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Aplicación del Sistema BIM al diseño preliminar de un edificio plurifamiliar

Por Alba María León Olmo

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08 de Oct de 2020 · Ingeniería y Edificación

En este Proyecto Final de Máster (PFM) se ha pretendido poner en valor la implementación de un sistema BIM en una Pequeña o Mediana Empresa (PME). Para ello se ha utilizado como caso de uso un proyecto representativo de la misma, el diseño y construcción de un edificio plurifamiliar.

La estrategia de gestión del proyecto se ha determinado a través de un Building Execution Plan (BEP), donde se ha definido una planificación de las actividades de proyecto para todo el ciclo de vida del edificio. A continuación, se ha desarrollado una maqueta en 3D del edificio a un nivel de detalle LOD200. Por último, se ha explotado esta maqueta para hacer diferentes análisis del diseño: solar, estructural, térmico, instalaciones…

Se ha demostrado que el uso de metodologías y herramientas BIM son fundamentales para establecer un marco común de trabajo. Conjuntamente, la simulación y el análisis de la maqueta han confirmado el valor añadido generado para tomar mejores decisiones en las fases tempranas del diseño y aprovisionamiento, mitigando riesgos posteriores en el proyecto, así como una aceleración en la maduración y detalle del diseño.

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1. Introducción

El sector AEC (Arquitectura, Ingeniería y Construcción) presenta desde hace una década un crecimiento sustancial de la competitividad. Después de la crisis de 2009 la demanda de tanto grandes infraestructuras como de pequeñas construcciones se ha reducido sustancialmente (CESCE, 2019). En consecuencia, las pequeñas y medianas  empresas  del sector son,  con  su reducida cuota de mercado, capacidad  y recursos, las que tienen mayor riesgo de ser expulsadas y desaparecer.

Las empresas que quieran mantener u optar al liderato de su sector deben de dirigir sus esfuerzos en el aumento de la calidad de su proceso productivo y entregar un producto que cumpla con las especificaciones del cliente e incluso las mejore. A igual o menor coste y tiempo de entrega. En la actualidad es este el principal elemento diferenciador en la estrategia competitiva de una empresa.

Alcanzar este reto es solo posible si se tienen métodos, procesos y herramientas que gestionen de una manera integrada el conocimiento del producto a lo largo del ciclo de vida.

Para el sector AEC, el sistema BIM es la principal iniciativa que se ha desarrollado para lograr un conocimiento integrado del proyecto de construcción a lo largo de su ciclo de vida. Sus métodos, procesos y herramientas están ampliamente extendidos y en uso a nivel global, tanto de facto como impuestos por organismos públicos (ESBIM, 2019).

Son múltiples los beneficios que los sistemas BIM pueden aportar a las empresas que los implementan. En concreto se han identificado las siguientes necesidades que potencialmente pueden ser cubiertas por los sistemas BIM:

  • Trabajo multidisciplinar y colaborativo
  • Edificación eficiente y sostenible
  • Ahorro y eficiencia en costes
  • Experiencia al cliente

1.1 Objetivos y entregables

El objetivo principal del presente PFM es demostrar los beneficios de la implementación del sistema BIM durante la fase preliminar de un proyecto de arquitectura. En concreto durante esta fase se establecen las siguientes hipótesis de beneficio:

  1. Establecimiento de una metodología común de trabajo y planificación de actividades para todo el ciclo de vida del proyecto.
  2. Capacidad de generar modificaciones de diseño con bajo impacto en coste y tiempo.
  3. Accesibilidad a información actualizada y centralizada.
  4. Posibilidad de mostrar a cliente una visión más aproximada del producto final.

Se generarán los siguientes entregables como pruebas de verificación de las anteriores hipótesis:

  • Plan de Ejecución BIM (BEP).
  • Modelo virtual con nivel de detalle LOD200. Se utilizará como soporte para estimar el rendimiento de algunos sistemas (MEP).
  • Análisis obtenidos de la evaluación de la maqueta virtual.

