La era digital presenta muchas ventajas para la realización de diseños arquitectónicos complejos. Edificios como Chapultepec Uno y Torre Reforma en México, Torre Shanghái en China o el WTC de Nueva York, no hubieran sido posibles sin procesos de modelado BIM
Abril Rueda y Mauricio Ramírez
El trabajo con Building Information Modeling (BIM) comporta varios niveles de aplicación. Uno de ellos, denominado 6D o sexta dimensión (BIM6D), se enfoca en el diseño sustentable. En este artículo, hablaremos del BIM6D y la relación del BIM con el Proceso de Diseño Bioclimático y la Certificación LEED.
Apoyarse en una herramienta tan poderosa como BIM permite simplificar y mejorar los procesos de evaluación, así como potenciar el impacto de los equipos de diseño, a través de reducir los ciclos de retroalimentación (feedback loop). Con esto se logra integrar de manera práctica y rápida el proceso de diseño y la evaluación de eficiencia en operación de las medidas propuestas, ofreciendo argumentos técnicos para una mejor toma de decisiones.
En el modelo, se incluyen todos los sistemas del edificio: activos, pasivos y medidas bioclimáticas; también ofrece beneficios dentro del modelo de eficiencia: se evalúa de forma rápida la interacción entre ellos y las decisiones para obtener ahorros en operación: bioclimática en acción. Una vez tomadas las decisiones, el modelo BIM6D genera la información de soporte que permite realizar la documentación para utilizar en sistemas de evaluación, como la Certificación LEED.
¿Qué es exactamente BIM?
Es importante dar algunos pasos atrás y explicar lo que es y no es BIM. Es un proceso en el cual se genera un modelo que, como su nombre lo indica, contiene información referente no sólo a la geometría y orientación de un edificio, sino también a la relación espacial con otros edificios (interacción climática urbana), ubicación geográfica, cuantificación, propiedades de los elementos y prácticamente toda la información que se requiera incluir. Las posibilidades son infinitas, ya que se trata de un procedimiento con parámetros flexibles.
Dependiendo de la cantidad y el tipo de información que se almacene, será la dimensión del modelo, y lo que se pueda extraer de él. Con esta base se han definido niveles de información llamados “dimensiones” BIM. En la imagen 1, se muestran las más usuales, aunque un proyecto puede implementar una dimensión específica de acuerdo con sus necesidades.
¿Qué es la bioclimática?
El diseño bioclimático no es un tema tan reciente como pudiera pensarse. Durante milenios la arquitectura tuvo un lazo estrecho con el ambiente que rodeaba el espacio, pues al igual que con cualquier otra necesidad del ser humano, los recursos debían ser optimizados. Muchos elementos que ahora consideramos parte del diseño arquitectónico surgieron a partir de una respuesta que se tuvo ante condiciones climáticas específicas.
Estas técnicas y diseños constituyeron un tipo regional de arquitectura que se fue perfeccionando con el tiempo y que se ha llamado tradicional o vernácula. Esta arquitectura se encuentra basada en una exhaustiva observación de las condiciones del sitio y en la mejora de los diseños y técnicas de cientos de años, así como en los materiales locales disponibles que generaban cierta adaptación con el lugar, por lo que el impacto ambiental resulta muy bajo.
Como resultado de la revolución industrial, aparecieron un sinnúmero de tecnologías basadas, principalmente, en el uso de energías no renovables. El concepto de espacio habitable cambió drásticamente, mientras que la forma del edificio ya no respondía, necesariamente, al sitio, debido a que el acondicionamiento interior podría resolverse por medios artificiales. Este tipo de soluciones provocaron una pérdida de la sensibilidad del diseño con respecto a las condiciones exteriores.
Basta con recordar el estilo internacional, constituido durante la segunda mitad del siglo XX y antítesis de la arquitectura adaptada a su clima. Esta tendencia se ha intensificado con el paso del tiempo, y hasta ahora conocemos cómo el impacto ambiental de la industria de la construcción está afectando a la ecología regional y global. Luego, al no tener una respuesta de diseño a su contexto climático esta arquitectura depende al 100 por ciento de tecnología activa para crear condiciones de confort, sin la cual se vuelve inhabitable. Como se sabe, los sistemas de aire basados en refrigerantes químicos requieren altos consumos de energía para mantener temperaturas de confort.
