Gemelos digitales entran en la corriente principal de la construcción

Rodeada de aguas grises hasta donde alcanza la vista, la plataforma petrolífera de Clair Ridge frente a la costa de Shetland es un lugar bastante remoto en el que realizar el mantenimiento de rutina.

Un ingeniero de mantenimiento sube una escalera en la plataforma petrolera de Clair Ridge. Foto: BP images

Pero los técnicos con overoles azules y cascos que descienden en rappel por el costado de la vasta estructura en aguas territoriales escocesas en el Mar del Norte están conectados a miles de informes de mantenimiento actualizados e instrucciones de trabajo que utilizan tecnología de gemelos digitales, así como a docenas de otros miembros del equipo en el continente.

Con un ipad, los trabajadores de la plataforma remota pueden acceder a una réplica digital de toda la plataforma costa afuera para verificar los registros de mantenimiento y los datos de ingeniería de cada uno de los componentes que inspeccionan.

Con solo tocar una pantalla, pueden acceder a los datos de los sensores en toda la plataforma que monitorean todo, desde las tasas de flujo hasta la temperatura y la velocidad del viento.

Y cualquier trabajo o hallazgo inusual se puede registrar rápidamente en el gemelo digital.

“Las implicaciones para la tecnología de gemelos digitales son enormes”, dice Lee Tedstone, vicepresidente global, jefe de ejecución de proyectos digitales en el desarrollador de software Aveva, que trabajó con un equipo dirigido por BP en el proyecto. “Podemos usar la realidad aumentada donde la gente usa la tecnología para ver parte del gemelo digital. Eso significa que la persona que realiza el mantenimiento en la plataforma petrolera puede observar cada componente y ver su desempeño operativo, mantenimiento programado, etc”.

Ante la repentina necesidad de mantener el distanciamiento social y permitir que más personal trabaje desde casa durante la pandemia, cada vez más empresas de petróleo, energía, construcción e ingeniería han estado acelerando sus planes para crear gemelos digitales.

“Tuvimos bastantes clientes que acudieron a nosotros en marzo y abril de 2020 con solicitudes para ayudarlos a mantener la fuerza laboral conectada a través de nuestra oferta de software en línea para la entrega unificada de proyectos”, dice Tedstone. “La gente tenía que trabajar de forma remota, pero las infraestructuras de la empresa generalmente no estaban diseñadas para gestionar el trabajo remoto pesado, en particular con sus soluciones de diseño 3D. Vimos una gran aceptación en nuestra oferta durante ese tiempo, lo que a su vez aceleró muchas iniciativas de digitalización. Al tener el software en la nube, era más fácil acceder y, por lo tanto, impulsaba la productividad”.

Empujado hacia la corriente principal

Pero esto es solo el principio. A medida que los avances en tecnología permiten a las empresas aprovechar el Internet de las cosas para medir constantemente las cosas que están construyendo y operando, los gemelos digitales brindan una buena manera de realizar un seguimiento de esos datos en tiempo real y usarlos de manera significativa.

¿Qué tan grande es el mercado de gemelos digitales?

El equipo del ITER utiliza simulación por ordenador. Foto: Organización ITER, http://www.iter.org/

Una encuesta realizada por la empresa de investigación de mercado Markets and Markets predijo que el mercado global de gemelos digitales aumentará a US$48.200 millones para 2026, más de 15 veces su tamaño en 2020. Se espera que las empresas de construcción se encuentren entre los principales impulsores.

“La tecnología de gemelos digitales es uno de los conceptos de más rápido crecimiento en la industria de la construcción”, dice Frank Weiss, director senior de nuevos productos en Oracle Construction and Engineering, una rama del gigante informático Oracle que se especializa en el desarrollo de soluciones de software para empresas constructoras. “Los gemelos digitales pueden desempeñar un papel fundamental en la forma en que los propietarios gestionan los activos construidos y en cómo los consumidores interactúan con estas estructuras”.

Weiss dice que los gemelos digitales pueden hacer que el proceso de construcción sea más rápido y eficciente y ayudar a los equipos a trabajar juntos de mejor manera, utilizando información más actualizada, especialmente si los equipos están trabajando en un proyecto desde diferentes ubicaciones físicas.

