21.10.11

ANÁLISIS DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DE EDIFICIOS (II)

8. SISTEMAS DE ANÁLISIS Y LEVANTAMIENTO DE EDIFICIOS EXISTENTES.
Metodología
En cuanto a la metodología a utilizar en el proceso de rehabilitación, podríamos establecer una clara distinción entre los sistemas de análisis y levantamiento tradicionales y los actuales.
Frente a la utilización de métodos externos de control, o en su defecto sistemas más traumáticos, que implicaban un daño al edificio (sobre todo a su envolvente), se comienzan a utilizar, sobre todo en edificios de gran valor histórico, métodos de medición y análisis que permiten atravesar la corteza externa y evaluar su fábrica y componentes constructivos.
El proceso habitual de reconocimiento y obtención de datos consiste pues, en dos partes: obtener una imagen lo más precisa posible de la configuración física de la construcción, (envolvente, muros, cubiertas...) y obtenida esta, analizar de manera individual los aspectos más relevantes que interesan al proceso de reparación o rehabilitación; composición del subsuelo, composición de muros, aislamientos...obteniendo una serie de datos mediante un sistema mico de hardware y software (en cada evaluación), que se utilizaran mas tarde en el proceso de proyecto.
Es pues, un recorrido laborioso y complejo, aunque del se obtengan resultados muy precisos, dada la avanzada tecnología utilizada.
Para aclarar un poco este panorama complejo, vamos a describir someramente algunas de las principales tecnologías utilizadas en el levantamiento y análisis:
Sistemas de levantamiento digital:
- Modelado Geométrico por imágenes digitales:
Basado en la fotogrametría, permiten obtener levantamientos 2D y 3D a partir de fotografías digitales rectificadas y tratadas. El resultado es de una gran precisión, aunque la introducción de datos es laboriosa. (Asrix, Photomodeler). Su principal desventaja es la lectura de la envolvente de cubiertas, aunque se están utilizando métodos de apoyo que permiten ubicar cámaras remotas en altura para la obtención de imágenes (Microdrone gmbh).

-Scanner Láser:
Basado en tecnología de barrido láser en 3D con georeferencias que también permiten la generación de imágenes 2D y 3D de una enorme precisión. En este caso, la captura y transformación de datos es mucho más rápida aun que en el caso anterior.

Sistemas de Análisis:
-GPR o Georadar (Ground Penetrating Radar).
Apoyándose en tecnología geofísica no destructiva basada en el radar que permite la obtención de datos relativos al subsuelo, rocas, detección de aguas, instalaciones, análisis de cimentación y muros. Pertenece al grupo de métodos electromagnéticos. Se transmiten impulsos muy cortos en frecuencias comprendidas entre 10MHz y 2 GHz, y se mide la respuesta del terreno a estos impulsos en forma de imagen bidimensional. Al ser frecuencias muy altas la penetración es muy baja (aunque esta penetración depende de los materiales de las primeras capas del terreno, pudiendo llegar hasta los primeros 15 metros de profundidad en condiciones óptimas) y la resolución muy alta.

-Tomografías eléctricas:
Análisis de estructuras basados en métodos electro físicos. El método eléctrico es una de las técnicas más antiguas y ha ido variando en función de las capacidades de los equipos de obtención y procesado de datos. Entre los más habitualmente utilizados cabe citar los dispositivos polo-dipolo, polo-polo, dipolo-dipolo, Schlumberger, Wenner, etc.
Combinando adecuadamente resolución lateral y profundidad de investigación, la Tomografía Eléctrica es, sin duda, una de las herramientas de carácter no destructivo más eficaz para el estudio y caracterización de posibles discontinuidades del subsuelo en el rango desde algunos metros hasta centenares de metros de profundidad.
-Video endoscopia:
Introducción de micro cámaras para el análisis murario. Permite el conocimiento de la estructura del muro, localización de posibles cavidades y composición de el mismo, sin destruir le envolvente.