2. Alcance

El presente PFM se centra en la aplicación de los métodos y las herramientas en el diseño preliminar de un proyecto de edificación. Por tanto, queda fuera del alcance del PFM el desarrollo del modelo y las actividades durante las fases posteriores (diseño detallado constructivo, fabricación y ensamblaje y mantenimiento).

Normalmente previo al diseño preliminar está el estudio de mercado y necesidades. Esto incluye análisis urbanístico y de rentabilidad, discusión con promotoras y constructoras, etc. En él deberían de concluirse cuáles son las principales necesidades y objetivos a cubrir en el proyecto. Estos suelen ser datos de partida para iniciar la fase de diseño, en la que la primera actividad consiste en explorar diversas soluciones para el proyecto (por ejemplo, qué es mejor si una urbanización cerrada, dúplex, casas unifamiliares…) y diversas configuraciones de la solución (nº de plantas, nº de apartamentos, distribución general…)

Este PFM considera como datos de partida unos diseños ya establecidos de un edificio plurifamiliar, por lo que el párrafo anterior se considera como supuesto y por tanto fuera del alcance del mismo.

3. Metodología y contenido

La estrategia de gestión del proyecto de diseño y construcción de un edificio plurifamiliar (de aquí en adelante denominado simplemente proyecto) se determinará con un BEP.

Posteriormente el proyecto se desarrollará con el modelado en 3D. El nivel de detalle del Proyecto corresponderá a un LOD200. El objetivo de este modelado es determinar incoherencias entre las diferentes disciplinas del proyecto, así como facilitar el dimensionamiento de materiales y equipos para mitigar riesgos en el aprovisionamiento. Este modelo se dividirá en tres disciplinas:

  • Modelado Arquitectónico.
  • Modelado Estructural.
  • Modelado de Sistemas y estudio de rendimiento (MEP). Debido a la alta complejidad del estudio completo a nivel de todo el edificio se reducirá el alcance a estudiar el sistema de fontanería (agua caliente, fría y evacuación) en un apartamento tipo.

4. BEP

4.1 Descripción del proyecto

  • Objeto: Proyecto de edificación de un bloque de viviendas plurifamiliares.
  • Ubicación: C/Albariza, Nº61, Madrid.
  • Arquitecto: Alba María León Olmo
Ubicación

 

4.2 Agentes del proyecto

Agentes del proyecto

4.3 Principales hitos del proyecto

  • Fecha de entrega del proyecto preliminar: noviembre 2019
  • Fecha de entrega del proyecto básico: diciembre 2020
  • Fecha inicio comercialización del proyecto: enero 2020
  • Fecha de entrega proyecto de ejecución: marzo 2020
  • Fecha de inicio de obra: mayo 2020
  • Fecha de finalización de obra: mayo 2021

4.4 Objetivos del proyecto

Tabla 1

4.5 Equipos y roles BIM del proyecto

Se ha tomado como referencia la propuesta de equipos de trabajo BIM desarrollada por es.BIM.

Tabla 2

 

4.6 Planificación del proyecto

Se adjunta tabla de planificación de todo el ciclo de vida del proyecto, quedando en paréntesis la finalización de la fase de marketing, (su duración estará ligada a la adquisición de todos los apartamentos) y la demolición del edificio.

Planificación del proyecto

4.7 Procedimientos para la comunicación electrónica en el proyecto.

 

Para poder trabajar en un entorno colaborativo es necesario la creación de un directorio en el cual se almacene toda la información del proyecto. Este directorio está vinculado a una plataforma (BIMserver.center), permitiendo compartir la información con los agentes implicados.

Para evitar incompatibilidades entre ficheros y documentos, la lista de SW a utilizar en el proyecto será:

Tabla 3

 

4.8 Organización de los archivos del proyecto

La carpeta origen se llamará 2019 PV Albariza Madrid

Esta carpeta se subdividirá en diferentes carpetas, una por cada fase del proyecto: básico, de ejecución, construcción, as built y mantenimiento.

