Diseño, ingeniería, fabricación y ejecución asistidos por ... · El concepto de dibujo y...

Informes de la ConstrucciónVol. 59, 505, 53-71,enero-marzo 2007ISSN: 0020-0883

(*)Escuela Politécnica Superior. Universidad de La Coruña, España(**)NavantiaPersona de contacto/Corresponding author: [email protected] (Alfredo del Caño)

Palabras clave: diseño asistido por ordenador,ingeniería asistida por ordenador, fabricaciónasistida por ordenador, simulación de procesosde construcción, arquitectura, ingeniería, cons-trucción.

Fecha de recepción: 11-XI-05Fecha de aceptación: 20-XII-06

Alfredo del Caño(*), Mª Pilar de la Cruz(*), Luis Solano(**)

Diseño, ingeniería, fabricación y ejecución asistidos porordenador en la construcción: evolución y desafíos a futuro

Computer-aided design, engineering, manufacturing andconstruction: evolution and future challenges

RESUMEN SUMMARY

Keywords: computer assisted design, computerassisted engineering, computer assisted manu-facturing, simulation of construction processes,architecture, engineering, construction.

El presente artículo expone un análisis realiza-do por los autores sobre la evolución históricadel diseño asistido por ordenador (DAO) enconstrucción, su estado actual, y posible futu-ro, todo ello desde el punto de vista del usuario.El análisis incluye los orígenes del DAO en los60 y los 70, así como la introducción del mode-lado sólido, los sistemas paramétricos y otrosavances en los 80 y en los 90. A continuaciónse analizan las características esenciales delsoftware actual, incluyéndose también su rela-ción con otros aspectos como la ingeniería y lafabricación asistidas por ordenador (IAO / FAO),o la realidad virtual (RV). Y se resumen las ca-racterísticas especificas de las principales apli-caciones comerciales de ayuda en la defini-ción del proceso (industrial o de otro tipo); deayuda en la definición de la distribución enplanta del edificio o planta industrial; de diseñoarquitectónico conceptual; de apoyo en el pro-yecto básico y de detalle; y de simulación yvisualización de los procesos de construcción.El artículo también refiere las peculiaridadesde algunas aplicaciones de desarrollo internoen las mayores empresas mundiales de inge-niería. Finalmente, en función de las tenden-cias actuales y de las necesidades del sectortodavía pendientes de satisfacer, se resumenlos principales desafíos a futuro en este campo.

This paper sets out an analysis on the evolution,present and potential future of computer-aideddesign (CAD) in construction, from the point ofview of the user. The analysis includes the CADbeginnings in the 1960’s and 1970’s, and alsothe introduction of solid modelling, parametricsystems and other progress in the 1980’s and1990’s. Then, the essential characteristics ofcurrent software are analysed, also includingits connection with other issues as computer-aided engineering and manufacturing (CAE /CAM), or virtual reality (VR). The paper alsoincludes a summary of the specific features ofthe main commercial software packages to helparchitects and engineers in conceiving anddefining the process (industrial or other types ofprocesses); establishing the plant or buildinglayout; preparing the conceptual, basic anddetailed design; and simulating the on-siteconstruction processes. The main characteristicsof some software packages developedinternally by some of the world’s most importantengineering companies are also summed up.Finally, taking into account the current trendsand the present needs of the construction sector,the main future challenges of CAD in this sectorare summarised.

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A. del Caño, Mª P. de la Cruz, L. Solano

1. INTRODUCCIÓN

Con motivo del 150 aniversario de la inge-niería industrial, el Departamento de Inge-niería Industrial II de la Universidad de LaCoruña desarrolló un proyecto preliminarpara analizar la evolución y futuro de lasconstrucciones industriales, fundamental-mente en el entorno de los países occiden-tales. Dicho trabajo, que constituía la prime-ra fase de un proyecto de mayor alcance, sedesarrolló desde finales del año 2000 hastajulio de 2001 y sus principales conclusio-nes fueron publicadas en 2001 (de la Cruz ydel Caño, 2001) en esta misma revista. Esteescrito amplía la parte de aquel análisis rela-tiva al diseño asistido por ordenador, y resu-me también posteriores análisis realizadospor los autores sobre el mismo tema.

2. DIBUJO, DISEÑO, INGENIERÍA YFABRICACIÓN ASISTIDOS PORORDENADOR: CONCEPTOY EVOLUCIÓN

2.1. Antecedentes históricos: maquetasy dibujo a mano

Las primeras herramientas de expresión grá-fica en la construcción fueron, probablemen-te, las maquetas y el dibujo a mano en so-portes más primitivos que el papel (papiro,soportes pétreos naturales o artificiales), ymás tarde en el propio papel. Ello se remon-ta a los tiempos de las más antiguas civiliza-ciones. Podríamos decir que los primerosingenieros modernos aparecen en tiemposde la revolución industrial; en ese momentono hay grandes cambios en los aspectos re-lacionados con la expresión gráfica, porcuanto dichos técnicos y su personal deapoyo dibujaban a mano en papel sobre ta-blero, aunque con cierta frecuencia pudie-

ran usar también maquetas. Este panoramase mantiene hasta mucho más tarde, en los50 y en los 60 del siglo XX, si bien en estosmomentos se generaliza el uso de maque-tas detalladas a escala como complementoal dibujo a mano (Figura 1), para proyectosde gran complejidad, como son los de gran-des plantas industriales. La maqueta, al mar-gen de servir como herramienta de comuni-cación con el cliente, era entonces estricta-mente necesaria en estos proyectos porquela complejidad de las plantas de procesoquímicas y petroquímicas y de las centralesde producción de energía era tal que nohabía otra manera de poder analizar de an-temano las intersecciones / interferenciasindeseadas entre sistemas constructivos paraevitar, por ejemplo, que tuberías o conduc-tos pasasen por lugares por donde era im-posible su paso al coincidir con vigas, pila-res u otras tuberías o conductos. En los co-mienzos de los ordenadores, entre los 40 ylos 60, éstos no tienen gran potencia y, porello, su uso en el cálculo y dimensionamien-to estructural y de instalaciones es anterior asu uso en la expresión gráfica. En los 70 yen los 80 las maquetas siguen siendo im-prescindibles en proyectos complejos, yaque las aplicaciones de dibujo asistido porordenador no permiten todavía el dibujo entres dimensiones ni, por tanto, la detecciónde interferencias.

2.2. Los comienzos: dibujo asistidopor ordenador

Con respecto al dibujo y diseño asistidospor ordenador (Bozdoc, 2005), al principiode los años 40 se desarrolló el primer orde-nador digital y, simultáneamente, se desa-rrollaron algunos de los trabajos base sobrecurvas (por Schoenberg, Apalategui y Li-ming, entre otros, fundamentalmente den-tro del sector aeronáutico norteamericano)

Figura 1. Maqueta de una plan-ta de desulfuración de naftas(fuente: exposición “150 Ani-versario de la Ingeniería Indus-trial. Nuestra Industria y Nues-tra Vida.”, organizada por elColegio Oficial de IngenierosIndustriales de Madrid y laComunidad de Madrid, Recin-to Ferial Juan Carlos I, IFEMA,Madrid, 16 de julio a 19 deagosto de 2001; maqueta deTécnicas Reunidas, SA).

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que, más tarde, se usarían en el desarrollode las modernas herramientas informáticas.En los años 50 aparecen los primeros orde-nadores comerciales. Probablemente los tra-bajos más importantes sobre curvas polinó-micas, superficies, y sistemas gráficos en or-denadores fueron desarrollados en los 60 yen los 70 por Bezier, de Casteljau, Coons,Eastman, Fergusson, de Boor, Birkhoff, Ga-rabedian, Gordon, Hanratty, Riesenfeld,Ross, y Sutherland, entre otros, en el senode empresas del sector automovilista, comoRenault, Citröen, Chrysler, Ford o GeneralMotors; del sector aeronáutico, comoBoeing o Lockheed; o de instituciones deinvestigación, como el MIT o la UniversidadCarnegie-Mellon.

Las primeras aplicaciones comerciales apa-recen entre 1964 y 1971. En ese momentosólo las grandes corporaciones (como Ge-neral Motors o Renault, por ejemplo) pue-den adquirir los ordenadores capaces desoportar el software de este tipo. Conformelos ordenadores se fueron haciendo másasequibles, las áreas de aplicación se fue-ron extendiendo gradualmente. En los 70estos programas sólo trabajaban en dos di-mensiones (2D), y típicamente se limitabana la generación de planos de proyecto me-diante un proceso similar a su realización amano. En 1970 aparece ya la primera de lasprincipales empresas de CAD del sector dela construcción, llamada entonces M&SComputing, y que más tarde pasará a lla-marse Intergraph. A finales de los 70 un típi-co sistema de CAD implicaba el uso de unmini-ordenador de 16 bits con un máximode 512 Kb de memoria y de 20 a 300 Mb decapacidad de almacenamiento en disco, conun precio del orden de los 125.000 dólaresnorteamericanos.

El dibujo asistido por ordenador (que pode-

las siglas de su denominación en inglés:computer-aided drafting) surge como solu-ción para aumentar la productividad a la horade producir planos de proyecto; se trata,como su propio nombre indica, de una meraherramienta de dibujo.

