¿Sabías que nos pasamos el 90% de nuestro tiempo dentro de un edificio? Ya sea en casa, en el gimnasio, la oficina, el restaurante donde nos gusta cenar, los centros comerciales, el cine o el teatro… Los edificios son como ‘la piel’ que nos une (o nos separa) de nuestro entorno. Hechos a nuestra medida o construidos en serie, si observamos una vivienda casi podemos adivinar cuándo fue diseñada. La arquitectura es también un reflejo de los hábitos y costumbres sociales.

Y en el siglo XXI la construcción, como industria y como sector, se ha convertido en uno de los elementos clave del acuerdo social contra el cambio climático. Los edificios serán cada vez más saludables e inteligentes y buscarán adaptarse a las necesidades de quienes los ocupan. Nodos de un gran ‘organismo’ como es la smart city, capaces de comunicarse entre ellos y de optimizar la energía que consumen (hasta el 40% del consumo energético final en la Unión Europea corresponde a los edificios).

Mucho más que simples edificios: serán sistemas sensibles, centrados en el usuario, con naturaleza sostenible e inteligente. Es el futuro que nos anticipa José Manuel Olaizola, responsable de la plataforma de digitalización en la construcción de Tecnalia. Ingeniero informático de formación e investigador casi por obsesión, Olaizola comenta a D+I que ya podemos hablar de “edificios cognitivos, capaces de ‘pensar’ para adaptar las condiciones del entorno a las necesidades de la persona.”

El gran laboratorio tecnológico de la construcción

La eficiencia energética, la automatización de procesos, la reducción de residuos o la ‘conquista’ de nuevos materiales ‘eco’ son las principales líneas de actuación de la construcción 4.0. Y para testar y desarrollar nuevos productos, nuevas tecnologías y nuevas soluciones Tecnalia ha puesto en marcha Kubik, el primer edificio europeo con gemelo digital.

“Es un edificio que nace como un espacio de experimentación tanto físico como virtual, en el que los fabricantes pueden comprobar las características de su solución, de su producto, en un entorno real antes de comercializarlo”, nos cuenta Olaizola, “un laboratorio para experimentar nuevas tecnologías donde se simulan diferentes escenarios y se testan soluciones de todo tipo.”

Ubicado en el Parque Científico y Tecnológico de Bizkaia, Kubik es un edificio de tres plantas totalmente modular, compuesto de celdas “que se adaptan con flexibilidad para que las empresas puedan probar alli sus productos”. Mas de 3.000 sensores recogen la información de cuanto pasa en el edificio “para trasmitirla en tiempo real a su gemelo digital y comprobar así el comportamiento del producto.”

“Un gemelo digital es la representación virtual de un activo”, nos recuerda el investigador de Tecnalia “en este caso conseguimos la representación virtual de lo que llamamos un ‘entorno construido. ¿Para qué? Pues para automatizar muchas de sus actuaciones, para poder operarlo en remoto y para poder simular desde intervenciones de rehabilitación hasta de mantenimiento”. Un campo de pruebas donde poder aplicar técnicas de ciberseguridad, simulación de comportamiento energético, gestión autónoma del edificio, mantenimiento predictivo, blockchain, IoT, IA y big data.

Con su gemelo digital, Kubik actúa como un edificio inteligente. “En este primer año de vida hemos podido comprobar que se llega a ahorrar hasta un 40% de energia y se puede reducir en un 20% el gasto en mantenimiento”, comenta a D+I José Manuel Olaizola. El gemelo digital permite una sincronización absoluta entre el mundo físico y virtual del edifico en tiempo real. Las empresas pueden testar sus productos de manera remota, desde sus oficinas, aunque estén a cientos de kilómetros.

Empresas de toda Europa prueban en Kubik sus desarrollos. Desde nuevos materiales de aislamiento acústico, aprovechamiento de residuos industriales como nuevos materiales para la construcción, incluso mobiliario o electrodomésticos ‘inteligentes’. Pero la principal vía de investigación está relacionada con la energía. “Los principales gastos en un edificio derivan de la calefacción o refrigeración, la iluminación y el agua caliente” explica Olaizola.

