Construyendo el futuro: la era digital en túneles urbanos

Construyendo el futuro: la era digital en túneles urbanos
(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 104)

La digitalización de las líneas, la automatización y la inteligencia artificial, son saltos cualitativos que transformarán la explotación de túneles urbanos.

Actualmente, se encuentran por ejemplo en fase de diseño algunos megaproyectos impresionantes como el Ferrocarril del Golfo de Finlandia o el túnel del estrecho de Gibraltar, que desafían los límites de la tecnología y exigen avances que permitan la construcción de largos túneles submarinos. Estos proyectos no solo requieren herramientas adecuadas, sino también una visión que anticipe y se adapte a los desafíos futuros.

El mantenimiento de túneles está evolucionando también hacia la automatización y la detección de patologías que permitan predecir y prolongar su ciclo de vida. La digitalización de las líneas y la automatización, son saltos cualitativos que transformarán la explotación de túneles. La ciencia de datos y la digitalización, como aliados fundamentales, ofrecen ventajas y oportunidades que se complementan y potencian mutuamente. La recopilación, análisis y visualización de datos en tiempo real proporcionan información valiosa y precisa, no solo durante la excavación, sino a lo largo de toda la vida útil del túnel.

La aplicación de estas disciplinas en la excavación de túneles está cambiando radicalmente la aproximación de Sener a estos proyectos. La explotación de datos de los sensores de las tuneladoras, que capturan información operativa crucial, permite un control y parametrización de la excavación en tiempo real. Este conocimiento profundo y accesible facilita la toma de decisiones y la resolución de problemas de manera eficiente.

El trabajo de Sener en el tratamiento y la explotación de los datos de operación durante la excavación se remonta al año 1999 en el metro de Lisboa. Sin embargo, no fue hasta el año 2009 cuando desarrolla la solución ACROT (Asesoría para el Control de Riesgos de Operación de Tuneladoras) a través de la cual comienza a trabajar con el tratamiento masivo de datos de operación, lo que permitió controlar los riesgos de operación con éxito en 3 tuneladoras a la vez con el mismo equipo de trabajo y durante las 24 horas (líneas de Alta velocidad Madrid-Barcelona-Frontera Francesa, tramos; Sants-Sagrera, Girona, Montcada). El resultado de estas obras fue determinante para continuar desarrollando soluciones innovadoras dentro de la solución ACROT, que permitieran excavar en entornos urbanos con una complejidad muy elevada, sin impacto negativo en superficie.

La gestión de datos a través de plataformas web accesibles desde cualquier dispositivo, integra y comparte información con todos los agentes involucrados en el proyecto, elevando la construcción de túneles a un nuevo nivel. Al integrar estos datos en modelos BIM o representaciones espaciales, no solo mejoramos la eficiencia, calidad y seguridad, sino que también abrimos la puerta a la explotación futura de estos datos para la construcción de nuevos túneles.

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Figura 2. Propuesta (Autor: Sener) de pirámide de conocimiento adaptada a tuneladoras. Fuente original: Kitchin, R. The data Revolution (2014)

El conocimiento se convierte así en un bien compartido que impulsa la mejora continua en cada nuevo proyecto. En Sener, estamos liderando esta transformación, asegurando que cada túnel no solo sea una obra de ingeniería, sino también un legado de conocimiento y avance tecnológico.

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Figura 3. Ejemplo de Modelo de integración BI-BIM realizado por el equipo ACROT y digital twin de Sener. Autor: Sener

No obstante, el empleo de estas nuevas tecnologías también conlleva un peligro que hay que controlar de forma correcta. La fragilidad de nuestro trabajo, al depender de sistemas informáticos que pueden tener problemas, ataques o sabotajes, debe reducirse de alguna manera y ser capaces de progresar con ellas. Por otro lado, la responsabilidad al ceder decisiones importantes a algoritmos o inteligencias artificiales, pueden causar también fallos o conflictos legales y/o morales que deben ser considerados. Es por esto muy importante que comprendamos la necesidad de supervisar siempre de manera constante y redundante las respuestas de estas tecnologías, si no queremos que se conviertan en un fracaso. Desde este enfoque, la protección de los datos y la información es esencial en los proyectos digitales de Sener. Comprender la necesidad y la importancia para nuestros clientes y para nosotros mismos, de que los datos estén seguros y sean confiables, deben ser pilares básicos en todo proyecto digital.

Figura 4. números clave de la experiencia de Sener en túneles. Autor: Sener

Tecnologías innovadoras en la construcción de túneles

La implementación de soluciones tecnológicas avanzadas está marcando y marcarán en un futuro muy próximo, un antes y un después en el sector. Sin embargo, es necesario que estas soluciones tecnológicas se asienten sobre la experiencia y recorrido específico en el diseño, la construcción y el mantenimiento de túneles.

