¡BIM-BAN-BOOM! La onda expansiva del diseño y modelado virtual

El uso de programas de software en los procesos de diseño y construcción de los edificios se ha convertido en una de las necesidades más apremiantes para el desarrollo del sector inmobiliario. En el caso de las instalaciones HVACR, el propósito es lograr mayor desempeño y operación eficiente de los sistemas, lo que redundará en ahorro de dinero y energía para las empresas y operadores

Sergio Quintanilla / Imágenes: cortesía de Autodesk

Durante las últimas décadas, el uso de software ha transformado la forma de realizar proyectos constructivos para instalaciones HVACR y MEP (Mecánica, Electricidad y Plomería) en México. Desde tener que trazar líneas sobre un plano en un restirador, pasando por trabajar en archivos por computadora en 2D y, más recientemente, modelar en forma virtual mediante plataformas como el Building Information Modeling (BIM, por sus siglas en inglés). Los instrumentos de diseño para estos sectores están pensados para organizar de una manera más precisa las tareas de ingenieros, diseñadores, constructores, arquitectos, fabricantes, etcétera.

En el caso específico de los programas de software, el designio ha sido enriquecer la eficiencia desde el diseño inicial de algún sistema o producto hasta el ciclo de vida de un edificio, ya que ofrece una serie de herramientas de análisis para la optimización y aplicación de proyectos, colaboraciones, productividad, precisión y coordinación. Esto ha generado ahorros significativos y posicionado a quienes hacen uso de esta tecnología como los líderes del mercado constructivo, lo que a su vez les ha permitido tomar ventaja sobre muchos otros jugadores.

Cabe enfatizar que cualquier revolución tecnológica representa un reto, sobre todo al momento de su implementación en los distintos sectores y organizaciones. Por ejemplo, en los inicios de la industria HVACR en el país, en la década de los 50, los diseños se elaboraban con lápiz y papel. Básicamente el proceso consistía en trazar y dibujar líneas sobre un plano físico determinado. Asimismo, se realizaban cálculos sobre diferentes elementos de importancia que debían considerarse en una construcción.

El mayor problema con esta técnica se centraba en la gran cantidad de desperdicios resultantes de cálculos sobrados, debido a errores humanos. Estos fallos e inexactitudes podían perjudicar seriamente la salud financiera de los proyectos y de las empresas.

Tiempo después, a finales de los 80, llegó una solución a esta problema: la tecnología CAD, la cual sirve para realizar diseños arquitectónicos y ofrece bosquejos en 2D. Para muchos empresarios implicaba una inversión considerable, por lo que en un inicio su adopción resultó complicada, a pesar de que su empleo llegó a ser indispensable en los grandes proyectos.

Si bien el uso de software en 2D mejoró el tiempo de respuesta de muchos diseñadores y la calidad de las instalaciones, cuando llegaba el momento de cuantificar los materiales que debían emplearse, se aplicaba una cantidad importante de tabuladores que no siempre eran exactos. Esto ocasionaba incertidumbre y la pérdida de credibilidad de los contratistas y empresas que utilizaban este programa. Las razones obedecían a que, a la hora de instalar, los diseños seguían sin ser auditables para el cliente, es decir, no había forma segura de cuantificar y comparar los materiales durante la etapa de diseño con la de construcción. Para quienes trabajaban en la tercera etapa, mantenimiento y operación de los edificios, resultaba tedioso tener que realizar un levantamiento preciso, encontrar vicios ocultos en las instalaciones y no contar con la información de los equipos, como garantías, servicios, cálculos previamente utilizados y un sinfín de información valiosa, ya que estos datos llegaban a perderse en el transcurso de la ejecución de la obra.

Para los contratistas pequeños, muchos de los concursos enfocados en la instalación de sistemas de climatización y refrigeración resultaban bastante complicados de ganar, pues los grandes fabricantes utilizaban técnicas de negociación por precio, lo cual hacía que fuera sumamente difícil competir. Debido a esta problemática y a los diferentes escenarios económicos globales durante la década de los 90, el mercado de ofertantes contratistas se redujo drásticamente. El país, sin embargo, recibía cada vez más inversión por parte de empresas nacionales y extranjeras, sobre todo en industrias de gran peso, como la automotriz y la alimentaria, las cuales requerían de procesos y alternativas ambientales de mayor control y precisión.

