Desarrollar modelos BIM de edificios históricos

¿Debes desarrollar el modelo 3D BIM de edificios históricos? ¿Te ocupas de la restauración y recuperación de los edificios existentes?

En este enfoque te revelo cómo utilizar un software HBIM para desarrollar un proyecto completo de recuperación de un edificio histórico: desde la modelación 3D hasta el análisis de la degradación, pasando por la identificación de las intervenciones del proyecto y la integración con el modelo estructural y de instalaciones.

Te ilustro también un caso práctico que podrás usar como punto de partida operativo para tus proyectos.

Imagen modelo 3D

¿Qué es el HBIM?

Ahora lo sabemos, el BIM (Building Information Modeling) nace como metodología operativa para gestionar los procesos de:

• programación,
• diseño,
• realización,
• gestión,
• mantenimiento,
• demolición

de cualquier construcción a través de un modelo informativo que contiene toda la información relacionada con su ciclo de vida completo.

Este enfoque también se aplica en el campo de los edificios históricos, declinándose como Heritage o Historical Building Information Modeling, en breve HBIM.

Gracias al desarrollo del HBIM es posible crear modelos detallados de edificios históricos con objetos paramétricos inteligentes, es decir, que contienen información sobre el edificio, sus componentes y todas sus características, que pueden ser actualizadas, reemplazadas e implementadas con el tiempo. Además de la modelación geométrica, el HBIM permite realizar de manera detallada y completa los análisis sobre el estado actual: levantamiento material, identificación de fenómenos de degradación, cuadro de fisuras, etc.

Gestión HBIM en la nube

Es importante subrayar que el HBIM es un proceso aplicado a los edificios existentes, sean estos monumentales y de relevancia histórico-artística o comunes viviendas del siglo pasado, y que por lo tanto amplía enormemente el ámbito de acción del método BIM, porque expande su uso también a la creación de modelos de la edificación existente.

Las potencialidades del BIM para los edificios existentes

Hasta ahora, el HBIM no ha tenido una gran difusión en el ámbito profesional debido a la falta de normativas compartidas y flujos de trabajo estandarizados y sobre todo a las dificultades relacionadas con las fases de modelado y de obtención de la información. De hecho, modelar un edificio histórico significa tener en cuenta elementos no siempre estandarizables y no reducibles a bibliotecas predefinidas, deformaciones e irregularidades, incertidumbres sobre las técnicas constructivas, presencia de fenómenos de degradación, alteraciones debidas al paso del tiempo, etc.

Actualmente, muchos software se están adaptando a estas necesidades para gestionar de manera exhaustiva todo el proceso de digitalización del patrimonio edilicio existente.

Edificius, por ejemplo, dispone de un entorno específico para el HBIM, con una biblioteca dedicada de objetos típicos de la edificación histórica y un editor que se adapta de manera flexible a las especificidades de cada caso individual:

• Editor de bóvedas – para modelar bóvedas de diferentes tipos aprovechando nuevos objetos específicos (bóveda, bóveda de cañón, bóveda de arista, pabellón, pabellón de base poligonal, crucero, crucero de base poligonal, cúpula, lunetas/aberturas, corte horizontal y corte vertical);
• Costilla – para insertar la costilla tanto en el intradós como en el extradós de la bóveda de manera manual o automática gracias al uso de la varita mágica;
• Forjado con vigas de madera – para crear y personalizar un forjado de madera, configurando el grosor del forjado, la sección, el espacio entre vigas y la rotación de las vigas;
• Área de degradación – el editor para definir la superficie degradada a la que asociar un determinado material;
• Lesión – el editor específico para identificar y resaltar las lesiones presentes en un determinado elemento del edificio;
• Ortofoto – para asociar una ortofoto a un elemento del edificio y obtener una representación fiel al estado de hecho y completa de la información material.

Objetos paramétricos Edificius HBIM

De esta manera, es sencillo superar las dificultades relacionadas con la modelación (incluso en presencia de fuertes irregularidades, decoraciones elaboradas, sistemas constructivos en desuso) y aprovechar al máximo todas las ventajas del HBIM:

• elaboración del modelo geométrico 3D en tiempos rápidos;
• elaboración y gestión del modelo de datos;
• uso de objetos paramétricos inteligentes;
• gestión de documentos y datos;
• mayor control del proyecto y de las campañas de investigaciones y análisis;
• compartición de la información y del modelo;
• programación de las intervenciones de mantenimiento;
• promoción del bien;
• creación de bases de datos actualizables con el tiempo;
• aplicación de tecnologías avanzadas como la realidad virtual o aumentada.

Cómo desarrollar el modelo BIM de edificios históricos: flujo de trabajo del proyecto HBIM

Generar el modelo 3D BIM de un edificio histórico permite tener todos los beneficios del BIM en el proyecto de restauración.

