Digitalizando activos para gemelos digitales. Caso EDAR Caldes de Montbui

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 97)

Conrad Casadellà; Arquitecto y consultor BIM.
Teresa Casellas; Arquitecto Técnico y consultora BIM.
Alex Eseverri Mas; Ingeniero de Caminos y director comercial en MSI Digital Builders.

En el presente artículo explicaremos el proceso de digitalización de activos existentes cuyo resultado final es un modelo BIM que forma parte de un gemelo digital avanzado desarrollado con la plataforma EcoDomus. A lo largo del artículo veremos las diferencias entre distintos tipos de modelos BIM (diseño, construcción, As Built, operaciones y mantenimiento), centrándonos en el caso de éxito del gemelo digital de la estación depuradora de Caldes de Montbui que gestiona el Consorci Besòs Tordera. El gemelo digital desarrollado y plenamente operativo integra 5 plataformas distintas (BIM, GMAO, GICA0, GIS y SCADA). La compleja solución tecnológica adoptada requiere la realización de modelos BIM con un nivel de exigencia muy elevado.

1. Antecedentes

El Consorci Besòs Tordera (CBT), entidad pública que gestiona 27 estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR), más de 300 km de colectores y 52 estaciones de bombeo apuesta por la implantación de soluciones tecnológicas avanzadas que le permitan optimizar y gestionar sus activos.

Con la ayuda de la consultoría SomEnginy, y después de realizar un profundo estudio de las necesidades a cubrir, problemáticas existentes y objetivos, CBT apuesta por la utilización de gemelos digitales como herramienta de gestión. A partir de un profundo estudio de soluciones existentes de gemelos digitales, CBT escoge la plataforma EcoDomus, de la Empresa Siemens, que distribuye e implementa la consultora MSI Digital Builders.

El proceso que se ha seguido CBT con la ayuda de sus colaboradores SomEnginy y MSI Digital Builders para obtener un gemelo digital escalable plenamente operativo que integra 5 fuentes de información (BIM, GMAO, GICA0, GIS y SCADA) que da respuesta a las necesidades prioritarias de CBT es el siguiente:

• Fase 1: consultoría previa y solución adoptada
• Fase 2: selección de la herramienta de gemelo digital
• Fase 3: creación y establecimiento de estándares
• Fase 4: implantación del gemelo digital y proyecto piloto EDAR Caldes de Montbui.

Un éxito sin precedentes que da seguridad a CBT para continuar evolucionando el gemelo digital en los próximos años para aumentar funcionalidades y dar respuesta a más necesidades relacionadas con las operaciones de sus activos.

En el presente artículo, a partir de este caso de éxito, nos centraremos en explicar cómo se realiza el proceso de digitalización de un activo existente (EDAR Caldes de Montbui situada en la provincia de Barcelona), cuyo resultado final es un modelo BIM que formará parte del gemelo digital desarrollado con la plataforma EcoDomus.

2. Diferencias entre distintos tipos de modelos

Antes de empezar con la explicación del proceso de digitalización de la EDAR Caldes de Montbui, conviene hacer un repaso de distintos tipos de modelos BIM ya que existen diferencias importantes entre ellos.

2.1.1. Modelos BIM de diseño

Son modelos creados por los arquitectos e ingenieros con el objetivo de definir el diseño conceptual en primer lugar, y posteriormente producir documentos de construcción más detallados para dar soporte a la fase de proceso constructivo. En estos modelos los elementos están definidos de forma muy genérica, con muros de grosores más o menos definidos, pero en muchas ocasiones sin la definición de materiales específicos. En el caso de las unidades de tratamiento de aire pueden usarse objetos con dimensiones generales y requisitos definidos por la ingeniería, pero sin especificar el modelo o fabricante.

2.1.2. Modelos BIM de construcción

Los modelos de construcción se heredan de los modelos de diseño y acostumbran a contener un gran nivel de detalle. El objetivo de estos modelos por un lado es proporcionar una representación detallada de lo que se va a construir para trata de resolver problemas constructivos y detectar conflictos antes de que se ejecuten sobre terreno y, por otro lado, se usan para planificación y obtención de mediciones.