-Termografías:
Análisis no destructivos a partir de maquinas fotográficas basadas en la captación de la energía calorífica cuantificando la radiación infrarroja. Detectan fugas, humedades, heterogeneidad de material, oquedades en muros, falta de aislamiento…Las posibilidades de esta tecnología para el sector de la edificación son muy importantes, nos permitirá analizar las condiciones de aislamiento de un edificio, localizar y evaluar puentes térmicos, humedades internas e infiltraciones de aire, calcular la transmisión térmica de un paramento e incluso analizar los sistemas de climatización.

-Higrómetros:
Permiten la detección de los distintos niveles de humedad en el interior de la edificación.

-Resonancia magnética nuclear unidireccional:
Permite medir y obtener imágenes de partículas subatómicas. Utilizado esencialmente para medir la degradación de los materiales porosos y humedad en muros sin llegar a perforarlos.


Cada uno de estos métodos, con su Hardware y software propios, produce una documentación y unos datos que suponen, si se utilizan en conjunto, una labor compleja y especializada, que se traduce en horas de trabajo. Sin embargo, la gran precisión de los datos los hace preferibles a los análisis tradicionales, porque nos van a proporcionar mucha mayor seguridad a la hora de definir las soluciones correctas y por tanto supondrán un ahorro económico en el proceso de ejecución.
Este coste en tiempo de elaboración, fácilmente asumible cuando el edificio es de una importancia histórica excepcional, no es viable si vamos reduciendo este valor y aumentando el número de los edificios a tratar y queremos aplicar estos sistemas complejos al campo de la vivienda moderna y contemporánea. Como hemos visto, gran parte del parque de edificios a rehabilitar en la UE, (aproximadamente un 75%, según el país) en función de la renovación de su ciclo de vida, son viviendas que superan los 30 años de antigüedad.
Es decir, en un futuro inmediato, la realidad que hemos descrito en la introducción se va a transformar en la necesidad de actuar de una manera rápida, eficaz y barata sobre un inmenso conjunto de edificios, a fin de optimizar sus condiciones de habitabilidad y reducir su coste energético.
Hay que tener en cuenta que en su mayor parte, los edificios construidos antes de la década de 1980 no tienen aislamiento térmico o, si lo tienen, este es muy deficiente.
En algunos casos podremos utilizar partes del edificio o la totalidad, alterar su envolvente o no, o cambiar radicalmente su configuración.
Si quisiéramos aplicar estos sistemas avanzados de levantamiento y análisis a estos edificios, tendríamos otra desventaja evidente: los modelos obtenidos para cada análisis son básicos e independientes. Debemos pues, realizar análisis, para cada aspecto a tratar; aislamiento, estructura, saneamiento, cimentación, soleamiento...los modelos obtenidos no son interrelacionables, haciendo que el diagnostico de rehabilitación, por parte de el proyectista, sea complejo y poco fiable. Por lo tanto, no podemos evaluar propuestas integradas para la rehabilitación.

9. ENTORNOS INTEGRADOS BIM
Los entornos Integrados o “Building Information Model” (BIM), se basan en un modelo de representación abierto que coordina y asocia a sistemas de representación geométrica (2D, 3D y visual) y descriptivos (propiedades físicas, funcionales, coste y tiempo de ejecución) de edificio. Desde un punto de vista técnico es una base de datos (BB.DD.) integrada que puede almacenar la información gráfica y descriptiva del edificio.
Generalmente los programas no cuentan con una sola base de datos, sino de múltiples bases de datos especializadas enlazadas a través de una base central, el objetivo es aligerar la representación y la velocidad de lectura de los datos según las necesidades del proyecto.

