Integrando DfMA, BIM y Sostenibilidad en la era digital de la construcción

14 mayo 2024Arquitectura, BIM

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Escrito por Rafael Rodríguez Richard, Software Technical Specialist de GRAITEC

Digitalización, DfMA, BIM y sostenibilidad

En la era de la digitalización, la construcción está experimentando una transformación radical impulsada por tecnologías como el DfMA (Diseño para la Fabricación y el Montaje), el BIM (Modelado de Información de Construcción) y un enfoque renovado en la sostenibilidad.

Vamos a explorar cómo la integración de estos avances permite crear edificios de alta calidad, energéticamente eficientes y más sostenibles, todo mientras se reducen costos y tiempos de construcción. Mediante la construcción modular y la colaboración entre arquitectos y fabricantes están redefiniendo el futuro de la industria, ofreciendo soluciones innovadoras y eficientes para los desafíos actuales.

De la Artesanía Personalizada a la Fabricación Industrial

Primero, un poco de contexto histórico. Antes de la Revolución Industrial, las prendas de vestir se confeccionaban por encargo y se diseñaban según las especificaciones de una persona en particular. Luego, durante el siglo XVIII, los ingenieros empezaron a construir máquinas que podían fabricar productos en naves industriales y a escala de fabricación.

Cada uno de estos enfoques tenía su propuesta de valor: personalización y artesanía, por un lado; eficiencia y coherencia por el otro.

Los clientes y consumidores de hoy en día buscan todas estas cualidades y más; quieren la individualidad de los productos a medida, pero también el valor y la comodidad que proporcionan los métodos de fabricación industrializados.

Innovación en la construcción industrializada

La nueva construcción se beneficia enormemente de la construcción industrializada, ofreciendo edificios de mayor calidad, tiempos de construcción más rápidos, mayor productividad, mejor integración tecnológica y ahorro en costos de mano de obra. Estos avances permiten implementar estrategias eficientes en eficiencia energética, domótica y energías renovables, tanto en proyectos de modernización como en nuevas edificaciones. A nivel mundial, crece la necesidad de construir y mejorar los edificios para que sean asequibles, energéticamente eficientes y resilientes.

Esta digitalización, ya sea en el entono de producto como en el de proyecto, fomenta la innovación en la construcción y su industrialización para lograr productos y crear industrias de escala.

El alcance de la digitalización abarca todo el edificio, incluyendo subconjuntos de componentes, elementos, paneles y módulos volumétricos. Esta integración establece sinergias entre el diseño para la fabricación y el montaje, la optimización de procesos, la tecnología de construcción y modernización, la digitalización y el análisis de datos. Estos elementos combinados influyen en la mejora y producción de edificios, con el objetivo de aumentar el rendimiento, mejorar la eficiencia energética y reducir la huella de carbono.

Esto está generando un uso significativo de la construcción modular en muchos sectores de la industria, impulsados principalmente por las necesidades de los propietarios de una entrega más rápida del proyecto:

  • La construcción de la estructura a partir de un conjunto de sets de ensamblajes estandarizados o módulos, siendo cada uno de ellos una pieza dentro del sistema edificio.
  • Sub-ensamblajes que se agrupan en procesos de producción similares para establecer familias de componentes
  • Familias de sub-ensamblajes que se pueden producir en un entorno de fabricación estable y desplazar a obra para su instalación

Para que este sistema funcione, es esencial integrar a arquitectos y fabricantes durante todo el proceso del proyecto. Los diseñadores deben comprender el proceso de fabricación y viceversa. La metodología DfMA es crucial para mejorar estas sinergias, permitiendo una integración más efectiva entre diseño y fabricación.

Diseño DfMA para la fabricación y el montaje

El Diseño para la Fabricación y el Montaje (DfMA) es una metodología que combina dos enfoques: el diseño para facilitar la fabricación de piezas y el diseño para facilitar su montaje en obra. DfMA se utiliza como base para estudios de ingeniería concurrentes, proporcionando orientación al equipo de diseño para simplificar la estructura del producto, reducir los costos de fabricación y ensamblaje, y cuantificar las mejoras.

La aplicación de DfMA implica identificar, cuantificar y eliminar el desperdicio o la ineficiencia en el diseño de un producto. Como componente de Lean Manufacturing, DfMA también sirve como herramienta de evaluación comparativa para estudiar los productos de la competencia y como herramienta de costos para asistir en la contratación de proveedores.

