo, logrando el almacenamiento distribuido de los datos BIM sobre una arquitectura en la nube. Sobre esta base se han desarrollado plataformas intermedias de datos, como el motor de datos, el motor gráfico y el motor de integración del Internet de las Cosas, y, en forma de servicios de datos, servicios gráficos, servicios de interfaz y servicios de configuración, se ha formado un sistema de servicios modular orientado a las aplicaciones de diseño, construcción y operación y mantenimiento. Para el procesamiento de datos a gran escala, la plataforma proporciona algoritmos de aligeramiento y procesamiento eficiente de los modelos BIM, como la partición de mallas complejas, la fusión de mallas repetidas, la simplificación de mallas, el cálculo de LOD, la compresión geométrica y la carga por teselas, lo que permite cargar los modelos de datos a gran escala de forma eficiente, con bajo consumo y fluidez; al mismo tiempo, la plataforma aplica tecnologías como la caché de alta velocidad, la aceleración por CDN, la carga asíncrona de datos, el análisis de grandes datos y los motores de búsqueda inteligentes, y posee capacidades de respuesta rápida, manejo conveniente e inteligencia.

La plataforma BIM en la nube cuenta con una capacidad flexible de integración de sistemas y de conexión de dispositivos, formando un entorno inteligente de soporte que incluye diversos dispositivos de recopilación de datos, dispositivos de percepción inteligente, terminales de operación de múltiples dispositivos, sistemas externos y sus equipos de supervisión, así como terminales de visualización. Puede respaldar e integrar sistemas de aplicación como la construcción, la operación y el mantenimiento inteligentes, los patios de vigas inteligentes y la medición y la valoración dinámicas de las carreteras, así como integrar los datos de distintos proyectos y aprovechar las ventajas de cada aplicación.

Figura 1 Diagrama de la arquitectura de la plataforma BIM en la nube, tomando como ejemplo el desarrollo de la Universidad de Tsinghua

3.4 Soporte tecnológico del BIM inteligente

La formación y la aplicación de la plataforma BIM y del centro de datos proporcionan el soporte técnico para integrar ulteriormente las tecnologías inteligentes y utilizar los grandes datos para impulsar la gestión y la toma de decisiones inteligentes. La aplicación integrada del BIM y de las tecnologías inteligentes incluye la gestión impulsada por los datos, la supervisión digital dinámica, la percepción y la localización inteligentes y la toma de decisiones inteligente de «datos + algoritmos».

(1) Gestión impulsada por los datos

A través de la plataforma BIM en la nube se pueden ofrecer a los usuarios funciones de gestión impulsada por los datos, como el motor de búsqueda espacio-temporal de datos y el análisis de agregación, la localización automática de los modelos y la asociación inteligente con los datos de negocio, el enlace entre negocios y el análisis de correlaciones, y la extracción de modelos de varios niveles.

1) Búsqueda de información y análisis de agregación basados en las características espacio-temporales: con arreglo a las características espaciales de cualquier objeto o componente del modelo, se realiza la búsqueda y el análisis de agregación de los datos de negocio de la ingeniería y de los datos de los recursos de personal, materiales y maquinaria en cualquier momento concreto, proporcionando la gestión funcional profesional y el análisis de decisiones. Por ejemplo, calcular el grado de avance de las cantidades de obra, los costos o las inversiones de personal, materiales y maquinaria de cualquier parte de la obra en cualquier período de tiempo.

2) Localización automática de los modelos y asociación inteligente con los datos de negocio: mediante el establecimiento de reglas de correspondencia entre los componentes del modelo y los datos de negocio, se logra una asociación inteligente y dinámica entre el modelo y el negocio; cuando el modelo cambia o los datos de negocio varían, la asociación se ajusta automáticamente.

3) Enlace entre negocios y análisis de correlaciones: se logra el enlace inteligente y el análisis de correlaciones entre los sistemas de negocio relacionados. Por ejemplo, al vincular el sistema dinámico de cálculo de cantidades con el sistema de gestión de personal, materiales y maquinaria, las cantidades de obra de una parte especificada en un período especificado y las necesidades de personal, materiales y maquinaria calculadas por el sistema de cálculo de cantidades se asocian automáticamente al sistema de gestión de personal, materiales y maquinaria, que determina si la configuración previa de los recursos de personal, materiales y maquinaria antes de la asignación de los trabajos satisface las necesidades, y realiza la correspondiente asignación y gestión de los recursos.

