Instalaciones eléctricas con BIM

Este contenido forma parte de la asignatura «Instalaciones eléctricas y alumbrado en la industria», impartida en el Máster en «Diseño e ingeniería de productos e instalaciones industriales en entornos PLM y BIM» de la Escuela Politécnica Superior de Sevilla.

En algún momento no muy lejano, el proyecto de las instalaciones eléctricas con BIM será una realidad obvia y omnipresente. De hecho la Directiva 2014/24/UE del Parlamento Europeo y del Consejo de 26 de febrero de 2014 sobre contratación pública y también la Ley 9/2017 de contratos del Sector Público ya marcan las bases de que se podrá exigir que los proyectos se realicen en BIM.

En este artículo se presentan unos contenidos básicos para trabajar con aplicaciones BIM concretas en el desarrollo de instalaciones eléctricas.

¿Por qué BIM?

BIM es el acrónimo de Building Information Modelling. No es solo dibujar en 3D. ¿Vieron cómo construían hospitales en China en cuestión de pocos días, para hacer frente a la crisis por la COVID-19?

¿Cómo es posible? Pues la planificación es fundamental. Y para eso, BIM, permite reproducir la obra virtualmente y optimizar absolutamente todo el proceso. De este modo, en el terreno se puede replicar la obra hecha en el ordenador, con módulos prefabricados las plantas de un edificio, incluidas las instalaciones, e interconectar las piezas. En este enlace, pueden ver el proceso general que implicaría construir con BIM.

En este otro enlace pueden ver un vídeo de la construcción de un hotel de 26 plantas en 90 días.

Podría decirse que BIM es una tecnología de modelado para crear un proyecto de Ingeniería o Arquitectura del mismo modo que si tuviera lugar su ejecución física. Por tanto, no solo se dibuja el proyecto, en 3D, sino que más allá de eso, se modela cada elemento y sus interacciones con los demás.

Respecto a las obras proyectadas, presenta una utilidad clara en la construcción, el mantenimiento, las ampliaciones futuras, al análisis de posibles incompatibilidades de elementos e instalaciones, etc. Por tanto, la tecnología BIM implica un cambio en la forma de concebir y ejecutar los proyectos.

Si lo comparamos con otras herramientas y técnicas para el desarrollo de proyectos, quizá se puede entender mejor el alcance del concepto BIM. En la figura siguiente se resumen lo que se denominan los «niveles de madurez» de BIM que no es otra que la evolución en la forma de concebir y ejecutar los diseños.

• El nivel 0 correspondería al uso de herramientas CAD en 2D
• El nivel 1 corresponde a aquel en el que se simultanea el uso CAD 2D y 3D, por partes independientes y sin compartir el uso del modelo.
• El nivel 2 requiere modelos 3D para todas las partes relevantes del proyecto, sin ser necesario estar integrados en un mismo modelo, aunque es deseable. La información se emitirá de acuerdo al “Construction Operations Building Information Exchange”
• El Nivel 3, también conocido como iBIM, es aquel en el que todos los modelos están integrados en un solo modelo BIM, para obtener el máximo provecho de disponer la información unificada.

Estos niveles llegan a trabajar con modelos 3D que se entienden como vistas espaciales de los elementos proyectados. Sin embargo, estos modelos tienen que representar su construcción final y su integración final en el resto de la obra. Por ese motivo, se definen lo que se conoce como «dimensiones de BIM», que va más allá del modelado espacial 3D. En la figura siguiente (elaboración propia) se ilustran estas dimensiones:

• 4D: Control de planificación/organización de la construcción.
• 5D: Control de costes.
• 6D: Sostenibilidad
• 7D: Operación y mantenimiento

Los roles en BIM

La técnica de trabajo BIM se ha desarrollado de manera que los proyectos multidisciplinares sean colaborativos. Por tanto, se suelen definir roles específicos que pueden resultar útiles para facilitar el flujo de información. Algunos ejemplos de estos roles o perfiles profesionales son los siguientes:

• BIM COORDINATOR: Líder del equipo BIM y responsable de todo lo referente al BIM
• BIM MANAGER: Encargado de desarrollar los estándares, gestionar el equipo humano y realizar un mantenimiento de dicha metodología.
• BIM CONSULTANT: Guía a diseñadores, constructores o cualquier otro profesional del sector AEC (Architecture, Engineering, Construction) para hacer efectiva la implementación. Genera estrategias, planes de acción.
• BIM ANALYST: Realiza simulaciones y análisis del modelo BIM.
• BIM MODELER: Modelador. Su misión es construir los modelos para los elementos de obra. Normalmente, los propios fabricantes son los principales agentes modeladores.
• MODELING SPECIALIST: Guía a los modeladores poco experimentados.
• BIM Facilitator: Asiste a otros profesionales en cuanto a la extracción de la información del modelo. Por ejemplo, para Facility Managers.

