Pointcloud BIM model de ferrocarril: Modelo BIM obtenido de nube de puntos

El Pointcloud BIM model railway o modelo BIM para ferrocarriles obtenido desde nubes de puntos es un proceso que utiliza la tecnología de escaneo láser 3D para capturar datos precisos de infraestructuras ferroviarias. Estos datos se convierten en modelos BIM 3D, que ofrecen una representación digital detallada y precisa de las infraestructuras existentes. Esto mejora la visualización, gestión y planificación de los proyectos ferroviarios. Además, la conversión de nubes de puntos a modelos BIM reduce la necesidad de mediciones manuales y minimiza el riesgo de errores, aportando beneficios particulares en el mantenimiento predictivo y correctivo de las infraestructuras ferroviarias.

En este artículo podrás descubrir cuáles son las tecnologías utilizadas en este particular proceso y cuáles son las ventajas que se derivan. Además, tendrás a tu disposición un video que te muestra el resultado final de la integración entre GIS, BIM y nubes de puntos, incluso con el uso de una plataforma para la gestión de modelos IFC, nubes de puntos, mallas texturizadas, etc. geolocalizados e integrados con el GIS.

Inserción de un levantamiento de una estación ferroviaria con nube de puntos

¿Qué es el modelo BIM de un ferrocarril a partir de una nube de puntos?

Para obtener un modelo BIM ferroviario digital, inteligente y gestionable, es fundamental el uso de nubes de puntos. Este enfoque permite representar de manera precisa el estado real de infraestructuras complejas como una red ferroviaria existente.

El modelo BIM de un ferrocarril a partir de una nube de puntos es una representación digital tridimensional de la infraestructura ferroviaria, obtenida a partir de relevamientos láser escáner o fotogramétricos, utilizada para diseño, gestión y mantenimiento.

Los datos provenientes del relevamiento se importan dentro de los software BIM y se utilizan como base de referencia para la modelación digital. Dentro del entorno BIM, la nube de puntos se trata como un elemento informativo del modelo: sobre ella se pueden aplicar las mismas operaciones previstas para los otros objetos BIM, como muros, rieles, terreno, puentes, túneles y estaciones, facilitando así la reconstrucción fiel de la infraestructura.

Las nubes de puntos se generan mediante escaneo láser 3D o fotogrametría, tecnologías capaces de adquirir millones de puntos en el espacio tridimensional. El resultado es una representación extremadamente detallada de las condiciones reales de las infraestructuras ferroviarias, indispensable para desarrollar modelos BIM confiables y actualizados.

¿Cómo funciona la tecnología Point Cloud?

La nube de puntos es una colección de puntos espaciales tridimensionales que representan la superficie externa de un objeto o de un espacio. Estos puntos se obtienen a través de escaneos láser 3D que emiten haces de luz y miden el tiempo necesario para su retorno. Estos crean así una imagen digital precisa de la estructura existente. Además, esta técnica es particularmente útil para entornos complejos, como túneles subterráneos y puentes ferroviarios, donde la geometría irregular dificulta el uso de métodos tradicionales de medición​.

Integración de la nube de puntos en el modelo BIM ferroviario

Después de la adquisición, los datos de la nube de puntos se importan dentro de software BIM. Aquí se utilizan como base para la creación de modelos tridimensionales detallados de las infraestructuras ferroviarias. El BIM no solo ofrece una representación visual precisa, sino que también integra información funcional y técnica. Por ejemplo, materiales, dimensiones y propiedades de los objetos. Todo esto útil para la gestión del ciclo de vida del proyecto​.

De hecho, para entender mejor cómo funciona esta tecnología y cómo podría ser útil para el mundo de las infraestructuras, te recomiendo leer el artículo «La nube de puntos al servicio del BIM«.

Fases de adquisición de datos y modelado BIM

La integración de los datos de point cloud dentro de un modelo BIM es un proceso complejo, pero altamente eficiente, que permite obtener modelos tridimensionales precisos y detallados de las infraestructuras ferroviarias. Este enfoque digital es fundamental para la gestión y planificación de las infraestructuras existentes y para la realización de nuevos proyectos.

