Transformación digital en las obras de carretera

En los últimos años, la industria de la construcción y el mantenimiento de infraestructuras se ha visto obligada a adaptarse a una nueva realidad que ha revolucionado el sector con el objetivo de dar respuesta a un mundo cada vez más exigente.

La captura masiva de datos mediante drones y tecnología LiDAR en sus versiones aérea o terrestre, o el uso de realidad aumentada y la monitorización de las flotas de maquinaria para mejorar su rendimiento, son nuevas herramientas que nos brindan ventajas en el aumento de la productividad durante la construcción. Sin embargo, esto se limita aquí, pues las fases de licitación, diseño y mantenimiento pueden y deben apoyarse en estas tecnologías para una gestión más segura, transparente y eficaz, reduciendo al máximo el impacto social y natural de nuestras actividades.

En este artículo explicaremos cómo desde ACCIONA participamos en esta revolución continua de mejora en la creación de infraestructuras, apoyándonos en la transformación digital.

En mayor o menor medida, el término BIM y la revolución ligada a él nos resulta familiar a todos los que trabajamos en el sector de la construcción. Algunos lo consideran una metodología, otros una mentalidad, pero todos coincidimos en que su objetivo es situar la productividad de la construcción al mismo nivel que el alcanzado en otras líneas de negocio como la industria o el comercio, reduciendo al mismo tiempo los niveles de riesgo y fallo humano.

Resulta imprescindible y tranquilizador que todas las partes involucradas en un proyecto, tanto las empresas desarrolladoras como los clientes, sean conocedores no sólo del punto de partida de un proyecto, sino también de cómo se desarrollarán los plazos y cuál será el presupuesto final. A esto se suma la urgencia de controlar cada etapa para lograr el objetivo 0 accidentes.

Teniendo en cuenta que todo proyecto de construcción pasa por tres fases -diseño, construcción y explotación- la tendencia en los últimos años en el ámbito internacional es integrar todas esas fases en un solo contrato, por lo que la construcción de un modelo BIM intercambiable y compatible, que pueda ser gestionado durante todas ellas y entregado finalmente al gestor de la infraestructura, cobra pleno sentido.

Esta conexión o coherencia entre fases y sus diferentes trabajos asociados plantea una serie de retos que serían difícilmente alcanzables sin una transformación digital de nuestros métodos y herramientas.

Es difícil que un proyecto se ejecute tal y como se diseñó si los datos geográficos de partida no coinciden con los que se encuentran a la hora de comenzar la construcción. Tradicionalmente, mantener esta información actualizada era una tarea costosa y laboriosa, por lo que en muchos casos nos encontramos con información escasa, errónea u obsoleta.

Las nuevas tecnologías de captura de datos masivos, como la fotogrametría digital con drones o los sistemas LIDAR terrestre o aéreo, suponen una serie de ventajas sobre los sistemas clásicos:

• La productividad en la toma de datos de campo aumenta exponencialmente. Como ejemplo, la toma de datos de campo de los 24 km de la autopista E-6 Ranheim-Værnes, que ACCIONA construye en Noruega, se realizó con Lidar aéreo y Mobile Mapping en aproximadamente tres semanas por un grupo de unas 7-8 personas, mientras que con métodos tradicionales hubieran sido necesarios al menos tres meses y un número mayor de personal.
• La cantidad de información obtenida es mucho mayor. Además de datos puramente topográficos, la metodología empleada permite la obtención de ortofotografías, fotos 360º y videos de la carretera existente, aumentando así la precisión del conocimiento de todas las especialidades involucradas.
• No se producen interrupciones de las actividades habituales en la zona. Al tratarse de capturas con medios remotos, se elimina la necesidad de solicitar cortes de tráfico o acceso a zonas privadas. A esto se le suma la eliminación del riesgo para los trabajadores, que dejan de realizar actividades en zonas de tráfico existente, y los gastos que añaden los requerimientos de señalización por el período que dura el proceso.
• Se capturan datos incluso en zonas que son de otra manera inaccesibles. Especialmente en el caso del LIDAR, sistema capaz de penetrar en la vegetación, siempre dependiendo de su frondosidad, llegando a capturar el suelo en zonas en las que la antes había que realizar tala y desbroce.