¿Qué software se usa para instalaciones eléctricas con BIM?

En principio, el trabajo en BIM para hacer proyectos de instalaciones eléctricas se podría hacer con diversas aplicaciones: ArchiCAD, DDScad, Revit + CanecoBT, etc.

En la Escuela Politécnica Superior se enseña el uso de Revit porque se ha popularizado mucho en el entorno arquitectónico. Por ese motivo, muchos modelos de edificios ya se suministran a los equipos encargados del proyecto de las instalaciones como proyectos de Revit.

Sin embargo, aunque se puede completar el diseño de la instalación eléctrica directamente en Revit, este software por el momento no incluye un cálculo como tal con la profundidad y precisión que lo hacen otros programas. Existen soluciones mixtas basadas en Revit como sería el uso de CanecoBT en combinación con el anterior.

Una de las ventajas enormes que ofrece el trabajo en entornos BIM es que no es necesario progresar en un proyecto, utilizando el mismo software de partida. Por ejemplo, si un estudio de arquitectura ha diseñado un edificio utilizando Revit y, posteriormente, el equipo de ingeniería se encarga de integrar las instalaciones en el edificio, existe un flujo de trabajo estandarizado e internacionalmente reconocido. No se trata de ningún apaño para salir del paso.

Este flujo de trabajo consistiría en generar lo que se denomina el fichero IFC del proyecto. Este fichero es una base de datos que contiene el modelo completo sobre el que se trabajará, independientemente del software con el que se ha creado. Siguiendo con el ejemplo anterior, el estudio de arquitectura le entregaría el IFC del edificio a la ingeniería. Esta ingeniería podría utilizar cualquier software compatible con el estándar IFC para trabajar sobre el mismo y proyectar las instalaciones. Una vez terminado el trabajo de la ingeniería (o paralelamente al desarrollo de la arquitectura), se generaría el correspondiente modelo de intercambio IFC para el estudio de arquitectura o para otro agente del proyecto, de manera que siempre se tendrían los componentes del proyecto completamente integrados entre sí, independientemente de los equipos que trabajen en el mismo.

A continuación se explica con algo más de detalle este proceso y, sobretodo, se explica porqué en la Escuela Politécnica Superior hemos optado por trabajar con DDScad de Graphisoft para desarrollar las instalaciones eléctricas con BIM.

buildingSMART y OpenBIM

La asociación buildingSMART Spanish Chapter trabaja para la promoción del BIM a través de estándares abiertos. Para ello, desde 2013 llevan la iniciativa de estandarización denominada uBIM cuyo objetivo inicial era el desarrollo de una guía en español para usuarios BIM.

Esta guía es una adaptación del COBIM finlandés (Common BIM Requierements 2012) elaborado por el Building Smart Finland en el año 2012, el cual ha sido adaptado a la casuística de España, atendiendo a las normativas y estándares vigentes, mediante un equipo redactor multidisciplinar integrado por unos 80 expertos para los capítulos tratados.

La metodología OpenBIM está basada en el uso de Normas abiertas como el IFC (Industry Foundation Classes). Esta Norma proviene de la ISO 16739: Industry Foundation Classes (IFC) for data sharing in the construction and facility management industries. Se trata de una Norma para modelar datos, desarrollada por esta asociación BuildingSMART, cuyas especificaciones se pueden consultar aquí. Cualquier software que pretenda mantener la compatibilidad para el intercambio de información con otras aplicaciones, necesita ser capaz de importar y exportar archivos estructurados con esta Norma. Generalmente este tipo de archivos se designan con la extensión .ifc.

Los modelos IFC

Cuando se trabaja con un software BIM, pero con el marco OpenBIM, uno de los objetivos que permiten optimizar el trabajo, es la colaboración de equipos multidisciplinares y el uso de diferentes herramientas especializadas. En el ejemplo descrito antes donde se toma como base un plano de arquitectura, realizado por los especialistas en esa área, se puede necesitar proyectar las instalaciones. Estas últimas se diseñan normalmente con herramientas y expertos diferentes. Pero se necesitan los datos del modelo de arquitectura para que el modelo global resultante realmente integre todas las áreas del proyecto.

Cuando un software BIM tiene la posibilidad de exportar el modelo que se ha realizado, normalizado según IFC, se denomina “liberar el modelo en formato IFC”. Eso da lugar a un archivo que, generalmente, tiene la extensión .ifc y que se puede importar en el resto de aplicaciones con las que continuar el proyecto.

En algunos casos, los grupos de trabajo o las administraciones pueden establecer requisitos concretos sobre el contenido mínimo que deben incluir los modelos IFC. También pueden requerir en algunos casos los ficheros de formato nativo, que es donde se encuentra todo el trabajo y configuraciones realizadas en la construcción del modelo. Los métodos de distribución podrán acordarse para cada proyecto.