2.3. Modelado sólido, sistemas paramétricosy otros avances en los 80 y en los 90

En 1981 se crea la empresa Dassault Systè-mes dentro del grupo empresarial AvionsMarcel Dassault. Los 80 verán ya avancesimportantes en hardware y en programacióny, en particular, en modelado sólido. Estosavances permitirán la creación, por ejem-plo, en 1981, de paquetes de modeladosólido como Catia, del grupo francés Dass-ault. Autodesk se funda en 1982, lanzandoal mercado una versión 2D del hoy tan co-

nocido AutoCAD, que permitía el dibujo asis-tido por ordenador a empresas con recur-sos económicos modestos. En 1985 KeithBentley funda Bentley Systems, empresa quelanzará el software denominado MicroSta-tion. En los 80 ya existe software con meno-res exigencias de soporte físico que en mo-mentos anteriores; así, por ejemplo, en 1987la versión 9 de AutoCAD funcionaba sobreprocesadores Intel 8086 con co-procesadormatemático 8087; de todos modos, las apli-caciones informáticas de más potencia se-guían requiriendo mini-ordenadores demucha mayor potencia y coste. Pro/Engineer(de la empresa PTC) aparece en 1988, So-lidWorks (de Dassault) en 1995, y SolidEd-ge (de UGS) en 1996. En 1997 aparece Re-vit, de Revit Technology Corporation, queconstituye el primer sistema de modeliza-ción paramétrica para el sector de la cons-trucción. Con los sistemas paramétricos noes necesario realizar innumerables correc-ciones como consecuencia de cualquiercambio en el diseño; dichas correccioneslas realiza automáticamente el sistema. Fi-nalmente, a finales de los 90 y principios delnuevo milenio las grandes empresas se es-fuerzan en lanzar versiones de su softwareque funcione sobre plataformas de tipo PC.

2.4. Diseño asistido por ordenador:principales característicasde los sistemas actuales

Con los avances referidos y con otros queno hay lugar aquí para reflejar, poco a pocose ha ido pasando al concepto de dibujo ydiseño asistido por ordenador (del Caño yde la Cruz, 1993; Domínguez et al., 1995).En otro sentido diferente, que se va a trataraquí por tener estrecha relación con el dise-ño asistido por ordenador, se ha generadoel concepto de ingeniería asistida por orde-nador. Ambos son ya conceptos muy am-plios y complejos y en los que todavía que-da por avanzar. El concepto de dibujo y di-seño asistido por ordenador (que aquí refe-riremos simplemente como DAO o comoCAD, usando las siglas en español o en in-glés del término diseño asistido por ordena-dor) es una evolución del dibujo asistidopor ordenador para asistir al arquitecto oingeniero en otras tareas de diseño diferen-tes del mero dibujo, de manera que hoy endía estos sistemas, entre otras cosas, ade-más de ayudar al dibujo de los planos deproyecto (Autodesk, 2005; Bechtel, 2005;Bozdoc, 2005; del Caño y de la Cruz, 1993;Delmia, 2005; Fluor, 2005; Intergraph, 2005;Nemetschek, 2005; Sketchup, 2005; UGS /Tecnomatix, 2005; entre otros), tienen otrascaracterísticas, resumidas en la Tabla 1, quesuponen ventajas muy importantes. Así, porejemplo, el hecho de incorporar bases dedatos de elementos del layout y soluciones

mos referir como DAO o como CAD, usan-



completas de distribución para determina-dos tipos de habitáculos o actividades, au-menta la productividad a la hora de generarla distribución en planta; ahora ya no se di-bujan líneas rectas o arcos para formar ob-jetos, sino que éstos se generan automática-mente por medio de una sola orden. Otrascaracterísticas de la Tabla 1 tienen similaresconsecuencias sobre la productividad y, conello, sobre el plazo y el coste de las tareas dediseño.

Por otro lado, el hecho de que muchas apli-caciones sean ya paramétricas permite con-trolar la forma geométrica y las dimensionesde un modelo por medio de variables quesuponen restricciones geométricas y de aco-taciones que permiten, modificándolas, rea-lizar cambios en los modelos de forma flexi-ble e interactiva. Los beneficios del diseñoparamétrico son múltiples. En primer lugar,es posible comenzar el proceso de diseñopartiendo de bocetos poco detallados, di-bujados habitualmente a “mano alzada”. Laposterior incorporación de restricciones ydimensiones paramétricas permiten definircompletamente el modelo y, luego, redefi-nirlo cambiando simplemente las referidasrestricciones o dimensiones. Otra ventajaimportante es la posibilidad de interrelacio-nar las dimensiones mediante ecuaciones.Ello permite un control muy preciso de lageometría del modelo, así como la creaciónde elementos o componentes estándar conformas y dimensiones dependientes de va-lores numéricos. Es una ventaja clara el he-cho de que, en este tipo de aplicaciones

pGeneración de modelos virtuales (3D reales), que permiten realizar diversas simulaciones. Ayuda desde la concepción inicial hasta el final, incluyendo, la generación del resto de documentos del proyecto. Generación de diferentes alternativas de distribución en planta y en el espacio (layout). Análisis de su eficiencia. Optimización del layout. Análisis de la eficiencia del movimiento de personas o vehículos y su optimización, evitando colisiones. Análisis de intersecciones / interferencias indeseadas entre sistemas constructivos (por ejemplo, entre instalaciones y elementos estructurales). Cálculo de ratios geométricos de la edificación (alturas, volumen construido, superficie construida, superficie útil) y estimación de costes de construcción y de operación. Visualización 3D y 4D de imágenes externas e internas a las construcciones proyectadas. Análisis del impacto visual de la nueva instalación. Incorporación de bases de datos de elementos individuales del layout (por ejemplo, una máquina); generación automática de objetos. Incorporación de soluciones completas de layout para determinados tipos de habitáculos o actividades (como, por ejemplo, soluciones específicas de células de fabricación). Incorporación de bases de datos de elementos o sistemas constructivos para generarlos por medio de una sola orden (por ejemplo, para generar la cubierta de un edificio). Sistemas paramétricos. Incorporación de sistemas de captación, almacenamiento y gestión del conocimiento de la empresa para su uso en proyectos posteriores (por ejemplo, de criterios de diseño o diseños tipo). Incorporación de sub-sistemas que facilitan la participación simultánea en el diseño de diferentes usuarios, aunque éstos se encuentren en ubicaciones diferentes. Incorporación de módulos para interconexión con programas de otro tipo; por ejemplo, de análisis estructural.

paramétricas, cualquier modificación en unelemento del diseño provoca automática-mente las necesarias modificaciones en elresto de elementos interrelacionados con elprimero, y todas las modificaciones se refle-jan en todos los documentos de proyecto.

El uso de software de diseño 3D ha experi-mentado un importante crecimiento en losúltimos años. Esto es debido a la cada vezmayor potencia y facilidad de uso de losmismos, si bien los programas más poten-tes y que permiten realizar las geometríasmás complejas siguen requiriendo mayorformación. Obviamente, las empresas pue-den optar por software más o menos com-plejo en función de sus necesidades. Perose sigue avanzando, poco a poco, hacia unamayor capacidad y facilidad de uso del soft-ware. Así, programas como Pro/Engineer(PTC) o Catia (Dassault) permiten crear pie-zas y conjuntos en 3D de gran compleji-dad, pudiéndose prescindir en ocasionesde los en otro caso necesarios planos parasu fabricación, con el ahorro de tiempo queconlleva; piénsese, por ejemplo, que unaempresa que realiza fundiciones sólo nece-sitará ya el modelo 3D para hacer el moldepara fabricarlas. Y en el caso de que esosplanos fuesen necesarios, dichos programaspermiten una creación semi-automática delos mismos. Además, por ser paramétricos,una vez hecho un plano, si se modifica unao varias dimensiones de la pieza, el restodel plano será actualizado automáticamen-te. Esto no ocurre en programas comercia-les estándar como AutoCAD o MicroStation.

Tabla 1. Principales características de los sistemas CAD actuales




p p g pCálculo estructural matricial y mediante elementos finitos. Predimensionado y dimensionamiento de cimentaciones y de estructuras de acero, hormigón y madera. Aplicaciones genéricas de análisis térmico y de fluidos tradicional y de dinámica computacional de fluidos (CFD), para su uso en el diseño de redes de fluidos de diverso tipo. Dimensionamiento de redes de fluidos: abastecimiento y evacuación de agua, redes de protección contra incendios, ventilación, calefacción, climatización. Cálculo y dimensionamiento de instalaciones eléctricas.

Por esta razón este tipo de empresas estánlanzado ya aplicaciones paramétricas ymódulos para convertir en paramétricas susaplicaciones no paramétricas (como es elcaso de Autodesk con su Revit para Auto-CAD).

2.5. Ingeniería asistida por ordenador

Más recientemente se ha acuñado el con-cepto de ingeniería asistida por ordenador(que aquí referiremos como IAO o como CAE,usando las siglas de su denominación eninglés: computer-aided engineering), quesupone el uso del ordenador para realizarlos diferentes cálculos y dimensionamien-tos necesarios para asegurar la funcionali-dad de los diversos sistemas constructivos.Esto incluiría, en principio, el cálculo y di-mensionamiento estructural y de instalacio-nes, así como otros cálculos necesarios paradefinir otros sistemas constructivos, comoes el caso de los cerramientos y tabiquerías(por ejemplo, los cálculos térmicos y acústi-cos que ayudan a decidir la composiciónde las diferentes capas de dichos cerramien-tos y particiones). Las aplicaciones de soft-ware más usuales en este caso son las in-cluidas en la Tabla 2.