Veamos entonces cómo desarrollar el modelo 3D y el proyecto de restauración de un edificio histórico con la metodología HBIM.

En resumen, las fases principales a seguir son:

• estructuración del ACDat (entorno de compartición de datos);
• recopilación de datos, elaborados y documentación histórica;
• gestión y compartición de la documentación recopilada en plataformas colaborativas;
• levantamiento fotográfico y fotorrestitución;
• levantamiento geométrico realizado con el apoyo de diversas tecnologías (desde las más tradicionales como rodillos, niveles y escuadras; hasta las más avanzadas como escáner láser, estación total, levantamiento fotogramétrico, etc.);
• levantamiento material;
• modelación 3D del estado de hecho con BIM Authoring;
• compartición del modelo en plataformas colaborativas;
• estudio del layout funcional del estado de hecho;
• análisis del deterioro directamente en el entorno HBIM;
• análisis estratigráfico y sobre las fases de construcción de la obra en el entorno HBIM;
• estudio del cuadro de fisuras y de los cinematismos en curso;
• proyecto de las investigaciones y pruebas a realizar;
• identificación de las intervenciones de proyecto;
• integración con software BIM de diseño estructural y de instalaciones;
• modelación 3D del proyecto;
• verificación del proyecto en tiempo real o realidad virtual (VRi);
• cómputo métrico automático del modelo 3D;
• elaboración de gráficos y tablas ejecutivas.

Para profundizar, te ilustro un caso práctico desarrollado con Edificius.

Un caso práctico con Edificius: de la nube de puntos al modelo BIM de edificios históricos

El ejemplo práctico que te muestro es un proyecto de digitalización de un edificio residencial de principios del ‘900.

La primera operación realizada en el campo es el levantamiento y la adquisición de los datos geométricos llevada a cabo a través del escáner láser 3D. El resultado es la nube de puntos, que contiene información de carácter geométrico (sus coordenadas en un sistema de referencia conocido) y de carácter colorimétrico, ya que a cada punto se le asocia un color relativo obtenido de una foto tomada por el instrumento durante la exploración.

Para profundizar, lee también «Scan to BIM, del levantamiento láser escáner al modelo BIM«.

Los datos del levantamiento se han importado en Edificius para la modelación en entorno BIM y la construcción del modelo geométrico del edificio.

Antes de comenzar la modelación, se han establecido los Niveles (plano entrepiso, primer piso, hasta la cubierta) y los subNiveles con las respectivas alturas y se ha importado el terreno con las curvas de nivel directamente de Google Maps aprovechando la funcionalidad correspondiente.

Gestión de niveles de Edificios históricos HBIM

La modelación del edificio ha sido facilitada por los objetos paramétricos del entorno HBIM de Edificius que permite reproducir los elementos característicos de la arquitectura histórica (bóvedas, suelos de madera, nervios, etc.).

Se han modelado los muros exteriores, las ventanas, la escalera y todos los detalles arquitectónicos presentes en la fachada (molduras, capiteles, lesenas, etc.).

En un proceso BIM, todo el material útil para el proyecto se comparte y gestiona mediante el uso de plataformas colaborativas y CDE. De este modo, los datos del edificio son consultables por todo el equipo de trabajo y todas las actividades son trazables para hacer la colaboración efectiva y segura.

Al finalizar la modelación BIM, el modelo del edificio fue exportado en el formato abierto IFC para permitir una integración óptima con todos los profesionales involucrados en el proyecto. El modelo IFC, de hecho, puede ser importado y gestionado por todos los software más comunes de autoría BIM. De este modo, el estructurista puede importar el modelo BIM y proceder con la modelación, el cálculo y las verificaciones estructurales.

En el caso en cuestión, el flujo de trabajo estructural ha previsto en breve:

• reconocimiento automático de los objetos arquitectónicos en entidades estructurales del software de cálculo estructural;
• modelación estructural;
• modelo FEM;
• asignación de los vínculos;
• definición de las cargas;
• análisis estructural.

Paralelamente a los análisis sobre la estructura, se ha elaborado la caracterización material y la evaluación sobre el estado de conservación del aparato decorativo de las fachadas. Todo esto ha sido facilitado por la importación de la malla texturizada obtenida del levantamiento y aprovechando todas las potencialidades del comando ortofoto, que permite superponer al modelo 3D las fotos rectificadas de las fachadas a analizar. Se han identificado en la ortofoto las áreas afectadas por los diferentes fenómenos de degradación. Edificius, automáticamente, genera también la leyenda que permite interpretar los patrones asociados a las diferentes manifestaciones de degradación.