Por un lado, los edificios exigían una mayor especialidad y experiencia para satisfacer las necesidades requeridas y, por otro, la industria HVACR continuaba ofreciendo los mismos productos con diseños en 2D, volúmenes de materiales sobrados y un solo esquema de aire acondicionado que no se cruzaba con otras áreas esenciales como la de voz y datos, la eléctrico-mecánica y de contra incendios, por mencionar algunas. Todo ello desembocaba en mútiples errores y vicios ocultos, causados por una incorrecta planeación entre los involucrados, a saber, estructuristas, arquitectos, ingenieros de obra civil e instaladores MEP.

La entrada de BIM a México
La complejidad de muchos edificios que empezaban a planearse a inicios de 2005 originó que un gran número de inversionistas buscaran en arquitectos extranjeros soluciones que no estaban disponibles en el mercado nacional. Estos despachos de arquitectos, procedentes de varios países desarrollados, obligaban a quienes serían los próximos contratistas de distintas especialidades a diseñar productos en una plataforma llamada Building Information Modeling en 3D. Para algunos, una novedad sin trascendencia, para unos pocos, una gran oportunidad para destacarse.

BIM se diferencia del CAD en cuanto a que utiliza toda una biblioteca de objetos que contienen información y parámetros que interactúan de forma lógica con los demás elementos dentro del sistema. Desde 1984, diversas empresas de software comenzaron a implementar esta tecnología como lo último en innovación para la edificación virtual, ya que ofrecía ahorrar grandes sumas de dinero por tener una excelente planeación desde la etapa de diseño.

Ofrecer algo nuevo al mercado, sin tener la certeza de que representaría una solución realista a los problemas constructivos de la época, no era una decisión sencilla de tomar. Las barreras de entrada para una nueva tecnología, sobre todo en pequeñas organizaciones que llevan años trabajando de una misma forma, son motivo de duda. Primero que nada, por la cuantiosa inversión que exigía el alto costo de licencias y equipos de cómputo. Además, no había profesionales o capacitadores que contaran con el conocimiento y habilidades para manejar BIM, por lo que no sólo se debía empezar a trabajar de cero, sino también a programar capacitaciones. Aunado a esto, la mayoría de las empresas tenían temor de que, al capacitar e invertir en la formación del personal, éste rápidamente abandonara la compañía por querer un incremento de sueldo, al contar con una mayor carta de presentación. Otro gran problema era que ninguno de los participantes, contratistas especializados dentro de la construcción, proveedores y fabricantes de equipos utilizaba BIM, o bien eran muy pocos los que buscaban invertir en esta nueva metodología. Luego, diseñar apoyados en esta tecnología era mucho más difícil o no funcionaba adecuadamente por falta de cruces o por no compartir información importante entre los participantes. Así, los inversionistas y clientes finales no contaban con información y conocimiento acerca de BIM, por lo que muchos consideraban que su costo era sumamente elevado y, por lo tanto, los concursos y las licitaciones no exigían su uso.

No obstante, hubo empresas en México que sí invirtieron y buscaron llevar a cabo sus diseños con ayuda de esta plataforma. En el caso de los sistemas HVACR, prácticamente sólo una compañía decidió invertir y adoptar esta nueva tecnología, ya que para el resto de las empresas cambiar de metodología representaba el moverse de una zona de confort, conocimiento o dominio. Esto dificultaba seriamente su aplicación.

Más tarde, cuando se comprobó que el programa ofrecía los mismos diseños y servicios de siempre, pero con la novedad de poder visualizarlos en 3D, algo muy revelador sucedió con los competidores que no creían o no querían invertir en esta nueva solución: comenzaron a buscar cualquier error de diseño para tratar de justificar que esta tecnología no significaría la solución a los problemas de la construcción. Lo anterior derivó en una guerra generacional, ya que los más grandes y expertos (sin tecnología), en muchas ocasiones, se resisten a aceptar a los más jóvenes, quienes les dicen cómo hacer lo que ellos han hecho por años.

La actualidad de BIM en la industria
BIM ha pasado de ser una novedad a convertirse en la forma dominante de diseño en el sector, no solamente en sistemas de aire acondicionado, sino también en todas las demás instalaciones y disciplinas, relacionadas entre sí para ofrecer un plus de calidad a los inversionistas desde el inicio de un proyecto.

Pero una buena implementación de la metodología BIM no se refiere únicamente a la etapa de diseño. Si bien es lo primordial para comenzar, se utiliza durante todo el ciclo de vida de la construcción. De acuerdo con la compañía de software Autodesk, BIM es un modelo que brinda información para la edificación, en el que objetos y figuras inteligentes hacen sinergia con el propósito de lograr una correcta planeación, diseño, construcción y mantenimiento de los inmuebles e infraestructura. Esto logra aumentar la comunicación entre los involucrados y un mejor entendimiento para realizar un proyecto con alta precisión y menor cantidad de retrabajos.