Como se puede ver, a pesar de que el orde-nador se usó antes para el cálculo y dimen-sionamiento estructural y de instalacionesque para el CAD, el término “ingeniería asis-tida por ordenador” ha aparecido más tar-de.

Como se verá más adelante, cada vez se estáregistrando una mayor integración entre laingeniería y el diseño asistidos por ordena-dor, y entre éstos y otras actividades del pro-yecto, progresándose hacia lo que podríaser una construcción integrada por ordena-dor, real, que hoy no es más que una utopíasobre la que hablaremos más tarde. En par-ticular, y por ejemplo, existe una tendenciaclara a integrar el diseño 3D con el cálculopor elementos finitos. En este sentido, PTCfue uno de los precursores en el diseñomecánico, con la integración de Pro/Mecha-nica (cálculo) y Pro/Engineer (diseño). El pasode uno a otro es inmediato gracias a su ca-rácter paramétrico, de tal forma que cual-quier cambio en la geometría es aplicadoinmediatamente al modelo de elementos fi-

nitos, pudiéndose regenerar la malla auto-máticamente. Además, las cargas y restric-ciones permanecerán inalteradas si no haycambios en las zonas de aplicación, o seactualizarán si se realizan cambios en susdimensiones paramétricas. ANSYS permitedesde hace poco hacer esto mismo conWorkbench. Por el contrario, usando pro-gramas tradicionales de cálculo por elemen-tos finitos, si cambiamos la geometría en laaplicación CAD, es necesario recomenzartodo el proceso de cálculo: recargar la geo-metría, volver a aplicar las cargas y restric-ciones, crear una nueva malla (proceso esteúltimo que, dependiendo de las característi-cas del problema puede ser extremadamen-te largo y laborioso) y lanzar el cálculo nue-vamente.

2.6. Fabricación asistida por ordenador

En construcción podemos hablar tambiéndel concepto de fabricación asistida por or-denador (que aquí referiremos como FAO ocomo CAM, usando las siglas de su deno-minación en inglés: computer-aided manu-facturing), que se corresponde con el usode hardware y software para la automatiza-ción total o parcial de la fabricación de ele-mentos estructurales o de otros elementos osistemas constructivos. Entre otros campos,por ejemplo, en el campo estructural, el in-cremento del coste de la mano de obra enlos países avanzados ha provocado que laestructura metálica se diseñe con elementoscompletos (vigas, soportes) preparados o(pre-) fabricados (en el caso de los perfilesarmados) en taller mediante procesos auto-máticos o semi-automáticos, para ser luegoatornillados in situ. Y también ha provocadoque la estructura prefabricada de hormigóngane mucho terreno a la ejecutada in situ. Yexisten ya sistemas de CAD que son capa-ces de generar las instrucciones para el me-canizado automático de piezas, o bien deintegrarse con programas específicos deCAM para enviarles toda la información ne-cesaria para generar dichas instrucciones.

2.7. Realidad virtual

Con anterioridad se ha hablado en este artí-culo sobre la existencia de herramientas devisualización dinámica 4D. Se pueden reali-

Tabla 2. Aplicaciones de software más usuales en el campo de la ingeniería asistida por ordenador



zar algunas visualizaciones sencillas conprogramas comerciales estándar como Au-toCad o Microstation, si bien no son lasherramientas más adecuadas para ello. Exis-ten programas de visualización de propó-sito general, como Autodesk VIZ Render (an-tes 3D Studio), que sirven mejor a dichopropósito por su mayor potencia y capaci-dad de foto-realismo. Pero, al margen deque requieren gran potencia del hardware,son poco amigables en su uso; consumenmucho tiempo de computación para la ge-neración de los archivos de visualización;suponen la generación de archivos de enor-me tamaño (y tanto más cuanta mayor seala resolución deseada); y las visualizacio-nes no incluyen el concepto de realidadvirtual, ya que es el técnico el que definecuál va a ser la visualización, y el usuariono puede alterarla, ya que tiene que verexclusivamente lo que el técnico ha queri-do visualizar en cada momento. Programascomo Sketchup (2005) permiten hacer vi-sualizaciones sencillas con mayor facilidady con menor consumo de recursos infor-máticos que, si bien son inferiores en capa-cidad de foto-realismo, alcanzan nivelesaceptables (Figura 2).

La realidad virtual (Díaz y González, 2001;Warwick et al., 1993) ha sido, probablemen-te, el último concepto a incorporarse a losprocesos de CAD. El lenguaje de programa-ción VRML es la principal herramienta eneste campo, y cuenta con herramientas gra-tuitas de visualización, como Cortona Gra-phics (Parallel Graphics, 2005), o Cosmo-Player (Silicon Graphics y Platinum Techno-logies, 2005). Actualmente se está en fasede actualización y ampliación de las capa-cidades de VRML, y el nuevo estándar paradicho lenguaje se llama X3D, aunque suimplantación real todavía tardará un tiem-po. VRML / X3D permiten la generación de

visualizaciones dinámicas de realidad vir-tual generando archivos de muy pequeñotamaño que, además, permiten la visualiza-ción a través de la Red (Internet e intranets)(Figura 3); con este tipo de software es elcliente o usuario el que, usando el ratón,decide por qué partes del edificio o plantava a pasar, y con qué características (veloci-dad y altura de visualización) va a realizar lavisualización (visualización “flexible”; rea-lidad virtual). De todos modos, y por lo pron-to, el VRML tiene una de sus mayores debi-lidades en su baja capacidad de foto-realis-mo. Existe abundante software de ingenie-ría que permite exportar sus ficheros en for-mato VRML. Así, por citar un par de cam-pos, la mayoría de los programas de cálcu-lo por elementos finitos o de análisis com-putacional de fluidos pueden exportar susresultados en este formato, con las ventajasque esto conlleva. La primera es la sencillezdel intercambio de información, ya que cual-quier persona con un navegador de Inter-net puede examinar dichos resultados sinestar en posesión de una licencia del pro-grama de cálculo. Además, el volumen deinformación a intercambiar es mucho másreducido, ya que el VRML es mucho másligero que los voluminosos ficheros de re-sultados de este tipo de programas. Por últi-mo, el VRML permite ver el problema desdetodas las perspectivas posibles, gracias a sucarácter tridimensional.

De todas formas, VRML no ha tenido porahora el éxito que se esperaba, por algunosproblemas aquí mencionados y por otrosreferidos por Lipman (2002), Martínez et al.(2002) y The Construction Industry Institute(2005). Además, debemos tener en cuentaque la realidad virtual no es sólo patrimo-nio del VRML / X3D, y que se podría hacerlo mismo con otros lenguajes o aplicacio-nes informáticas.

Figura 2. Visualización del di-seño básico de una pequeñafábrica con la utilización deSketchup (fuente: Universidadde La Coruña, Escuela Politéc-nica Superior, Departamentode Ingeniería Industrial II; J.Castro y L. Coloma; dirección:A. del Caño).




Figura 3. Simulación dinámi-ca del diseño básico de unedificio docente realizada enVRML (fuente: Universidad deLa Coruña, Escuela Politécni-ca Superior, Departamento deIngeniería Industrial II, L. So-lano; dirección: A. del Caño).

3. HERRAMIENTAS INFORMÁTICAS CAD /CAE ACTUALES

3.1. Software de propósito genérico

Actualmente se dispone de software están-dar de propósito genérico, como AutoCADo Microstation (entre otros) muy potente yque permite la realización de dibujo asisti-do por ordenador en dos y tres dimensio-nes con cierta facilidad; ambos tienen grancapacidad y son de uso sencillo en 2D, perono tanto en 3D (de todas formas, se echa demenos que sean de uso un poco más ami-gable). Este tipo de aplicaciones necesitanmódulos adicionales para ser más producti-vos en los diferentes campos específicos deaplicación (construcción, diseño mecánico,etc.). Normalmente se trata de aplicacionesabiertas que incluyen un lenguaje de pro-gramación que permite que haya variasempresas diferentes ofertando diferentesmódulos complementarios para un mismocampo de aplicación (arquitectura, obras li-neales, etc.). No todos los fabricantes dispo-nen de aplicaciones genéricas; este es el casode Nemetschek, que sólo ofrece softwareorientado exclusivamente al sector de laconstrucción.

3.2. Software de ayuda en la definicióndel proceso y de su distribuciónen planta

El arquitecto o ingeniero, antes de hacer elproyecto básico, debe realizar (u obtener desu cliente) un diseño conceptual que inclu-ye, entre otras cosas, una distribución enplanta y en el espacio y el establecimientode las formas arquitectónicas del edificio ysu implantación en la parcela o solar. Conrespecto a la definición en planta y en elespacio, esto es algo que en arquitecturaresidencial no supone excesivo problema,mientras que dicho problema se complicaen la arquitectura de edificaciones singula-res y, sobre todo, en la arquitectura indus-trial. Y, más concretamente, en el diseño deplantas industriales de proceso (químicas,petroquímicas, de producción de energía,por ejemplo), o de grandes fábricas (comopuedan ser las de automóviles y las de gran-des aeronaves).