Análisis de degradación con Edificius

A diferencia de un proceso llevado a cabo con método tradicional, la tecnología HBIM ofrece la ventaja de crear y actualizar periódicamente la base de datos de información sobre el estado de conservación y el modelo BIM de los edificios históricos y de crear un archivo compartido y en continua evolución. Gestionando el proyecto con una plataforma colaborativa, de hecho, es posible obtener las siguientes ventajas:

• facilidad de consulta, transmisión y gestión del modelo a lo largo del tiempo;
• intercambio de información directamente sobre el modelo 3D;
• visualización y gestión de archivos 3D realizados con software diferentes;
• elaboración de fichas del deterioro útiles para la identificación de patologías y análisis diagnósticos;
• definición de un protocolo a seguir para cada intervención de restauración a realizar integrada en la plataforma usBIM.

Cómo modelar en HBIM un edificio histórico, el estado de deterioro y las intervenciones de recuperación

El caso de estudio se refiere a la aplicación de la metodología HBIM (Heritage Building Information Modeling) al complejo monumental de la Iglesia de la Madonna della Neve, parte de un asentamiento histórico de época longobarda situado en Montella (AV), con el objetivo de demostrar cómo las tecnologías digitales y los procesos colaborativos pueden apoyar las actividades de conocimiento, conservación y gestión del patrimonio arquitectónico existente. La intervención nace de la conciencia de que los proyectos de restauración y recuperación del patrimonio histórico requieren hoy en día un enfoque necesariamente multidisciplinario, en el que arquitectos restauradores, ingenieros estructurales, técnicos de medición, especialistas diagnósticos, historiadores y arqueólogos operan de manera coordinada a través de un flujo continuo de intercambio informativo.

Gestión HBIM en la nube

En este contexto, la metodología HBIM representa la evolución del BIM aplicada a los artefactos existentes e históricos, configurándose no solo como herramienta de modelado tridimensional, sino sobre todo como un sistema informativo capaz de recoger, organizar y actualizar a lo largo del tiempo datos geométricos, constructivos, históricos, materiales y de conservación. A diferencia del BIM tradicional, que parte de un proyecto para llegar a la construcción del gemelo digital de la obra, el HBIM opera de manera inversa: el proceso comienza con el artefacto real y, a través de relevamientos, investigaciones y búsquedas archivísticas, llega a la construcción de un modelo digital “as-is”, es decir, adherente al estado efectivo y historicizado del edificio, incluyendo las transformaciones sufridas a lo largo del tiempo.

En el caso específico de la Iglesia de la Madonna della Neve, el trabajo se ha desarrollado a partir de una compleja fase de conocimiento basada en relevamientos geométricos tradicionales, adquisiciones mediante escáner láser y técnicas fotogramétricas, integradas con documentación archivística y análisis del estado de conservación. La metodología operativa se ha articulado en tres fases principales: adquisición, segmentación y modelado. La fase de adquisición ha previsto la recolección de una gran cantidad de datos provenientes de diversas disciplinas, entre las que se incluyen relevamientos métricos, análisis estructurales, relevamientos del deterioro y documentación histórica. Posteriormente, en la fase de segmentación, la información ha sido organizada y categorizada semánticamente para permitir su uso dentro del modelo digital. Este proceso ha permitido asociar a los elementos arquitectónicos no solo características geométricas, sino también información descriptiva, diagnóstica y documental. La fase final de modelado se ha desarrollado a través del software Edificius, que ha permitido la importación directa de las nubes de puntos generadas por los relevamientos de escáner láser y su transformación en elementos paramétricos HBIM.

El uso del software ha permitido reconstruir fielmente la geometría de la iglesia a través de herramientas avanzadas de snapping y seccionamiento de la nube de puntos. Se han modelado elementos arquitectónicos complejos como muros, aperturas, nichos, cerramientos históricos, bóvedas de cañón, bóvedas de arista, cruceros, cúpulas y costolones, con la posibilidad de personalizar parámetros geométricos y constructivos para obtener una representación coherente con el artefacto real.

Carga y visualización del modelo HBIM en usBIM

Particular relevancia ha asumido la modelación de las bóvedas históricas, realizada mediante editores paramétricos dedicados que han permitido definir geometrías articuladas y formas irregulares típicas de la arquitectura histórica. Paralelamente a la modelación geométrica, el proyecto ha integrado herramientas para el levantamiento conservativo, permitiendo la mapeo de los deterioros y del cuadro fisurado directamente sobre el modelo digital. A través del uso de ortofotos obtenidas mediante fotogrametría y aplicadas a las superficies arquitectónicas, ha sido posible trazar fenómenos de deterioro, lesiones y alteraciones materiales según las clasificaciones UNI-Normal, distinguiendo diferentes tipos de deterioro relativos a materiales pétreos, maderables y metálicos. Cada deterioro o lesión ha sido definido como objeto paramétrico informativo, asociado a datos relativos a extensión, gravedad, causas hipotetizadas, documentación fotográfica y estado de mantenimiento.