4) Extracción de modelos de varios niveles: según las necesidades de la aplicación, se extraen modelos de distinto nivel de detalle, lo que permite una gestión multinivel de lo macro a lo fino y afronta eficazmente la gestión y la visualización del BIM de proyectos a gran escala, regionales y lineales de gran longitud.

(2) Supervisión digital dinámica

La fusión del BIM con la supervisión digital logra un crecimiento polimórfico de los datos: al integrar el BIM con la supervisión digital, la topografía moderna y el escaneo láser tridimensional, entre otras tecnologías, se resuelven eficazmente los problemas de la supervisión y el análisis dinámicos de la calidad y la seguridad en las obras, así como la localización automática y el análisis de la precisión en la construcción de estructuras complejas. Al mismo tiempo, en torno a la obra se realiza la supervisión y la gestión del entorno en tiempo real, incluidos la concentración de polvo en suspensión, la concentración de partículas, el índice de ruido y la videovigilancia.

(3) Percepción y localización inteligentes

Mediante la fusión del BIM con las tecnologías del Internet de las Cosas, se asocian al BIM las informaciones de los sensores, como los códigos QR, el RFID, la detección por infrarrojos y el escaneo láser, resolviendo el reconocimiento, la localización, el seguimiento, la supervisión y la gestión inteligentes en las aplicaciones BIM. Los dispositivos IoT pueden localizarse en el modelo, marcando dinámicamente su estado de funcionamiento, logrando la supervisión en tiempo real del estado de los dispositivos IoT, el seguimiento de los datos en tiempo real y la prestación de servicios de alarma. La tecnología de percepción y localización inteligentes se ha aplicado con éxito a la supervisión de la seguridad y del entorno durante el proceso de construcción y en la obra, a la configuración de los materiales de construcción y al seguimiento de la logística, así como, en la operación y el mantenimiento inteligentes de los proyectos, a la supervisión del funcionamiento de las instalaciones y los equipos, a la percepción y el reconocimiento de fallos y a la monitorización del consumo de energía y de las emisiones de carbono.

(4) La toma de decisiones inteligente de «datos + algoritmos»

Sobre la base del almacenamiento de los datos de todo el proceso del proyecto en una arquitectura en la nube, de los motores de búsqueda de grandes datos y de los mecanismos de fusión y minería de datos, se pueden respaldar algoritmos de análisis como el aprendizaje profundo, el procesamiento del lenguaje natural y la percepción y el reconocimiento, y se ha establecido un sistema de decisión inteligente de «datos + algoritmos». Mediante una serie de herramientas de análisis, como la búsqueda y el análisis de agregación espacio-temporales, el análisis predictivo de tendencias, la minería de patrones frecuentes, la detección de anomalías y la clasificación y la agrupación automáticas, se pueden proporcionar análisis y decisiones adaptados a las necesidades reales de las fases de diseño, construcción y operación y mantenimiento del proyecto, y también se puede respaldar la toma de decisiones de los directivos de las empresas y la gestión de los distintos negocios con un apoyo basado en el análisis profundo de los datos.

4. Problemas y respuestas

4. Problemas y respuestas

De acuerdo con la estrategia nacional de desarrollo digital y la orientación política del sector de la construcción, tomar la construcción inteligente como punto de partida para impulsar la transformación y la mejora del sector de la construcción es ya una tendencia general. Sin embargo, el sector de la construcción sigue enfrentándose a problemas como la débil infraestructura de datos y la insuficiente acumulación de grandes datos, que hacen que el nivel de digitalización no haya mejorado de forma evidente; la aplicación de las tecnologías de inteligencia artificial de nueva generación se encuentra todavía en una etapa inicial y carece de soluciones sistematizadas; y la aplicación y la difusión de la tecnología BIM, piedra angular de la digitalización, sigue tropezando con numerosos problemas, como un sistema de estándares incompleto, políticas y normativas insuficientes, tecnologías clave pendientes de superar y software de aplicación no plenamente coordinado. En particular, escasean las tecnologías de «cuello de botella», como los motores de los modelos de gemelo digital y el software de modelado básico, lo que obstaculiza la aplicación del BIM en el diseño, dificulta la aplicación integrada del BIM y hace difícil lograr un modelado digital BIM completo, insuficiente para respaldar la digitalización de todo el proceso de los proyectos y la construcción inteligente.