Organización

Dentro de cada una de estas subcategorías se encuentra la misma estructura de archivos:

Organización 2

En la carpeta Informes se encontrará toda la documentación escrita del proyecto no incluida en la maqueta virtual 3D: BEP y memoria técnica, pliego de condiciones, estudio de seguridad de salud….

En la carpeta Modelo estará todo el desarrollo de la maqueta virtual 3D. A su vez esta carpeta se subdividirá en:

  • Arquitectura
  • Estructura
  • Mecánica
  • Electricidad
  • Fontanería

En la carpeta Presupuesto estará el archivo en formato Excel de la estimación actual del proyecto. Se dividirá en tres archivos:

  • Presupuesto de ejecución de obra
  • Presupuesto dirección facultativa y ejecución de obra.
  • Presupuesto marketing.

5. Modelado arquitectónico

5.1 Layout del diseño arquitectónico

Para comenzar el diseño de la maqueta 3D y más concretamente con el diseño arquitectónico se ha abierto una plantilla arquitectura y se introduce toda la información de partida del proyecto: agentes, situación y orientación del edificio, fecha…etc.

Una vez definida se incorpora la información catastral al modelo. Los planos de la parcela se obtienen en la página web: http://www.sedecatastro.gob.es/ en formato DXF. Una vez descargados se incorporan al modelo como un link CAD.

Se define la parcela y los niveles de proyecto.

5.2 Levantado de muros

Se han marcado previamente las líneas de referencia que corresponden a los ejes estructurales del proyecto. En el proyecto se encuentran las siguientes tipologías de muro:

Tabla 4Figura Revit

Las escaleras “tipo” del proyecto son dos, y ambas serán de hormigón prefabricado revestidas de baldosas de gres porcelánico.

Figura Revit 2

 

5.3 Levantado de carpinterías

Para el levantado de carpinterías se necesita una comunicación directa con el fabricante. De acuerdo con la casa de referencia se utilizarán múltiplos de 0,30 m para el diseño de las ventanas.

Para la fachada se usan los siguientes tipos de carpinterías:

Tabla 5Figura Revit 4Figura Revit 5
  1.  

5.4 Estudio solar

En este apartado se estudia el impacto solar que recibirá el edificio en diferentes momentos del año. Esto permite agilizar la toma de decisiones de diseño (cambio de materiales, distribución…).

Se establecen dos periodos de tiempo claves en el edificio:

Periodo con más horas de luz: Del 15 de junio al 30 de junio.

Periodo con menos horas de luz: Del 15 de diciembre al 30 de diciembre.

Estudio solar sobre la fachada principal:

Esta fachada tendrá una exposición solar escasa al estar orientada al norte.

Figura Revit 6

Esta imagen corresponde al estudio solar de la segunda quincena de junio. Como se puede apreciar la fachada principal norte sólo recibirá luz las primeras horas del día y las últimas de la tarde, quedando sin luz el resto del día

Figura Revit 7

Estudio de la fachada posterior:

Figura Revit 7

Esta imagen corresponde con el estudio solar de la segunda quincena de junio. Como se puede apreciar la fachada posterior recibirá luz la mayor parte del día. La luz incidirá menos en los amaneceres y atardeceres, siendo más incipiente en las fachadas laterales.

Figura Revit 8

Esta imagen corresponde a las horas de luz del edificio en la segunda quincena de diciembre. Se puede apreciar como la inclinación del sol en invierno es más baja y permite que la luz entre en los apartamentos de plantas inferiores.

Después del anterior análisis se concluye que a lo largo de todo el año la fachada principal no recibe luz en exceso, por lo que se decide mantener la superficie vidriada inicial.

5.5 Tablas de materiales

Para contabilizar todos los elementos arquitectónicos del edificio y poder utilizarlos en otras finalidades del proyecto más allá del modelado (presupuesto, acopio de materiales, fabricantes…) se desarrollan tablas de materiales.