BIM no sólo recrea objetos en 3D, sino también distintas dimensiones como:

  • 4D, representa los tiempos de ejecución
  • 5D, contiene información actualizada de costos
  • 6D, incorpora el nivel de ahorro de energía, los tipos de materiales, la orientación térmica y otros parámetros de sustentabilidad
  • 7D, involucra la parte final del proyecto, en la que existe un modelo adecuado que provee información precisa y valiosa para su correcta operación y mantenimiento durante toda su vida útil

Asimismo, BIM ofrece niveles de detalle que utilizan una secuencia desglosada de la siguiente manera:

  • LOD 100: diseño conceptual
  • LOD 200: aporta una visión general con información de magnitudes aproximadas, tamaño, forma, localización y orientación
  • LOD 300: otorga información y geometría precisa
  • LOD 400: contiene detalles necesarios para la fabricación o construcción
  • LOD 500: es el último nivel de desarrollo del proyecto, es decir, cuando ya se ha construido. Es un modelo adecuado para el mantenimiento y operaciones

En la etapa de planeación, por ejemplo, los sistemas MEP han logrado beneficiarse de la metodología BIM, ofreciendo un ambiente colaborativo entre todas las disciplinas. Los espacios en cuartos de máquinas, cubos de instalaciones verticales, así como los requerimientos en el plénum, se definen desde la etapa conceptual, a través de dilucidaciones claras de los espacios de mantenimiento, entre otras consideraciones. Anteriormente esto era responsabilidad del arquitecto o encargado del proyecto y, en muchas ocasiones, se estimaban de forma errónea algunas observaciones técnicas para el óptimo funcionamiento del sistema.

En el transcurso del diseño, la interacción entre los involucrados genera calidad y los expertos toman en cuenta aspectos técnicos que les permiten llegar a una resolución precisa en cuanto a costo y tiempo. Algunas ventajas de esta plataforma son:

  • Gracias a la metodología BIM, se eliminan interferencias entre las disciplinas, mediante una correcta y fácil visualización en 3D
  • Los diseñadores pasan 80 por ciento de su tiempo creando o edificando virtualmente, contra un 20 por ciento de lo que dedican al diseño. Estos porcentajes, empleados por la tecnología anterior, eran prácticamente inversos
  • Existe la posibilidad de prefabricar sin temor a cometer errores y disminuyendo los desperdicios
  • Se reducen las órdenes de cambio en la etapa siguiente

La fase de ejecución es uno de los grandes aliados del BIM, al contar con documentos constructivos, confiables y entendibles por todas las partes involucradas. Así, se cuenta con el apoyo de un BIM manager (administrador) en el sitio de trabajo para facilitar el manejo de:

  • Cortes e isométricos automáticos para mayor entendimiento de la obra
  • Cuadro de equipos
  • Planos confiables
  • Mejor entendimiento del personal en el sitio de trabajo
  • Respuesta más rápida a los cambios

Posteriormente, al finalizar la etapa de ejecución, todos los responsables entregan planos as-built (conforme construido), los cuales ya han sido sincronizados durante las etapas previas. Información de garantías, submittals, así como manuales de operación y mantenimiento, se transfieren a los operatorios para contar con un activo que funcionará con mayor eficiencia a lo largo de su vida útil.

Los beneficios que esta nueva plataforma ofrece de principio a fin  son evidentes. En un estudio del Centro de Ingeniería para la Integración de Facilidades en la Universidad de Stanford, basado en 32 proyectos que utilizaron BIM, se concluyó que existe:

  • Reducción de más de 40 por ciento de cambios fuera de presupuesto
  • Incremento de tres por ciento de precisión en los costos estimados
  • Disminución superior al 80 por ciento en el tiempo requerido para elaborar el costo estimado
  • Ahorro de 10 por ciento en el valor de contrato al eliminar interferencias entre las diferentes disciplinas
  • Reducción por encima de siete por ciento en el tiempo de ejecución

De igual manera Andy J. Burg, vicepresidente de la Constructora Messer, calculó el impacto financiero por el uso del BIM en las construcciones de la siguiente forma:

  • Reducción durante la etapa de construcción de 72 por ciento de Solicitud de Información (RFI, por sus siglas en inglés)
  • Descenso de 47 por ciento de órdenes de cambio y contingencias
  • Ahorros de cinco por ciento en el costo por el uso de prácticas sustentables
  • Disminución de 56 por ciento de deficiencias en el sistema MEP vía punch-list adecuados

Para explicar de forma clara y simple los beneficios que ofrece BIM, Patrick MacLeamy, director de la empresa HOK, hace mención al acrónimo “BIM-BAM-BOOM!” para demostrar los beneficios en las tres fases más importantes del ciclo de vida de los edificios (Gráfica 1).

