Digitalizando el agua: BIM y gemelos digitales como cauce

diciembre 3, 2021

El 55% de la población mundial vive hoy en zonas urbanas. Según Naciones Unidas, para 2050 hasta un 68% tendrá su residencia en alguna ciudad. La masificación de las urbes, unida al crecimiento de la población, podría añadir más de 2,5 millones de personas a las zonas urbanas para mitad de siglo, cosa que supondría un gran impacto sobre los recursos naturales, sobre todo, el agua. Gestionarla al milímetro es, pues, uno de los grandes retos de nuestra era. Ante esta realidad, muchos diseñadores e ingenieros están recurriendo a BIM para ayudar a construir instalaciones más capaces, rápidas, eficientes y sostenibles. 

Esto lo refleja muy bien un informe de 2018 llamado The Business Value of BIM for Water Projects, donde figuran los datos de estudio sobre el uso de la Metodología en el sector del agua. Los resultados fueron, cuanto menos, prometedores: un 88% de las empresas encuestadas usaba BIM en los proyectos relativos al tratamiento de agua, sobre todo para crear planos de licitación/construcción, detectar y prevenir conflictos, integrar cantidades y estimar costes. Todo ello se traduce en mejores soluciones de diseño, reducción de errores y omisiones y mayor capacidad para mantener la calidad. 

Agua 4.0

Un proyecto realizado por la Universidad Técnica de Berlín en colaboración con Siemens ha examinado cómo las estaciones de bombeo pueden optimizarse utilizando un gemelo digital. Toda su información se encuentra disponible en un único entorno digital que contiene la imagen 3D del modelo real. La combinación del gemelo digital y la planta real proporciona, pues, un entorno de investigación ideal. 

El doctor Paul Uwe, profesor de la Universidad Técnica de Berlín explica que, “tras el análisis de los datos en tiempo real, podemos, entre otras cosas, identificar y eliminar activamente las averías». Al doctor Markus Lade le “entusiasma el hecho de que estamos haciendo que el tema de la digitalización, bastante complejo, sea sencillo y tangible. Desde mi punto de vista, esto es un hito importante en el camino hacia el Agua 4.0” .

En España, Acciona es una de las empresas más punteras en el uso de gemelos digitales aplicados a la gestión del agua. Alejandro Beivide, director de Transformación Digital y Sistemas de Control, explica las dos vertientes del gemelo digital, una relacionada con el BIM, «que sería el encargado de crear objetos con información de valor y una plataforma colaborativa para todo el proyecto». Luego, la del gemelo digital, que está «relacionada con el sistema de control. Con las funcionalidades del sistema y con poder probar la respuesta verdadera de la propia planta en un sistema de control desarrollado en backoffice. En el sector del agua el gemelo digital «representa una necesidad, ya que necesitamos ser más productivos, rápidos y eficientes».

Enrique Palmero, ingeniero de Automatización y Control de Acciona, explica que «integrar el sistema de control con su gemelo digital nos ha permitido conocer profundamente los diferentes procesos que tienen lugar en la planta, resultando muy motivante el hecho de poder testear la programación realizada en un entorno virtual más dinámico que en líneas de código. Además, la simulación posibilita el forzado de situaciones difíciles de alcanzar en la realidad, facilitándonos así la futura puesta en marcha». Sobre el futuro del agua, el ingeniero de origen canario cree que, «al ser el recurso más importante que tenemos, y teniendo en cuenta el alza en la digitalización y evolución del sector, habrá un incremento en la eficiencia en los procesos y un mayor aprovechamiento del agua, siempre desde el ámbito de la sostenibilidad, para que la escasez no sea un problema en determinadas regiones y todo el mundo pueda acceder al agua potable».

Contra el desperdicio de datos

El FMI Report 2018 revelaba que el 95,5% de todos los datos capturados en ingeniería y construcción no se utilizan. Aunque de esos mismos encuestados, hasta un 58% admitía que un enfoque más colaborativo se estaba volviendo necesario. Todo ello mientras la demanda por una mayor eficiencia no deja de aumentar.  ¿Cuál es la clave, pues, para lograr buenos rendimientos?  

Según la ingeniera Carolina Venegas, la respuesta a esta pregunta es la digitalización del sector. En el marco de la pasada Smart Water Summit 2021, Venegas, quien ocupa el cargo de Strategy Manager Water Industry en Autodesk, dio una lúcida ponencia sobre los gemelos digitales como el indiscutible camino para la mejora del rendimiento de los sistemas de agua. 