Tablas de ventanas

En este caso, se contabilizan el tipo, número y dimensiones. En este caso, al ser todas las ventanas de un mismo fabricante, no interesa que aparezca en la tabla.

Tabla ventanas

Tablas de muro

Se repite el mismo proceso para los tipos de muro.

Tablas muro

Tablas de superficies

Para realizar la tabla de superficies es necesario primero definir las diferentes áreas de cada uno de los apartamentos.

Tablas superficie

6. Modelado estructural

6.1 Layout del diseño estructural

Para diseñar la estructura se abre un nuevo proyecto con una plantilla estructural. Se introducen los datos básicos del proyecto y se vincula el archivo de arquitectura de Revit.

Se escoge la vinculación porque la arquitectura no es definitiva y se necesita un archivo editable desde su formato origen que permita actualizarse de manera continua.

La estructura se fijará a los niveles estructurales, de manera que, si se modifican los niveles estructurales, la estructura cambie también de manera automática.

Estructura revit

Se descubre que existe un inconveniente estructural en el diseño arquitectónico: la escalera no está alineada con el ascensor y esto genera un desfase de la estructura que puede encarecer el proyecto. Se toma la decisión de desplazar la escalera, quedando alineada con la estructura.

Estructura revit 1

Una vez diseñada la estructura se pasa a definir las conexiones entre los diferentes elementos estructurales. Dado que se está en fase preliminar, se utiliza una conexión genérica entre elementos.

Estructura revit 2

6.2 Levantado de forjados

El forjado será de viguetas y bovedillas, al tener el edificio luces menores de 6 metros. Las viguetas serán pretensadas, y las bovedillas aligerantes de bloques de hormigón ligero, todo ello recubierto por un mallazo de reparto y una capa de hormigón de unos 4 cm.

No se cuenta con este tipo de elementos estructurales en la biblioteca REVIT, por lo que es necesario modelarlos como elementos externos e incorporarlos al archivo estructural como familia.

Estructura revit 3Estructura revit 4Estructura revit 5

Durante el proceso de modelado se visualiza una incompatibilidad entre la estructura y el diseño arquitectónico. Las vigas de la fachada posterior atraviesan la ventana de la escalera.

Para realizar estos cambios, se abre el archivo del diseño arquitectónico y se realizan las modificaciones.

7. MEP

7.1 Circuito de fontanería

La subdisciplina “Distribución y Evacuación Sanitaria” se subdivide en tres circuitos:

  • Circuito de evacuación sanitaria de aguas grises y negras.
  • Circuito de distribución de agua fría.
  • Circuito de distribución de agua caliente.

Colocando los elementos sanitarios se percibe un fallo de dimensionamiento en el diseño arquitectónico: los cuartos de baño no son funcionales debido a que no hay espacio suficiente para colocar los elementos sanitarios. Por tanto se debe volver al diseño arquitectónico y cambiar las dimensiones de los cuartos de baño.

Estructura revit 6

Se detecta también la ausencia de un elemento que no se ha tenido en cuenta durante el diseño arquitectónico con respecto a la instalación: el núcleo de instalaciones. Este núcleo es una zona de paso de conductos y tuberías entre las diferentes plantas. Por tanto, se modifica el diseño arquitectónico, introduciendo un nuevo tipo de tabique de 7cm de espesor.

Estructura revit 7

7.2 Circuito de evacuación sanitaria

Se seleccionan todos los elementos que necesitan de evacuación de agua. Revit generará de manera automática diferentes recorridos. Se elegirá el recorrido más adecuado al proyecto (pendientes, distancias...) evitando posibles solapamientos.

Una vez que el circuito de aguas grises está finalizado se repite el proceso para el de aguas negras.

Estructura revit 7
  1.  
Estructura revit 7

7.3 Circuito de distribución de agua fría y caliente

Se seleccionan todos los elementos de fontanería de agua fría y se elige el circuito de tuberías más apto para el proyecto. Para el diseño del circuito de distribución de agua caliente se realiza el mismo proceso.