Sin embargo, DfMA no es compatible con una ruta de adquisición en una sola etapa para proyectos de arquitectura y construcción, ya que esto limita el acceso temprano de subcontratistas y proveedores al proyecto, haciendo imposible digitalizar completamente el proceso constructivo.

Ética de fabricación

Para que los sistemas offsite funcionen, es esencial implementar un espíritu de fabricación transversal en la construcción. Aunque la fabricación offsite no es adecuada para todos los proyectos, la mayoría puede beneficiarse de incorporar algún porcentaje de este método. El término ‘pre-manufactured value’ (PMV) indica la cantidad de elementos prefabricados en un proyecto. En su nivel más alto, un proyecto totalmente volumétrico de Categoría 1 podría alcanzar un 75-80% de PMV.

Sin embargo, esta es solo una de las siete categorías de Modern Methods of Construction (MMC) definidas por el gobierno británico en 2022. Los diseñadores deben comprender y aplicar todas estas categorías en sus proyectos para maximizar los beneficios en cuanto a coste, programación, calidad, seguridad y productividad. No existe una cantidad óptima fija de PMV, pero los arquitectos deben mantener una mentalidad abierta y buscar constantemente oportunidades para optimizar su uso.

Los niveles que propone este Modern Methods of Construction son:

  • Categoría 1 – Prefabricación – Sistemas estructurales primarios 3D
  • Categoría 2 – Prefabricación – Sistemas estructurales primarios 2D
  • Categoría 3 – Prefabricación – Componentes estructurales no sistematizados
  • Categoría 4 – Prefabricación – Fabricación aditiva
  • Categoría 5 – Prefabricación – Conjuntos y subconjuntos no estructurales
  • Categoría 6 – Reducción de mano de obra/mejora de la productividad en la obra impulsada por productos de construcción tradicionales
  • Categoría 7 – Reducción de mano de obra/mejora de la productividad impulsada por el proceso de la obra

Cambio de comportamiento

El primer cambio necesario para tener éxito con DfMA no es tecnológico, sino de comportamiento. Comprender la fabricación y las capacidades del mercado es crucial, pero solo una parte de la ecuación. El diseño debe seguir el proceso correcto. En 2016, el Royal Institute of British Architects (RIBA) publicó la superposición del DfMA a su plan de trabajo para guiar esta integración.

Para lograrlo con una mentalidad de fabricación, es esencial definir los objetivos DfMA del proyecto desde el principio:

  • Equipos de trabajo: los equipos de diseño deben configurarse de manera diferente, con ingenieros y fabricantes complementando al arquitecto desde la etapa de solicitud previa a la planificación.
  • Cambios en las compras: es prácticamente imposible implementar un proceso de DfMA utilizando la adquisición de diseño y construcción en una sola etapa de licitación, ya que esto dificulta la introducción temprana de especialistas y compromete la necesaria «inmovilidad» del diseño.
  • Colaboración desde el inicio: el equipo del proyecto debe ser colaborativo y participativo desde las fases iniciales. El uso de entornos colaborativos de proyecto con BIM permite la inclusión de diferentes disciplinas dentro del proyecto, facilitando una integración más efectiva y eficiente.
  • Forma de licitar: la forma de licitar es fundamental para lograr una integración efectiva. La coordinación del diseño y los criterios tecnológicos deben presentarse para su consideración durante la Etapa 2/3 (Concept Design y Spatial Coordination) del RIBA, y no posponerse hasta el diseño técnico o la construcción en las Etapas 4 y 5.
  • Consideración temprana de la logística del sitio: la consideración temprana de la logística del sitio es clave para encontrar la solución adecuada de construcción y montaje, asegurando así un proceso más eficiente y fluido.

Figura 1: Etapas del proyecto según RIBA

Ejemplo Práctico: Porcelanosa Offsite

Los baños prefabricados, también denominados baños industrializados o modulares, ofrecen una opción sostenible, versátil y altamente eficiente para proyectos de construcción. Producidos en fábrica y transportados al sitio de instalación, estos componentes de construcción son funcionales y eficientes. Fabricados en fábricas o talleres especializados, los baños prefabricados se entregan en el lugar de instalación y están listos para su uso una vez conectados, proporcionando una solución completa y funcional de manera rápida y efectiva.

