Gemelo digital ferroviario: El futuro de la gestión de ferrocarriles

La tecnología de los gemelos digitales también está revolucionando el sector ferroviario, ofreciendo nuevas soluciones para el diseño, la construcción y el mantenimiento de infraestructuras. Sin embargo, estos avanzados modelos virtuales no podrían expresar todo su potencial sin la adopción de estándares internacionales como el formato IFC (Industry Foundation Classes), que garantiza la interoperabilidad y la coherencia de los datos entre las diferentes fases del ciclo de vida de la infraestructura. En particular, el desarrollo de extensiones como IFC Rail responde a las necesidades específicas del sector ferroviario, asegurando una gestión de datos más eficiente y escalable.

Este artículo explora las aplicaciones de los gemelos digitales para los ferrocarriles, con especial atención a su impacto en la eficiencia operativa, la seguridad y la optimización del mantenimiento a lo largo de todo el ciclo de vida.

Si eres ingeniero, arquitecto, topógrafo o técnico del sector de la construcción interesado en las tecnologías GIS y BIM, esta guía te proporcionará una visión completa sobre el tema y te sugerirá las herramientas software de gemelo digital a utilizar para mantenerte al día con la innovación.

¿Qué es un gemelo digital en el sector ferroviario?

Un gemelo digital es un modelo virtual 3D que reproduce fiel y realísticamente un modelo existente. ¿Cuál es su propósito? Se realiza con el fin de gestionar todo el ciclo de vida del bien. Desde su diseño, cuando aún no está realizado, hasta su demolición al final de su ciclo vital.

El concepto de gemelo digital ferroviario se refiere a una réplica virtual de una infraestructura ferroviaria o de un activo relacionado. Esta representación virtual se actualiza en tiempo real con los datos provenientes de la infraestructura física, permitiendo un monitoreo continuo y simulaciones avanzadas. El uso combinado de tecnologías GIS y BIM permite una gestión holística de las infraestructuras. Además, facilita la planificación y el mantenimiento de todo el sistema ferroviario, incluso cuando se trata de infraestructuras lineales muy extensas en el espacio.

Navegación del modelo gemelo digital ferroviario

Ventajas de los gemelos digitales ferroviarios

Ahora que hemos establecido de qué se trata, veamos cuáles son las ventajas relacionadas con su implementación en el mundo de las infraestructuras ferroviarias.

1. Optimización del mantenimiento

Uno de los principales beneficios del uso de los gemelos digitales en el sector ferroviario es la posibilidad de monitorear constantemente las condiciones de los activos. Esto permite aplicar el mantenimiento preventivo, que reduce los costes operativos y previene fallos inesperados, disminuyendo considerablemente los gastos innecesarios​.

2. Mejora del diseño

Gracias a los modelos 3D y a las simulaciones, los gemelos digitales ofrecen la posibilidad de visualizar y probar un proyecto antes de su realización física. Durante la fase de diseño y construcción, los gemelos digitales son esenciales para simular diferentes escenarios y evaluar el impacto de las decisiones de diseño. Este enfoque no solo reduce los costes, sino que permite resolver posibles problemas antes del inicio de los trabajos. Un caso de éxito es el proyecto de renovación de la señalización ferroviaria de Bristol, donde el uso de un modelo digital permitió reducir significativamente los tiempos de diseño.

3. Eficiencia operativa

La integración de datos en tiempo real de diferentes fuentes permite una gestión más eficiente de los recursos y de las operaciones ferroviarias. Los gemelos digitales proporcionan una visión completa de las actividades, mejorando la coordinación entre los diferentes departamentos operativos​.

4. Seguridad mejorada

Monitorear constantemente la infraestructura a través de gemelos digitales permite identificar y abordar riesgos potenciales en tiempo real. Por ejemplo, el uso de una tecnología de gemelo digital puede prever la inclusión en el modelo de objetos detectados a lo largo de las vías que podrían interferir con el paso de los trenes. Además, la realización del modelo 3D de la infraestructura permite llevar a cabo programas de formación de los operadores (mantenedores, técnicos, constructores, etc.) directamente en 3D, integrando el uso de la tecnología VR. Esto representa un escenario importante tanto para la seguridad de los trabajadores durante las actividades como para la seguridad de la infraestructura en caso de eventos imprevistos. Para profundizar sobre este tema, lee también Formación con realidad virtual: conocer y gestionar los riesgos del sitio a través de la VRI.

5. Monitoreo y simulaciones operativas

Los gemelos digitales se utilizan para monitorear en tiempo real las condiciones de los trenes y de los vehículos utilizados para el transporte ferroviario y optimizar su gestión. Esto permite reaccionar rápidamente a posibles problemas y garantizar que las operaciones diarias se realicen sin contratiempos. El uso de gemelos digitales para simular diferentes escenarios operativos es un recurso valioso para la formación del personal y para la experimentación de nuevos escenarios. Por ejemplo, la integración con sistemas de inteligencia artificial puede estar destinada a la simulación de escenarios para la conducción automatizada​.

