BIM6D - La sexta dimensión del BIM: BIM aplicado a la eficiencia energética

BIM6D – La sexta dimensión del BIM: BIM aplicado a la eficiencia energética

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 62)
Fernando Morales, Director de BIM6D Consulting & Performance. Arquitecto, BIM Manager, especialista en eficiencia energética y arquitectura sostenible.

El BIM es una metodología que integra un número creciente de disciplinas y procesos que intervienen en el ciclo de vida de un proyecto. El primer paso consiste en construir un modelo virtual de nuestro edificio o infraestructura, este modelo contiene componentes 3d que pueden tener asociados multitud de datos de diferente temática, entre ellos, los de utilidad para determinar si nuestro proyecto es eficiente o cumple los requisitos necesarios para un determinado sello o certificación energética.

El BIM no se termina al modelar un proyecto en una plataforma determinada, es más, este no es sino el punto de partida de un gran número de aplicaciones que simulan su comportamiento para extraer resultados, compararlos con otros y ayudar a determinar si es necesario acometer mejoras. Las simulaciones energéticas que realicemos en un modelo BIM en desarrollo, ayudarán a la toma de decisiones del equipo de diseño. Si necesitamos justificar el cumplimiento de los requisitos de una certificación energética, el modelo BIM puede contener los resultados de cálculo y convertirse en un modelo BIM certificado.

A continuación explicaremos los procedimientos y objetivos al desarrollar la sexta dimensión del BIM, en lo referente a la eficiencia energética.

El objetivo del BIM es la simulación

Los modelos BIM son construcciones virtuales paramétricas, contienen elementos geométricos asociados con datos relativos a su diseño, construcción y uso, contienen pues datos relativos a su comportamiento real. Mediante herramientas de simulación que puedan leer estos datos y analizarlos, estamos recreando el comportamiento del edificio, de forma que dependiendo del aspecto que necesitemos simular, estamos trabajando en una dimensión del BIM o en otra.

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Figura 1. Las dimensiones del BIM. Aplicaciones.

Las herramientas de simulación ya nos acompañan desde años para ayudarnos en esta tarea, pero es gracias al uso extensivo de la metodología BIM a todas las disciplinas lo que permite que podamos comprender con mayor claridad el beneficio de estas herramientas de análisis. La clave reside en vincular de la mejor manera posible la metodología BIM que integra todas las disciplinas técnicas del proyecto con las herramientas de simulación, de forma que podamos obtener resultados que se puedan volcar sobre el modelo y generar modelos que contengan datos justificados con estas herramientas.

Existen multitud de aplicaciones comerciales dedicadas a la simulación energética. Estas se pueden dividir en 3 grupos:

  • Motores de simulación energética: Son aplicaciones que sirven de base para las otras dos categorías de herramientas son DOE-2 y EnergyPlus, ambos son gratuitos.
  • Entornos de análisis energético: Son aplicaciones desarrolladas para ofrecer una interfaz más amigable e intuitiva, ayudan al usuario a diseñar los sistemas a través de una interfaz gráfica. Las herramientas más conocidas son eQUEST (gratuita), Design Builder, Green Building Studio, Ecotect, Virtual Environment (IES-VE), o RIUSKA, entre otros.
  • Extensiones o plugins de análisis energético: Son aplicaciones para usar dentro de un software BIM/3D con la intención de proporcionar un análisis energético en tiempo real. No suelen disponer de muchas posibilidades de configuración y se ocultan al usuario detalles técnicos del funcionamiento. A cambio, resultan en dar resultados de una forma rápida y práctica, de forma que resultan herramientas muy útiles para realizar análisis en fases tempranas y que no requieren de grandes conocimientos. Ejemplos conocidos son las herramientas de simulación energética integradas en Archicad ó Revit, o la aplicación Sefaira que dispone de plugin para Sketchup y Revit.
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Figura 2. Plugin de Sefaira para Revit.

La sexta dimensión del BIM

La sexta dimensión de BIM no solo trata del ahorro energético y el diseño sostenible (aunque son los aspectos más reconocidos), sino también del concepto de ingeniería de valor (Value Engineering), que consiste en la optimización de los sistemas constructivos, estructuras e instalaciones, de forma que con unas pocas modificaciones clave en partidas estratégicas o en determinados sistemas o equipos obtendremos una reducción significativa de los costes, en fase de construcción y/o en fase de explotación, sin perder la esencia del proyecto.

En un proyecto que incorpora la sexta dimensión del BIM se generan modelos analíticos para realizar análisis, cálculos y simulaciones de cara a mejorar la calidad del proyecto. Requieren profesionales cualificados, como el caso de certificadores energéticos si se pretende conseguir un sello LEED, por ejemplo.

Estas simulaciones se realizan en plataformas específicas que necesitan información especializada y un modelado geométrico que simplifique considerablemente la geometría pero que respete con rigurosidad determinados aspectos que definan el comportamiento térmico del edificio y de sus sistemas.

Un modelo BIM especializado en 6D debe contener gran cantidad información relativa a las características físicas / térmicas de sus componentes y materiales, disponer de una estructura ordenada de espacios que definan zonas de comportamiento diferente y definir muy bien aspectos clave para las simulaciones y cálculos como podrían ser:

  • separación interior / exterior
  • elementos estructurales vs elementos de cerramiento
  • orientación
  • elementos de sombra
  • uso de los espacios
  • condiciones operativas objetivo (temperatura operativa, humedad, nº renovaciones hora del aire, etc.)
  • definición de los sistemas activos para cada zona térmica, etc.