Además, en el caso de fábricas y plantas in-dustriales y otras construcciones de com-plejidad similar, antes de definir la implanta-ción es necesario realizar los cálculos opor-tunos relativos a la capacidad y funciona-miento de la planta y, con ello, definir el pro-ceso industrial. Existe, por ejemplo, softwarepara la simulación de procesos (industrialeso de otro tipo) asistida por ordenador, algu-nos específicos para determinados aspec-tos, como pueda ser la simulación de colas

o, mejor todavía, de propósito más general,como Extend, de la empresa Imagine That(2005), que usa técnicas de teoría de colas ysimulación tipo Monte Carlo, entre otras,para simular una amplia variedad de proce-sos.

Existen programas como AutoMod, de laempresa Brooks Automation (2005), la fa-milia de aplicaciones Delmia (2005; Figu-ra 4), del grupo Dassault Systèmes, o los di-versos módulos Factory de UGS-Tecnoma-tix (2005), que permiten la simulación deprocesos industriales de fabricación, inclu-so con visualización dinámica 4D, y la ge-neración de layouts asistida por ordenador.Y los mayores fabricantes mundiales los hanempezado a usar desde tiempos relativamen-te recientes para concebir sus procesos in-dustriales (com General Motors, Ford, Dai-mler-Chrysler o Toyota, entre otros; Waur-zyniak, 2003). Probablemente (Waurzyniak,2003) las empresas más importantes delmundo en este tipo de software son UGS -Tecnomatix / EDS y Delmia (del Grupo fran-cés Dassault). Este tipo de programas estándestinados a los sectores de la industria delautomóvil, de la aeronáutica y de la naval,

Figura 4. Ejemplo de utiliza-ción del software comercial deDelmia para la simulación deprocesos industriales y de dis-tribuciones en planta y en elespacio de procesos industria-les (fuente: Delmia, 2005).



pProcesos de fabricación mediante máquinas-herramienta de control numérico (montaje, soldadura, pintura), o ensamblaje a mano y mediante robots o células robotizadas de fabricación. Procesos discretos y continuos de transporte (de materiales sueltos, materiales a granel, y de fluidos, incluyendo transporte por tubería con uso de depósitos), como los siguientes:

Sistemas de cintas y rodillos de transporte. Sistemas automáticos de almacenaje y recuperación de materiales. Carretillas elevadoras de control manual. Vehículos guiados automáticamente para transporte de material. Robots de transporte. Personas moviéndose a lo largo de rutas predefinidas.

Grúas y puentes-grúa.

fundamentalmente. Y facilitan la generación,análisis y optimización de layouts, permi-tiendo simular diversos procesos que se re-sumen en la Tabla 3.

Y todo ello con simulaciones 4D en las quese puede, entre otras cosas, calcular tiem-pos de producción, rutas más cortas detransporte, o verificar el layout mediante ladetección y análisis de colisiones, interfe-rencias u otros problemas del layout gene-rado, a la hora de que maquinaria y equi-pos realicen sus funciones. Se trata, al fin yal cabo, de sistemas de CAD con potencia-lidades de dibujo y diseño muy importan-tes. Es el caso, por ejemplo, de FactoryCAD(Figura 5), de UGS / Tecnomatix, que en vezde dibujar líneas rectas o arcos, trabaja conobjetos que representan en un espacio vir-tual los diferentes recursos humanos y ma-teriales de producción y transporte (cintasde transporte, grúas, contenedores de al-macenamiento, maquinaria de proceso,personal, ...). Una vez generado el layout

con Factory CAD, este programa disponede aplicaciones complementarias para si-mular en 4D los procesos de producción,“navegar” por dichos modelos, simulandoel movimiento del producto en fabricación,de las herramientas de fabricación y de loselementos de transporte. En dichas simu-laciones, entre otros aspectos, se detectanpotenciales colisiones, para solucionar estetipo de problemas.

Estos programas suelen tener característicasadicionales de interés, como la capacidadpara el trabajo simultáneo de diferentesusuarios a la vez, incluso aunque estén ubi-cados en localizaciones diferentes, en unconcepto de ingeniería simultánea; las he-rramientas del tipo “Qué pasaría si” (“Whatif”), para analizar las consecuencias sobreel proceso de fabricación de realizar cam-bios en el mismo; el grabado automático dedatos mediante técnicas de encriptado parapreservar el conocimiento de la empresa; ola capacidad de importar datos de hojas elec-

Figura 5. Ejemplo de uso delprograma FactoryCAD, deUGS-Tecnomatix, para el dise-ño de distribuciones en plantay en el espacio de procesosindustriales (fuente: UGS-Tec-nomatix, 2005).

Tabla 3. Algunos procesos que se pueden simular con software de ayuda en la definición del proceso y de sudistribución en planta




trónicas y de software de planificación y pro-gramación de la producción (ERP, MRP,MES).

En otro campo diferente al de la fabricación,como es el caso de las plantas industrialesde proceso (químicas, petroquímicas), tam-bién existen aplicaciones interesantes. Eneste campo, las empresas más importantesdel sector realizan, en fase de ingeniería bá-sica, visualizaciones 3D y 4D de la futuraplanta; este es el caso, entre otras, de empre-sas multinacionales de ingeniería comoFluor o Bechtel (las dos mayores del mun-do). Tanto en dicha fase como en las poste-riores (Fluor, 2005), Fluor usa una aplica-ción informática denominada OptimEyespara ayudar a encontrar el layout óptimo dela planta a diseñar, con objeto de acortar lashoras hombre a dedicar a este aspecto, y demejorar la precisión en la estimación de cos-tes. Este software toma decisiones lógicas yprecisas con respecto a la configuración dela planta, basadas en años de experienciade Fluor, liberando a los técnicos de tareastediosas de diseño; se ha creado capturan-do reglas de ingeniería y reglas de buenapráctica del personal de Fluor para ser utili-zadas por el ordenador de manera automa-tizada (ésta es una de las vertientes de lagestión del conocimiento). Se trata de unaherramienta, como se ha dicho, que trata deoptimizar el layout (aspecto muy complejoen grandes plantas químicas y petroquími-cas de proceso), y que proporciona visuali-zaciones del mismo, todo ello de maneraintegrada con el resto de procesos de traba-jo de Fluor. Dicha herramienta ayuda alequipo de proyecto a revisar rápidamentemúltiples escenarios de disposición enplanta, a identificar los layouts más eficien-tes en costes, y a analizar la operabilidad ymantenibilidad de cada layout. Tambiénsirve para producir mediciones de proyec-to muy precisas y para crear modelos 3Dde la planta para comprender mejor el di-seño realizado y para comunicarlo a laspartes interesadas. Este software se comu-nica con las aplicaciones típicas de CADpara generar automáticamente modelos en3D y planos de proyecto en 2D.

Hasta aquí hemos hablado de software deayuda a la generación de la distribución enplanta de procesos industriales. Existe soft-ware también para apoyo en la generacióndel layout de instalaciones eléctricas, de re-des de tuberías y de climatización, como esel caso de las aplicaciones de Intergraph(2005) denominadas SmartPlant y PDS (PlantDesign System), que incluyen dichas capa-cidades, entre otras. Al ser en realidad di-chos layouts parte de la elaboración del pro-yecto constructivo y, por otro lado, al servirdichas aplicaciones también para el diseño

del resto de la planta industrial, este escritoincluye más adelante detalles adicionalessobre ellas.

3.3. Software para el diseño arquitectónicoconceptual

Con respecto la tarea inicial de diseño con-ceptual, hoy en día se dispone de progra-mas como Sketchup (Figura 2) que ayudana realizar esa tarea de concepción arquitec-tónica en 3D con una facilidad de uso pas-mosa, además de ayudar también en la ela-boración del proyecto básico. Esta labor deconcepción arquitectónica hasta hace muypoco se hacía siempre en tablero o mesacon lápiz y papel, y muchos profesionalessiguen haciéndolo así. Las principales ca-racterísticas de Sketchup (2005) incluyen,por un lado, la modificación de volúmenesedificatorios o tamaños de sistemas cons-tructivos mediante arrastre del cursor, cam-biando el tamaño del resto de objetos demanera coherente. Por otro lado, el movi-miento del punto de vista y movimiento deledificio en el espacio para observar la im-presión que causa. En tercer lugar, sencillosestudios de iluminación natural en funcióndel movimiento del sol. Y, por último, la con-versión de los archivos generados en for-matos comerciales de otros fabricantes, parapoder continuar el diseño con otras aplica-ciones (proyecto de detalle, cálculos).