“Las organizaciones de hoy quieren consolidar tanto como sea posible en una única plataforma basada en la nube y eliminar los silos locales de información duplicada”, dice Weiss. “Un gemelo digital ayuda a garantizar que los miembros del equipo trabajarán con los últimos análisis de datos para un proyecto, incluidos los de los procesos repetibles que se están construyendo fuera del sitio. Puede ayudar a actuar como la piedra angular de la prefabricación y puede desempeñar un papel destacado en el logro de procesos comerciales eficientes de comunicación y construcción”.

Rendimiento a lo largo del tiempo

La información del gemelo digital se puede usar en simulaciones por computadora para predecir cómo se desempeñará un proyecto a lo largo del tiempo, proporcionando información que luego los diseñadores e ingenieros pueden usar para optimizar sus diseños incluso antes de que comience el trabajo.

A lo largo del tiempo “una simulación 4D proporciona el contexto y la cronología para crear escenarios de simulación en el gemelo digital”, dice Weiss. “Ayuda a la fase de diseño e ingeniería de un proyecto de construcción al acelerar y automatizar los procesos tradicionales de diseño, producción y operación. Identificará oportunidades para mejorar la construcción de un activo a medida que evoluciona el proyecto”, agrega.

Rich Humphrey, vicepresidente de gestión de productos de construcción en otra empresa de software, Bentley Systems, está de acuerdo. Señala que, a diferencia del software de modelado de información de construcción, que se ha utilizado en diversos grados en la construcción durante los últimos veinte años, los gemelos digitales brindan información en tiempo real sobre los proyectos, lo que los hace invaluables en los sitios de construcción donde los diseños pueden modificarse en función de las condiciones en el campo.

Simulaciones de integración de diseño de Bentley Systems. Foto: Bentley Systems

“Un gemelo digital es una representación digital y dinámica realista de un activo, proceso o sistema físico en su entorno construido”, dice. “La palabra clave es dinámica y eso es lo que distingue a un gemelo digital de cualquier otro modelo estático. Es vivir. Está cambiando junto con el activo físico”.

De acuerdo con Humphrey, sus equipos comienzan a trabajar en gemelos digitales incluso antes de que la construcción haya comenzado, capturando las condiciones existentes en el sitio, como los resultados de la encuesta y encapsulando los modelos de diseño y los datos de ingeniería de la fase de diseño. Luego, los sensores en el sitio pueden monitorear las condiciones de construcción en tiempo real.

“Los gemelos digitales pueden beneficiar significativamente a la industria de la construcción, ayudando a los usuarios a tomar decisiones basadas en datos y lograr resultados más predecibles”, señala. “Permiten a los usuarios realizar rápidamente secuencias de construcción y simulaciones, para que puedan detectar y resolver errores antes de que comience la construcción, lo que reduce el tiempo para los equipos de proyecto y, por lo tanto, los costos para el propietario”.

Al comprar materiales con anticipación y conectar los datos de ellos a un gemelo digital, los contratistas pueden comenzar a diseñar componentes como tuberías de 3 a 4 meses antes de lo que sería posible de otra manera, reduciendo los sobrecostos y acercando los proyectos de construcción al presupuesto.

¿Cómo se utilizan los gemelos digitales en construcción?

Y, una vez que se construye un gemelo digital, el cielo es prácticamente el límite en términos del tipo de simulaciones que puede realizar.

Los ingenieros pueden evaluar cómo se comportaría probablemente una estructura cuando se enfrentara a fuertes vientos o terremotos. Pueden ejecutar una prueba para ver cómo funcionará una estructura durante veinte o cincuenta años. Pueden ver lo que sucedería si cambiaran una parte clave de la estructura o la diseñaran con materiales más baratos.

Gemelos digitales para diseño e ingeniería

Florent Thebault, director de ventas de áreas para el sur de Europa en el especialista en software de simulación Ansys, trabaja con empresas que buscan comprender cómo diseñar sus productos de manera más eficiente.