La transformación digital y la construcción inteligente del sector involucran a múltiples sujetos de la construcción y están profundamente condicionadas por la orientación política, el entorno de mercado, el despliegue de la investigación y el desarrollo y los mecanismos de promoción, por lo que su desarrollo es una tarea de largo aliento. Este artículo, a través de la digitalización de todo el proceso de los proyectos de ingeniería, ha explorado una vía técnica para conectar la cadena de datos y la cadena de negocio de la construcción de la ingeniería; sin embargo, conectar la cadena industrial y la cadena de suministro de la ingeniería no solo exige el soporte técnico, sino también una transformación integral y un empoderamiento digital de los distintos eslabones, los sistemas de producción, las formas de organización, los modelos de gestión y la cooperación entre las empresas. En la actualidad, lo más urgente es establecer la estructura organizativa y el mecanismo de funcionamiento coordinado para impulsar la construcción inteligente y perfeccionar la infraestructura de datos; aumentar la inversión en la investigación científica y tecnológica y en el desarrollo de plataformas y software, superar las tecnologías clave de «cuello de botella» y formar un ecosistema de software de toda la cadena industrial, autónomo y controlable, con el software BIM como núcleo; y, mediante un diseño integral de arriba abajo, planificar la hoja de ruta de la aplicación del BIM, del desarrollo digital y de la implantación de la construcción inteligente, promoviendo por fases y por pasos la aplicación profunda del BIM y la digitalización de todo el proceso de los proyectos de ingeniería, de modo que la digitalización impulse el rápido desarrollo de la construcción inteligente.

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Perfil del autor

Zhang Jianping, con el grado de doctor, es docente del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Tsinghua y dirige a estudiantes de doctorado.

Se ha dedicado durante mucho tiempo a la docencia y a la investigación en tecnologías de la información para la ingeniería civil, y figura entre los primeros investigadores y promotores de la tecnología BIM y del estándar IFC en China. Ha dirigido y completado decenas de proyectos de investigación, incluidos los planes quinquenales nacionales décimo, undécimo y decimotercero, el Programa 863 y el Fondo Nacional de Ciencias Naturales de China. Ha llevado a cabo investigaciones muy fructíferas en el CAD/CAE de la ingeniería civil, el 4D-CAD, el BIM, la gestión del ciclo de vida de los edificios, la informatización del sector de la construcción, la reducción digital de desastres y las tecnologías inteligentes de decisión, con un sólido nivel académico, y los resultados de sus investigaciones ocupan una posición de liderazgo nacional e internacional. Ha publicado 6 obras y más de 200 artículos académicos. Ha obtenido en tres ocasiones el primer premio y en una el segundo premio de Ciencia y Tecnología de la Construcción de Huaxia, los premios de segundo y tercer grado de Ciencia y Tecnología de Beijing y el segundo premio de Logros Docentes de la Educación Superior de Beijing, entre otros. Entre sus distinciones figuran las de trabajador nacional avanzado en ciencia y tecnología, docente de enseñanza destacado de las instituciones de educación superior de Beijing, individuo avanzado «Pionero de la Educación» de Beijing y responsable de un curso nacional de excelencia.

En la actualidad desempeña además los cargos de miembro del Comité Especial de Construcción Ecológica del Ministerio de Vivienda y Desarrollo Urbano-Rural (MOHURD), miembro consultivo del Comité Técnico de Normalización de Tecnología de la Información del MOHURD, la vicepresidencia de la Junta de Supervisión de la Sociedad China de Gráficos, la asesoría experta del Comité Académico de Tecnología BIM de la Sociedad China de Arquitectura, la condición de miembro del Comité Permanente del Comité Especial BIM/CIM de la Asociación China de Normalización de la Ingeniería de la Construcción y del Comité Permanente de la Alianza China para el Desarrollo del BIM, la asesoría experta de la Alianza de Aplicación de Tecnología BIM de Beijing y la de miembro del Comité Especial BIM de la Sociedad Internacional de Computación en Ingeniería Civil y de la Construcción, entre otros.

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Consultoría de optimización de diseño: Posicionados como extensión y complemento de la gestión de diseño de los promotores inmobiliarios, centramos nuestra consultoría y optimización en la edificación civil. A lo largo de todo el proceso —o en las fases clave que el cliente requiera— controlamos la economía, la racionalidad y la seguridad del diseño, eliminando costes innecesarios y mejorando de forma medible la calidad de los planos: "menor coste, mayor eficiencia".

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