Proyecto TFM: Línea Ferrocarril Andalucía - Murcia

¿Se puede encontrar el encaje óptimo del BIM en la obra civil? Este interesante TFM se adentra en las problemáticas y ejecuciones óptimas de su proyecto.

La demanda del uso y aplicación de la metodología BIM, ya sea en diseño o en obra, es cada vez más creciente, por parte de la Administración y de entidades privadas, y el mundo de la edificación y la arquitectura nos lleva a nosotros, los ingenieros civiles, una clara ventaja. 

Esta ventaja queda reflejada, por una parte, en la limitada madurez de los softwares de ingeniería civil disponibles en el mercado y, por otra parte, en los conocimientos de la metodología BIM por parte de técnicos y de clientes, quienes, a menudo, no conocen en profundidad las múltiples ventajas de esta nueva forma de trabajar. Por tales motivos, nos encontramos en un estado del arte del BIM en la obra civil en el cual los avances de los softwares y las necesidades o problemas encontrados por los técnicos se retroalimentan, permitiendo a ambos crecer, mejorar y, en definitiva, encontrar el encaje óptimo del BIM en la obra civil.

Si bien los condicionantes de una edificación son particulares, ¿qué margen de maniobra tiene el BIM en una obra de ingeniería civil? Y, particularmente, ¿qué margen de maniobra tiene en una obra lineal? Nos movemos en un espacio mucho más grande (o largo), con elementos lineales que pueden tener kilómetros de distancia y que, por tanto, cualquier modificación en dicho elemento repercute en otros múltiples elementos, no solamente de manera lineal sino también bidimensional y tridimensionalmente y que, a su vez, tienen un alto impacto paisajístico, ambiental, social y económico.

El Máster BIM avanzado en diseño y ejecución de obras lineales de Structuralia trata de abordar estas problemáticas. Tras cursar este Máster, nuestro ex alumno Jordi Moliner se ha aventurado a abordar dichas problemáticas él mismo en un proyecto de obra lineal con su Trabajo Final de Máster, el cual sintetiza en este increíble artículo.

TFM|Línea Ferrocarril Andalucía - Murcia, del PK 0+000 AL 1+049,452, en Guadix, Provincia de Granada

El objetivo del TFM es demostrar y poner en práctica una visión y enfoque global de los problemas reales que se encuentran a la hora de enfrentarse a un proyecto de Ingeniería Civil (concretamente, de una obra lineal), utilizando la metodología BIM.

Los puntos a desarrollar en el TFM son los siguientes:

1. Elaboración de un BEP
2. Definición de las fases del proyecto
3. Diseño y planificación del proyecto de obra lineal
4. Presentación realista del proyecto

Ámbito del Proyecto

Para el presente TFM, y de acuerdo con las directrices e información base proporcionadas por Structuralia, se ha abordado el Proyecto constructivo de línea de ferrocarril Andalucía – Murcia, del PK 0+000 al 1+049,452, en Guadix, provincia de Granada, España.

Si bien el proyecto constructivo gira en torno a esta línea de ferrocarril, en el ámbito de proyecto existe una zona urbana y un libramiento carretero. Estos dos elementos no se han desarrollado a nivel de proyecto constructivo, pero sí se han considerado a la hora de integrar la línea de ferrocarril en el entorno dentro del modelo Infraworks, lo cual ha ayudado a tomar mejores decisiones a lo largo del proyecto.

Figura 1. Ámbito de proyecto de la nueva urbanización. Se observa la A-92 en su paso por Guadix, visto en ortofoto en planta.

Figura 2. Ámbito de proyecto de la nueva urbanización. En primer plano, la línea de ferrocarril proyectada y al fondo, el libramiento carretero, todo modelado en Infraworks.

Elaboración del BIM Execution Plan

En el Plan de Ejecución BIM (BIM Execution Plan, BEP) se detalla la estrategia de utilización de BIM para el proyecto, así como las capacidades y competencias del equipo redactor del proyecto para cumplir con los requisitos de información del cliente. 

En los puntos siguientes expongo los puntos más relevantes del BEP.

Objetivos y usos BIM

• Objetivo General

De acuerdo con las directrices del cliente, el objetivo general de la utilización de BIM es prevenir que existan cambios críticos tanto en el tiempo asignado para cada actividad como en el presupuesto por el cuál ha sido contratado el servicio.

• Objetivos Específicos

Los objetivos específicos marcados durante la ejecución del proyecto son:

1. Visualizar la solución para facilitar la interpretación y comunicación del proyecto.

1. 1. 1. Generar planos más coherentes.