Concepto de mantenimiento y actualización automática de la documentación del proyecto en un sistema BIM.
El usuario del sistema BIM representa objetos arquitectónicos o componentes estructurales del edificio, cada objeto representa un registro de una base de datos, cuyos campos son la descripción geométrica (2D y 3D), la representación visual (texturas y colores), la descripción física (resistencia, propiedades térmicas, etc.…) Coste (precio de unidad) y Tiempo de ejecución.
El equipo encargado del desarrollo del proyecto dispone de varias herramientas gráficas y no gráficas para introducir en la Base de Datos BIM la información necesaria. Puede usar un sistema de representación gráfica para introducir los datos geométricos y visuales (aplicación de Computer Aided Geometric Modeling), o un sistema de representación alfanumérica para introducir los datos descriptivos (hojas de cálculo o ventanas de opciones múltiples).
Las aplicaciones de Modelado Geométrico están dotadas de modeladores especializados que permiten a los usuarios construir representaciones avanzadas de componentes del edificio (tabiques, ventanas, puertas, etc.) y elementos constructivos (escaleras, cubiertas, estructuras, etc.), cualquier objeto creado por el sistema es de geometría paramétrica que se puede modificar según las especificaciones del proyecto. Estos elementos se pueden almacenar en una base de datos auxiliar para su posterior uso en otros proyectos.
Generalmente los componentes están diseñados según unas tipologías específicas, de frecuente uso en la arquitectura del país. La capacidad de generar nuevas formas para proyectos singulares es limitada, en la mayoría de los casos requiere una adaptación o personalización, con la ayuda de un lenguaje de programación auxiliar o la intervención directa del fabricante.
Los entornos BIM están equipados con un sofisticado sistema de gestión de documentación del proyecto. Su función es coordinar la información gráfica o alfanumérica que se puede extraer de la Base de Datos Integrada. Cuenta con varios subsistemas para generar documentos gráficos (planos a cualquier escala), imágenes y gráficos representativos (infografías y gráficos) e informes (listados, tablas y memorias descriptivas). Los sistemas cuentan con herramientas y mecanismos para programar las características de las plantillas de documentos. Las plantillas representan al diseño normalizado a partir del cual se generan automáticamente toda la documentación actualizada al día que puede producir el programa. Los diseños de las plantillas están configurados según las normas tecnológicas de cada país o sus códigos técnicos de la edificación. Los gestores de la documentación garantizan la puesta al día y la coordinación de la información reflejada en ellos.

Los entornos BIM generalmente poseen una arquitectura modular, que permite enlazar a diferentes aplicaciones de cálculo y análisis de datos. Estas aplicaciones, tienen la capacidad de leer las bases de datos y extraer la información que requieren para cada caso. La ventaja de las Bases de Datos BIM, es que permiten el acceso a toda la información geométrica o alfanumérica almacenada en ellas, de esta forma cada aplicación puede obtener los datos que necesita sin necesidad de duplicar la captura o entrada de datos. Otra de las ventajas es que el sistema puede generar múltiples representaciones de la información técnica que contiene el proyecto, algunas llamativas e ilustran propiedades del diseño difíciles de percibir de forma abstracta (tablas, informes o listados alfanuméricos).
Generalmente, los entornos BIM cuentan con entornos de simulación y visualización de la geometría del edificio. Estas visualizaciones pueden ser de diferentes tipos: imágenes estáticas o infografías de diferente calidad, animaciones por fotogramas, sistemas de animación en tiempo real y simuladores de sistemas físicos (estructuras, iluminación, etc.) y mecanismos dentro del edificio. Estas aplicaciones se basan en plantillas de diseño, que almacenan los datos de configuración en plantiíllas especiales. Las plantillas de diseño permiten actualizar las imágenes del proyecto, en cada momento. Parte de la información visual se archiva en la Base de Datos BIM y otra en bases de datos auxiliares del programa de infografía.
- Integración de la Información de levantamientos en Entornos BIM
Los entornos BIM pueden jugar un importante papel en el análisis, diagnóstico y propuesta de soluciones de tratamiento de los edificios con problemas de eficiencia energética. Lo que exponemos a continuación no está desarrollado, las aplicaciones existentes son totalmente independientes y producen información sesgada, no obstante, las necesidades del mercado ayudarán a generar respuestas innovadoras al problema existente.
- Captura de Datos
Los entornos BIM poseen una arquitectura abierta como bases de datos relacionales, las empresas que desarrollan dispositivos de captura de datos podrán desarrollar programas que ayudarían a transferir los datos capturados a los diferentes formatos de datos de los programas. En el apartado de captura con escáner Láser, podemos observar el proceso de interpretación de la información en una aplicación de dibujo asistido por ordenador (Autocad). La tecnología de interpretación de los datos puede ser transferida a otra aplicación de modelado, sólo es necesario adaptarla al interfaz del nuevo entorno. Lo importante es la flexibilidad del modelo tridimensional capturado, en algunas situaciones será necesario remodelar algunos componentes del edificio para elaborar los estudios posteriores de diagnóstico y propuesta de soluciones. El punto crítico es convertir los objetos capturados del exterior, en objetos paramétricos con capacidad de integrar datos descriptivos y geométricos adicionales. Este proceso es complejo y difícil de resolver de forma automática, con los programas y tecnologías de software actuales.
Lo ideal sería que toda la información capturada con los diferentes dispositivos, se volcasen en los registros correspondientes de las bases de datos del edificio, por ejemplo, la información de eficiencia térmica en los elementos de cerramiento y posiblemente en un apartado especial de habitáculos, para la información de los espacios interiores. Lo cierto es que la captura de datos es una tarea crítica, y el obstáculo por resolver.
El principal obstáculo para la construcción de un modelo BIM integrado es, la elección o el desarrollo de un modelo normalizado para la representación digital de la información del edificio. Este modelo tendría suficiente flexibilidad para poder incorporar toda la información en sus registros.
Cada fabricante de dispositivos de captura de datos sólo tendrá que desarrollar un módulo auxiliar para transferir sus datos, desde el programa de volcado de datos al entorno BIM. El usuario tendría que aplicar algunos ajustes, que requieren un tiempo inferior al necesario para reconstruir modelos de datos para aplicaciones autónomas.