Todo el proceso se puede dividir en las siguientes 4 fases:

• adquisición de datos a través del escaneo láser 3D del sitio;
• elaboración y limpieza de datos para eliminar ruidos e imperfecciones;
• importación y modelado BIM tanto para la fase de diseño como para la de gestión del proyecto;
• validación del modelo.

1. Adquisición de datos

La primera fase del proceso consiste en la adquisición de datos mediante escáneres láser 3D o técnicas de fotogrametría. Los escáneres láser emiten pulsos de luz que, al reflejarse en las superficies de las estructuras, permiten obtener una nube de puntos tridimensional. Esta nube de puntos representa fielmente las geometrías del entorno registrado, capturando con precisión cada detalle de las infraestructuras ferroviarias, como rieles, puentes y túneles. Esta fase es crucial, ya que la precisión del escaneo influirá en la calidad del modelo final.

El inicio del modelado basado en un levantamiento 3D proporciona al técnico una referencia actualizada del estado existente. Esto permite reemplazar o integrar representaciones 2D o 3D que puedan estar obsoletas o erróneas.

2. Elaboración y limpieza de datos

Una vez adquiridos, los datos en bruto de la nube de puntos necesitan un procesamiento preliminar para eliminar errores, puntos innecesarios y ruidos que pueden haber sido capturados durante el escaneo. Durante esta fase, se realiza un filtrado para reducir la cantidad de datos inútiles y para optimizar la precisión del modelo. La limpieza de datos garantiza que la representación digital se mantenga fiel a la realidad, reduciendo el riesgo de incongruencias que podrían afectar negativamente el modelado posterior​. Además, también existe el ensamblaje/registro que consiste en combinar las diferentes nubes de puntos capturadas en el lugar, adaptándolas entre sí. En este caso, existen varios métodos para realizar esta operación:

• alineación: las nubes de puntos se alinean entre sí en función del número de puntos comunes, la velocidad de superposición, la inclinación y la densidad de puntos;
• registro mediante planos: se agregan según el número de planos verticales y horizontales comunes;
• registro con objetivos y esferas: este método, generalmente el más preciso, utiliza objetivos y esferas colocados en el suelo para registrar las nubes de manera semiautomática.

3. Importación y modelado BIM

Después de la limpieza, los datos de la nube de puntos se importan en el software BIM. Esta fase incluye la conversión de los puntos recogidos en geometrías tridimensionales utilizables. Dependiendo de las necesidades del proyecto, se puede proceder con la creación de un modelo 2D o 3D detallado. Este puede representar con precisión todos los elementos estructurales registrados, como rieles, puentes y sistemas mecánicos, eléctricos e hidráulicos (MEP). Los software BIM más comunes para este tipo de operación permiten trabajar fácilmente con grandes volúmenes de datos point cloud.

Por otro lado, existen diversas técnicas que pueden ser utilizadas, que varían también en relación al software utilizado. Para más información sobre este punto, recomiendo leer el artículo «Del escáner láser al modelo BIM«.

Fases del proceso Scan to BIM

Deep learning e inteligencia artificial en la segmentación de nubes de puntos

La segmentación de las nubes de puntos es un proceso fundamental para el análisis y la modelación 3D, especialmente en el contexto de las infraestructuras que implica la «descomposición» de una nube de puntos en más elementos. La dificultad en la aplicación de esta técnica radica en reconocer un elemento: ¿cómo hace un software para distinguir un determinado conjunto de puntos y definirlos como rieles?

Para esto ayudan las técnicas de deep learning, como las llamadas DGCNN (redes neuronales convolucionales dinámicas), que se utilizan para mejorar la precisión de la segmentación semántica.

La segmentación semántica de las nubes de puntos 3D con las técnicas de aprendizaje profundo (Deep Learning) puede ayudar a reconocer automáticamente los elementos técnicos de un ferrocarril a un nivel de detalle adecuado, lo que permite acelerar el proceso de modelación, a partir de los datos de relevamiento.