El modelo de inventario (estado actual) es la excepción a este requisito. En proyectos de reforma o rehabilitación, el modelo de estado actual debe ser usado como base del modelo BIM arquitectónico. Sin embargo, este modelo de estado actual tiene que ser archivado de forma separada para ser usado en comprobaciones de documentación histórica.

Requisitos mínimos del software para interoperabilidad

En proyectos de promoción pública, puede usarse cualquier software que tenga una certificación mínima de IFC 2×3. Esto significa que el software puede exportar el modelo en el formato indicado. Dicha certificación busca no solo normalizar los datos concretos de los modelos IFC, sino también coordinar correctamente las tareas de ingeniería durante las fases de diseño.

Plataforma GTDS y certificación IFC 2×3 CV2.0

Orginalmente se desarrolló una normalización para los archivos de intercambio de información basada en una definición de vista de modelo (Coordination View 2.0). El objetivo era dar soporte a los requisitos de exportación para la coordinación de modelos BIM entre las áreas de trabajo diferentes para una obra. Estas áreas de trabajo se resumen en las siguientes:

• Architectural BIM
• Structural BIM
• Mechanical BIM. Las instalaciones se trabajan dentro del área Mechanical BIM y se denominan MEP (mechanical, electrical, plumbing).

La coordinación entre estas áreas de trabajo es lo que se denomina Coordination View y la última versión desarrollada es la 2.0. Abreviadamente, la certificación se denomina IFC 2×3 CV V2.0.

Un software que tenga esta certificación, garantiza la interoperabilidad del mismo. Es decir, que puede utilizarse el trabajo realizado con ese software para continuar otra fase en otro software diferente y viceversa.

Plataforma b-Cert y certificación IFC 4

Como extensión a la certificación anterior, se desarrolló una normalización orientada a que la vista de modelo sea específica a su propósito y no mezclar requisitos. En este enlace de b-Cert se explica en detalle la diferencia entre ambas certificaciones.

Este tipo de estándar continúa desarrollándose para atender a las demandas de los sectores constructivos. Por ese motivo, la certificación IFC 4.3 (y la 4.4 ya está en marcha) se ha planteado para extender las áreas de trabajo de IFC 2×3 hacia construcciones de carreteras, ferrocarriles, canales, puertos y puentes.

Toda la base de datos de especificaciones actualizada puede consultarse en este enlace de buildingSMART.

¿Cómo sé si un software me sirve?

La asociación BuildingSMART clasifica el software del mercado dedicado a las distintas áreas de trabajo, en función de su especialización: arquitectura, estructura e instalaciones (denominadas MEP, acrónimo de Mechanical, Electrical, Plumbing). En este enlace se puede consultar toda la clasificación y es una referencia muy útil para poder decidir.

Algunas herramientas con certificación CV2.0-MEP, específicas para instalaciones, son las siguientes (fuente: buildingSmart):

• Autodesk Revit MEP
• AVEVA E3D Design
• C.A.T.S.
• CADMATIC Electrical and HVAC
• DDS-CAD MEP
• Edificius MEP
• MagiCad
• Mc4Suite
• Plancal nova
• TRICAD MS

Existen otros paquetes de software, en algunos casos extensiones, que aunque no cumplen con la certificación indicada, algunas empresas deciden emplearlos por el motivo que les convenga: CanecoBT para Revit, Edificius Solarius PV para instalaciones fotovoltaicas, Cypecad MEP, etc.

Además del software para hacer las instalaciones (o bien el diseño arquitectónico, o bien la estructura), hay que tener en cuenta ciertas utilidades que facilitan muchísimo el trabajo de intercambio de información. Se trata de los visores IFC. Son útiles, porque a veces resulta necesario investigar el archivo IFC sobre el que vamos a trabajar, para valorar si incluye los elementos mínimos necesarios para hacer nuestro desarrollo. Algunos de los visores más completos y comunes son:

• BIM Tekla
• BIM vision

Tratemos de responder ahora a la pregunta del epígrafe. Para eso vamos a centrar la descripción en el software específico para el trabajo de instalaciones eléctricas en BIM. Como hemos visto en la lista anterior, tenemos diversas alternativas que cumplen los requisitos de la certificación IFC 2×3 CV v2.0. Sin embargo, a la hora de decidir cuál emplear hay que analizar ese grado de cumplimiento un poco más en profundidad.

En los enlaces siguientes se resumen los aspectos evaluados y el grado de cumplimiento para poder comparar por ejemplo entre Autodesk REVIT MEP frente a DDS-CAD MEP.