Los principales fabricantes de software dedibujo asistido por ordenador también handesarrollado herramientas similares, bienindependientes (pero integrables con el res-to de sus aplicaciones), o bien como partede sus aplicaciones estrella. Tanto Nemets-chek (que comercializa la aplicación de CADdenominada AllPlan) como Autodesk (Au-toCad) han desarrollado herramientas deeste tipo. En el caso de Nemetschek (2005),este producto se llama D-Board. Este siste-ma, que incluye el software y una pantallaespecial (que se puede usar como pantallanormal), sustituye al monitor y al ratón delordenador. Se puede dibujar sobre el D-Board como si se utilizase un lápiz sobrepapel, directamente sobre la pantalla, inclu-yendo la sensibilidad a la presión. Las ideasdel diseñador se convierten en un croquisdigital. El otro extremo del lápiz superior fun-ciona como una goma de borrar. Con el D-Board se puede leer y usar una gran varie-dad de formatos de archivo (Allplan, DWG,DXF, DGN, HPGL2...).

3.4. Software para apoyo en el proyectobásico y de detalle

Existen diferentes marcas que ofrecen estetipo de productos. Es imposible resumir aquíel panorama del mercado resumiendo to-



dos los productos que existen, y por ellovamos a introducir algunas de las aplicacio-nes de mayor uso.

En el campo del diseño arquitectónico dosde los más usados son Autodesk Architec-tural Desktop 2006 (Autodesk, 2005) y Ne-metschek Allplan (Nemetschek, 2005). Ar-chitectural Desktop es similar a AutoCAD,incorporando adicionalmente una serie deherramientas específicas para diseño arqui-tectónico. Estas y otras aplicaciones simila-res suponen una automatización parcial dela producción de planos, y otras caracterís-ticas que quedan resumidas en la Tabla 4.Con respecto a dichas características, el lec-tor nota enseguida las principales ventajas.Por ejemplo, la generación de objetos tridi-mensionales supone que, en lugar de usarelementos geométricos ordinarios como lí-neas, círculos o arcos, se diseña directamen-te con objetos que son muros, escaleras ocubiertas. Además, se pueden llegar a incor-porar capacidades de diseño con restriccio-nes lógicas; por ejemplo, para que una puer-ta parta automáticamente a nivel del suelo,o una ventana sólo pueda ser creada en unobjeto muro.

En el caso de los cambios automáticos encadena, el aumento de productividad esobvio. Los objetos se recalculan automáti-camente al ser insertados o modificados ycualquier cambio se refleja automáticamen-te en todas las demás fases y componentesafectados del proyecto (planos, medicio-nes...). Allplan, por ejemplo, incluye las he-

rramientas llamadas planos de referencia,que definen la referencia superior e inferiorde un objeto. Se pueden crear elementosarquitectónicos limitados automáticamentepor dichos planos. Cualquier modificaciónde orientación o posición de los planos dereferencia será reconocida y ajustada auto-máticamente por los objetos constructivos(muros, huecos...). Se puede, por ejemplo,definir que un muro llega hasta la cubierta oque un hueco permanece siempre a unadeterminada distancia del forjado superior.Si se cambia la pendiente de un faldón de lacubierta o se modifica la posición del planodel forjado, los muros y el hueco de ajusta-rán de nuevo automáticamente a la nuevageometría (y la medición, ...).

Por último, en el caso de las herramientaspara incorporar al proyecto informaciónhistórica, la utilidad es obvia en proyectosde rehabilitación, restitución, reforma y ur-banismo, y para incluir en el proyecto pla-nos de situación o detalles en papel, entreotros aspectos.

Hemos visto cómo Allplan o ArchitecturalDesktop, entre otros, permiten una ciertaautomatización de la producción de docu-mentos de proyecto. La automatización delos procesos de ingeniería, es un aspectoque está tomando gran importancia. Tam-bién en el ámbito del diseño arquitectóni-co, Fisher (2003) introduce el software de-nominado Viva-Destini, que es un progra-ma de diseño y dibujo para proyectos deedificación convencional que parametriza,

Tabla 4. Principales características del software para apoyo en el proyecto arquitectónico Automatización parcial de la producción de planos, mediante:

Generación de objetos tridimensionales que son directamente elementos constructivos; por ejemplo, trazando una línea estamos dibujando un tabique o una fachada, con todas sus capas. Generación automática, a partir del modelo 3D, de secciones, plantas, alzados y otros planos. Realización de cambios automáticos en cadena. Por ejemplo, si se cambia la composición de un muro de fachada, todas las puertas y ventanas cambiarán automáticamente, adaptándose al nuevo muro. Herramientas especializadas, por ejemplo, para crear y modificar muros cortina. O para la generación de vigas y columnas. Conversión automática de objetos de un tipo a otro (por ejemplo, una ventana en una puerta).

Acotado asociativo, que se actualiza al cambiar el dibujo, eliminando las actualizaciones manuales. Conectividad de datos: conexión de cada objeto en pantalla con diferentes bases de datos; por ejemplo, con sus especificaciones técnicas / pliego de condiciones. Exportación de datos a sistemas gestores de bases de datos (p. ej. Microsoft Access), para su ordenación, consulta o exportación a otras aplicaciones para tareas específicas, como la estimación de costes. Sistemas para evitar dispersión de archivos, a través de herramientas de gestión del tipo “navegador de proyectos”, que integran los diversos archivos del proyecto en un único entorno de trabajo. Herramientas de ayuda en la comunicación y en la ingeniería simultánea. Herramientas de intercambio de información entre el técnico que desarrolla el concepto y los que desarrollan las estructuras e instalaciones. Herramientas de visualización fotorrealista 3D y 4D, o conectividad o integración con aplicaciones que realizan presentaciones dinámicas 4D. Herramientas para incorporar al proyecto información histórica, de otros proyectos, a partir de planos en papel y fotografías, obtenidos mediante escáner, y su edición con información vectorial CAD.




p p p y p yCaracterísticas comunes con otras aplicaciones:

Trabajo en tres dimensiones reales. Generación de objetos tridimensionales que son elementos constructivos. Sistema paramétrico. Conversión automática de objetos de un tipo a otro. Acotado asociativo. Conectividad de datos del diseño con diferentes bases de datos. Sistemas para integrar los diferentes archivos de cada proyecto. Publicación de los diseños realizados. Capacidades para la ingeniería simultánea. Herramientas de visualización fotorrealista.

Herramientas para incorporar al proyecto información histórica. Características específicas:

Incorporación de sistemas de gestión de la información geográfica (GIS). Análisis de curvas de nivel, pendientes y cuencas de captación. Actualización automática de curvas de nivel, volúmenes y análisis de superficies. Funciones dinámicas para diseñar y asignar tamaño a parcelas. Permiten el diseño respetando determinados criterios de diseño (peraltes, pendientes, ...).

Permiten el equilibrado dinámico de volúmenes de desmontes y terraplenes.

automatiza y acelera la producción de pro-yectos completos en 3D, basándose en unospocos parámetros. Probablemente vamos aver cada vez más este tipo de software, querealmente ya supone un diseño asistido porordenador más avanzado y potente, de usomás fácil, y que también se puede aplicar alos proyectos de fábricas y plantas indus-triales, que entrañan bastante más dificultadque los de edificación convencional.

Autodesk Civil 3D 2006 (Autodesk, 2005)está orientada, a diferencia de las anteriores,a las obras lineales y al urbanismo. Esta apli-cación, y otras similares, tienen característi-cas resumidas en la Tabla 5. Como se puedever, las ventajas son también importantes.Por ejemplo, al tratarse de sistema paramé-tricos, como en el caso de Autodesk Civil3D, si se mueve el eje de una carretera, ins-tantáneamente se actualizan los perfiles ysecciones del movimiento de tierras, entreotros aspectos, ahorrando tiempo y costesde ingeniería.

En lo relativo a los proyectos de construc-ción de plantas industriales, Intergraph(2005) ofrece soluciones de CAD/CAE degran interés, específicas para diseño de plan-tas de proceso (químicas, petroquímicas, ...),de producción de energía y similares, comolas plataformas off-shore. Intergraph ha de-sarrollado tradicionalmente aplicaciones dediseño más ambiciosas y de mayor alcanceque los estándares del sector. Por ello, en elpasado, estas aplicaciones han necesitadoplataformas de hardware más potentes (es-taciones de trabajo con varios procesado-res trabajando en paralelo). Hoy en día susaplicaciones siguen siendo de gran poten-cia, pero para su uso es suficiente con dis-poner de ordenadores normales del tipo PC.

Intergraph SmartPlant es el software másavanzado de los que ofrece Integraph paradiseño de plantas industriales. Esta nuevageneración de software está concebida parasu uso tanto en fases de diseño y construc-ción como de operación / mantenimiento.

A la fecha de escribir estas líneas no estándesarrollados todos sus módulos, peroSmartPlant se integra con Integraph PlantDesign System (PDS; ver más adelante), quees el programa tradicional de Integraph paraeste tipo de trabajo, aumentando la capaci-dad individual de ambos programas. En elfuturo se entiende que SmartPlant sustitui-rá a PDS, y la migración de datos está yaasegurada. Los módulos de diseño con losque cuenta en este momento se limitan, porahora, al diseño y gestión de la informa-ción técnica, desde la concepción hasta laoperación y mantenimiento de la planta,de los sistemas eléctricos, de instrumenta-ción y control, y de los diagramas de dise-ño de tuberías e instrumentación (P&IDs).Se incluyen también módulos adicionalespara visualización 3D de la planta diseña-da, para su revisión y análisis; para com-presión y descompresión de archivos, y sudistribución automática a través de intra-nets e Internet; y para consulta, visualiza-ción y generación de informes a través dela Web.

