GIS en la ingeniería civil: Aplicaciones, ventajas y oportunidades futuras

Un sistema de información avanzado como el GIS desempeña un papel fundamental en cada fase del ciclo de vida de una infraestructura. Los beneficios de la integración entre GIS e ingeniería civil son innumerables.

Pero en detalle, ¿qué es el GIS para la ingeniería civil? En este artículo lo veremos mejor y descubriremos cuáles son las ventajas de esta integración y cuáles son las principales aplicaciones.

Integración de BIM y GIS para infraestructuras

¿Qué es el GIS y cuál es su papel en la ingeniería civil?

GIS es el acrónimo de Geographic Information System. Es un sistema diseñado para adquirir, almacenar, manipular, analizar, gestionar y comunicar todo tipo de datos geográficos. Estos datos se asocian a mapas temáticos y forman una base de datos de información digital que puede abarcar diferentes ámbitos multidisciplinarios.

Una interfaz GIS típica, por ejemplo, es un mapa digital de un área que contiene múltiples capas de datos espaciales. Esta permite a los usuarios examinar y analizar los patrones y sus datos gráficos y no gráficos con un nivel de precisión y claridad que sería difícil de obtener en cualquier otro formato.

Para crear mapas temáticos GIS hay herramientas específicas y software BIM-GIS que te permiten geolocalizar modelos informativos BIM en mapas GIS y crear grandes bases de datos informativas de manera sencilla.

Creación de un mapa GIS con usBIM.gis

En breve, el papel del GIS en la construcción es crear una forma de visualizar y analizar los datos relacionados con un lugar determinado.

Literalmente, cualquier información que pueda ser asociada a un mapa, en forma de dirección o coordenadas geográficas, puede constituir una interfaz GIS. La información de tipo socioeconómico de un barrio particular, los ecosistemas de un área antes de comenzar un nuevo proyecto de carretera, el estudio del tráfico, los eventos meteorológicos, los datos sísmicos, etc. son mapas temáticos GIS.

Toda esta información converge en un único contenedor digital accesible para todos, seguro y siempre disponible e implementable a lo largo del tiempo.

Características clave del GIS que lo hacen esencial para los proyectos de ingeniería civil

El GIS desempeña un papel crucial en las empresas de ingeniería civil y construcción. La visualización precisa de datos geoespaciales mejora los levantamientos y facilita la selección del sitio, haciendo posible una evaluación real de los impactos ambientales.

La visualización permite a los ingenieros civiles identificar patrones y tendencias, comprender relaciones y problemas potenciales que podrían no ser evidentes y planificar emergencias, promoviendo ahorros en costes y eficiencia temporal.

Esto garantiza un apoyo constante en todas las fases del ciclo de vida de la infraestructura. Además, la capacidad de combinar los datos con los mapas geográficos permite a los ingenieros numerosos usos en su profesión, como profundizaremos a continuación.

¿Cómo se utiliza el GIS en la ingeniería civil?

Con la ayuda del GIS, el sector de la ingeniería civil, parte integral del sector AEC, ha mejorado enormemente el desarrollo planificador y de diseño. En general, los usos del GIS en la ingeniería civil son principalmente:

1. selección del sitio y planificación del uso del territorio;
2. diseño y gestión de la infraestructura;
3. evaluación del impacto ambiental;
4. gestión de desastres y mitigación del riesgo.

Analicémoslos en detalle.

1. Selección del sitio y planificación del uso del territorio

El primer paso de cualquier proceso de diseño comienza con el análisis y levantamiento del sitio. El GIS, mapeando datos de fuentes satelitales, ayuda a los ingenieros civiles a comprender mucho mejor la ubicación en la que trabajarán, identificando la óptima para sus propósitos.

Las herramientas de levantamiento actuales (estación total, dron, escáner láser, etc.) han favorecido la elaboración de datos extremadamente precisos y la creciente integración con software de modelado digital: CAD, BIM (Building Information Modelling), GIS.

En el mundo de la ingeniería civil, de hecho, el GIS está cada vez más conectado al método BIM. Dicha integración representa un gran salto evolutivo en el sector de la ingeniería civil, especialmente para el diseño y la gestión de obras de infraestructura.