En el caso de Sener, su experiencia en el diseño, gestión y evaluación de la construcción de más de 1350 km de túneles se refleja en el servicio ACROT, que permite mitigar los riesgos de construcción y mejorar la seguridad en entornos urbanos y/o altamente complejos, integrando soluciones tecnológicas con un diseño único especializado en el diseño, construcción y mantenimiento de túneles.

Este enfoque en la mitigación de riesgos y la optimización de los parámetros operativos de las tuneladoras ha resultado en una reducción significativa de los asentamientos calculados en monumentos o edificios sensibles tal y como ya se demostró hace ya más de 15 años en el caso del cruce de túnel para la Línea de Alta Velocidad España-Francia cerca de la Basílica de la Sagrada Familia en Barcelona, donde los valores finales en la fachada más cercana al alineamiento del túnel fueron insignificantes. Casos más actuales como la línea 3 del metro de Guadalajara en México, demostraron que el ajuste de los parámetros de operación de la tuneladora mediante técnicas analíticas, permitieron reducir en hasta 5 veces los asientos que se podían generar con una excavación no controlada.

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Figura 5. Ejemplos reales de reducción de asientos con la aplicación de analítica predictiva y tratamiento masivo de datos. Autor: Sener

La experiencia acumulada permite a los técnicos realizar análisis en detalle de situaciones anómalas y transformarlas en soluciones basadas en el entrenamiento de asistentes digitales a la excavación. Además, la implicación de las direcciones técnicas desde el inicio de la construcción de los túneles asegura un conocimiento profundo de todos los hechos que pudieran afectar a la estabilidad o al deterioro estructural de los mismos. El volcado de este conocimiento profundo del estado de los túneles, permite predecir el comportamiento de determinadas patologías con el paso del tiempo.

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Figura 6. Adaptación (Autor: Sener) del texto del artículo Health and Safety at Work etc. Act 1974. Chapter 37 Arrangement of Sections a tuneladoras.

Innovaciones recientes que se encuentran presentes en el mercado, con distintos grados de madurez, pero con una más que segura exitosa proyección, incluyen tecnologías de excavación más sofisticadas que persiguen reducir aún más cualquier impacto en superficie, tales como las cámaras para mapeo 3D que aumentan la visibilidad y el seguimiento del progreso o el uso de dispositivos avanzados de detección de calor y humo para una mayor seguridad del proyecto. La realidad virtual (VR), la realidad aumentada (AR) y la inteligencia artificial (AI) están revolucionando la formación en seguridad en la construcción de túneles, minimizando los riesgos para los trabajadores. La automatización, la robótica y las técnicas de análisis de datos están impulsando la innovación en un entorno tan complejo como la construcción y el mantenimiento de túneles.

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Figura 7. Ejemplo de pantalla interactiva de acceso al estado de un túnel en fase de mantenimiento. Autor: Sener

Estas tecnologías no solo están transformando el diseño y la construcción de túneles urbanos, sino que también están redefiniendo la seguridad y la eficiencia en el sector, preparando el camino para futuros avances que continuarán mejorando la industria de la construcción de túneles. En resumen, la combinación de tecnología avanzada y la experiencia de los técnicos especialistas en la construcción y mantenimiento de túneles es vital para garantizar la seguridad, la eficiencia y la sostenibilidad de estas estructuras esenciales.

Figura 8. Números clave reales sobre el beneficio de la implantación del servicio Acrot en túneles. Autor: Sener

Mantenimiento predictivo y optimización de las operaciones

El mantenimiento predictivo y la optimización de las operaciones son fundamentales para la eficiencia y sostenibilidad de proyectos de infraestructura como la construcción de túneles. Utilizando como base el conocimiento experto de los técnicos especialistas y su implicación en nuevos sensores más avanzados, técnicas de inspección automatizadas, análisis de datos y uso de la inteligencia artificial para el aprendizaje en el comportamiento de las patologías, permiten predecir el estado futuro de los túneles y anticipar problemas de gran envergadura, lo que resulta en una programación de mantenimiento más efectiva y una mejora en la fiabilidad de las operaciones.

Desde hace varios años, y como parte de la evolución natural de su solución ACROT desde la construcción y hacia el mantenimiento, Sener viene desarrollando modelos predictivos para el mantenimiento de las infraestructuras subterráneas. Por otro lado, la digitalización resulta un pilar clave en la optimización de operaciones, permitiendo una gestión más eficiente y una reducción significativa de costes. El uso de dispositivos de captura automática, el uso de sensores, fibra óptica y aplicaciones para la captura de datos, permiten la recogida automática de datos de estado de los túneles en mantenimiento. Plataformas digitales como las desarrolladas por Sener dentro de ACROT, convierten estos datos capturados a través de múltiples sistemas, en información fiable, lo que se traduce en una toma de decisiones más informada y automatizada y en una ejecución más eficiente de las tareas de mantenimiento. La plataforma digital ACROT de Sener contiene además una capa de algoritmia que permite la lectura de los datos obtenidos del escaneo de los túneles y traducirlos en patologías, índices de gravedad y diseño de planes de mantenimiento automatizados, lo que permite una respuesta inteligente ante cualquier anomalía en la infraestructura.