Este enfoque puede utilizarse naturalmente en otros ámbitos y en otras disciplinas, como en la modelación de modelos HBIM (Modelado de Información de Edificios Históricos).

Este es un tema muy interesante y articulado, por lo que te recomiendo leer «El impacto transformativo de la Inteligencia Artificial en el análisis estructural» que especifica más en detalle todos los aspectos necesarios para comprender el uso de la inteligencia artificial en el mundo de la construcción.

Integración de la nube de puntos en el BIM para el diseño colaborativo

El diseño colaborativo es la clave del enfoque BIM y la integración de la nube de puntos en el BIM es fundamental para hacerlo posible.

Para hacer posible la gestión compartida de nubes de puntos se utilizan plataformas en la nube adecuadas, como usBIM, a través de las cuales se puede utilizar gratuitamente un visualizador de nubes de puntos y gestionar en línea nubes de puntos.

Con un visualizador de nubes de puntos puedes:

• visualizar la nube de puntos;
• generar secciones infinitas;
• gestionar el relevamiento desde cualquier dispositivo conectado a internet;
• compartir el archivo directamente con un enlace que remite a la carpeta de la nube;
• realizar mediciones directamente sobre el modelo;
• federar múltiples modelos simultáneamente en la misma vista;
• agregar anotaciones y enlaces externos al modelo para crear un verdadero contenedor informativo que compartir con los colegas.

A partir de la nube de puntos, o de porciones de ella, se podrá proceder a la modelación BIM, obteniendo un modelo digital y coherente con la nube de puntos, que podrá luego ser nuevamente compartido en la nube para la gestión y la comparación de datos.

Del escaneado láser al BIM: Automatizar el modelado de infraestructuras

El flujo de trabajo necesario para elaborar un proyecto de realización o reestructuración de una infraestructura ferroviaria es complejo y abarca muchas disciplinas, arquitectura, ingeniería, instalaciones.

Para eludir la lentitud típica del proceso de diseño, llega en ayuda la tecnología de escaneo láser, que se ha impuesto como un método capaz de garantizar rapidez y precisión, además de permitir la restitución de modelos BIM particularmente precisos para apoyar las fases posteriores de diseño.

Obtener un modelo BIM de un ferrocarril gracias a una nube de puntos con el proceso scan to BIM garantiza una precisión sin precedentes en los modelos digitales, eliminando la necesidad de mediciones manuales y reduciendo los errores de diseño.

La eficiencia del proceso acelera el diseño y la construcción, permitiendo una planificación más rápida y precisa gracias al acceso a datos 3D detallados, facilitando también la colaboración entre los equipos, mejorando la comunicación y la coordinación a través de modelos compartidos y actualizados en tiempo real.

Además, no se debe pasar por alto el aspecto económico, ya que la adopción de las técnicas de scan to BIM reduce los costos generales del proyecto, optimizando la gestión de recursos y minimizando los desperdicios gracias a una planificación más precisa.

Podemos resumir todo en los siguientes puntos:

• detección de conflictos – la combinación de datos pointcloud con el BIM permite identificar conflictos entre las nuevas construcciones y las infraestructuras existentes ya en fase de diseño;
• documentación as-built precisa – los modelos 3D generados permiten documentar de manera confiable las condiciones reales, facilitando futuras operaciones en fase de mantenimiento;
• reducción de costos – gracias a la precisión de los datos y a la automatización de los procesos, la integración entre pointcloud y BIM reduce los desperdicios de material y los tiempos de construcción;
• colaboración simplificada – todos los participantes del proyecto pueden acceder a información actualizada y detallada, favoreciendo un proceso de toma de decisiones más rápido y preciso.

¿Cómo los datos de nubes de puntos apoyan los gemelos digitales en los ferrocarriles?

La posibilidad de visualizar la nube de puntos directamente a través de un navegador web, integrada con el modelo 3D BIM, ha revolucionado el monitoreo de las condiciones de las vías, las estaciones y los aparatos de señalización. Este sistema permite acceder rápidamente a todas las propiedades de los elementos, haciendo que el proceso de gestión sea más simple y rápido, y obtener un análisis profundo de los objetos o ambientes, contribuyendo así a mejorar la comprensión y gestión de los sistemas reales.