Estas tecnologías están siendo utilizadas por entidades públicas para la captura de cartografía base que posteriormente se distribuye gratuitamente a los licitadores. De este modo, además de reducir la posibilidad de reclamaciones posteriores, se dota a todos los licitantes de las mismas oportunidades de ofertar. Este es el caso de Nye Veier en Noruega o Alberta Transportation en Canadá. El primero de ellos también aporta una gran cantidad de información geográfica relativa a los servicios afectados, catastro, etc. en formatos propios de Sistemas de Información Geográfica (GIS por sus siglas en inglés).

Toda esta información produce un volumen de datos difícilmente manejable. En muchos casos se generan varias decenas de Gigabytes que ponen a prueba la capacidad tecnológica de las empresas. Programas como Realworks, Edgewise o Cyclone 3DR ⁽¹⁾ nos permiten obtener la información que necesitamos, sin embargo consumen grandes recursos de almacenamiento y capacidad de procesamiento.

Los grandes proyectos licitados bajo formatos alternativos de Diseño y Construcción (DC), DCM, alianzas o PPPs, requieren especialmente de enormes capacidades (skills) de colaboración por la gran cantidad de actores participantes (varias ingenierías, socios constructores, socios concesionarios, mantenedores, el cliente y terceras partes…).

Estos niveles de colaboración crean varias necesidades:

• El trabajo de cada equipo debe ser visible al resto de los participantes.
• Los formatos de los ficheros de trabajo deben ser compatibles entre participantes.
• El sistema debe permitir la posibilidad de hacer comentarios, señalar deficiencias, discrepancias o zonas de conflicto entre disciplinas.
• Los cambios o evoluciones de cada elemento deben quedar registrados y ser comunicados a todos los interesados de manera eficaz y eficiente.
• Los elementos diseñados deberían proveer la información que los demás departamentos necesitarán para su gestión, o al menos facilitar la inclusión de ésta.

Por ello, muchas firmas de software de ingeniería como Autodesk o Trimble, están trabajando en sistemas que facilitan este trabajo colaborativo. Revit y Tekla ⁽²⁾ permiten que varios equipos trabajen sobre un único modelo ‘federado’ en la etapa de diseño, ambos centrados en edificación y estructuras. El caso de Novapoint/Quadri ⁽³⁾ es especialmente interesante para las obras lineales, ya que su solución plantea la posibilidad de trabajar sobre un único modelo situado en un servidor mediante la reserva de tareas específicas.

Al mismo tiempo, organismos como BuildingSmart trabajan en la preparación de formatos de intercambio para convertirlos en estándares dentro de la industria, como es el formato IFC, en fase de desarrollo para carreteras (https://www.buildingsmart.org/standards/calls-for-participation/ifc-road/).

En la fase de diseño de proyectos internacionales es frecuente, sobre todo en los últimos años, utilizar la metodología ICE (Integrated Concurrent Engineering), que consiste en un proceso de avance en el diseño mediante la toma de decisiones durante el trabajo en un entorno colaborativo. Existe un modelo 4D básico sobre el que se extrae una determinada información que los diferentes líderes de cada especialidad se encargan de desarrollar y evaluar desde diferentes puntos de vista, generalmente orientados a los objetivos del proyecto fijados de antemano (Key Performance Indicators o KPIs). La evaluación de cada una de las alternativas consideradas llega ya procesada a los responsables del proyecto (Decision Makers) quienes, en una única reunión (ICE Session), seleccionan la mejor alternativa, de tal manera que dicho cambio en el diseño queda automáticamente reflejado en el modelo. De esta forma se avanza en el diseño de una manera colaborativa y totalmente digital (las sesiones se realizan visualizando el modelo y están exentas por completo del uso de papel escrito) y existe una trazabilidad absoluta de las decisiones tomadas en el proceso, pues cada cambio queda reflejado en el modelo, así como las razones que han motivado a la toma de dicha decisión.

Al entregar una oferta en la fase de licitación nos hacemos acreedores, en caso de que se nos adjudique el diseño y la construcción, del cumplimiento de los plazos y términos económicos y técnicos indicados en ella. Por esta razón, el seguimiento estricto de ese plan trazado en el proyecto es fundamental en la viabilidad de nuestro negocio.

El concepto de realidad virtual forma parte de nuestras vidas desde hace ya bastantes años, aunque siempre se ha considerado como una herramienta más dirigida al ocio, videojuegos, viajes o visitas virtuales a museos que a otras aplicaciones profesionales. Afortunadamente, en ACCIONA hemos contado con profesionales que no sólo buscan nuevas herramientas, sino que investigan nuevas aplicaciones a las ideas ya existentes.