Los beneficios de incorporar las nuevas tecnologías al mantenimiento de la obra civil de túneles son múltiples: desde la mejora en la seguridad y la prolongación de la vida útil de la infraestructura, hasta la optimización del tiempo y los recursos, impactando positivamente en la rentabilidad de las operaciones. La digitalización no solo hace que la infraestructura mejore en seguridad y vida útil, sino que también promueve una cultura de mantenimiento inteligente, colaborativo, proactivo y de autoaprendizaje del ecosistema permanente.

Estas estrategias de mantenimiento predictivo y optimización de operaciones son esenciales para el futuro de la construcción y mantenimiento de túneles, permitiendo a Sener mantenerse a la vanguardia en la implementación de soluciones tecnológicas que aseguran la eficiencia y la sostenibilidad a largo plazo.

Casos de éxito

La inteligencia artificial (IA) y la digitalización están teniendo un impacto transformador en la industria de la construcción, especialmente en la construcción y mantenimiento de túneles.

Sener ha implementado ACROT en diversos proyectos, mejorando significativamente la seguridad en obras de construcción en España, México y Brasil. En entornos urbanos y de alto riesgo, como metros y líneas de tren, ACROT ha demostrado ser especialmente efectivo, proporcionando un entorno digital colaborativo entre el equipo ACROT, el equipo de túnel y la administración y favoreciendo la toma de decisiones basada en una compleja red de algoritmos de cálculo diseñados a partir del conocimiento y la experiencia adquirida por Sener en los últimos 20 años.

Algunos indicadores clave de rendimiento, demuestran la efectividad en el uso de ACROT en las obras en las que ha colaborado tales como la reducción de Costos durante la excavación, la mejora en la Seguridad de las excavaciones, la optimización de la operación y mantenimiento, o la reducción del tiempo de inactividad o parada prolongada de las tuneladoras.

Estos casos de éxito ilustran cómo la combinación de experiencia técnica y una tecnología avanzada, puede conducir a resultados sobresalientes en la construcción de infraestructuras complejas.

Beneficios, desafíos y futuro de la inteligencia artificial en túneles urbanos

Los beneficios de un ecosistema digital en la construcción y mantenimiento de túneles son claros, ya que permiten alcanzar conocimiento de manera casi instantánea, optimizando así la toma de decisiones. Entre los beneficios más destacados se encuentran:

  • Optimización de recursos y automatización de procesos: Esenciales en la construcción de túne-les, permiten tomar decisiones más acertadas y eficientes en tiempo real, reduciendo plazos y costes significativamente.
  • Supervisión en tiempo real: Aplicaciones digitales y dispositivos robotizados y sensores, permiten tomar y cruzar datos, además del almacenamiento de los mismos tratados y analizados de manera automática, mejorando así la objetividad y eficacia en la toma de decisiones.
  • Mejora en la operación de tuneladoras: La adaptación de parámetros de operación a la tuneladora y al terreno excavado a través de algoritmos basados en la experiencia, optimiza la excavación y reduce riesgos.
  • Uso de dispositivos inteligentes: Permiten capturar en tiempo real el estado y patologías de los túneles durante la explotación, permitiendo el uso de una analítica predictiva para permitir mejorar la vida útil de la infraestructura.

Soluciones digitales como ACROT presentan números claros sobre la mejora en todo el proceso de excavación, a los que debemos prestar atención para entender las dimensiones y mejoras que se alcanzan con este tipo de servicios.

Sin embargo, la implementación de la IA también presenta desafíos que deben gestionarse adecuadamente, tales como:

  • Dependencia de sistemas informáticos: La vulnerabilidad ante fallos, ataques o sabotajes requiere medidas de seguridad robustas y constantes.
  • Responsabilidad en la toma de decisiones: Delegar decisiones en algoritmos o IA puede conllevar errores o conflictos legales y morales, por lo que es crucial supervisar constantemente estas tecnologías.

Mirando hacia el futuro, la construcción y mantenimiento de túneles urbanos se enfrenta a un campo lleno de posibilidades y desafíos. La IA promete una era de mayor eficiencia y seguridad, pero también plantea interrogantes éticos y prácticos sobre nuestra relación con estas nuevas tecnologías. La construcción de túneles se convierte en una expresión de nuestros valores y aspiraciones como sociedad, donde la sostenibilidad y la eficiencia deberán equilibrarse.

Avanzamos hacia un futuro donde la inteligencia artificial y la digitalización en la construcción de túneles urbanos no son solo posibilidades, sino realidades palpables. Con cada innovación, nos acercamos a un mundo más conectado y eficiente, donde la tecnología se convierte en el pilar de infraestructuras seguras y sostenibles para todos.

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www.sener.es

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