BIM, GIS e IFC: la clave para gestionar infraestructuras ferroviarias complejas

La infraestructura ferroviaria es, por su naturaleza, muy extensa en el espacio. Nos encontramos, por lo tanto, con modelos de gran tamaño cuya gestión está estrechamente relacionada con el contexto ambiental en el que se inserta la infraestructura.

Por esta razón, la gestión del modelo BIM de una vía férrea está necesariamente ligada también al GIS.

Sin embargo, para garantizar que estas integraciones sean interoperables y escalables, es esencial hacer referencia a estándares internacionales como el formato IFC (Industry Foundation Classes), que permite modelar y compartir datos complejos dentro del marco openBIM.

Por otro lado, entre los desarrollos más significativos del formato IFC, el IFC Rail representa una subcategoría específica que se centra en las necesidades únicas del sector ferroviario. De hecho, gracias a esta extensión, es posible describir detalladamente elementos fundamentales de las infraestructuras ferroviarias, como vías, desvíos, traviesas y otros componentes. Por lo tanto, mejora la coherencia y la calidad de la información compartida.

IfcRailDomain: El estándar que transforma el diseño ferroviario

Un aspecto crucial del IFC Rail es el esquema IfcRailDomain, desarrollado para abordar las especificidades del sector ferroviario que no se encuentran en los esquemas generales de IFC. Este esquema permite una descripción detallada y estandarizada de los componentes clave, promoviendo una mejor gestión del ciclo de vida de las infraestructuras ferroviarias.

Aquí están los principales puntos fuertes del IfcRailDomain:

• Elementos especializados para las vías: define componentes como traviesas, desvíos y cambios, garantizando una representación precisa de las infraestructuras ferroviarias.
• Clasificación de las vías: soporta la identificación y modelado de diferentes tipos de vías, asegurando una guía precisa para vehículos y maquinaria.
• Estructuras espaciales para proyectos ferroviarios: organiza los modelos ferroviarios en jerarquías espaciales, simplificando la gestión de proyectos complejos.

La adopción del IfcRailDomain permite a los profesionales del sector ferroviario integrar modelos digitales avanzados con sistemas de monitoreo en tiempo real, mejorando el diseño, el mantenimiento y la operación. Este esquema representa una herramienta esencial para la integración de las tecnologías BIM, GIS y digital twin en el contexto de los ferrocarriles modernos.

Un caso de aplicación de integración GIS y BIM para los gemelos digitales ferroviarios

Te estarás preguntando ¿cómo se lleva a cabo prácticamente la integración entre BIM, GIS y gemelos digitales en un escenario relacionado con una infraestructura ferroviaria?

Para ello, es necesario el uso de software de gemelos digitales.

Para profundizar, aquí hay un video que demuestra de manera clara y detallada cómo las tecnologías GIS, BIM y gemelos digitales pueden ser integradas para obtener una gestión avanzada de las infraestructuras ferroviarias. La solución propuesta permite crear una vista geoespacial completa y detallada. Todo esto gracias a la federación entre una nube de puntos, generada por escaneos láser, y el modelo BIM de la vía férrea existente modelado a partir de la nube de puntos. El modelo BIM contendrá, además de la información geométrica, una serie de propiedades e información ingresada por el usuario según las necesidades del caso y consultables directamente desde el entorno de la plataforma.

Ventajas del utilizo de un software de Gemelo Digital

El uso de esta plataforma permite visualizar en un único entorno digital toda la información de los objetos openBIM. Sin embargo, estos objetos son actualizados en tiempo real gracias al uso del Common Data Environment (CDE).

Por lo tanto, entre las principales ventajas de la solución está la posibilidad de tener fotos, documentos y datos asociados directamente integrados a la nube de puntos y al modelo BIM. Esto hace fácilmente accesible toda la información relevante para la gestión de la infraestructura. Además, los usuarios pueden monitorear la red ferroviaria directamente desde un navegador, sin la necesidad de software complejos. Por lo tanto, obtenemos rapidez y eficiencia en el control y el mantenimiento.

Además, un punto de fortaleza es la integración de la realidad virtual inmersiva (VRI), que permite vivir una experiencia completamente realista de la vía férrea. Los usuarios pueden:

• navegar por el modelo 3D,
• seleccionar objetos para consultar las propiedades y los datos asociados,
• e incluso simular la conducción de un tren, con una visión realista de la ruta y de las infraestructuras.

Esta combinación entre BIM, GIS y VRI proporciona una herramienta poderosa para optimizar el diseño, la gestión y el mantenimiento de los ferrocarriles, reduciendo tiempos y costes operativos.

Descripción del video de ejemplo

En el video se ilustran las principales funcionalidades de la solución:

• georreferenciación de la nube de puntos de la vía férrea en un mapa GIS;
• federación entre la nube de puntos y el modelo BIM de la vía férrea;
• navegación del modelo 3D de la infraestructura;
• visualización de la información detallada sobre los objetos del modelo;
• consulta de las propiedades de los objetos y de los datos asociados al modelo 3D;
• navegación inmersiva en realidad virtual del mapa GIS, del modelo BIM en formato IFC y de la nube de puntos.

Esta solución representa una innovación fundamental para mejorar la eficiencia y la seguridad de la gestión ferroviaria.