Un aspecto adicional significativo del caso de estudio se refiere al uso de la plataforma colaborativa integrada, utilizada como un ambiente común de compartición de datos entre los diferentes sujetos involucrados en el proyecto. A través de la plataforma ha sido posible archivar modelos tridimensionales, fotografías históricas, documentos archivísticos, fichas de levantamiento y resultados de investigaciones arqueológicas, haciendo que toda la información sea accesible y navegable de manera interactiva. En particular, el sistema ha permitido conectar directamente al modelo digital las campañas de excavación arqueológica llevadas a cabo por el profesor Rotili entre los años Noventa y Doscientos, asociando a las áreas de excavación documentación científica, publicaciones y referencias históricas.

El modelo HBIM ha sido así transformado en un archivo digital dinámico e interrogable, capaz de integrar conocimiento histórico, levantamiento geométrico, análisis diagnóstico y gestión conservativa en un único ambiente interoperable. El caso de estudio demuestra, por lo tanto, cómo el HBIM puede constituir una herramienta avanzada para la documentación, el monitoreo y la valorización del patrimonio histórico, favoreciendo no solo una gestión más eficiente de la información y del proceso de restauración, sino también nuevas formas de disfrute cultural, como tours virtuales y consulta interactiva de los contenidos digitales.

FAQ

¿Qué es el HBIM?

El BIM (Building Information Modeling) nace como metodología operativa para gestionar los procesos de programación, diseño, realización, gestión, mantenimiento y demolición de una construcción a través de un modelo informativo que contiene toda la información relativa a su ciclo de vida. Este enfoque encuentra aplicación también en el campo de los edificios históricos, declinándose como Heritage o Historical Building Information Modeling, en breve HBIM.

¿A qué edificios se aplica el HBIM?

El HBIM es un proceso aplicado a los edificios existentes, sean estos monumentales y de relevancia histórico-artística o comunes viviendas del siglo pasado. Este enfoque amplía enormemente el radio de acción del método BIM, extendiendo su uso también a la creación de modelos de la edificación existente.

¿Cuáles son las dificultades en la modelación BIM de los edificios históricos?

Modelar un edificio histórico significa tener en cuenta elementos no siempre estandarizables y no reducibles a bibliotecas predefinidas, deformaciones e irregularidades, incertidumbres sobre las técnicas constructivas, presencia de fenómenos de deterioro y alteraciones debidas al paso del tiempo.

¿Cuáles son las ventajas del HBIM para los edificios históricos?

Las principales ventajas del HBIM son: elaboración rápida del modelo geométrico 3D, gestión del modelo de datos, uso de objetos paramétricos inteligentes, gestión documental, mayor control del proyecto y de las campañas de investigación, compartición de la información y del modelo, programación del mantenimiento y creación de bases de datos actualizables en el tiempo.

¿Cuáles son las fases del workflow HBIM?

Las principales fases del workflow HBIM comprenden: estructuración del ACDat, recolección documental, levantamiento fotográfico y geométrico, modelación 3D del estado de hecho, análisis del deterioro, estudio del cuadro fisurado, identificación de las intervenciones de proyecto, integración con software estructurales y de instalaciones y producción de los documentos ejecutivos.

¿Cómo se realiza el levantamiento de un edificio histórico para un proyecto HBIM?

El levantamiento puede ser realizado mediante escáner láser 3D, obteniendo una nube de puntos que contiene información geométrica y colorimétrica útil para la reconstrucción precisa del modelo BIM del edificio histórico.

¿Cómo se desarrolla el modelo BIM de un edificio histórico con Edificius?

Los datos del levantamiento se importan en Edificius para la modelación BIM. Después de la configuración de los niveles y del terreno, la modelación se facilita mediante los objetos paramétricos HBIM que permiten reproducir elementos típicos de la arquitectura histórica como bóvedas, suelos de madera, molduras y decoraciones.

¿Por qué es importante el formato IFC en el workflow HBIM?

El formato abierto IFC permite la integración del modelo BIM con otros software de BIM authoring, facilitando el trabajo interdisciplinario entre arquitectos, estructuristas e instaladores involucrados en el proyecto.

¿Cómo se realiza el análisis del deterioro con Edificius?

El análisis del deterioro se lleva a cabo utilizando mallas texturizadas y ortofotos superpuestas al modelo 3D. Las áreas degradadas se identifican directamente sobre las ortofotos y el software genera automáticamente la leyenda asociada a los fenómenos de deterioro.

¿Qué ventajas ofrece el HBIM en comparación con los métodos tradicionales?

El HBIM permite crear y actualizar en el tiempo una base de datos compartida sobre el estado de conservación de los edificios históricos, mejorando la gestión de la información, la colaboración entre profesionales y la planificación de las intervenciones de restauración.