Fruto de esa inquietud, en 2015 ACCIONA puso en marcha una colaboración público-privada con la Universidad de Cantabria para desarrollar una herramienta que permitiera usar el concepto de realidad aumentada para dar solución a un problema persistente en obra: la localización de servicios afectados. El proyecto, llamado UCANSEE, consistía en el uso de una tablet con cámara y GPS que permitiera posicionar un modelo 3D de un proyecto la captura en tiempo real del terreno existente.

En paralelo se llegó a un acuerdo con la firma Trimble para el desarrollo de una versión comercial de la misma idea. De ese desarrollo nació Trimble SiteVision, herramienta que ha salido recientemente al mercado y promete revolucionar nuestra manera de ver un proyecto.

¿En qué puede ayudar?

• Localización de servicios afectados en tiempo real sin necesidad de un marcado tradicional por parte de topografía. Ya no son necesarias estacas o banderines que desaparecen al cabo de los pocos días.
• Posibilidad de planificar los trabajos, evitando ocupar con acopios zonas en las que se va a trabajar próximamente, o despejarlas previamente a la llegada de subcontratas.
• Visualización y estudio de nueva alternativas o propuestas que pueden ser mostradas al cliente de manera sencilla.
• Identificación de graves errores de posicionamiento. Dada la precisión cercana a los pocos centímetros, será posible hacer una inspección visual durante la ejecución.

Uno de los aspectos que más influye en el correcto desarrollo de un proyecto y que está siendo abordado por la transformación digital, es la gestión óptima de recursos como la maquinaria y los materiales extraídos del proyecto o adquiridos fuera. En este sentido, ACCIONA ha desarrollado la Plataforma de Movimiento de Tierras (PMT), un sistema que está en fase de implantación y que combina el uso de GPS instalados en cada recurso con la potencia de algoritmos de computación para obtener un seguimiento de las siguientes variables en tiempo real:

• Origen y destino de los materiales de excavación, junto a la visualización en tiempo real del diagrama de masas de los transportes de materiales.
• Rendimiento de las excavadoras, calculado en m3/hora.
• Control de los tiempos de espera, tanto de maquinaria como de camiones.
• Coste final de cada material en euros/m3, en función del consumo de combustible, horas de trabajo, etc.

Para cada camión, excavadora o extendedora, los GPS registran su posición, movimiento y tiempo. Los algoritmos se encargan de establecer qué evento ha ocurrido, si es una carga, descarga o transporte según la proximidad de dos recursos; o qué tipo de material se ha cargado, por la situación de la carga y descarga dentro de unas zonas previamente catalogadas. También calculará el tiempo y consumo de transporte, así como el tiempo de trabajo y parada de cada recurso para evaluar su rendimiento.

Se pueden programar tanto alarmas como destinatarios de notificaciones para los sucesos que requieran de atención inmediata del personal de obra, facilitando además una preparación automatizada de informes a tiempo real para su posterior análisis.

Las nuevas tecnologías ofrecen grandes ventajas también en el seguimiento del estado actual del proyecto. El uso de drones ha creado una nueva manera de estudiar la obra y, conceptos como Gemelo Digital -según el cual se crea una copia virtual de un producto o proceso de producción- empiezan a abrirse camino en nuestro negocio. Con el uso combinado de la fotogrametría digital y las plataformas web, tipo Trimble Stratus que están siendo implantadas por ACCIONA con éxito en obras de carreteras en países como Nueva Zelanda, es posible dar acceso a cualquier persona en cualquier parte del mundo.

Estás plataformas guardan un histórico de todos los datos recogidos y permiten llevar a cabo acciones como:

• Comparar, a través de perfiles transversales, el terreno actual con el modelo final de obra para calcular cuánto trabajo queda por hacer o para estudiar la estabilidad de taludes para redactar informes geotécnicos.

• Visualizar un histórico de los cambios mediante comparación de ortofotos como base para futuras reclamaciones, o para controlar las mediciones mensuales de múltiples elementos del presupuesto (acopios de material, superficies de riegos de adherencia o colocación de geotextil, etc.).

Cabe destacar que el uso de esta tecnología no solo supone una mejora en el ámbito de la productividad, sino también en el de la seguridad, especialmente en entornos en los que el volumen de maquinaria es alto, así como en zonas de riesgo como cabezas y pies de taludes muy verticales.

