¿Cuáles son las ventajas del uso de gemelos digitales en proyectos de infraestructura?
Les preguntamos a Kevin Derksen y Daniel Purwin, ingenieros digitales en Infranea, de dónde viene su pasión por los gemelos digitales y cómo aplican estos conocimientos en su trabajo. Ambos están convencidos que los gemelos digitales desempeñan un papel importante en la transformación digital del sector infraestructura. Junto con ellos intentamos averiguar por qué.
¿Por qué los gemelos digitales os apasionan tanto?
“Yo vengo del sector del gaming”, explica Kevin. Resulta que desarrollar gemelos digitales tiene muchas similitudes con desarrollar videojuegos. “Utilizamos el mismo software y las mismas técnicas”, explica, y “en ambos casos, la experiencia de usuario ocupa un lugar central”. Daniel dice que siempre le han llamado la atención la ingeniería y las visualizaciones 3D. “Los gemelos digitales me permiten combinar mis dos pasiones”, afirma Daniel. Tanto a Kevin como a Daniel les hace mucha ilusión ser pioneros, innovar y colaborar con expertos de distintas disciplinas. “Los gemelos digitales ya existen desde hace tiempo, por ejemplo en la construcción residencial, pero en Infranea trabajamos a una escala mucho mayor”, agrega Daniel.
¿Qué son gemelos digitales?
Kevin explica que Infranea desarrolla variantes digitales de objetos físicos u obra civil. Por ejemplo para la Esclusa Prinses Beatrix en Nieuwegein (Países Bajos) o la carretera A16 para el proyecto De Groene Boog en Róterdam (Países Bajos). Para este último, y por encargo del consorcio De Groene Boog y en colaboración con Soltegro, Infranea desarrolla por primera vez en el mundo virtual una carretera idéntica (TWIN-16), para que puedan detectar previamente errores innecesarios y adaptar el conjunto mejor al entorno. Infranea ya ha realizado un gemelo digital, pruebas virtuales del software, capacitaciones de los operadores de la esclusa y la conexión de datos de sensores para simular por ejemplo horarios de cierre y apertura de la esclusa Prinses Beatrix. “Es decir, un gemelo digital es una réplica virtual que es idéntica a la realidad – que a veces queda por construir”, esclarece Kevin.
Daniel Purwin y Kevin Derksen
¿En qué fase de un proyecto empezáis a trabajar?
Al incorporarse mucho antes de lo que suele ser habitual, Infranea va un paso más allá. Como los ingenieros digitales diseñan infraestructura y objetos nuevos en 3D, en la práctica también ya están construyendo un gemelo digital, es decir, incluso antes de que exista el objeto en la realidad. “Construir un gemelo digital en un estadio muy temprano ofrece mucho más posibilidades”, dice Kevin.
¿Cuáles son las ventajas de los gemelos digitales?
Antes, quien quería construir por ejemplo un túnel, empezaba con un diseño, después iniciaba la etapa de construcción y terminaba con la fase de pruebas. Esta última requiere el cierre durante varias semanas de un túnel ya completamente terminado. O incluso más tiempo, si en las pruebas se detectan fallos que exigen correcciones o reparaciones. Esto conlleva una pérdida de tiempo y en esta etapa del proyecto las reparaciones resultan sumamente costosas. Mientras más rápido se descubran los fallos, más fácil y más económico resultará corregirlos. Un gemelo digital del diseño permite realizar gran parte de estas pruebas de manera digital, es decir, ya en la fase de diseño. “Actualmente ya efectuamos muchas pruebas de manera virtual en la etapa de diseño para probar así el comportamiento dinámico de las instalaciones técnicas”, cuenta Daniel, “como por ejemplo cámaras TVC, ventiladores, matrices de señalización, iluminación, cofres de postes de socorro, etc.”
“También creo que los gemelos digitales, igual como ahora es el caso para BIM, no tardarán en convertirse en un requisito estándar en proyectos grandes.”
Kevin Derksen
¿Cuál es la ventaja con respecto a BIM o 3D?
Según Kevin, el valor añadido de un gemelo digital con respecto a un modelo BIM o 3D estriba sobre todo en la posibilidad de agregar interacción y comportamiento dinámico. “Como trabajamos con software de videojuegos, apenas existen factores limitantes. Mientras en BIM, te limitan las funcionalidades que te ofrece el software que estás utilizando, en un gemelo digital tú mismo desarrollas tus propias funcionalidades: barreras que suben o bajan, controlar ventiladores, abrir y vaciar cofres de postes de socorro, simular ruidos reales, agregar tráfico, …”. Los magos que hacen los gemelos digitales de Infranea se entusiasman al explicar cómo se pueden conectar otros programas o conjuntos de datos al gemelo digital. Las posibilidades parecen casi infinitas: operar instalaciones técnicas en un túnel virtual mediante programas de control, simular el tráfico en una carretera, incidentes con incendios y humo en un túnel, el manejo de las compuertas de una esclusa,…
Imagen del Entorno de RV del Gemelo 16 (A16 Países Bajos)
¿Hasta dónde llega la ambición en el área de gemelos digitales?
Para Kevin, el objetivo es el principio “first-time-right”. Esto implica que con la ayuda de un gemelo digital, en la práctica, se pueden llevar a cabo pruebas de todo. Una vez finalizada la construcción, apenas se requiere una sola tanda de pruebas, en la que todo funciona como corresponde. “Claro que sigue habiendo una parte que resulta una incógnita, pero en teoría es lo que estamos buscando”, dice Kevin. “Además, el gemelo digital ofrece la ventaja de que no existen límites a la hora de hacer pruebas, mientras que en la realidad esto costaría ingentes cantidades de tiempo y dinero. Al participar en las actividades del Centrum Ondergrond Bouwen (Centro de Construcción Subterránea, COB por sus siglas en neerlandés), Infranea forma parte de un equipo de expertos que busca comprobar y verificar con medios digitales, como por ejemplo gemelos digitales, el funcionamiento seguro de túneles previamente.