Por su parte, Intergraph Plant Design System(PDS) (Figura 6) sirve también de ayuda en eldiseño, construcción y operación de plantasindustriales. Su clientela, por tanto, al igualque en el caso de SmartPlant, incluye nosólo al diseñador y ejecutor, sino también alexplotador. Intergraph lo concibe comoherramienta útil tanto para los pequeñosproyectos de reforma como para los de gran

Tabla 5. Principales características del software para apoyo en el proyecto de obra civil



Generación y gestión de los diagramas de flujo del proceso productivo. Diseño de los sistemas de control de la operación de la planta. Generación y edición de diagramas de diseño de tuberías e instrumentación (P&IDs). Gestión de especificaciones técnicas / pliegos de condiciones. Diseño detallado de redes de tuberías. Modelización de equipos de proceso (recipientes, depósitos, torres, intercambiadores de calor, columnas y bombas, o elementos auxiliares como plataformas y escaleras, entre otros). Modelización estructural para apoyo al análisis y generación de planos de proyecto de estructuras, que automatiza ciertas funciones de diseño. Diseño automático de nudos de vigas, soportes, arriostramientos y otros elementos estructurales. Diseño y dimensionado y colocación de soportes y anclajes de tuberías, para su modelización 3D, y su posterior integración con el resto del diseño de la planta, y para generar planos de fabricación. Modelización de sistemas de ventilación, calefacción y aire acondicionado, incluyendo herramientas 3D interactivas para definir el layout y crear modelos de conductos y otros componentes. Producción automática de isométricas con listas de materiales a partir del esquema de una red de tuberías, tanto en fase de diseño como de elaboración de los planos según construido. Modelización 3D interactiva para definir el layout de las instalaciones eléctricas. Generación de esquemas eléctricos y diagramas de cableado. Chequeo de interferencias: coincidencia física de dos elementos en un mismo punto, e interferencias “blandas” (por ejemplo, distancias de seguridad o escasez de espacio para mantenimiento y reparación). Visualización 3D de conjunto de la planta industrial, y de partes de ella (como las redes de tuberías). Acceso a bases de datos. Posibilidad de adaptación del sistema a la normativa y estándares del sector. Acceso a datos a través de la Web. Ingeniería simultánea global. Los especialistas en las diferentes disciplinas técnicas pueden trabajar a la vez en el mismo proyecto. Gestión del conocimiento. Entornos que permiten archivar los datos de buena práctica de la empresa para su uso en futuros proyectos. Interconexión con otros paquetes de análisis estructural y de instalaciones.

Figuras 6-1 y 6-2. Ejemplos de visualización de proyectos de construcciones industriales mediante el uso de IntergraphPDS (fuente: Intergraph, 2005).

tamaño, de miles de millones de Euros, peronormalmente sólo es usado por empresasrelacionadas con grandes proyectos. Se tratade una herramienta que corre sobreMicroStation J (de la marca Bentley) y quepara la creación de planos de redes detuberías necesita el uso conjunto de laaplicación de Intergraph denominadaSmartSketch. Los aspectos más reseñables

que incluye la aplicación incluyen lamayoría de las funciones reflejadas en laTabla 6.

Como se puede observar en dicha tabla, elsoftware para apoyo en el proyecto de plan-tas industriales y centrales de producciónde energía permite cierta automatización delos procesos de ingeniería, con la corres-

Tabla 6. Principales características del software para apoyo en el proyecto de plantas industriales y centralesde producción de energía




pondiente mejora de la productividad. Porsu lado, la modelización 3D permite crearmejores diseños, al incluirse en ellos todoslos sistemas y subsistemas necesarios, y po-der contemplarlos tal como quedarán en larealidad. Las simulaciones dinámicas 4Dpermiten a diseñadores y personal de ope-ración y mantenimiento visualizar la plantaantes de construida (Figuras 6-1 y 6-2), yque éste último personal, por ejemplo, yentre otras cosas, detecte problemas que elpersonal de diseño podría no detectar, al noestar familiarizado con la realidad de la ex-plotación de la planta.

El chequeo de interferencias es una funciónde máxima importancia en grandes plantasde proceso, para evitar o reducir los cam-bios y repeticiones de trabajo en obra. Conél se identifican conflictos “duros” por coin-cidencia física de dos elementos en un mis-mo punto del espacio, e interferencias “blan-das”, como puedan ser las causadas por lano existencia de suficiente espacio entre doselementos del diseño, sea por operabilidad,seguridad o por necesidades de manteni-miento y reparación. Este tipo de chequeosse puede realizar para cualquiera de las dis-ciplinas técnicas del proyecto (tuberías, elec-tricidad, ...), y para todas a la vez (conflictosentre unas y otras en el proyecto completo).Y se suelen realizar sobre los modelos 3Dexistentes en cualquier fase del diseño. Deesta manera se puede reducir el tiempo de-dicado a la ingeniería y evitar sorpresas ycambios o repeticiones de trabajo con so-brecostes en fase de obra. Intergraph estimaque esta utilidad, incluida en PDS, reduceentre el 50 y el 75% de los cambios y repe-ticiones de trabajo en obra, en comparacióncon proyectos complejos en que no se use.Al haber crecido tanto la potencia de losordenadores de tipo PC, los requerimientosinformáticos de PDS ya no son tan impor-tantes como hace poco más de una década,en que se necesitaban estaciones de trabajocon dos o más microprocesadores trabajan-do en paralelo. Por ejemplo, las versionesactuales de PDS sólo necesitan un mínimode PC con procesador Pentium, sistema ope-rativo Windows 2000 Professional, o Win-dows XP Professional, 256 Mb de RAM, 540Mb de espacio en disco, y monitor SVGA de17" con tarjeta 2 MB VRAM. A pesar de queel uso de PDS implica el uso conjunto deotras aplicaciones informáticas (algunas yacomentadas, y otras como el uso de unabase de datos relacional tipo RIS, más un RISdata server) que suponen requerimientosadicionales, los requerimientos reales no sonrealmente importantes.

Hasta aquí hemos hablado de programas deamplio alcance, que sirven de ayuda en eldiseño de todos o casi todos los sistemas

constructivos y que, o bien se integran conotros programas de ingeniería asistida pararealizar los cálculos y dimensionamientosestructurales y de instalaciones; o, incluso,incluyen dentro de su propio paquete di-chos programas de cálculo.

Con respecto a los programas de ingenieríaasistida por ordenador, existen tanto progra-mas especializados en un solo campo,como programas que abarcan casi todos otodos los sistemas constructivos. Tekla Struc-tures (Figuras 7-1 a 7-5), antes llamado XSte-el, es un ejemplo de programa específico decálculo y dimensionamiento estructural,desarrollado por la empresa finlandesa Te-kla (2005). Se trata de un sistema paramétri-co de modelización 3D de la informaciónde estructuras de edificación de cualquiermaterial (acero, hormigón, madera; la ante-rior versión, denominada XSteel, estaba sóloenfocada al acero y, realmente, la mayoríade referencias de Tekla Structures son enestructura metálica) que cubre el procesocompleto de diseño, desde el diseño con-ceptual hasta la construcción, pasando porlos detalles constructivos y la prefabricación,

Figuras 7-1 a 7-5. Ejemplos demodelos 3D de estructuras di-señadas con Tekla Structures(fuente: Tekla, 2005).



en su caso. La Tabla 7 recoge las principalescaracterísticas deseables para este tipo desistemas, en las diferentes fases del proyec-to. Tekla Structures incluye la mayoría deellas.

El modelo creado con Tekla Structures con-tiene toda la información geométrica y es-tructural de la totalidad del proyecto en cur-so, y la estructura puede ser visualizada en3D, con la posibilidad de moverse por ella,realizando “paseos” en 4D. Tekla Structurespermite el diseño en colaboración entre di-ferentes usuarios del sistema (ingeniería si-multánea).

Se trata, por tanto, en este caso, de un pro-grama de CAD / CAE que permite concebir ypredimensionar estructuras de muy diversotipo, calcularlas y dimensionarlas y, finalmen-te, dibujar la estructura resultante con ungrado de detalle muy elevado, a efectos desu ejecución. Existen también empresas es-pañolas que ofrecen programas del mismotipo, como es el caso de CYPE Ingenieros(2005) y de Arktec (2005). Este tipo de pro-gramas son bien conocidos en el entornoespañol, y por eso no vamos a entrar en másdetalles sobre ellos.

Como decíamos antes, hay programas deCAE que abarcan casi todos o todos los sis-temas constructivos. Este sería el caso, porejemplo, y aprovechando para volver a darun ejemplo de empresas españolas, del soft-ware de CYPE Ingenieros (2005) para cálcu-lo y dimensionamiento estructural y de ins-talaciones edificatorias y urbanas, conoci-do de sobra por los arquitectos e ingenierosespañoles.