En estos momentos una de las investigaciones en curso “es la de unos vidrios traslúcidos que son capaces de generar electricidad con los rayos del sol”, o la propuesta de crear unas bóvedas en el tejado “que permitan capturar los rayos del sol y trasmitirlos mediante fibra óptica a las luminarias del edificio”. O las fachadas que integran los sistemas de ventilación o clima. “Ya no tendré la caldera dentro de mi casa, sino que estará integrada en la fachada. Con un captador solar, térmico, se podrá generar, agua caliente gracias a una serie de tubos integrados en la fachada que captan el calor y lo trasmiten al resto del edificio”

Los ‘digital twin’ que construyen ciudades inteligentes

La industria de la construcción está sumándose a la transformación digital, adoptando tecnologías propias de la industria 4.0. La robotización, la impresión 3D, nuevos materiales más sostenibles… Los inquilinos buscamos edificios ‘más verdes’, la legislación exige cada día un mayor control sobre las emisiones y las empresas buscan optimizar sus recursos. Tres factores clave para que la tecnología irrumpa con fuerza en este sector tradicionalmente reacio a los cambios.

“De la misma manera que el BIM (building information modeling) ha terminado por imponerse, la tecnología del gemelo digital se adoptará en el sector de una manera natural”, nos cuenta el responsable de digitalización en la construcción de Tecnalia. “Es impensable que una compañía aérea se plantee construir un edificio que no tenga su ‘digital twin’: el gemelo digital ha venido para quedarse y mejorar los procesos”.

Los gemelos digitales permiten que los edificios se conviertan en “nodos de una estructura superior que es la smart city”. Una gran red de edificios hiperconectados que puedan comunicarse entre ellos “de tal manera que si uno genera exceso de energía pueda trasvasarla a otro. Por ejemplo, para compartir mejor el suministro de redes de hidrógeno que muy pronto empezarán a aparecer en las ciudades”

Lantegi 4.0: el proyecto para extender el gemelo digital industrial

En el sector industrial el gemelo digital es un ‘viejo conocido’. Su empleo se ha extendido en la digitalización de procesos productivos. Es habitual que las máquinas tengan su gemelo digital, pero es más complicado conseguir que el ‘entorno constructivo’ de una industria, el edificio donde se aloja la fábrica y los almacenes, tenga su gemelo digital.

En una iniciativa impulsada por el gobierno vasco, se ha puesto en marcha la plataforma Lantegi 4.0 en la que participan Tecnalia, la Universidad del País Vasco UPV/EHU y la empresa Virtualware. Lantegi (que significa industria en euskera), pretende facilitar a las empresas la implantación del gemelo digital en sus edificios “de una manera automática y sin grandes costes”

Para ello, en Kubik se está estudiando la implementación de robots y drones con visión artificial que sean capaces de escanear con precisión cualquier rincón de un edificio para trasladar la información a un software que genere el gemelo digital. “Ya existen coches que disponen de cámaras con visión artificial que pueden distinguir las señales de tráfico. Queremos trasladar esa tecnologia al entorno industrial para conseguir diseñar de manera automática el gemelo digital” nos cuenta Jose Manuel Olaizola.

En el proyecto emplean robots y drones dotados con visión artificial, escáner lidar o gafas de realidad aumentada. “Los robots o los drones se desplazan por el edificio para escanear todos los componentes con los que generar una réplica digital. Así se puede reconocer cada punto, cada elemento con los que generar ese modelo digital”, explica el investigador de Tecnalia.

“Es un proceso que hasta ahora era pura ciencia ficción. En este momento el proyecto se encuentra en las primeras fases de investigación. El próximo año queremos hacer ya las pruebas piloto en industrias y esperamos que en cinco años podamos tener el producto en el mercado” concluye.

Lantegi 4.0 se ha diseñado como la primera pieza de una apuesta ambiciosa: avanzar y comenzar el camino que llevará a la automatización integral en la generación del modelo real de fábrica, donde los gemelos funcionales de maquinaria y procesos puedan integrarse.