El movimiento de construcción verde reconoce y busca reducir esta característica y, por eso, promueve prácticas que hagan uso racional de la tecnología, entre ellas la bioclimática y la evaluación de técnicas de la arquitectura tradicional y regional, con el fin de reducir el impacto de los edificios sin sacrificar el confort de los usuarios. La Certificación LEED es un ejemplo de sistemas que ofrecen una evaluación y reconocimiento a este tipo de diseños.
La bioclimática actual se ha profesionalizado, desarrollando un marco teórico que identifica los elementos climáticos con impactos significativos, así como herramientas para tenerlos en consideración durante el proceso de diseño. Aspectos como: asoleamiento e incidencia solar, estudio de sombras, efecto chimenea, ventilación cruzada, utilización de los vientos dominantes, modelos de balance térmico e iluminación natural, entre otros, son los elementos que se evalúan y optimizan en una propuesta bioclimática.
Los elementos que anteriormente medían este tipo de variables, como heliodones (modelos físicos de incidencia solar), túneles de viento, etcétera, permitían que los equipos de trabajo contaran con esta información, pero no eran ni baratos ni accesibles. En este sentido, BIM6D revoluciona el diseño, haciendo digital y accesible estos datos por medio de software.
Entrando en la sexta dimensión
El uso de metodología BIM ofrece una gran ventaja en cuanto a la optimización de edificios y el impacto ambiental, pues ya se han desarrollado herramientas que permiten analizar el desempeño de los inmuebles con un alcance cada vez mayor y con acceso a todo tipo de usuarios. Por tanto, los diseñadores pueden tener la información necesaria para tomar decisiones durante cualquier etapa del diseño, ya sea para mejorar la eficiencia del edificio en relación con el sitio, integrando los estudios previos que servirán para la futura certificación.
Esto permite evaluar medidas que reduzcan las ganancias de calor, de modo que el diseño del sistema de aire acondicionado esté optimizado y no esté supliendo consumos energéticos, consecuencia de un pobre diseño de volumetría o envolvente. Esto establece una evaluación integral de las diferentes estrategias, lo que ayuda a diseñar las protecciones pasivas de manera específica, de modo que el tamaño y la operación del acondicionamiento activo sean utilizados sólo donde son realmente necesarios, ante una mejor respuesta del diseño arquitectónico.
Esta tecnología digital utiliza motores de cálculo especializados en análisis energéticos, como Energy Plus, basados en las mediciones de desempeño de miles de edificios en el mundo. En este punto convergen la tecnología BIM y el Big Data, lo que en conjunto permiten hacer las predicciones de operación y compararlas con líneas base de referencia regionales y globales.
De esta manera, se superan los resultados que la tecnología analógica puede ofrecer, pues ahora se cuenta con modelos de consumo energético en la fase de operación que consideran todas las variables, estudios cuantitativos de ganancia y balance térmico, así como análisis cuantitativos de iluminación natural y de dinámica de fluidos que den soporte a estrategias de ventilación natural y mixta.
Optimizando el proceso de Certificación LEED
Uno de los conceptos centrales que incluye esta certificación y que genera la mayor cantidad de puntos para LEED es la realización de modelos de consumo energético, considerando todas las variables pertinentes del edificio para estimar el consumo anual del diseño y compararlo con una línea base. Este modelo se puede realizar con BIM6D, con la ventaja de que evalúa distintas opciones (fachada, equipos o iluminación) y demuestra las mejoras de determinada tecnología o sistema bioclimático en el consumo esperado de manera prácticamente inmediata. Llegaremos a un punto en donde los diseñadores considerarán que trabajar sin estas herramientas es hacerlo a ciegas, porque no se puede dimensionar el impacto operacional de una u otra estrategia.