2.1.3. Modelos BIM As Built

Los modelos As Built son creados generalmente por el contratista. El objetivo de estos modelos es contener toda aquella información que se proporciona desde el método tradicional a través de planos en papel o versión digital. Este modelo, igual que se hace en los planos, debe representar los cambios reales del proyecto que han sucedido durante la obra. Con la misma finalidad el modelo As Built a veces, suele contener información sobre los equipos específicos instalados, planos de fabricación, anotaciones, alzados secciones y detalles del edificio o infraestructura, etc.

Este modelo debe solicitarse como entrega de fin de obra y conservarse como fuente autorizada y de referencia del edificio o infraestructura construida.

2.1.4. Modelos BIM O&M

Este modelo debe de contener la información (gráfica, datos, documentos) que necesita el propietario / gestor / operador para poder utilizarlo en fase de explotación. Normalmente, los modelos BIM para O&M se derivan de los modelos BIM As-Built. No toda la información contenida en los modelos As Built es necesaria. Normalmente deben de realizarse una serie de modificaciones para que el modelo sea útil para la fase de explotación del activo. Estas modificaciones tienen que ver con eliminar información superflua para esta fase, como son los detalles constructivos o los planos de replanteo, etc.

Los modelos BIM para O&M responden a necesidades para la fase de explotación. Por ejemplo, no se requerirá un nivel de detalle de modelado demasiado complejo de una válvula, pero si será necesaria ubicar la válvula a la tubería que corresponda y será más importante modelar correctamente la conexión del sistema de tuberías y los equipos conectados a este tal y como está en la realidad.

2.1.5. Modelo BIM para gemelo Digital

El modelo BIM para un gemelo digital es un modelo BIM O&M que además debe de estar realizado siguiendo una serie de particularidades que exige la propia plataforma de gemelo digital que tiene implantado el gestor / operador / propietario del activo. En el caso que nos ocupa, el modelo BIM a realizar tiene que cumplir con los requisitos del cliente (definidos en la Fase 3: creación y establecimiento de estándares) y los propios requisitos que exige EcoDomus. Tiene que estar perfectamente realizado para que cuando se incorpore a la plataforma de gemelo digital esta funcione perfectamente. Es un modelo BIM con un grado de exigencia muy elevado si lo comparamos con otros tipos de modelos.

3. Proceso de digitalización de un activo existente

En la siguiente figura detallamos las fases necesarias para generar un modelo BIM O&M que formará parte de un gemelo digital realizado con la plataforma EcoDomus.

A lo largo del proceso haremos referencia al caso de la digitalización de la EDAR Caldes de Montbui.

3.1. Fase 1: Gestión del proyecto

Todo proceso de digitalización requiere una planificación y gestión del proyecto. Es una fase transversal que se desarrolla a lo largo de todo el proceso. En el caso de MSI Digital Builders consideramos la gestión de proyectos desde una doble visión. Por un lado, la organización interna de los equipos encargados de las tareas de digitalización y por otro lado desde la perspectiva del cliente, garantizando una comunicación fluida y manteniendo informado al cliente en todo momento de los avances mediante reuniones e informes periódicos.

Para un proceso de digitalización como el que estanos comentando, en MSI Digital Builders contemplamos los siguientes perfiles:

• Director del Proyecto. Es el máximo responsable y el encargado de garantizar el éxito del proyecto. El Director del proyecto dimensionará el equipo, realizará una planificación realista de los trabajos, ejercerá de líder, manteniendo motivados a los miembros del equipo. Identificará posi-bles riesgos y planteará estrategias para mitigar-los durante el proyecto. Estará en contacto tanto con el cliente mediante reuniones periódicas e informes y con el propio equipo de desarrollo.
• Experto en EcoDomus. Figura fundamental del equipo. Esta persona es la encargada de dar las indicaciones al equipo de todas aquellas particularidades de EcoDomus que afectan al modelado y que no han queda reflejadas en los documentos existentes (BEP, Manuales, etc.) Se encarga de realizar un control de calidad durante todo el proceso, así como realizar el control de calidad desde EcoDomus.
• BIM Manager. Es el responsable de diseñar la metodología BIM que se aplicará en el proyecto y el que ayudará a definir junto con el cliente las herramientas de digitalización. En el caso que nos ocupa, además, definirá la estrategia de integración y la definición de los estándares necesarios para que esta integración funcione. En grandes proyectos de modelado, el BIM Manager coordina a los distintos coordinadores del proyecto.
• Coordinadores BIM. Son los encargados de hacer el control de proyecto (geometría y meta-data) y de supervisar al equipo de modelado. Los coordinadores son expertos en los softwares necesarios para realizar la digitalización (Revit, Navisworks, Recap, etc.) y en la creación de Scripts en Dynamo.
• Modeladores BIM. Llevan a cabo las principales tare-as de modelado (geometría y Metadata) del activo.
• Desarrolladores BIM. Programador especializado en desarrollar funciones personalizadas y especiales que no están disponibles en las soluciones de software estándar. En el caso que nos ocupa, los desarrolladores BIM han participado en el desarrollo del gemelo digital.

3.2. Fase 2: Recopilación de información

La primera fase del proceso se inicia con una recopilación de la información existente, que puede ser: planos en papel, planos CAD existentes, PI&D existentes, Modelos BIM existentes y BBDD existentes.

Una vez terminado el proceso, toda esta documentación del activo que en estos momentos está dispersa, es incompleta, inexacta y presente en distintos programas y BBDD, estará centralizada en el gemelo digital.

3.3. Fase 3: Escaneado láser y nube de puntos

Una vez recopilada la información existente se procede a realizar un escaneado láser de la estación depuradora para obtener una nube de puntos. Las nubes de puntos cumplen un doble cometido: realizar levantamiento preciso del estado actual de los activos y disponer de una herramienta de consulta para el operador. Por este motivo, hay que seleccionar los puntos de captura teniendo en cuenta los dos anteriores cometidos.

Realizar un modelo BIM a partir de una nube de puntos puede parecer tarea sencilla pero la experiencia de MSI Digital Builders en este tipo de proyectos nos indica qué si no se fijan unas especificaciones correctas, las nubes de puntos que se generan no son óptimas para el modelado. En importante lo siguiente:

• tener claro cuál es la finalidad de las nubes de puntos para planificar y dimensionar las capturas. No es lo mismo escanear un edificio para obtener volumetrías que escanear una depuradora i planta industrial con gran densidad de tuberías. Las resoluciones no son las mismas y los criterios a seguir pueden variar mucho de una zona a otra.
• las capturas estén bien hechas y se realicen res-petando un modus operandi (procedimiento).
• las nubes de puntos tienen que estar registradas individualmente
• unificar las capturas cuando se haya cerciorado que éstas son correctas y no tienen desviaciones. Guardar las capturas por separado y con su origen de coordenadas.
• si se necesita realizar muchas capturas es muy conveniente hacer un levantamiento topográfico para un control de posiciones y poder detectar fácilmente posibles desviaciones, sobre todo si se hacen capturas en sótanos o lugares donde la señal GPS no llega.

En el caso de CBT, se requiere que:

• en los estacionamientos se realicen con fotografías 360º en color para facilitar la consulta con el visor.
• la distancia máxima entre estacionamientos sea de 10 metros.
• la nube de puntos deberá estar georreferenciada en coordenadas UTM.
• los entregables de las nubes de puntos serán en distintos formatos: archivo editable de la nube de puntos, RCP sectorizado con las fotografías de los puntos de estacionamiento y los entregables en formato e57 para poder cargar las nubes de puntos a la plataforma de gemelo digital.