3.5. Aplicaciones específicas para lamodelización del entorno existente

Más arriba se ha visto cómo las aplicacionesde CAD y de realidad virtual permiten reali-

Ventas: concepción de diferentes soluciones alternativas; estimación de costes y plazos; preparación y emisión de documentos para ofertas. Diseño conceptual: establecimiento preliminar de geometría, de secciones estructurales y del material de cada elemento; realización de planos preliminares. Análisis: cálculo y dimensionamiento; diseño de uniones. Proyecto constructivo: detección automática de intersecciones / interferencias indeseadas; generación de planos de proyecto y de taller / obra; mediciones y presupuesto. Prefabricación: conexión con los sistemas de planificación de la producción y de automatización de la fabricación; transmisión de datos necesarios para la fabricación; emisión de datos para facturación. Obra: planificación general y por lotes, y su programación; seguimiento y control de avance y de órdenes de cambio; control de la configuración; emisión de datos para certificaciones. Desactivación: emisión de documentos para el mantenimiento a lo largo del resto del ciclo de vida de la estructura. Comunes a todas las fases: generación y gestión de modelos paramétricos; visualización estructural 3D y 4D; ingeniería simultánea; publicación de informes a través de la Web.

zar visualizaciones 3D y 4D (normales e in-teractivas, por medio de la realidad virtual,en este último caso). Y con ello cómo, entreotras cosas, se puede estimar el impacto vi-sual de las nuevas construcciones sobre en-torno existente. Tradicionalmente, el proble-ma de este tipo de simulaciones ha sido re-presentar dicho entorno con tanto foto-rea-lismo como el usado para el modelo de lanueva instalación a construir. Para un mayorrealismo de la simulación, con objeto deanalizar el referido impacto visual, existenprogramas que son capaces de representaren imágenes estáticas las distintas vistas de lanueva construcción sobre fotos reales delentorno del sitio de la obra. Y también soft-ware como PhotoModeler, de la empresacanadiense Eos Systems (2005), que permitecrear modelos tridimensionales de los edifi-cios colindantes a partir de sus fotografías(dos o más fotos que tengan zonas comu-nes, en formatos electrónicos de casi cual-quier tipo), para luego generar animacionesde movimiento, entre otros aspectos. El pro-ceso es bastante sencillo. Tras fotografiar ytomar medidas de cada uno de dichos edifi-cios, se construyen modelos tridimensiona-les de los mismos, y en ellos se “pegan” lasimágenes fotográficas de los diferentes edifi-cios. Una vez generado el modelo 3D, éstepuede exportarse a aplicaciones de CAD ode visualización 4D (exporta formatos DXF,3D Studio y VRML, entre otros). Y con ello secrea un entorno virtual que incluya la nuevaconstrucción junto con los edificios y otrasinfraestructuras existentes que van a rodear-la, y se realizan simulaciones en 3D y 4Dpara analizar la estética real del conjunto y elimpacto visual.

3.6. Software para simulacióny visualización de los procesosde construcción

Un aspecto que está tomando cada vezmayor importancia es la simulación y vi-

Tabla 7. Características deseables para los sistemas de diseño estructural, en las diferentes fases del proyecto




sualización del proceso de construcción.Esto es muy importante en proyectos com-plejos en los que puede haber interferen-cias importantes (por ejemplo, por escasezde espacio de trabajo) entre el proceso deejecución y los sistemas constructivos ya eje-cutados previamente y, más todavía, en losproyectos de ampliación o reforma en losque la ejecución es simultánea a la explota-ción de la parte de la instalación (hospital,planta industrial) que ya existía previamen-te. El software estándar de CAD, como Auto-Cad o Microstation permite, con cierta ima-ginación, su uso para realizar visualizacio-nes muy sencillas de la ejecución; esto pue-de hacerse incluso, a un nivel todavía mássencillo, con algunas herramientas conven-cionales de ofimática; pero en ambos casosla visualización apenas ayuda a solucionareficazmente los problemas de ejecución.Empiezan a verse ya programas como Com-mon Point ConstructSim (Fisher, 2003; Com-mon Point, 2005), de simulación dinámicade la ejecución de obras, que se están em-pezando a usar para evitar los referidosproblemas de ejecución y de conflictos conlos usuarios en proyectos de ampliación oreforma.

Common Point ConstructSim se basa en eluso de un modelo virtual de la nueva insta-lación a construir, y permite planificar, pro-gramar, ejecutar y realizar el seguimiento delas obras. Integra CAD en 3D, programación

del proyecto, bases de datos de control delproyecto, sistemas de gestión de materialesy otros tipos de información digital, en unentorno avanzado de simulación y optimi-zación de la construcción.

Este software está dirigido a una amplia va-riedad de usuarios (contratistas tradiciona-les, contratistas llave en mano, propietariosde instalaciones, direcciones profesionalesde la construcción / “construction mana-gers”, subcontratistas, fabricantes / talleres,ingenierías), en proyectos de cierta comple-jidad, como puedan ser los de plantas deproceso químicas y petroquímicas, de ex-tracción y transporte de petróleo y gas, deplataformas off-shore, de centrales de pro-ducción de energía, o de fábricas de los sec-tores farmacéutico, de fabricación de vehí-culos automóviles y similares, e industriapesada. ConstructSim permite la mayoría delas funciones que se resumen en la Tabla 8.

Son escasas las aplicaciones comerciales deeste tipo pero, sin embargo, algunas gran-des empresas disponen de aplicaciones deeste tipo realizadas a medida o desarrolla-das internamente. Éste es el caso de Fluor(2005) y Bechtel (2005), que son las dosempresas de ingeniería más grandes delmundo. Fluor dispone de los sistemas de-nominados InSequence y CompleteItSM,para planificación de la construcción en 4D.Y de una suite informática denominada

Comunicación e intercambio de datos con plataformas CAD. Comunicación e intercambio de datos con programas de control de plazo y coste (Project, Primavera), o con sistemas de gestión de materiales, entre otros. Estudios de ayuda en el análisis de la constructibilidad; por ejemplo, incluyendo detección de colisiones / intersecciones / interferencias indeseadas durante la ejecución. Sincronización del modelo virtual de la obra con el programa del proyecto, trabajando por áreas de proyecto / de obra. Organización de materiales y componentes por especialidades / oficios, o por tipo de materiales y, a su vez, por áreas de proyecto / de obra. Establecimiento de modelos de secuencias de trabajo de diferentes especialidades para cada área de proyecto / de obra. Generación de listas de prioridad de trabajos a realizar, por áreas de proyecto / de obra. Seguimiento y control de la contratación, compras y fabricación de materiales y equipos a incorporar a la obra; visualización de su llegada diaria a obra y su interrelación con el personal disponible para montaje. Creación de paquetes de trabajo, asignación a los mismos de horas de trabajo estimadas y personal y equipos, en función de su disponibilidad, seguimiento semanal de los trabajos de cada paquete. Optimización de la secuenciación de la ejecución de los diferentes paquetes de trabajo. Detección de interdependencias entre actividades, para facilitar la coordinación en obra. Preparación y análisis de escenarios del tipo “Qué pasaría si” sobre el modelo virtual, para facilitar la toma de decisiones a efectos de programación de las obras. Programas detallados de ejecución, semanales y diarios, generales y por áreas de proyecto / de obra. Análisis de las consecuencias de solicitudes y órdenes de cambio sobre el plazo y el coste; actualización automática del modelo y del programa con las consecuencias de una orden de cambio aprobada. Generación de informes visuales y escritos de avance de obra con códigos de colores en función del grado de avance (planificado a la fecha, completado a la fecha, pendiente de completar, ...); informes visuales 3D (informes a la fecha) y 4D (informes históricos globales o parciales de avance). Trabajo por sistemas, a efectos de la preparación y realización de pruebas y puesta en marcha.

Tabla 8. Características deseables del software para simulación y visualización de los procesos de construcción



MaterialManager, con conexión a través deInternet, que integra las funciones de com-pras y de gestión de los materiales, elemen-tos o equipos adquiridos, ligando todo ellocon los sistemas de gestión del proyecto.Por su parte, Bechtel ha desarrollado tam-bién software de gran interés para apoyo enla fase de construcción.

3.7. La gestión del conocimientoy de apoyo a la ingeniería simultánea

Recordemos que la gestión del conocimientosupone, por medio de herramientas infor-máticas, capturar el conocimiento corpora-tivo, almacenarlo y aprovecharlo. En estesentido, ya se ha visto cómo la aplicaciónOptimEyes de generación de layouts queusa la empresa Fluor (2005) tiene esta capa-cidad, y cómo también la tiene PDS, el soft-ware de CAD / CAE de Integraph (2005), paradiseño de plantas industriales.

También hemos visto cómo casi todas lasaplicaciones de CAD / CAE de las que se hahablado tienen capacidades para el diseñoen simultáneo de un mismo proyecto porparte de diferentes técnicos dispersos geo-gráficamente. La empresa de ingeniería Fluor(2005), por ejemplo, dispone de una herra-mienta colaborativa y de gestión de la docu-mentación del proyecto denominada Pro-jects OnLine. Esta herramienta sirve paraconectar a todo el equipo de proyecto (ofi-cina central, oficina de obra, clientes, sumi-nistradores, fabricantes) de manera que pue-dan colaborar en su trabajo independiente-mente de su localización geográfica.