Las simulaciones por computadora de gemelos digitales pueden brindar a los clientes información sobre cuánto tiempo cada componente puede seguir funcionando de manera eficiente, indica. Reemplazar una tubería demasiado tarde podría causar involucrar altos costos y peligros, pero reemplazarlas demasiado pronto es una pérdida de dinero, tiempo y recursos globales.

“Puede optimizar la eficiencia y la rentabilidad de la empresa”, afirma. “Por lo tanto, la simulación puede garantizar que un cable no sea demasiado pequeño, por lo que podría romperse y también puede asegurarse de que no sea demasiado grande. Entonces puedo usar un cable más pequeño o más barato y ahorrar dinero o puedo ser más rápido para producirlo. Puedes jugar con varios parámetros para optimizar tu diseño”.

Y, como parte de un equipo que ayuda a construir el vasto experimento del Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER) en el sur de Francia que espera producir fusión nuclear, Thebault está a la vanguardia para ver adónde podría conducir la tecnología de simulación.

“El principal valor de la simulación radica en poder representar físicamente todos los fenómenos en la computadora”, agrega Thebault. “Abre todas las puertas a las pruebas en entornos muy difíciles como el espacio o los mares profundos. Todo este tipo de cosas ahora puede ser posible en la computadora”.

En ITER, donde equipos de científicos están construyendo el reactor de fusión nuclear más grande del mundo calentando plasma a temperaturas extremas y confinándolo dentro de una jaula electromagnética súper fuerte o tokamak, Thebault asegura que la tecnología realmente funciona.

Usos prácticos de gemelos digitales

“Para el ITER tokomak, aquí es donde la simulación tiene sentido”, indica. “No tenemos ningún prototipo real del ITER tokomak, pero podemos tomar los datos de los materiales y probarlos virtualmente en ese entorno. Eso significa que a veces vas a descubrir más en el modo de investigación de cuáles podrían ser los resultados que puedes esperar en esa situación a la que nunca nos hemos enfrentado”.

Como resultado, Ansys ha podido ayudar a diseñar y diseñar componentes clave del experimento, incluida la cámara de vacío, el sistema de enfriamiento y la antena de microondas que calienta el gas hasta 150 metros para convertirlo en plasma.

Tedstone, de Aveva, también cree que todo el potencial de los gemelos digitales apenas comienza a hacerse evidente. Una vez que las empresas se acostumbren al concepto, cree que podría revolucionar la forma en que las empresas ven su impacto ambiental.

Su objetivo es incluir datos sobre la cantidad de carbono producido por cada componente de un proyecto en su gemelo digital de la misma forma en que se trata actualmente el coste, lo que permite a los ingenieros modelar el impacto medioambiental de una estructura a lo largo del tiempo y adquirir y construir en la mayor parte posible. manera sostenible.

¿Cómo se desarrollarán los gemelos digitales en construcción?

“Cuando nuestros clientes compran materiales, podríamos incluir información de un catálogo en línea del gobierno de materiales que les proporcione una puntuación de carbono asociada”, dice. “Entonces podríamos darles a nuestros clientes la opción de comprar materiales del lugar A o del lugar B, pero el lugar A tiene una iniciativa de sostenibilidad mucho mejor. Empiezas a tomar ese tipo de decisiones”.

Pero, a pesar del optimismo, todavía hay mucho trabajo de convencimiento en la industria de la construcción. Los escépticos señalan el hecho de que muchas grandes empresas del sector están luchando en la implementación de gemelos digitales porque tienen sistemas heredados que son incompatibles con la tecnología, o actualmente no emplean personal con las habilidades y la capacitación para poder utilizar la tecnología a gran escala.

“El uso del gemelo digital todavía se encuentra en las primeras etapas de la industria de la construcción”, admite Humphreys, de Bentley. “Los modelos de información de construcción [BIM] ni siquiera están tan extendidos”.

“Pero la buena noticia para aquellos que tienen BIM es que la brecha no es tan grande para llevarlos a un gemelo digital y sospechamos que no tomará mucho tiempo”, agrega. “Sin embargo, para aquellos usuarios de la construcción que ni siquiera han adoptado la tecnología de modelos como parte de su contrato, puede llevar un poco más de tiempo la transición a un mundo completamente digital”.