En función del aparato que se utilice para las capturas, se utiliza un software distinto para limpiar, unir y optimizar las capturas y generar las nubes de puntos. En MSI Digital Builders, solemos utilizar el LIDAR LEICA RTC 360 para realizar las capturas y el software Cyclone para procesar las capturas obtener las nubes de puntos.

Para georreferenciar en coordenadas UTM las nubes de puntos se marcan dos puntos con GPS. Luego se procede a orientar la estación total. Ésta se coloca sobre un punto marcado y se orienta al segundo punto. Con la máquina orientada, marcamos un mínimo de 5 dianas, tres de control y dos de seguridad.

3.4. Fase 4: Modelado BIM del activo

Para que el modelo BIM cumpla con los requisitos del cliente y pueda cargarse correctamente a la plataforma de gemelo Digital, este se deberá de realizar acorde a las especificaciones del cliente y siguiendo el manual propio desarrollado por MSI Digital Builders (requisito de modelado para EcoDomus).

Cuando se trata de realizar modelos BIM que formarán parte de un gemelo digital realizado con EcoDomus se deben de crear las familias de Revit siguiendo unos criterios específicos. Hay que contemplar conexiones adecuadas para que las configuraciones de los sistemas de instalaciones sean los correctos. Todos los elementos modelados serán nativos del software Revit, no siendo aceptable la inserción de archivos .dwg u otros.

Otras de las directrices fundamentales para la realización del modelo BIM para ser utilizado en EcoDomus se basan en la integridad de los datos basados en la consistencia taxonómica y la nomenclatura de los objetos BIM.

Para el caso CBT y en concreto la digitalización de la EDAR de Caldes de Montbui, además de los dos aspectos anteriormente comentados, se debe de tener en cuenta lo siguiente:

• Los elementos del modelo estarán clasificados según la codificación GuBIMclass adaptada para incluir equipos propios de una instalación de tratamiento de agua residual.
• Para ubicar los equipos dentro del proceso de la EDAR será necesario indicar la información: sis-tema, subsistema, línea de tratamiento, proceso y subproceso.
• Tags. Para que la información de los equipos sea leída correctamente por todos los programas, es importante poder identificar de forma única y distintiva los equipos. La mayoría de los programas tienen codificaciones internas (como por ejemplo GUID) que ayudan a esta finalidad. Se desarrollo un sistema de identificación TAG el cual identifica de forma única a cada equipo canalización, tubería, etc. Estos TAGS se generan a partir de unas codificaciones de ubicación, nomenclatura, etc. los cuales generan un TAG único e irrepetible para cada equipo. Un TAG es la información básica de cada equipo que hace posible la localización de la información referente a los equipos dentro de las diferentes bases de datos.
• Para la introducción de la información de las características técnicas de los equipos de una EDAR se crearán réplicas de las tablas que se utilizan en el GMAO. En el caso de modelos de plantas existentes, como en el caso que nos ocupa, se tienen que crear los parámetros en Revit, pero estos se dejan en blanco. Cuando el gemelo digital esté operativo, se leerá esta información del GMAO.
• Se tendrá que identificar la procedencia de la información, mediante un campo que se tiene que rellenar con alguno de estos valores:
  • VERIFICAT_IN SITU: si se ha realizado una visita a la planta y se ha verificado la información in situ.
  • OPERARI: información proveniente de un operario de planta.
  • PROJECTE: si la información proviene del proyecto As-Built de la planta.
  • VERIFICAT_NUVOL PUNTS: si la información proviene de la nube de puntos.

Durante la fase de modelado será necesario realizar visitas de campo para verificar información que no queda reflejada en las nubes de puntos (instalaciones enterrades, por ejemplo) y de esta forma generar un modelo BIM que sea un fiel reflejo de la realidad.

Durante el propio proceso de modelado, MSI Digital Builders utiliza distintas herramientas propias para optimizar el modelado como soluciones de automatización para el control y la gestión e introducción de datos a los modelos BIM, para el control de la salud del modelo, purgado y usabilidad durante el modelado mediante archivos puente, plugins para agilizar la búsqueda y carga de familias, exportadores ifc optimizados o automatización de procesos de auditoria interna de modelos.

