Seys Talks: Gemelos Digitales y BIM, el futuro para la gestión y mantenimiento de infraestructuras

Hablamos sobre BIM y Gemelos Digitales aplicados a la gestión y mantenimiento de infraestructuras con Jesús Esteban, DX Business Manager en SEYS.

La Metodología BIM ha revolucionado y cambiado el sector de la ingeniería, la construcción y la arquitectura (AEC) en los últimos años, y sigue innovando a diario. A día de hoy, podemos hacer simulaciones que van más allá de una representación del modelo en 3D, integrando y conectando diferentes datos del proyecto constructivo BIM y GIS, con tecnología de mantenimiento y control de instalaciones, IoT y sensores, analítica y Big Data, en lo que se conoce como “Gemelos Digitales” o “Digital Twins”.

Para hablar sobre como los Gemelos Digitales benefician la gestión de activos y el mantenimiento de grandes infraestructuras, preguntamos a Jesús Esteban, DX Business Manager en SEYS, Especializado en GIS y los servicios de localización, movilidad y navegación, el BIM y su integración con las tecnologías CADD y GIS, las Smart Cities, la Industria 4.0.

Para empezar, podrías contarnos ¿Qué es un Gemelo Digital y en qué sectores está más demandado?

Un gemelo digital se puede considerar una representación digital de un objeto o sistema físico, en su definición más breve y concisa. Los Gemelos Digitales se comportan de la forma más semejante posible a la realidad física, ya que permiten predecir y mostrar el conjunto de datos de forma intuitiva al usuario para que pueda tomar decisiones más rápidas y fiables.

En sus inicios los gemelos digitales se asociaron mucho al concepto de la Industria 4.0 y a los productos de software asociados al diseño y a los procesos de automatización y optimización del sector industrial. Se generaban para objetos físicos pequeños, y el diseño asociado a la industria de distintos tipos y las diferentes piezas que pudiera componer un equipo. Su complejidad se fue agrandando para generar a partir de esos componentes individuales otros gemelos digitales de equipos completos.

Posteriormente, y sobre todo debido a la mejora en las capacidades de software para el modelado y simulación 3D en los entornos de la construcción (BIM), relacionados con las tecnologías CAD y GIS, los gemelos digitales empezaron a tener cabida en proyectos de urbanismo, gestión del territorio e infraestructuras públicas.

Concretamente, ¿cómo ha impactado/influenciado la tecnología del gemelo digital en el sector de la AEC y BIM?

El Gemelo Digital en su concepción más amplia y moderna va a impactar e influenciar en el sector AEC de forma altísima. Y me refiero a “va a impactar” ya que hasta el momento actual el uso de los gemelos digitales ha sido limitado, y en la gran mayoría de los casos solo servía como representación digital 3D de gran calidad, pero sin conectarse a otros sistemas o datos.

En el momento presente y en un futuro próximo los gemelos digitales van a convertirse en sistemas dinámicos, conectados a tiempo real y al escenario real o escenarios futuros con alta calidad 3D y conectados al resto de los sistemas de gestión y operacionales del activo. Una parte sustancial de ello se deberá gracias a la integración en el gemelo digital de los modelos BIM de infraestructuras con el entorno cartográfico y geográfico soportado por los sistemas GIS.

Si a eso unimos las capacidades añadidas de las tecnologías de la Realidad Virtual (VR) y la Realidad Aumentada (AR) y los procesamientos disponibles en las nuevas tecnologías de la Inteligencia Artificial (ML/DL/AI) asociada al Big Data y al Data Analytics que son fuentes de datos de alto valor para la AI, su aplicación a un gemelo digital multidmensional abre un campo inmenso en el uso de los mismos para el ciclo completo de las infraestructuras del territorio, del transporte y de las ciudades.

¿Entonces, es la integración de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) y BIM, lo que realmente ha creado avance hacia una digitalización integral del sector de la construcción?

La integración de datos GIS en los Modelos BIM permitirá que, desde el gemelo digital, y en un entorno unificado, amigable y real, se pueda trabajar de forma homogénea con los distintos sistemas de gestión, de mantenimiento y de operaciones implicados en una infraestructura, aprovechando entornos de visualización y consulta en tres dimensiones, de realidad virtual y aumentada. Esta capacidad debería hacer más eficiente y eficaz la gestión y el mantenimiento de las instalaciones de los edificios y las infraestructuras, mejorando los servicios asociados al mismo.

Háblame del papel del gemelo digital en la gestión y mantenimiento infraestructuras.

La Transformación Digital en el sector AEC debe perseguir incluir la digitalización y sus procesos en todo el ciclo de vida de la construcción, por lo que en dicho ciclo de deben ir utilizando los distintos sistemas de información más adecuados para cada fase, pero siempre buscando que exista una integración y conexión digital de los sistemas involucrados, dentro de cada fase y entre las fases.