Cada empresa o grupo de trabajo tendrá unas escalas de valor concretas y podrán decidir objetivamente qué software elegir según esa escala. En nuestro caso (Dpto. de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Sevilla), hemos optado por una mayor interoperabilidad y una mayor funcionalidad en el proceso de cálculo de las instalaciones eléctricas. Por ese motivo trabajamos con DDScad. Además, también nos permite trabajar de forma bidireccional con otro software de ingeniería como Dialux, ETS3, ETS4, Elvis para KNX, etc.

Requisitos generales del modelo eléctrico en BIM

El diseño global de un proyecto debe cumplir una serie de objetivos en distintas disciplinas. Los “requisitos del BIM” son esos objetivos. Hay que definirlos para que todo el equipo de trabajo conozca las directrices generales, ya sean detallados por espacios, o resumidos de forma global para el proyecto. Como ejemplo, una tabla de requisitos del BIM podría contener la siguiente información:

• La superficie útil exigida para cada habitación o espacio y, si fuera necesario, los requisitos de forma y tamaño.
• Usos y usuarios de la habitación o espacio, y su conexión con otras habitaciones o espacios.
• Las necesidades de acondicionamiento, aislamiento acústico, iluminación, cargas, durabilidad, seguridad y calidad.
• Los requisitos para sistemas de climatización y ventilación, máquinas y equipos, espacios para mantenimiento y sus estructuras auxiliares.

En general, todos los elementos que presentan una entidad importante y que pueden interactuar o interferir con otras instalaciones, deben modelarse en 3D con sus características realistas. Por ejemplo, no suele necesitarse el modelo de las fijaciones de canales o tubos protectores, ya que no suelen interferir con otros elementos. Sin embargo, de ser necesario por valorar afectaciones estructurales o estéticas, obviamente tendrían que ser modelados. Algo similar pasa con los interruptores, pulsadores, etc.

Cuando se trata de hacer las instalaciones eléctricas con BIM, los grandes bloques de elementos que se suelen modelan en BIM son los siguientes:

• Distribución de electricidad: centros de transformación, plantas de intercambio y conmutación, embarrados, etc.
• Centralización de cuadros eléctricos.
• Tubos, conducciones o canalizaciones.
• Accesorios de iluminación.
• Accesorios de montaje.
• Sistemas de seguridad y vigilancia.
• Otros sistemas: detectores, control de accesos, domótica, automatización.

En los modelos, se suele dar la recomendación de que la base de coordenadas se ubique en una zona positiva del primer cuadrante XY (cuadrante Norte-Este), y que el origen de coordenadas se ubique cerca del área de dibujo.

Debe modelarse cada edificio de un mismo proyecto con el mismo sistema de coordenadas. En todo caso, el sistema de coordenadas empleado, debe consensuarse al inicio del proyecto y quedar completamente documentado.

BEP: BIM execution plan

El BEP (BIM execution plan) es el documento que define de forma global los detalles del uso de la metodología BIM a través de todo el proyecto, definiendo el alcance de la implementación, los procesos y tareas BIM, intercambios de información, infraestructura necesaria, roles y responsabilidades, etc.

El modelo eléctrico

En la realización de un proyecto de instalación eléctrica de baja tensión y de alumbrado deben cumplirse una serie de requisitos mínimos de seguridad y de condicionantes de diseño que vienen impuesto por Normas o por Legislación obligatoria. Estos condicionantes deben tenerse en cuenta en todo el modelado de las instalaciones en BIM, y por la complejidad de toda esa información, suele ser imprescindible contar en el equipo con profesionales especializados en las instalaciones eléctricas y de alumbrado.

En España, tenemos el Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión y una serie de Leyes de distintos rangos que se actualizan con frecuencia. En otros países, las principales normativas para que sean atendidas en las instalaciones eléctricas de baja tensión son:

• BS 7671 UK wiring regulations
• IEC 60364 IEC international standard
• Canadian Electrical Code (CEC)
• US National Electrical Code (NEC)

En algunos artículos de esta web hemos descrito muchos de los elementos de las instalaciones eléctricas, como ocurre con el caso de los cables o protecciones.

Máster BIM. Ficheros de trabajo.

En este enlace, se pueden descargar el modelo IFC del edificio para trabajar en el Máster sobre instalaciones eléctricas con DDS-CAD. El autor de este modelo IFC es el arquitecto D. Carlos Grosso de La-Herrán.

Se trata del modelo arquitectónico que nos puede servir de base para diseñar la instalación eléctrica correspondiente. Por tanto, lo podemos usar importado como «master» en la disciplina «building» de DDS-CAD.

Para saber más

Los profesores del Máster BIM con DDS-CAD de la Escuela Politécnica Superior, han elaborado un manual para describir el uso básico del programa para hacer instalaciones eléctricas de baja tensión.

El libro «Instalaciones eléctricas en entorno BIM. Uso de DDS-CAD.», está disponible online. En él se explican las nociones básicas de trabajo con BIM y se desarrolla un ejemplo de instalación eléctrica con DDS-CAD.