      2. Analizar los puntos críticos e incidencias del proyecto.

      3. Identificar y ubicar elementos o materiales dentro del edificio o infraestructura para tomar decisiones.

      2. Facilitar la trazabilidad del avance del proyecto.

1. 1. 1. Seguimiento del desarrollo del proyecto.

      2. Evaluar la correcta definición de la propuesta.

3. Facilitar la gestión de la infraestructura acabada.

1. 1. 1. Identificar y ubicar los elementos o materiales dentro del edificio o infraestructura.

• Usos

  • Cada objetivo tiene un uso BIM asociado en el cual se describe cómo la metodología BIM ayuda a conseguir estos objetivos.

Responsable de cada objetivo y uso BIM

Los objetivos y usos BIM, así como los entregables BIM necesarios, quedan asignados a uno o múltiples técnicos del equipo redactor, quiénes se encargan de asegurar su calidad y utilidad a lo largo de la redacción de proyecto. Para este TFM, mi rol sería de BIM mánager, además de coordinador de proyecto, pero contaría con el apoyo de especialistas de cada rama de ingeniería y modeladores.

En algunos objetivos y usos BIM también se requiere la participación y supervisión de técnicos del cliente.

Entregables BIM

Se entiende por Entregables BIM todos los documentos e información necesaria para la obtención de modelos BIM, así como todos los productos resultantes del uso de herramientas y flujos de trabajo BIM.

Estrategia de colaboración y entorno de datos compartidos (CDE)

El CDE está compuesto por la plataforma BIM 360, ya que los softwares con los que se va a trabajar son de Autodesk.

Estructuración de los modelos BIM

El conjunto de la información digital del proyecto estará segregado en varios modelos BIM, con una codificación específica, como, por ejemplo:

<Código proyecto>-<Fase>-<Disciplina>-<Texto complementario>

• Modelos de disciplina

Los modelos de Disciplina se generarán sobre la plataforma Civil 3D y AUTODESK REVIT 2022.

Estos modelos contendrán toda la información necesaria referente a los elementos modelados, su detalle geométrico y la información contenida en ellos, para hacerlos compatibles con los usos definidos en este BEP. 

• Modelo Ferado

Los Modelos de cada Disciplina se integrarán y constituirán el modelo federado de coordinación, que se denominará Modelo Federado. El equipo de proyecto proporcionará cada modelo de Disciplina validado con el fin de efectuar la federación de modelos de acuerdo con el PEB. El responsable BIM será responsable de la generación y mantenimiento del Modelo Federado.

El Modelo Federado se compondrá de los diferentes modelos de Disciplina en formato IFC y estos archivos se federarán sobre la plataforma NAVISWORKS MANAGE 2022 y se podrán visualizar sobre la plataforma NAVISWORKS FREEDOM 2016 o superior. Además, los mismos archivos IFC, estarán disponibles individualmente, con el fin de que cualquier agente pueda realizar la federación de los archivos que componen el modelo federado, en cualquier plataforma o visor IFC.

Coordenadas de referencia

Con el objetivo de que la disposición de los elementos sea compatible entre los distintos modelos a la hora de formar el Modelo Federado, todos los modelos deberán disponer de coordenadas idénticas en su espacio BIM.

Se deben definir dos coordenadas UTM en el sistema ETRS89 correspondientes a los ejes X, Y y Z, y que servirán de nexo común entre los modelos, con bases georeferenciadas obtenidas del levantamiento topográfico previsto. 

Contenido paramétrico del modelo

Los niveles de información (LOI) están divididos en 4 grupos:

• LOI 1: Entregable de los proyectos Básicos.

• LOI 2: Entregable de proyectos ejecutivos.

• LOI 3: Entregable a Final de obra (As built).

• LOI 4: Entregable por el modelo de Operación y Mantenimiento.

En este proyecto se utilizará LOI 2.

Plan de aseguramiento de la calidad de la información (PACI)

Para garantizar la calidad de la información introducida en el modelo y obtener unos entregables finales con información fiable, se realizarán las acciones de control internas de los modelos, realizadas principalmente por el BIM Manager y modeladores.

Definición de las fases del proyecto

Una vez elaborado el BEP, conviene definir las fases de redacción del proyecto, que son las siguientes:

1. Diseño conceptual.

2. Diseño de detalle.

3. Property Sets y generación de sólidos.

4. Exportación del modelo.

Estas fases se abordan a lo largo del Diseño del proyecto de obra lineal, detallado a continuación.

Diseño del proyecto de obra lineal

Diseño conceptual

La zona de proyecto viene dada por el enunciado del propio TFM, como podría venir dada por el cliente del proyecto u obra en cuestión.