Esto implica que debe establecerse una conexión digital entre los sistemas de información involucrados, a saber; GIS, CAD, BIM y la integración entre ellos, la integración con los sistemas de gestión y mantenimiento integral de los activos físicos de las instalaciones y sus servicios (facilities) y redes (utilities) asociados (sistemas AM/FM y GMAO) así como también la integración con los sistemas de control y supervisión de las instalaciones del tipo SCADA. Adicionalmente y teniendo en cuenta que las construcciones cada vez están más domotizadas e integradas con el mundo IoT (Internet de las Cosas), todo lo anterior debe estar conectado con esta domotización y sensorización “inteligente”.

La guinda final a este amplio y ambicioso proceso debería ser la generación de un Modelo Digital 3D-VR que sobre la base de la integración de GIS-CAD-BIM permita en ese universo virtual y muy próximo a la realidad representar e interactuar con los sistemas de gestión, mantenimiento, operaciones y de control-supervisión de las instalaciones, consiguiendo disponer un entorno único y amigable para todos esos procesos.

A parte de la gestión de y mantenimiento de activos, ¿Qué otras finalidades o ventajas tiene el gemelo digital en proyectos de construcción?

Como ya se ha comentado anteriormente, la finalidad del Gemelo Digital es dar una visión lo más real posible de las instalaciones e infraestructuras a representar y permitir que se convierta en el entorno digital óptimo para la futura interacción de los procesos que en dichas instalaciones e infraestructuras van a ocurrir.

En cuanto a lo que es el propio proyecto de construcción, el gemelo digital debería facilitar a los técnicos implicados en el proyecto el poder trabajar de una forma cooperativa y sinérgica, mediante un entorno visual 3D y de calidad, con los diferentes datos disponibles de fuentes CAD, GIS y BIM, consiguiendo que la información se interrelacione correctamente entre sí y que los diferentes actores del proyecto puedan compartir y aprovechar la información de los demás para que el proyecto en su conjunto cumpla sus objetivos con eficacia.

Un aspecto importante en el uso del Gemelo Digital en un proyecto de construcción es que todos los subproyectos y componentes que se generen del proyecto de una edificación, infraestructura o instalación, durante el proceso de análisis, diseño, desarrollo final del proyecto y posterior proceso constructivo puedan ser directamente integrados en el Gemelo Digital y en el mismo visualizar e interactuar con todos ellos. El objetivo de esto será tomar decisiones a posteriori o en tiempo real para el mejor resultado de dicho proyecto y obra.

La implantación de BIM, y disponer de todos los datos de los modelos parametrizados… ¿es el primer paso para llegar al gemelo digital?

Para conseguir esto lo ideal es que desde el inicio de la vida del proyecto se utilice la metodología y los modelos BIM en cualquiera de sus componentes y subproyectos, y estos se integren según se vayan generando, en el Modelo Digital 3D y sus versiones evolutivas.

¿Cuáles son las tecnologías que intervienen en un Gemelo Digital?

Los gemelos digitales utilizan y aprovechan tecnologías disruptivas y exponenciales como modelización tridimensional y multidimensional, Realidad Virtual, Internet de las Cosas (IoT), Inteligencia Artificial, aprendizaje automático y análisis de software para crear modelos de simulación digital lo más reales posibles con respecto a su contraparte del mundo real, que se actualizan y cambian a medida que cambian sus contrapartes físicas reales.

Es evidente que, según el tipo de entorno real físico, y sus procesos y operativa correspondiente a representar y “gemelizar” digitalmente, todas o una selección de las múltiples tecnologías disponibles se podrán utilizar o no.

En el sector concreto que nos ocupa, la AEC, se deben involucrar directa o indirectamente todas las tecnologías determinantes en el ciclo de vida del activo edificación, infraestructura y/o instalación. Típicamente en ellas se encuentran:

• Los Sistemas de Información Geográfica (GIS).
• Los sistemas de gestión de planos constructivos y de infraestructuras CAD/BIM.
• Los Sistemas de Gestión y Mantenimiento de Activos Físicos y Utilities-Facilities (AM/FM-GMAO).
• Los sistemas de control, supervisión y vigilancia de instalaciones (SCADA).
• Los sistemas de Tiempo Real, sensórica e IoT.
• Los sistemas de Big Data, Analytics e IA que puedan aprovechar toda la información anterior disponible, proveniente del resto de sistemas, para ayudar a los gestores y operadores a tomar mejores y más acertadas decisiones en la gestión, mantenimiento y operaciones de los activos.

Por otro lado, y no menos importante que la propia tecnología, la información fuente y que alimente a los objetos y componentes del gemelo digital son factores básicos y determinantes para que un Gemelo Digital sea útil y eficaz, y para ello la interconexión ágil y continua del gemelo digital con sistemas digitales de la empresa y de sus activos y procesos es clave para su éxito en la organización y la empresa. Otro factor determinante para su éxito cumpliendo todo lo anterior es que el Gemelo Digital aporte un acceso amigable, atractivo y adaptable a cada tipo de usuario, y que sus tiempos de respuesta sean rápidos e interactivos.

¿Cuáles son los principales desafíos de la gestión y mantenimiento de activos en la actualidad?