Si tuviéramos que elegir un elemento en las obras de carreteras en el que poner mayor atención, el extendido de las mezclas asfálticas podría situarse en el número uno del ranking. Algunas de las razones son el impacto que supone sobre el coste total del proyecto y el futuro económico de las operaciones posteriores de explotación, así como el impacto directo en el confort de conducción de los futuros usuarios. Por ello es tan importante el control de calidad de los materiales utilizados y las buenas prácticas durante su puesta en obra.

Conocedores de ello, los distintos profesionales de ACCIONA que atesoran un amplio conocimiento en esta materia, lanzaron una iniciativa junto con el departamento de I+D+i bautizada como DIGIROADS, con los siguientes objetivos:

• Controlar en tiempo real las materias primas que se emplean en la elaboración de las mezclas.
• Monitorizar los acopios, el ritmo de producción del aglomerado, los tiempos de transporte y puesta en obra de las mezclas asfálticas.
• Mejorar la productividad, optimizar consumos, minimizar riesgos.
• Aumentar la calidad del producto final ejecutado a través del análisis de indicadores relevantes.
• Comparar el progreso respecto a la planificación de proyecto.
• Acceso a un histórico de datos de proyectos finalizados.

La iniciativa se centra en las dos fases críticas del procedimiento: fabricación de la mezcla y proceso de extendido. En la fase de fabricación controlamos los siguientes datos a través de las diferentes metodologías:

• Entrada y salida de camiones. Se usan cámaras de reconocimiento de matrículas.
• Medida de temperatura superficial de los camiones a la salida de planta. Colocación de pirómetros en las cajas de los camiones.
• Identificación y trazabilidad de materiales. Mediante sistemas RFid se identifican los materiales empleados en la fabricación de la mezcla.
• Identificación y trazabilidad de materiales. Utilización de escáneres OCR para la automatización de la gestión de albaranes.
• Control de trayectos de palas cargadoras, mediante el uso de GPS.
• Control total de la planta.

En la fase de puesta en obra, las variables que se miden son:

• Temperatura de la mezcla a la llegada a obra, usando el pirómetro instalado en el camión.
• Temperatura de la mezcla durante el extendido, con sensores instalados en la extendedora.

• Espesor y ancho real de capas, mediante comparación de medición de distancia entre dos sensores colocados por delante y por detrás del extendido, así como un sensor de amplitud de la regla.

• Compactación de las capas, obtenida mediante la instalación en el compactador de rodillo de un sistema que incluye sensores de temperatura y de vibración, además de un GPS que contabiliza el número de pasadas y su distribución mediante codificación por colores.

Todos los registros se almacenan en una base de datos que puede consultarse en tiempo real y permite la obtención de informes personalizados que certifican la calidad del proceso.

Una vez hemos finalizado la fase construcción, llega posiblemente el momento más importante del proyecto, ya que todo el esfuerzo realizado, aún con la ayuda de la transformación digital, no tiene ningún sentido si no ponemos en servicio la infraestructura para el beneficio de los usuarios. De igual manera, el mantenimiento de dicho elemento será crucial en el éxito de nuestra empresa, favoreciendo nuestra reputación de excelencia y, en último término, en nuestro desarrollo como sociedad, ya que mantener es siempre más racional que reconstruir.

El software para la gestión y soporte en la toma de decisiones (MDSS) para el mantenimiento y conservación de infraestructuras nace en un primer momento de las exigencias contractuales de reporte de las operaciones e información de la gestión del contrato para algunas administraciones españolas, con una premisas y formatos determinados. Esto dio paso, por la oportunidad que ofrecía, al diseño de un sistema propio que permite una gestión y control integral, configurable y con un diseño específico para cada uno de estos proyectos.

Partiendo de estos requerimientos básicos, ACCIONA diseñó un sistema Web que diera respuesta a la gestión integral de todas las actividades y recursos relacionados con la explotación y conservación de infraestructuras.

SmartRoads pretende ser un MDSS consistente en una herramienta de control integrada, capaz de mejorar la gestión de infraestructuras en las fases de planificación, mantenimiento y operación. SmartRoads es también un gestor integral de contratos de conservación que integra desde el seguimiento económico de contratos, a la gestión de partes de trabajo, inventarios, almacenes, ITS (flotas GPS, estaciones meteorológicas, etc), y la gestión documental (expedientes, información de calidad y medioambiente de productos almacenados, seguridad y salud, etc).