El corredor escogido tiene un impacto ambiental y urbanístico bajo, con pocos o ningún servicio afectado y evadiendo cualquier cruce con otras infraestructuras viales o cauces que pudieran necesitar grandes viaductos. Tampoco se interfiere con el desarrollo urbanístico actual del núcleo urbano. La variante carretera queda en el otro lado del núcleo urbano, paralela al ferrocarril.

Figura 3. Ubicación del corredor ferroviario. Infraworks ayuda a analizar el espacio disponible, así como el impacto con otras infraestructuras y zonas urbanos. También la interferencia con servicios urbanos y cauces hidrológicos.

Diseño del detalle

• Topografía

Se ha utilizado la topografía proporcionada por Structuralia, con un nivel de detalle suficiente para desarrollar el proyecto de detalle. A partir de esta topografía, se ha obtenido una superficie con Civil 3D sobre la cual se diseñará el trazado ferroviario.

Figura 4. Superficie TIN “EG” (Existing Ground) creada a partir de la topografía proporcionada.

• Trazado

• • Normativa: Se ha seguido la normativa vigente de ADIF, teniendo en cuenta valores máximos en situaciones normales y excepcionales.

  • Velocidad del diseño: De acuerdo con las directrices del cliente, la velocidad de proyecto es de 120 km/h. La velocidad mínima para comprobar la insuficiencia de peralte se limita a 80 km/h.

Estas velocidades permitirían, si se cumplen ciertos requerimientos de trazado en función de parámetros como la orografía, grado de urbanización y otros condicionantes, la circulación de trenes tanto de pasajeros como de mercancías.

• • Trazado en planta: Para el diseño en planta se han tenido en cuenta los aspectos siguientes:

1. 1. 1. Planeamiento de desarrollo urbanístico e industrial de la zona, proporcionado por Structuralia.

      2. Presencia de edificaciones o industrias.

      3. Presencia de infraestructuras viarias y ferroviarias en la zona.

      4. Presencia de zonas ambientales protegidas.

      5. Presencia de dominio público hidráulico.

El trazado en planta se compone de alineaciones recta, clotoide (L=160 m) y curva (R = 800 m).  

El peralte se ha limitado a 140 mm en la curva de 800 metros de radio, para los cuales las clotoides de 160 metros de longitud permiten la correcta transición de peralte.

Figura 5. Planta del trazado ferroviario.

• • Trazado en alzado: Se limita la pendiente longitudinal al 1,5% (es decir, 15 milésimas), con el objetivo de que puedan circular trenes de pasajeros y de mercancías.

Se podría haber subido a 25 milésimas para reducir el movimiento de tierras, ya que el terreno es accidentado, pero se ha preferido mantenerlo a 15 milésimas para habilitar la operación de ambos trenes.

Figura 6. Alzado del trazado ferroviario, con pendiente constante de 15 milésimas. En rojo, el trazado en alzado y en azul, el terreno natural.

• • Otros condicionantes: La altura máxima de desmonte es de 9 metros, mientras que la altura máxima de terraplén es de 11 metros. Son alturas considerables pero que están presentes en otras obras ferroviarias del país ya ejecutadas.

No se han previsto apartaderos ni estaciones, por lo que no se ha analizado la necesidad de verificar ningún aspecto de trazado relacionado con aparatos de vías, desvíos, cambios, piquetes, etc. El diseño de la estación de este núcleo urbano podría ser una línea de trabajo futura a desarrollar en otro TFM relacionado con la metodología BIM, pero que queda fuera del alcance del presente TFM.

Debido a que no hay intersección con otras obras lineales o zonas urbanizadas, y debido a la inexistencia de túneles, no se ha contemplado ninguna normativa ni especificación para gálibos.

• • Sección tipo: Se ha diseñado una sección tipo clásica de ferrocarril, a partir de la herramienta SubAssembly Composer de Civil 3D, incluyendo los elementos ferroviarios más comunes, de acuerdo con las directrices y dimensiones solicitadas por el cliente, tales como:

• • • Tren, traviesas y raíles.

    • Balasto, subbalasto y capa de forma.

    • Canalizaciones.

    • Terraplén y desmonte.

    • Cunetas.

Figura 7. Sección transversal con la presencia de elementos de drenaje longitudinal y canalizaciones, obtenida de SubAssembly Composer.

• • Obra lineal: Una vez recogidos todos los elementos de trazado en planta, alzado y sección, se ha procedido a obtener la obra lineal (corridor).

Figura 8. Aspecto de la obra lineal vista en el Object Viewer de Civil 3D.