Existen en la actualidad dos principales desafíos en la gestión y el mantenimiento de activos en las edificaciones, infraestructuras e instalaciones, los cuales son:

• Dificultad de mantener permanentemente actualizado el inventario de activos que se han de gestionar y mantener, especialmente en el ámbito de localización y de sus características físicas, lo que hace que en muchas ocasiones los inventarios queden desactualizados y ello afecta a los posteriores procesos y operación de gestión y mantenimiento en el día a día. El origen de esto radica en dos carencias que se dan en muchos casos; en primer lugar una falta de actualización y modernización de las tecnologías que permiten realizar este inventario y su correcto mantenimiento que proviene de una defectuosa o inexistente proceso de transformación digital de la empresa/organismo que debe llevar a cabo esos procesos de gestión y mantenimiento de activos; en segundo lugar una falta de recursos humanos propios o servicios realizados por un tercero para poder realizar y gestionar dichos inventarios, de manera que incluso aunque se puede solventar la primera carencia, esas tecnologías disponibles no son debidamente o correctamente utilizadas.
• Poca o nula conectividad de los sistemas y procesos utilizados en la gestión y mantenimiento de los activos con otros sistemas de información y tecnologías altamente complementarias o sinérgicas para conseguir realizar una óptima gestión y mantenimiento de activos. Un sistema AM/FM-GMAO para la gestión y el mantenimiento de activos, en una empresa/organización con grandes instalaciones e infraestructuras a su cargo, debería hoy en día poder conectar ya este sistema con otras fuentes digitales de información vitales para su negocio como serían los sistemas GIS/CAD/BIM, sistemas de sensores e IoT y sistemas SCADA, entre otros. De esta forma, los procesos de revisión técnica, mantenimiento predictivos y correctivos, órdenes de trabajo asociadas, … del sistema AM/FM-GMAO podrán interactuar y alimentarse de los datos geográficos y constructivos asociados actualizados, de los datos en tiempo real del mundo de sensores e IoT asociado a los activos físicos, y de las mediciones, incidencias y alarmas que en tiempo real o en postproceso puedan venir de los sistemas SCADA y complementariamente del sistema de inteligencia analítica que aprovechan los datos de sensores, IoT y SCADA.

Para terminar, ¿Podrías ponernos algún ejemplo o destacar algún caso de éxito reciente?

Casos de éxito en los que se cumplan estos desafíos, y que, por tanto, se pueden considerar como exponentes o ejemplos a seguir en un futuro, aunque todavía no son la norma y no son muy abundantes, sí que los hay y algunos de ellos merecen ser comentados brevemente.

A nivel internacional y en el contexto europeo se puede destacar, de entre una representación suficiente de casos de éxito, el caso del Puerto de Rotterdam y sus iniciativas y proyectos ya ejecutados y en curso de Transformación Digital integral que incluyen Sistemas Inteligentes de Gestión y Mantenimiento de Activos y la implantación de un Gemelo Digital corporativo para todas sus instalaciones, procesos y operaciones. Para más información consultar: https://www.portofrotterdam.com/en/doing-business/port-of-the-future/digitisation/digital-developments

A nivel nacional se pueden destacar algunos proyectos e implantaciones que buscan el responder a estos dos desafíos, y que se encuentran en proceso de ejecución y en plena integración de procesos y sistemas que se ha comentado antes.

Se puede destacar por un lado la iniciativa de la compañía Aena para poder encarar la integración de su completo sistema de gestión y mantenimiento de infraestructuras e instalaciones basado en el sistema IBM Maximo, con sus sistemas GIS, CAD, la metodología y los modelos BIM, y los sistemas SCADA. En este contexto, merece referenciar el expediente de Aena titulado “DESARROLLO DEL PROTOTIPO PARA LA INTEGRACIÓN DE BIM–MÁXIMO-SCADA EN LAS INSTALACIONES ELECTROMECÁNICAS DEL EDIFICIO TERMINAL T3 DEL AEROPUERTO ADOLFO SUÁREZ MADRID-BARAJAS” que está siendo actualmente ejecutado por nuestra organización SEYS, y que representa el primer paso a por parte de Aena para alcanzar su Transformación Digital en el ámbito de la gestión y mantenimiento de infraestructuras e instalaciones. En el mismo se busca investigar alternativas y plantear un prototipo que pueda servir de base y de guía para una integración de estos sistemas, consiguiendo una mejora y optimización de los procesos de gestión, mantenimiento, supervisión y control de las instalaciones de Aena y su red de aeropuertos.

Por otro lado, también es destacable las iniciativas de Puertos del Estado (PdE) y sus Autoridades Portuarias, así como de Adif para activar sus procesos de Transformación Digital en iniciativas y planes, como Puertos 4.0 en el caso de PdE y los expedientes de Adif para integración de BIM en sus procesos y sistemas, entre otros.

En este ámbito, desde el departamento de proyectos de SEYS, en colaboración con otras empresas y organismos, ya se están proponiendo en estos ámbitos propuestas para responder a los desafíos anteriormente indicados y el planteamiento de un Gemelo Digital innovador y disruptor que plantea la plena integración de los sistemas GIS, CAD, BIM, AM/FM-GMAO, IoT Tiempo Real, SCADA y Big Data-Analytics en dicho Gemelo Digital con 3D y VR.