Gracias al uso de gemelos digitales integrados con nubes de puntos y BIM, es posible planificar intervenciones de mantenimiento preventivo y prever futuras mejoras infraestructurales: el mantenimiento predictivo, basado en el análisis de datos en tiempo real, permite mejorar la gestión del ciclo de vida de las infraestructuras reduciendo sus costos operativos y previniendo fallos y, por lo tanto, daños: de aquí, mayor eficiencia energética, menor impacto ambiental y mayor seguridad.

La tecnología permite monitorear en tiempo real las condiciones de los ferrocarriles, interviniendo de manera oportuna para reducir los costos de mantenimiento y aumentar la eficiencia operativa​.

La integración de grandes cantidades de datos territoriales se gestiona de manera fluida, permitiendo un control continuo a gran escala, con ventajas significativas para la sostenibilidad y la optimización de recursos.

Un ejemplo concreto de este enfoque se muestra en el video a continuación “Modelo BIM de ferrocarril a partir de nube de puntos”, que ilustra el estudio de 50 km de ferrocarril modelados a partir de una nube de puntos y de un modelo openBIM en formato IFC 4.3, con lectura completa de las propiedades de los objetos y el uso de inteligencia artificial para la segmentación de la nube de puntos y la generación del modelo, dentro de una plataforma para la gestión de Geospatial Digital Twin.

FAQ – Modelo BIM ferrocarril a partir de nube de puntos

¿Qué es un modelo BIM de un ferrocarril obtenido a partir de una nube de puntos?

Es un modelo BIM 3D de la infraestructura ferroviaria creado a partir de datos de relevamiento (escáner láser 3D o fotogrametría). Sirve para reconstruir el estado real de la obra y para apoyar el diseño, la gestión y el mantenimiento.

¿Por qué es importante la nube de puntos en el BIM ferroviario?

Porque proporciona una base “as-is” muy precisa de la infraestructura existente (vías, puentes, túneles, estaciones). De esta manera, la modelación BIM parte de datos reales y actualizados, reduciendo errores e incongruencias.

¿Cuál es la diferencia entre el relevamiento láser escáner 3D y la fotogrametría para crear nubes de puntos?

Ambos generan nubes de puntos, pero con métodos diferentes: el escáner láser adquiere datos mediante pulsos láser, la fotogrametría reconstruye la geometría a partir de imágenes. La elección depende del contexto, la precisión requerida y las condiciones operativas.

¿Cuáles son las fases principales para convertir una nube de puntos en un modelo BIM?

Generalmente, el flujo de trabajo incluye:

• adquisición de datos (relevamiento 3D),
• elaboración y limpieza,
• importación y modelación BIM,
• validación del modelo final.

¿Para qué sirve la limpieza y registro de las nubes de puntos?

Sirve para eliminar ruidos y puntos innecesarios y para “unir” correctamente múltiples escaneos en un único conjunto de datos coherente. Este paso mejora la fiabilidad del modelo BIM que se construirá sobre la nube de puntos.

¿Qué ventajas ofrece el Scan to BIM en las infraestructuras ferroviarias?

Permite obtener modelos más precisos y rápidos de desarrollar, reduce mediciones manuales y errores, mejora la planificación y facilita actividades como relevamiento as-built, control de interferencias y apoyo al mantenimiento.

¿Cómo se gestiona una nube de puntos de manera colaborativa en el BIM?

A través de plataformas en la nube y visualizadores en línea que permiten visualizar la nube de puntos, crear secciones, medir, agregar anotaciones y compartir archivos a través de enlaces, haciendo más sencillo el contraste entre equipos.

¿De qué manera las nubes de puntos y el BIM apoyan los gemelos digitales en los ferrocarriles?

La integración entre la nube de puntos y el modelo BIM hace más efectivo el monitoreo de las condiciones de la infraestructura y la gestión de la información, favoreciendo el mantenimiento preventivo/predictivo y análisis más profundos sobre el ciclo de vida.