3.5. Fase 5: Control de calidad durante el proceso

Para garantizar una correcta digitalización conviene realizar un control de calidad durante el proceso de modelado.

Durante el proceso, se debe de ir validando el modelo tanto a nivel de parametrización como a nivel de que se cumplan los criterios de modelado (O&M y los propios que exige la plataforma EcoDomus). Así conviene revisar aspectos relacionados con los archivos, los espacios, los tipos de activos e instancias, así como revisar como están realizados los propios sistemas MEP.

3.6. Fase 6: Extracción de documentación y realización de PI&D

Desde los modelos BIM se pueden extraer planos As Built. Los PI&D se realizan desde el software AutoCAD Plant3D.

Una de las funcionalidades interesantes de EcoDomus es que, en el caso que se haya integrado el SCADA, se pueden generar PI&D con información dinámica. Es decir, los valores del PI&D son valores en tiempo real.

3.7. Fase 7: Control de calidad de la información propio de EcoDomus

Una vez el modelo se ha cargado en la plataforma de gemelo digital, se procede a utilizar la funcionalidad QC de EcoDomus para realizar un control de calidad de la información contenida en los modelos tanto a nivel de datos como a nivel de documentos. EcoDomus nos revelará los valores de los parámetros que todavía no se han introducido y nos marcará valores que sean incorrectos porque están fuera de rango (que previamente habremos definido). En el siguiente esquema se explica cómo funciona en su totalidad el CQ de EcoDomus.

Uno de los aspectos interesantes de EcoDomus, es que, en el caso de encontrar errores y omisiones, al estar integrado bidireccionalmente con Revit, los valores se pueden corregir desde la misma plataforma EcoDomus.

3.8. Fase 8: Comprobación de las integraciones

La última fase del proceso de digitalización, consistirá en comprobar que las integraciones realizadas funcionan correctamente. En este punto, si alguna integración falla se procederá a revisar si el fallo es debido a un incorrecto proceso de digitalización o que hay un fallo en el propio proceso de integración.

En todo caso, si las integraciones funcionan correctamente y los procesos de calidad realizados anteriormente han sido exitosos estaremos en disposición de tener el gemelo digital del activo plenamente operativo.

4. Implantación y despliegue de EcoDomus, incluyendo personalización según usuario (rol)

Una vez disponemos del gemelo digital de la EDAR Calde de Montbui, procederemos a la configuración de EcoDomus. Se prestará especial atención a la personalización del Gemelo Digital según rol: responsable departamento Técnico, Responsable de planta, operador, Responsable de mantenimiento, Encargado Mantenimiento y explotación, Auxiliares, Técnicos de sistemas, etc.

La parte de configuración incluye, como mínimo, los siguientes aspectos, que se personalizan según las necesidades del cliente.

• Personalización de funciones de administración: Usuarios, Grupos de usuarios y Roles del proyecto.
• Personalización de configuraciones sobre datos y metadatos tales como tipos documentos, tipos de inspecciones, adaptación de categorías de incidencias, etapas del proyecto, personalización, flujos de trabajo para las ordenes de trabajo, adaptación y estructuración de campos o ajustes de mapeado del Connector BIM entre Revit y EcoDomus.

Para finalizar el proceso, es necesario una formación de la plataforma a los distintos usuarios, así como una puesta en marcha y acompañamiento al cliente durante el proceso de implantación.

Bibliografía:

• “Implantación de Gemelos Digitales avanzados para la gestión de aguas residuales en el Consorci Besòs Tordera”, publicado en la revista Tecnoagua
• Manual BIM del Consorci Besòs Tordera

Agradecimientos:

SomEnginy y MSI Digital Builders quieren agradecer a Consorci Besòs Tordera la oportunidad que nos han dado en poder colaborar en este proyecto tan innovador, así como su apoyo y colaboración en la redacción del presente artículo.

digitalbuilders.msistudio.com