El modelo BIM es creado en la fase de diseño y actualizado en la fase de construcción, es decir, se convierte en un modelo as built que se puede entregar al propietario. El modelo tendrá la capacidad de contener todas las especificaciones necesarias para gestionar las operaciones y el mantenimiento, o información de garantía de los productos y sistemas, lo cual ayuda a gestionar el edificio durante la vida útil del proyecto.

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Figura 3. Modelo 6D con información de las características térmicas.

Performance en base a simulaciones

La performance u optimización en base a simulaciones de un proyecto consiste en perseguir los mismos objetivos que un proyecto estándar de referencia (baseline building para LEED) pero con un menor coste ambiental, energético, económico y social entre otros indicadores predefinidos. Para ello, se realizan simulaciones que reproducen y analizan el comportamiento del edificio, comparando resultados con el edificio de referencia y con diferentes versiones del mismo, para garantizar que la versión definitiva cumpla con los objetivos perseguidos.

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Figura 4. Resultado de simulación energética de un modelo BIM (Autodesk Green Building Studio).

Los modelos que contengan datos provenientes de simulaciones, son modelos que cuentan con un valor añadido que otorga seguridad al promotor/constructor/usuario final, dependiendo de la fase de la que se trate. Podemos hablar de modelos certificados si además estas simulaciones forman parte de un proceso de certificación de un sello determinado, como podría ser LEED, BREEAM o PASSIVEHAUS en el caso de tratarse de simulaciones energéticas.

Las simulaciones constituyen el mecanismo para obtener datos considerados equiparables a la realidad en un porcentaje aceptado para determinados aspectos clave del proyecto. De forma que, si conseguimos generar versiones modificadas de un proyecto que se comporten mejor que otras, en base a simulaciones de un modelo digital, y todo ello se consigue en fase de diseño, estamos obteniendo un beneficio en fases futuras del ciclo de vida del proyecto. Este proceso de optimización se podría repetir gradualmente en las diferentes fases de este ciclo de vida, a medida que vayamos profundizando en el nivel de definición del proyecto, vamos obteniendo una mayor cantidad de datos equiparables a la realidad del proyecto. Las simulaciones serán cada vez más completas y detalladas, hasta el punto de poder llegar a realizarse, en fase de uso, en base a datos de comportamiento reales.

Cada fase de ciclo de vida de un proyecto tiene objetivos diferentes y éstos pueden optimizarse en base a simulaciones del modelo digital, la gráfica a continuación explica estas simulaciones y los beneficios / costes que podemos generar si estas simulaciones se realizan en fase de diseño:

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Figura 5. Beneficios del BIM Performance aplicado a Value Engineering (fases de proyecto en Reino Unido y España).

Desarrollo BIM6D

Un proyecto “ideal e irreal” sería aquel en el que no fuera necesario realizar modificaciones o mejoras en el diseño porque desde un primer momento el diseño arquitectónico y de sistemas del edificio fuera perfecto.

La experiencia nos dice que la mejor manera de aproximarnos a este proyecto ideal es abarcar la sexta dimensión en la fase más temprana de concepción del proyecto, y seguir una secuencia de tareas programadas que incluyen simulaciones y chequeo del comportamiento del edificio, con diferentes opciones de diseño a comparar, para ayudar a tomar decisiones acertadas y conseguir los requerimientos asociados al proyecto.

La sexta dimensión gestiona el desarrollo del proyecto en términos de eficiencia, mientras que al mismo tiempo se introducen tareas y herramientas basadas en simulaciones BIM, para asegurar el cumplimiento de los objetivos del cliente, como la eficiencia energética o la mejora de la sostenibilidad, para conducir el proyecto hacia un caso real de éxito.

La finalidad de un proyecto sostenible y eficiente es garantizar este comportamiento y conseguir así un valor añadido para diseñadores, constructores, promotores, usuarios y el propio medio ambiente. Esta garantía se suele exigir mediante un sello / certificación reconocida. (LEED, BREEAM, PASSIVHAUS, etc.)

Un modelo BIM certificado es aquel que contiene un diseño geométrico e información asociada que justifica el cumplimiento de los requisitos de un sello determinado. Es un modelo BIM vinculado a resultados de simulaciones energéticas, cálculos, especificaciones de componentes y materiales que son requisito para la obtención de una certificación determinada.

El BIM gestiona modelos de construcción en formato digital, si estos modelos contienen todo aquello que se revisará para otorgar una certificación determinada una vez construido, podemos hablar del BIM certificado.

A medida que las empresas vayan profundizando, dentro de su disciplina (arquitectura, ingeniería, facility management, etc.) en lo que el BIM supone, surgirá progresivamente la necesidad de utilizar este modelo digital de información para simular el comportamiento real del edificio y poder ayudar a la toma de decisiones de diseño o de operación del edificio. Para ello el BIM puede servir de plataforma de base y de llegada en un ciclo de flujo de trabajo de simulaciones, que requerirán de profesionales cualificados en esta tarea.

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Figura 6. BIM6D – Simulaciones aplicadas al BIM.

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