• Electrificación

Según indicaciones del cliente, debido a la orografía y a la necesidad de túneles en otros tramos de la línea, esta línea se concibe como la primera línea alimentada mediante baterías eléctricas recargables en origen y destino, por lo que se prescinde de la electrificación de la línea y la catenaria asociada.

• Señalización y comunicaciones

Se ha previsto la instalación de canaletas y prismas de señalización y comunicaciones en la sección tipo ferroviaria.

• Hidrología y drenaje

• • Drenaje transversal: El trazo no cruza ningún cauce ni dominio público hidráulico, por lo que no es necesario ningún diseño de drenaje transversal.

• • Drenaje longitudinal: Se ha previsto el diseño de cunetas de desmonte en la sección tipo para recoger el agua de desmonte. No se ha previsto la necesidad de diseñar cunetas en terraplén.

• Servicios afectados

No se han detectado servicios urbanos en el ámbito de proyecto, por lo que no hay necesidad de afectar ningún servicio ni diseñar ninguna reposición.

• Mediciones

Se han diseñado y programado los códigos necesarios a partir de SubAssembly Composer de Civil 3D para cada uno de los volúmenes, superficies y longitudes de los distintos elementos que componen la sección tipo, para poder obtener de forma automatizada las mediciones de cada uno de esos elementos.

• Planos

Se han obtenido los planos de planta - perfil y secciones transversales.

Property Sets y generacion de sólidos

A cada uno de los elementos que componen la sección tipo se les ha asignado un conjunto de propiedades o property sets (PSETs). 

Las propiedades mecanizadas (como puede ser el volumen de subbalasto) son las que aportan la información más interesante y que puede ser actualizada de forma sencilla en caso de que la obra sufra modificaciones.

Por desgracia, Civil 3D solo permite obtener volúmenes mecanizados, por lo que, para raíles o canalizaciones, cuyos elementos es interesante conocer la longitud, se debe configurar la obtención de ese dato a partir de fórmulas, que suelen consistir en la división del volumen que Civil 3D obtiene de forma automática entre la sección de raíl o canalización, que debe ser introducida por el usuario.

Una vez generados los sólidos del modelo, se pueden visualizar los PSETs mecanizados.

Figura 9. El volumen es uno de los PSETs asociados al sólido SUBBALASTO, que habilita una medición mecanizada e inteligente que se actualiza con cada cambio del modelo.

Exportación del modelo

• Exportación a Navisworks

Se ha exportado toda la información generada por Civil 3D a Navisworks, y se ha generado un plan de obra asociado a cada uno de los elementos importados. Este plan de obra permite asociar cada sólido con una tarea, de manera que se puede ver el avance parcial de la obra y los sólidos en función de las tareas completadas asociadas a dichos sólidos.

Navisworks aglutina información como PSETs, planes de obra, visualizaciones 3D e interferencias. De haber tenido estructuras u otros elementos diseñados en otros softwares, como Revit, hubiera sido posible importarlos a Navisworks para verlos de manera conjunta.

Figura 10. Aspecto del modelo importado a Navisworks con la planificación de obra.

• Exportación a IFC

También se ha exportado el modelo a IFC, para que pueda visualizarse con los distintos visores gratuitos disponibles en el mercado. En este caso, el visor elegido es BIMcollab.

Figura 11. Aspecto del modelo en el visor IFC.

Presentación realista del proyecto

Con el objetivo de realizar el vídeo de presentación de la obra lineal, también se ha exportado el modelo a Infraworks, donde también se ha modelado la zona urbanizada y la variante de carretera.

Infraworks es un software de fácil manejo con resultados que son muy potentes a nivel conceptual y estético, lo que permite sacar mucho partido a una idea a nivel comercial y presentaciones a clientes, así como realizar análisis de diseños conceptuales.

Figura 12. Fotograma del vídeo de presentación realizado mediante Infraworks.

Conclusiones

Creo que el Máster capacita al alumno para poder empezar a desarrollar y aplicar la metodología BIM tanto de forma individual como de forma global en sus equipos de trabajo, cambiando la forma de trabajo tradicional por una forma de trabajo a priori más compleja pero que a la larga da unos frutos muy positivos.

El TFM ha sido clave para poder realizar un proyecto de obra lineal en BIM en primera persona, desde cero hasta la entrega definitiva al cliente.

Los softwares BIM actuales del mercado permiten llevar el diseño a un nivel de análisis superior. No obstante, pienso que, si bien el progreso estos últimos años ha sido grande, a todos los agentes BIM (firmas consultoras, constructoras, administraciones, entidades privadas…) y, en especial, a aquellos del mundo de la ingeniería civil y de las obras lineales, nos queda mucho camino por recorrer.