El uso de módulos autónomos compatibles, reduciría el tiempo de desarrollo e implementación al mínimo. La formación en el uso no tendría que ser complicada para un usuario medio.
- Análisis e Interpretación de datos
La interpretación de los datos de eficiencia energética de los edificios en los entornos BIM, necesitarán deferentes aplicaciones de software, que los usuarios integrarían en forma de módulos generales y plugins para fines específicos. Esta arquitectura será necesaria por la heterogeneidad del parque de edificios a analizar y tratar.
Lo importante es la aplicación matriz que gestionará todos los procesos de análisis integrado y gestionará los diagnósticos obtenidos representando los datos resultantes en los diferentes formatos gráficos y alfanuméricos necesarios para redactar informes y entender el problema en su conjunto.
La arquitectura modular de la aplicación y los componentes, permitirá mantener el sistema de forma rápida y precisa. La corrección de errores o adaptación de los programas a cualquier modificación en los códigos de la edificación. Esta modularidad permitirá a los fabricantes de sistemas energéticos (calefacción, energía solar, energía geotérmica, etc.) o soluciones constructivas para rehabilitar edificios (sistemas de aislamiento térmico, fachadas ventiladas, etc.) añadir módulos y bases de datos de componentes y soluciones que pueden ayudar al usuario a desarrollar propuestas y ensayar múltiples soluciones, controlando a la vez los parámetros de eficiencia deseada, coste de obra y tiempo de ejecución.

- Representación de datos
Las aplicaciones verticales de análisis de la eficiencia energética de los edificios basados en entornos BIM, podrían generar automáticamente todo tipo de informes técnicos y documentación gráfica de los proyectos. Su ventaja está en comunicar los diagnósticos y las propuestas en diferentes formatos gráficos, infografías y simulaciones en tiempo real de interpretaciones de datos.
La ventaja de los sistemas de representación integrados con entornos BIM es su capacidad para ilustrar de forma creativa una información árida y difícil de interpretar (listados alfanuméricos, gráficos estadísticos, etc.). Estas representaciones son difíciles de realizar de forma manual o con las técnicas de ilustración convencional.

Victor Garcia Barba