¿Los gemelos digitales también resultan muy útiles para los servicios de emergencia?
“Sí, gracias a los gemelos digitales ahora también se pueden realizar simulacros, ejercicios y capacitaciones previo a la obra, sin tener que cerrar la carretera, el túnel o el puente”, cuenta Kevin. “Los bomberos, policías, personal de ambulancia, coordinadores de tráfico en carretera y otros pueden experimentar de manera real el funcionamiento del objeto cuando se dan determinadas catástrofes. De esta manera todos los servicios de emergencia pueden recrear un desastre y probar por ejemplo la comunicación entre ellos y los coordinadores de tráfico en carretera. Estos últimos también pueden capacitarse con antelación en el manejo de las cámaras. Esto es otro ejemplo de que todas las partes implicadas en y relacionadas con el funcionamiento de un objeto pueden sacar provecho, a su manera, de los gemelos digitales.
¿Existen ventajas a nivel de mantenimiento después de la entrega?
“Su utilidad para el mantenimiento constituye una ventaja adicional”, señala Daniel. “Esto sí, necesitas una copia exacta del plano de ubicación de todos los elementos subterráneos e invisibles, como cableado, pilotes de cimentación o tuberías.” La idea es que el personal de mantenimiento pueda localizar todos estos elementos y tener en cuenta su ubicación a la hora de realizar cambios. “También puedes extraer datos del gemelo digital. Su análisis posterior permitirá optimizar el diseño. Por ejemplo, se puede mejorar la ubicación de la señalización mediante eye tracking (rastreo ocular) de los usuarios que van circulando por el modelo. Para la persona encargada de elaborar el plano de ubicación de las cámaras de seguridad hemos desarrollado un teclado que permite configurar, colocar o sustituir cámaras. De hecho, esta herramienta le permite configurar la totalidad del plano de cámaras de vigilancia” dice Daniel.
¿Los gemelos digitales también le aportan algo al usuario final?
“Claro que sí, un gemelo digital resulta ideal para la comunicación con el gran público en un centro de experiencias, donde se les presenta a las personas un nuevo proyecto”, dice Daniel. “Pongamos como ejemplo los vecinos que serán los futuros usuarios de una carretera o un túnel o los pacientes y el personal sanitario de un nuevo hospital. De esta manera todos sabrán qué aspecto tendrá el proyecto una vez que esté terminado. Las personas con formación técnica saben interpretar planos, pero esto resulta mucho más difícil para quienes no tienen experiencia al respecto. Así podrán por ejemplo circular por el diseño desde la perspectiva de un conductor o un peatón y observar y vivir todo.”
¿Cuáles retos presentan los gemelos digitales?
Daniel opina que el mayor reto consiste en que algunos colaboradores de los proyectos siguen sin tener claro qué es un gemelo digital y qué les puede aportar. “Esto hace que no siempre nos llegue, o muy tarde, la información correcta, porque no terminan por entender qué información necesitamos.” Para el trabajo de Daniel, en este momento el reto está en construir el gemelo digital cuando el diseño aún no está terminado. Por este motivo le van llegando con frecuencia actualizaciones que a él le toca integrar en el gemelo digital. En el futuro, estos cambios deberían poder hacerse de manera automatizada, pero por el momento esto aún no es posible. “Sin embargo, intentamos desarrollar herramientas para automatizar en la mayor medida posible las tareas parciales .” Para Kevin, el mayor reto parece estar en la conexión del sistema de control al gemelo digital. “Esto resulta algo más complicado de lo que solemos hacer.”
Gemelo digital Esclusa Prinses Beatrix – Compuertas y señalización conectados a los datos de sensor mediante el CMS
¿Cuál es el futuro de los gemelos digitales?
En opinión de Daniel, el gemelo digital es el lógico siguiente paso en la evolución de la ingeniería digital. “Empezamos en 2D, para después pasar al 3D y ahora el gemelo digital agrega una capa adicional mediante conexiones con datos procedentes de distintas fuentes y la posibilidad de interacción real con el modelo.” Kevin está convencido de que pronto el gemelo digital se conectará con datos de sensores y redes del internet de las cosas. “En los objetos o instalaciones construidos se pueden colocar sensores que envían esta información al gemelo digital. Este último, a su vez, refleja la información en el modelo. Por ejemplo, una barrera que está abierta o cerrada. De esta manera, el gemelo digital puede llegar a convertirse en el núcleo central de un proyecto, donde converge, se refleja y se puede utilizar toda la información.” Nuestra conexión entre el gemelo digital de la esclusa Prinses Beatrix y el CMS (Sistema de Medición de Condiciones, por sus siglas en neerlandés) que se utiliza para vigilar los objetos dentro de la esclusa es un primer paso en este sentido. En base a los datos de los sensores, en el Gemelo Digital se vigilan y muestran “en directo” por ejemplo la posición de las compuertas, las válvulas de nivelación y las luces de señalización. También se pueden consultar y analizar datos históricos, una funcionalidad que resulta útil en el marco de litigios relacionados con desastres. Asimismo, Kevin está convencido de que en el futuro el intercambio de modelos entre los programas BIM y el gemelo digital será mucho más fluido, gracias a la automatización y la mayor capacidad de cálculo de los ordenadores. “También creo que los gemelos digitales, igual como ahora es el caso para BIM, no tardarán en convertirse en un requisito estándar en proyectos grandes.”
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25/11/2019