En un contrato integral de conservación es esencial disponer de información en tiempo real de los activos para planificar y dar respuesta inmediata a las demandas, prestando especial énfasis en la atención a los usuarios. Para ello se recogen datos de las siguientes actuaciones y elementos:

• Trabajos rutinarios, vigilancia de carreteras y trabajos de emergencia.
• Órdenes de trabajo, inventario e inspección de activos.
• Análisis de accidentes e informes.
• Gerencia de comunicaciones.
• Reclamaciones por daños a activos.
• Seguimiento financiero.
• Gestión de flotas.
• Cámaras web, estaciones meteorológicas y sistemas VMS.

Los inputs se pueden integrar en tiempo real por parte de operarios y responsables (bajo estructura de roles), actualizándose y pudiendo ser controlado de forma inmediata. El sistema dispone de diversos sistemas remotos colocados sobre un vehículo, como un sensor móvil avanzado de información meteorológica para carreteras (MARWIS), que recoge los valores de temperatura del punto de rocío y estado sobre la calzada, distinguiendo entre seco, húmedo, hielo o nieve, así como el valor de la fricción, y son enviados por Bluetooth a la consola del sistema. Además, se incluyen GPS que facilitan el seguimiento y gestión de flotas, así como la vigilancia de mantenimiento invernal.

Esta metodología ha optimizado procesos que antes eran lentos y tediosos, y lo que es más importante, obtenían resultados subjetivos, ya que las prospecciones visuales estaban sujetas a la percepción de la persona que realizaba la inspección. El diseño y la programación ad-hoc de esta herramienta influye positivamente en los siguientes aspectos:

• Mejora la calidad de la información y documentación proporcionada al cliente.
• Mejora la organización y planificación de los trabajos.
• Aumenta la eficiencia y la participación de las partes interesadas en los procesos.
• Centraliza la información sobre la ejecución de obras.
• Proporciona datos en tiempo real.
• Elabora y automatiza procesos mediante herramientas de informes Ad-Hoc, diseñados para satisfacer las expectativas del cliente.
• Integra y apoya la gestión de soluciones ITS.
• Reporta un beneficio medioambiental al convertirse en un proceso ‘sin papel’, a través del uso de tabletas o teléfonos inteligentes.

La investigación continúa y la participación en proyectos de innovación permite un mayor rendimiento de las capacidades del sistema. Ejemplo de ello es el Proyecto PANOPTIS, financiado por la Comisión Europea bajo el Programa H2020 y en el que participa ACCIONA junto a otros expertos internacionales. Este proyecto busca incrementar la resiliencia (capacidad de adaptación) de las carreteras frente a condiciones climatológicas desfavorables. El principal objetivo del proyecto es combinar escenarios de cambio climático regionalizados (aplicados a infraestructuras) con herramientas de simulación estructural y geotécnica, así como con datos reales tomados directamente de las infraestructuras de las carreteras (puentes, taludes, calzadas) por una red multi-sensor que incluye sensores terrestres, drones y satélites. Esto permite suministrar a los gestores de infraestructuras de transporte una herramienta de control integrada, capaz de mejorar la gestión de infraestructuras en las fases de planificación, mantenimiento y operación.

Igual que ha sucedido con muchos avances desarrollados durante la historia del ser humano, es difícil concebir la vuelta a los procesos y metodologías antiguas una vez que se han comprobado las mejoras que aporta la digitalización inteligente de nuestros procesos. Tanto si buscas un objetivo económico como si persigues una mejora medioambiental o de protección de la salud de los que trabajan en construcción, la transformación digital tiene un motivo y una tarea para cada uno de nosotros que nos debe animar a participar en su desarrollo.

Al fin y al cabo, no cabe duda de que la sociedad del futuro, en realidad del presente, va a ser digital, por lo que entrar de lleno cuanto antes en esta corriente es crucial para la continuidad de las empresas y del negocio en general.

Notas

⁽¹⁾ Realworks, Edgewise y Cyclone 3DR son marcas registradas de Trimble, ClearEdge3D y Leica, respectivamente.

⁽²⁾ Revit y Tekla son productos registrados de las marcas Autodesk y Trimble, respectivamente.

⁽³⁾ Novapoint y Quadri son productos registrados de la marca Trimble.