De forma representativa sugiere que por cada dólar que se gasta en la fase de diseño, se gastan otros 20 adicionales en la etapa constructiva de un proyecto y 60 más durante el mantenimiento del mismo por alrededor de 50 años. BIM, en este sentido, ayuda a que desde un inicio se establezcan acuerdos que no repercutan en malas ejecuciones.

MacLeamy agrega que los contratistas no construyen en estos días, sino que integran todo un sistema por medio de productos de manufactura que llegan al mismo sitio. Por lo tanto, los contratistas utilizan el Build Assembly Modeling (BAM, por sus siglas en inglés), es decir, la elaboración de un modelado de ensamblajes, que en la etapa de construcción apoyan a la coordinación entre los subcontratistas y el control de costos. Esto para asegurar que el valor constructivo sea 20 veces mayor al valor de diseño.

El experto indica que un contratista que utiliza el BIM y el BAM para diseñar un edificio puede ahorrar hasta un 30 por ciento de los costos de construcción. Por lo tanto, durante la etapa de gestión del inmueble, se sugiere el término Building Operation Optimization Modeling (BOOM, por sus siglas en inglés), es decir, la optimización del modelo de operación que permite que las primeras dos etapas mejoren los costos de consumo energético y los tiempos de mantenimiento. Al decir que esta etapa es 60 veces el valor de la correspondiente al diseño, previamente mencionada, los ahorros llegan a ser extremadamente significativos, pagándose por sí solo el diseño de la primera etapa.

También hace referencia a la gráfica de esfuerzo y efecto por etapas (Gráfica 2), la cual demuestra que invertir en un buen prediseño y diseño desencadena un efecto positivo en la sinergia económica del proyecto. Es decir, invertir en un diseño en BIM se paga por sí mismo durante la etapa constructiva y operativa del inmueble.

De forma esquemática, se entiende que la línea 1 representa la habilidad para impactar en costo y capacidad. Entre más alta es la línea, mayor impacto representa para el proyecto. Claramente, las etapas de prediseño y diseño son en las que más oportunidades se tienen para influir en costo y funcionalidad. La línea 2, a su vez, simboliza la suma de los cambios en diseño; igualmente, se observa que a mayor tiempo transcurrido, mayor es el costo y el esfuerzo. La línea 3, por su parte, alude a la forma tradicional de realizar los esquemas constructivos, mientras que la línea 4 ejemplifica la forma ideal o la manera en que BIM implementa los procesos constructivos.

En resumen, la gráfica hecha por MacLeamy demuestra que más vale invertir en BIM, que pagar por los miles de errores que podrían presentarse durante las siguientes dos etapas.

Este software tiene que estar presente en todos los procesos de las organizaciones educativas, privadas y de gobierno. Asimismo, debe existir un convencimiento u obligar en forma contractual al uso de nuevas tecnologías, ya que éstas tienen la capacidad de proporcionar edificios más económicos, mejor construidos, con mayor eficiencia y sostenibilidad. En los Estados Unidos, por ejemplo, la empresa General Services Administration (GSA), encargada de administrar todos los edificios del gobierno, implementó de forma contractual un mandato en el que obliga a que todas las licitaciones sean presentadas estrictamente a través de la plataforma BIM. El Reino Unido de Gran Bretaña, a su vez, siguió los mismos pasos, al impulsar en el 2016 una ley similar para los participantes de las obras públicas. También muchas empresas tienen como política el uso del BIM para todas las etapas de un proyecto como lo es LEGO.

La incorporación de la metodología BIM en los procesos de construcción se ha convertido en una necesidad latente para diversos sectores, como el HVACR, que demandan una mayor calidad y precisión en los diseños de sus sistemas. Esto sin mencionar el alza en los materiales y equipos empleados en la edificación de los inmuebles y el incremento en los costos de energía durante la operación de los mismos, dos aspectos que han hecho de BIM una herramienta indispensable para la industria.

Sobre el autor

Sergio Quintanilla
Director general de Termo Técnica Quin (TTQ). Profesor del ITEMS en la licenciatura de Arquitectura. Miembro de ASHRAE desde hace más de 30 años y colaborador en el BIM Task Group. Empresa fundada en 1971 como contratista en HVACR y dedicada al diseño, instalación y mantenimiento de sistemas MEP en México.