Además del modelado energético, el BIM6D permite documentar créditos como “Diseño integrativo” y “Análisis de sitio”. En ellos, se hace explícito, a través del modelo, el influjo de las variantes de diseño exploradas y el proceso de toma de decisiones que haya optimizado el diseño. Así, se logra un esfuerzo colaborativo e interdisciplinario, primero en beneficio del cliente, pero también del usuario final y el entorno ambiental, tanto local como global del inmueble.
En coordinación con el Consultor LEED, BIM6D permite, al mismo tiempo, que se asesore el diseño, verifique y logre la documentación para una variedad de créditos más (iluminación natural, prevención de la contaminación lumínica y vistas), analizando las áreas que cumplen con los niveles de iluminación natural en las horas requeridas por LEED o cuantificando el número de metros cuadrados con vistas de calidad al exterior.
Cabe recordar que una iluminación optimizada reduce las cargas térmicas que el sistema de acondicionamiento debe manejar. Asimismo, se pueden documentar créditos, como la prevención del efecto isla de calor, y ser añadidos dentro de las variables de análisis para obtener la documentación de cumplimiento mediante el modelo y su cuantificación automática, optimizando las variables de diseño del sistema de climatización.
El potencial de BIM7D y LEED en la operación
Además, un modelo BIM6D posee la capacidad de evolucionar para llegar a la siguiente dimensión: BIM7D, con la que se gestionan los sistemas de operación y mantenimiento de manera preventiva. Si a esto se añaden procedimientos de verificación continua, basados en sistemas de medición avanzada o de automatización del edificio (BMS, por sus siglas en inglés), el modelo predictivo del edificio se convierte en el de operación continua de la construcción. Éste puede monitorear la operación y los consumos, alertando cuando haya cualquier desviación relevante e incorporar las soluciones provistas por el equipo de operación. Adicionalmente, monitorea variables para detectar áreas de oportunidad para una mejora continua, dejando tiempo al facility manager para trabajar en la fase creativa de las mejoras.
Y dado que tienen la capacidad de reportar de manera remota los consumos e incorporar cada vez en más variables, la administración podrá compararlos con patrones de consumo a nivel regional y local. Enviando la información por vía remota, se logrará reportar automáticamente a los sistemas de certificación, tales como LEEDv4 mediante la plataforma Arc, el sistema LEEDv4.1, o algún otro mecanismo de certificación, o proceso de commissioning continuo.
Conclusiones
La tendencia para los siguientes años es que la tecnología BIM se difundirá ampliamente en el mercado. La expansión de los beneficios y la capacitación de los nuevos profesionales logrará que, así como hoy es práctica común diseñar con base en sistemas vectoriales (CAD), en algunos años BIM será un básico en todo proyecto, liberando a los equipos de diseño, construcción y operación de tareas repetitivas para centrarse en una mayor eficiencia de los edificios. Esto implicará que se consideren de mejor manera todos los aspectos bioclimáticos, estrategias pasivas y sistemas HVAC optimizados.
Es probable que esto tenga un impacto muy relevante en la reducción de los impactos negativos de la construcción y que los diseños dejen de crear y seguir tendencias globales, para volver a centrarse en lo que es lógico para su contexto inmediato.
Asimismo, las certificaciones podrán irse automatizando en cuanto a la evaluación de créditos de manera que sean inmediatas a la toma de decisiones. El corpus de información del proyecto quedará concentrado en estas maquetas virtuales. Compañías pioneras seguirán trabajando dentro de esta área para que esta realidad alcance más sectores dentro del desarrollo inmobiliario.
Abril Rueda
Coordinadora BIM en la empresa Bovis de México. Arquitecta con maestría en Diseño en Arquitectura Bioclimática, con cuatro años de experiencia en Análisis de Desempeño de Edificios a partir de modelos BIM6D.
Mauricio Ramírez
Gerente de Sustentabilidad en Bovis. Arquitecto con más de 14 años de experiencia y 10 años trabajando en proyectos sustentables y LEED. Actualmente, en conjunto con Abril Rueda, impulsa la implementación de procesos LEED y BIM6D, para proyectos que optimizan el proceso de toma de decisión.