Figura 2: Propuesta de baño prefabricado de Porcelanosa

Algunas de sus ventajas:

  •  Reducción de los plazos de entrega.
  • Precios más competitivos.
  • Reducción del riesgo del proyecto.
  • Altos estándares de calidad.
  • Reducción de la mano de obra y el riesgo en obra.
  • Reducción de acopios y residuos en obra.
  • Reducción de mermas y reparaciones in situ.
  • No requiere andamios y elementos temporales.

Este ejemplo ilustra la integración entre producto y proyecto, destacando la importancia de evaluarla en las etapas tempranas del proyecto. Esto permite ofrecer soluciones constructivas eficientes y optimizadas, aprovechando al máximo los beneficios de la prefabricación y garantizando una ejecución fluida y exitosa del proyecto.

BIM y DfMA: el futuro de la construcción.

El uso combinado de BIM y DfMA (Diseño para la Fabricación y el Montaje) ofrece una amplia gama de beneficios al permitir la simplificación y optimización completa de la estructura del edificio. Esto se logra mediante procesos de ingeniería concurrentes que reducen los costos de fabricación y montaje, y cuantifican las mejoras potenciales. Esta sinergia también ayuda a identificar, calcular y eliminar el desperdicio o la ineficiencia en el diseño del edificio, mejorando así su eficiencia global. Además, esta combinación puede desbloquear eficiencias aún mayores, lo que hace que sea una herramienta invaluable para la industria de la construcción.

Optimización del rendimiento de las especificaciones estructurales

El enfoque DfMA facilita una mayor fabricación fuera del sitio, lo que resulta en una construcción más rápida y segura. Este proceso minimiza la construcción en el sitio y ofrece eficiencia tanto en recursos como en costos, sin comprometer las aspiraciones de diseño creativo ni la calidad del proyecto.

Además de entregar proyectos de manera más rápida y económica, el uso de técnicas DfMA también conduce a mejoras en la calidad y la sostenibilidad, así como a mejores resultados operativos y de uso. En GRAITEC, contamos con ejemplos y experiencias en colaboración con diversas partes interesadas del sector de la construcción, incluyendo constructoras y fabricantes de componentes, para integrar procesos a través de sistemas de proyectos unificados.

La transferencia y el intercambio de información son cruciales para el enfoque BIM y DfMA. Por lo tanto, diseñar con BIM es fundamental para aprovechar métodos más eficientes de creación y mantenimiento de activos. BIM incorpora detalles clave del producto y datos de activos para crear modelos 3D que pueden utilizarse para una gestión efectiva de la información a lo largo de todo el ciclo de vida del proyecto, desde el concepto inicial hasta la operación.

Figura 3: Nueva planta de producción de Porcelanosa

Es esencial examinar un producto antes y durante su fabricación para identificar oportunidades de mejora. Estas mejoras suelen clasificarse en dos categorías principales: diseño para el Ensamblaje (DfA) y diseño para la Fabricación (DfM). Aunque ambos procesos comparten puntos clave, existen algunas diferencias fundamentales entre DfA y DfM, que se definen mejor al comprender sus principios subyacentes.

En última instancia, la disponibilidad de familias de fabricantes permite desarrollar proyectos digitales en un mismo lenguaje y en las primeras etapas del proyecto, dentro de un entorno común de datos. Esto está facilitando la integración de los fabricantes en el proceso de diseño arquitectónico, tratándolos como una subcontratación más. Este enfoque promueve la colaboración y la eficiencia en todo el ciclo de vida del proyecto, mejorando la calidad y reduciendo los costos.

Glosario de términos

  • DfA (Diseño para el Ensamblaje) se enfoca en simplificar la estructura del producto para hacer el montaje más eficiente. Esto implica reducir el número de piezas necesarias, facilitar el montaje con componentes que solo encajen en ciertas orientaciones y garantizar la facilidad de manejo durante el proceso de montaje.
  • DfM (Diseño para la Fabricación) se centra en minimizar la complejidad de las operaciones de fabricación. Esto incluye determinar el costo de fabricación de cada componente, reducir las características de los componentes mecanizados para controlar los costos y mejorar la eficiencia del tiempo de ensamblaje.
  • DfMA (Diseño para la Fabricación y el Ensamblaje) combina los principios de DfA y DfM para garantizar que un producto se diseñe y revise de manera que pueda fabricarse y ensamblarse eficientemente. Esto incluye el diseño modular, la estandarización de las piezas y la eliminación de piezas de sujeción/soporte.

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