Otro ejemplo es Architectural Desktop, quepermite publicar los diseños realizados en2D y 3D, incluidos materiales y propieda-des de objeto, y compartirlos con seguridada través de Autodesk DWF (Design Web For-mat). Y, por otro lado, Autodesk ofrece tam-bién la aplicación llamada Buzzsaw, que esuna herramienta de colaboración en línea,incluyendo herramientas para gestionar todala información del proyecto.

construcción industrial) que no conocentodas las posibilidades que brindan este tipode herramientas. Y muchos de ellos noaprovechan la mayoría de las posibilidadesque el mercado les ofrece, limitándose a lautilización de paquetes estándar de los queno obtienen la productividad que podríanalcanzar con otras aplicaciones más espe-cializadas, algunas de las cuales han sidoaquí referidas. Sin embargo, no todo el pa-norama actual es merecedor de parabienes.Por un lado, el coste (licencias y costes in-ternos) que supone para las PYMES el usode las herramientas más avanzadas es difí-cil o imposible de soportar. Por otro lado, el“sarampión” que supone para la organiza-ción la implantación de estos sistemas (queincluye la formación del personal), no tieneporqué ser corto ni leve. Si definimos “ma-durez” de la empresa como el conjunto deconocimientos y experiencia formales queésta posee en el uso de las tecnologías de lainformación y en el campo del diseño e in-geniería de la construcción, esta madurezestá relacionada con la facilidad para asimi-lar herramientas avanzadas. Dicha madu-rez se ve influida por diversos aspectos,como son la más o menos dilatada trayec-toria profesional de la empresa, o la capaci-dad para documentar los conocimientos yexperiencia, o para contratar y retener a supersonal clave (el que acumula mayor co-nocimiento). Cuanta menor madurez tengala empresa, más difícil y larga va a ser laimplantación de herramientas novedosas,y mayor va a ser la probabilidad de fracasoen dicha implantación, y viceversa. Este tipode herramientas a veces suponen el uso demetodologías de trabajo a las que la empre-sa puede no estar acostumbrada, y que nor-malmente son más eficientes que las quedicha empresa pudiera tener.

Por ello, por un lado, es imprescindible quelas aplicaciones tengan un uso lo más sen-cillo y amigable posible. Y, por otro, la Uni-versidad debe formar a sus técnicos a unalto nivel no sólo en los aspectos de cálculoy dimensionamiento de sistemas construc-tivos, sino también en las metodologías máseficientes para la ingeniería y la gestión delproyecto. Por lo demás, existen hoy en díaotras carencias que pueden verse supera-das en el futuro, y que se van a referir acontinuación al hablar de lo que cabe es-perar en este campo.

La posible evolución a futuro parece queserá importante y rápida, ya que ha sidorelativamente reciente el momento en el cuallos ordenadores personales han empezan-do a tener suficiente potencia como pararealizar, entre otras cosas, simulaciones 4Dsin problemas graves. A futuro, entre otrosaspectos, cabe esperar:

4. CONCLUSIONES Y AVANCESDESEABLES A FUTURO

A lo largo del presente texto se ha realizadoun análisis de la evolución y estado actualde las herramientas de CAD / CAE de uso enel sector de la construcción, reflejando lasprincipales características del software ac-tual y las tendencias actuales más avanza-das. La evolución reciente es, desde el pun-to de vista de los autores, más que especta-cular, y hay muchos técnicos y empresaspequeñas y medianas (pertenecientes a sub-sectores de menor complejidad que el de la




• Que la posibilidad de diseño en paralelode diferentes alternativas sea algo normal enel software de CAD / CAE, así como de herra-mientas del tipo “Qué pasaría si” para elanálisis de alternativas de diseño.• La incorporación a este tipo de software deherramientas que hoy en día no son comu-nes o no existen, como por ejemplo, las quepermitan calcular parámetros de sostenibili-dad de los diferentes sistemas constructivos.O los sistemas expertos que permitan selec-cionar tipologías de cerramientos y diseñarlos mismos, teniendo en cuenta pérdidas deenergía, aspectos acústicos del entorno deledificio y de su interior, o criterios de soste-nibilidad, entre otros criterios cualitativos ycuantitativos. Ello permitirá al usuario dise-ñar construcciones de mayor funcionalidady respeto al medio ambiente.• La existencia de posibilidades reales y ase-quibles de conexión con aparatos de reali-dad virtual para contrastar las solucionesconceptuales y para hacer demostracionesal futuro usuario de la edificación.• Que los subsistemas de gestión del cono-cimiento adquirirán más y más importanciay serán un componente esencial de los sis-temas de CAD / CAE. Ello permitiría la exis-tencia de aplicaciones de gran utilidad que,por ejemplo, sean capaces de establecersoluciones automáticas por defecto sobresistemas constructivos, salvo indicación encontra del usuario; o que hagan recomen-daciones al usuario durante el proceso dediseño.• Que mejorarán las capacidades del soft-ware para ingeniería simultánea.• Relacionado con lo anterior, X3D va a in-cluir la posibilidad de formato binario y, conello, encriptación (y, por tanto, seguridad) ycompresión (y, por tanto, más velocidad).Esta posibilidad, actualmente en fase desa-rrollo (Web3D Consortium, 2005), puedeser un importante punto de apoyo de la in-geniería simultánea.• Un probable uso creciente de técnicas devisualización a través de la Red. Y en estoprobablemente tenga un papel clave el VRML/ X3D. En general, X3D (Web3D Consortium,2005) tiene todos los elementos necesariospara triunfar pero cabe la posibilidad de que,al tener unos objetivos tan altos (formatouniversal para todos los gráficos en 3D yrealidad virtual), si no se trabaja lo suficien-te, X3D fracase por exceso de ambición.• La aparición de herramientas para apoyoen el análisis de valor y de constructibilidad,con objeto de definir soluciones alternati-vas, de análoga funcionalidad y:o mayor rapidez de construccióno mayor sencillez de construccióno mayor seguridad en la construcción o enla explotacióno menor coste de construcción o de opera-ción y mantenimiento.

• Un más que deseable y lógico aumento dela facilidad de uso de las herramientas deCAD / CAE, y en particular en determinadosaspectos, como es la visualización; ello lle-vará a un mayor uso de este tipo de herra-mientas. Es ya una realidad cómo, en otroscampos, cada vez son más las empresas decierto tamaño que apuestan por el cambiohacia software de CAD paramétrico en 3D(como Pro/Engineer o Catia) en detrimentode los hasta ahora más usados y, también,más limitados, como AutoCad o Microsta-tion, a pesar del importante desembolso eco-nómico que conlleva el cambio, tanto en laslicencias como en la formación del perso-nal. El aumento en la productividad puedecompensar ampliamente las inversiones rea-lizadas. Parece lógico que dicha tendenciase generalice (sobre todo con el aumento dela capacidad del soporte físico), y se extien-da al sector de la construcción.• Quizá a más largo plazo, la incorporaciónde herramientas que establezcan relacionesentre todo tipo de factores y circunstanciasde los usuarios de la edificación con las ca-racterísticas de la misma, haciendo reco-mendaciones de diseño. En la arquitecturaresidencial, por ejemplo, cuestiones talescomo la originalidad deseada por el usuarioy sus gustos (modernos o clásicos), su edady sexo, o determinados aspectos de su ca-rácter, influyen o pueden influir sobre el es-tilo de la edificación (clásico, vanguardista),el número de plantas, la posible existenciade diversos niveles en cada planta, el gradode acristalamiento, el tipo de solados, el tipode acabados en paramentos verticales y te-chos, o los colores de los acabados en elinterior y en el exterior, entre otros aspectos.

Para terminar, y como habíamos anticipado,hay que reseñar que del concepto de dibujoasistido por ordenador se ha pasado, en re-lativamente poco tiempo, al de dibujo, dise-ño e ingeniería asistidos por ordenador, yque se tiende a la integración de las diferen-tes aplicaciones informáticas de CAD / CAE.Está claro que continuará la tendencia arri-ba detectada hacia la integración entre elCAD y las aplicaciones de cálculo y dimen-sionamiento estructural y de instalaciones,lo que permitirá una más rápida evaluacióndel diseño de dichos sistemas constructivos.Pero es probable que, a un plazo un pocomás largo, asistamos, de manera progresiva,a la integración total para todas las fases delproyecto, en un concepto que podría deno-minarse Construcción Integrada por Orde-nador (CIO) (Figura 8). Se trata de la integra-ción entre las diferentes fases del proyecto(planificación, diseño, contratación y com-pras, construcción, ...) junto con la integra-ción entre las diferentes disciplinas técnicasdel mismo, todo ello incluyendo automati-zación y la robotización de la construcción,



Figura 8. Esquema general delconcepto de ConstrucciónIntegrada por Ordenador(fuente: del Caño y de la Cruz,1993).

e incluyendo también herramientas que fa-ciliten la colaboración, durante el diseño,de suministradores y contratistas en el con-cepto de ingeniería simultánea. Se trata deun concepto del que se ha empezado a ha-blar desde hace años (del Caño y de la Cruz,1993; Wagter, 1992) y que el tiempo estádemostrando, tal como se aprecia en este

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AGRADECIMIENTOS

Al Departamento de Ingeniería Industrial IIde la Universidad de La Coruña, por suapoyo en este proyecto.

artículo, que es una posible tendencia claraa futuro.




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Diseño, ingeniería, fabricación y ejecución asistidos por ... · El concepto de dibujo y...

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