Estructura revit 8
  1.  

7.4 Análisis de encuentros y discontinuidades en los circuitos

El objetivo de este análisis es comprobar que el sistema de tuberías está enlazado correctamente.

Se mejoran todos los encuentros anteriormente realizados, así como se trabaja el alineamiento y pendiente en las tuberías en los tres planos (alzados, plantas y secciones).

Estructura revit 9

7.5 Análisis de pérdidas por presión

El objetivo de este análisis es comprobar que no existan zonas del circuito con presión demasiado alta o baja. Con ello se pretende evitar sobredimensionamientos innecesarios o presiones demasiado bajas a la salida de los elementos como griferías o cisternas.

Análisis de perdidas

7.6 Tablas de tuberías

Para contabilizar toda la información generada del sistema de tuberías, se crea una nueva tabla en el navegador de proyectos. Esta tabla se divide en función del tipo, longitud total y sección.

Tabla tuberías

8. Conclusiones

Para elaborar las conclusiones se han utilizado como referencia las hipótesis de beneficio iniciales que se propusieron en el apartado 2.1. A partir de las mismas se han observado en el proyecto los siguientes beneficios:

  • Reducción del riesgo desde la primera fase del proyecto gracias al planteamiento preliminar del BEP. Sin él podrían haber ocurrido conflictos durante el desarrollo del modelado o en etapas posteriores. Entre ellos:
    • Falta de objetivos y planificación claros en el proceso de modelización.
    • Pérdida de trazabilidad de la información en el modelo BIM.
    • Uso de diferentes formatos de archivos incompatibles entre sí.
  • Mayor nivel de comprensión y definición funcional. El uso de un único modelo por diferentes disciplinas permite detectar errores de diseño en fases del proyecto muy iniciales. En este proyecto se han detectado riesgos como, por ejemplo:
    • El estudio solar demostró que la fachada principal no recibía luz en exceso a lo largo del año.
    • Durante el diseño estructural se encontraron incompatibilidades entre la estructura y el diseño arquitectónico.
    • Se encontró un fallo de dimensionamiento en el diseño arquitectónico.
    • Se percibió la ausencia de elementos arquitectónicos imprescindibles para el diseño de la instalación, en este caso los núcleos de instalaciones.
  • Capacidad de generar modificaciones de diseño con bajo impacto en coste y tiempo.
  • Accesibilidad a información actualizada y centralizada.
  • Posibilidad de mostrar a cliente una visión más aproximada del producto final.

Referencias

CESCE (2019). Informe Sectorial de la Economía Española – Construcción.

Cessa, Victor. (2014). Revit 2015 Informe Perdida de presión. Web: https://www.youtube.com/watch?v=YoTYK-Mu6lU.

DWISEST. (2018). Curso básico Revit MEP 2019 (Fontanería) parte 1, 2 y 3 - Tutorial para principiantes - En español. Web: https://www.youtube.com/watch?v=Vqcqp40qWnI

EDITECA. (2017). Cómo modelar un edificio desde cero en Revit Estructuras - Parte 1. Web: https://www.youtube.com/watch?v=H6-lIiQeEM8&t=816s.

Esarte Eseverri, Ander. (2018). Plan de ejecución BIM. Guía de elaboración. ESPACIOBIM ES.BIM. ES.BIM. (2018). Qué es BIM. Web: https://www.esbim.es/es-bim/mision/

ES.BIM (2019). Análisis de la Inclusión de Requisitos BIM en la Licitación Pública Española – Octavo Informe.

Jardí Margalef, Agustí. (2015). La importancia de un BEP (BIM Execution Plan). APOGEA Building Solutions.

Ministerio de Transporte, Movilidad y Agenda Urbana. (2019). Código Técnico de la Edificación. Web: https://www.codigotecnico.org/index.html

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