Cuando en un sistema de trabajo se crean datos aislados, se reduce la eficiencia de los mismos y aumentan las posibilidades de que toda esa información acabe siendo ignorada o, peor, se pierda. En este sentido, la ingeniera explicaba que “en el momento de la entrega de la obra los operadores reciben datos desconectados, cosa que supone un problema grandísimo, pues no tienen una solución integrada para monitorizar y administrar el activo. El resultado es que no pueden aprovechar los beneficios que le estamos inyectando a la ingeniería. Las empresas constructoras hoy han invertido muchísimo en transformación digital y necesitamos que todo ese conocimiento e inversión se haga útil, porque al final es un servicio útil para toda la sociedad”, advierte la ingeniera. Lo que necesitan los operadores, entonces, es un buen gemelo digital, que “puede ser costoso, pero la solución la tenemos en las manos”. 

El gemelo digital del agua

Al hablar de gemelos digitales en el marco de la gestión del agua no nos debemos quedar con la definición básica de este concepto, sino que hemos de ir más allá. En esto incidía Venegas, para quien los gemelos digitales no deben ser únicamente “la réplica digital del activo construido”, sino también, elementos dinámicos que posean “características bidireccionales de un modo tal que permita ser utilizado para simular, predecir, informar y poder tomar decisiones basadas en el mundo real”. 

El gemelo digital proporciona los medios para transformar el ciclo de vida de la obra construida. Y esta transformación puede ejecutarse mediante lo que Venegas denomina un “hilo digital”, un vínculo entre organizaciones, personas y equipos de trabajo y entre todos los datos relativos al ciclo del proyecto: planificación, diseño, construcción y gestión y manejo de la obra construida.  

El punto de partida pasa, pues, por una nítida comprensión de las necesidades del operador y de los resultados que precisa obtener. Es responsabilidad del mandante definir al nanómetro qué datos necesita capturar. Es más, aclara Venegas que son las empresas y los operadores quienes deben “apropiarse y dominar ese flujo de datos rastreables, el hilo digital”. “Cuando digitalizamos todo el proceso tenemos la oportunidad de tener información predictiva hasta el punto de poder preguntarnos si nuestra instalación está realmente logrando los objetivos de sostenibilidad planteados — explica la ingeniera— y si no, nos permite corregir fallas mediante la comprensión de qué sistemas, materiales o equipos funcionan mejor, entre otras prestaciones”. 

Tipos de gemelo digital

La creación de un gemelo digital requiere un proceso de validación de datos cuyo coste puede llegar a ser elevado. Y aunque no sea estrictamente necesario iniciar un gemelo digital con un modelo BIM, esto facilita el proceso y acelera el siguiente paso de la transformación digital. 

Pero, ¿para qué se puede usar el gemelo digital? La respuesta a esta pregunta depende del operador, quien a su vez debe preguntarse el grado de exhaustividad que necesita. ¿Lo necesita para diseño, para análisis de rendimiento o mejor gestión operativa? “Estas son preguntas claves que, al ser respondidas, nos permiten tener claridad en el nivel de transformación digital requerida y también en el plan de acción, todo ello con impactos medibles en cualquier sistema de aguas o aguas residuales. 

Para darles respuestas puede ser de gran ayuda tener claro los distintos grados de madurez del gemelo digital que existen. En el nivel más básico figura el gemelo digital informativo, que se conecta a los sistemas de operación de la obra y a otros elementos de telemetría; a continuación, tenemos el informativo, que se conecta a los sistemas de operación de las obras y otros elementos de telemetría para proporcionar datos; en un tercer escalón tenemos el gemelo digital predictivo, que provee retroalimentación y control del activo mediante la aplicación de analíticas avanzadas ymachine learning. Luego figura el digital twin de tipo exhaustivo, que permite simular y analizar en tiempo real escenarios presentes y futuros, incluyendo analíticas prescriptivas y diseño generativo. En último y más elevado lugar, el gemelo digital autónomo goza de la habilidad de aprender eficientemente y de actuar en nombre del usuario. 

Por su parte, la tipología de los datos no es menos prolija. Además de la información propiamente BIM, es decir, relativa a modelos, planos, especificaciones y CDE, existen otra clase de datos, como los externos y geoespaciales; los relativos a los sistemas hidráulicos, contraincendios, ascensores, etc.; la información de procesos como flujos de trabajo, setpoints y programación; la información emanada del Internet de las Cosas; datos referentes a operaciones de negocio como arriendos, vacantes y finanzas. 

Transformando datos en conocimientos prácticos

La implantación de un gemelo digital dinámico implica disponer de la capacidad de ver en el tiempo el comportamiento de nuestro activo. Y es que el gemelo digital permite resolver problemas a través de la información histórica, la modelación de escenarios hipotéticos y las recomendaciones predictivas. Es decir, mediante el escrutinio y el uso del pasado, del presente y del futuro.  12:23 En resumidas cuentas, “el gemelo digital nos proporciona un camino para mejorar el rendimiento de nuestros sistemas de agua potable o agua residual”. 

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