Además, con el aumento del uso del BIM, también crece el intercambio de información digital entre las herramientas BIM y GIS. Por ejemplo, el BIM puede utilizar los datos GIS adquiridos de los levantamientos iniciales del sitio para fines de diseño y realización de la obra. De manera similar, un levantamiento digital as-built de la obra realizada geolocaliza con precisión información geométrica, tipo de materiales, fases del proyecto, costes, consumo energético del edificio, número de usuarios, etc.

Fundamentalmente, ambos sistemas almacenan la información espacial y, con una adecuada integración, pueden evitar duplicaciones de datos. Se logra dar vida a una verdadera smart city GIS, modelada gracias a la integración de los dos sistemas y rica en cualquier tipo de información.

De este modo, se da vida a una planificación urbana, regional, nacional y mundial real, eficiente y efectiva.

2. Diseño y gestión de la infraestructura

El uso del GIS puede ahorrar considerablemente tiempo y costes operativos y administrativos. Las herramientas GIS se utilizan comúnmente para desempeñar un papel significativo en varios tipos de desarrollo de infraestructuras.

En el diseño o reestructuración de infraestructuras, los ingenieros a menudo se enfrentan a muchas incongruencias geográficas que surgen dentro de las ciudades. El uso del GIS ayuda y apoya el diseño de servicios públicos, transporte, redes públicas, logística, energías renovables, pero no se limita a eso.

El GIS es muy importante también como herramienta de gestión de recursos esenciales una vez que la infraestructura está en funcionamiento.

La gestión eficiente de las redes y los recursos de servicios públicos es esencial para garantizar una prestación confiable del servicio. GIS proporciona información en tiempo real sobre el rendimiento de la red, las condiciones de los recursos y las necesidades de mantenimiento. Al integrar GIS con sensores IoT y análisis predictivos, las utilidades pueden optimizar las operaciones, reducir el tiempo de inactividad y mejorar el servicio al cliente.

La gestión eficiente de los recursos permite dar vida a un conjunto de muchos GIS Asset Management, procesos de gestión patrimonial de muchos recursos físicos diferentes.

3. Evaluación del impacto ambiental

La evaluación de impacto ambiental es un estudio que se realiza para evaluar las posibles consecuencias ambientales de un proyecto, tanto positivas como negativas. Esto asegura que los problemas sean anticipados y abordados al inicio del proceso de planificación.

Las aplicaciones del GIS en la ingeniería civil son vastas para esta fase del proyecto.

El análisis de las condiciones ambientales del sitio con mapas GIS, estratificando información sobre las emisiones atmosféricas, la composición del suelo, las fuentes de agua, la topografía, los relieves altimétricos, la erosión, etc., permite a los ingenieros civiles evaluar mejor sus relaciones y los efectos en cadena que un nuevo desarrollo podría tener, dirigiéndolos hacia soluciones más sostenibles.

El análisis del uso del suelo y la planificación óptima de las obras y las infraestructuras para minimizar el impacto en el medio ambiente es un enfoque crucial para reducir la ocupación de suelo agrícola y limitar la fragmentación de los hábitats naturales, configurándose como estudios base para desarrollar verdaderos planes de crecimiento urbano sostenibles.

Si estás interesado en profundizar en estos temas, también te recomiendo que eches un vistazo al artículo “GIS y ciencias ambientales: análisis, aplicaciones y prácticas de sostenibilidad”.

4. Gestión de desastres y mitigación del riesgo

En la gestión de desastres y la mitigación del riesgo, el GIS ocupa un papel fundamental:

• es importante en la evaluación del riesgo con la creación de mapas de peligros. Estos son esenciales para identificar las áreas en riesgo de desastres naturales, como inundaciones, terremotos, huracanes e incendios. El GIS puede prever la probabilidad de varios eventos de desastre, analizando datos históricos y las condiciones ambientales actuales, permitiendo a las autoridades concentrar sus recursos en las áreas más vulnerables. Si, por ejemplo, un área está sujeta a riesgo de deslizamiento de tierra, el GIS puede ser utilizado para modelar el comportamiento del deslizamiento e identificar todas las áreas en riesgo de deslizamiento;
• también se utiliza mucho en combinación con sistemas de monitoreo y alerta que recopilan datos en tiempo real de sensores y satélites para analizarlos y evaluar la presencia o no de un desastre inminente. Por ejemplo, en áreas propensas a terremotos, el GIS puede ser utilizado para monitorear la actividad sísmica y prever posibles impactos en función de la ubicación de las fallas y la densidad de población;
• es esencial para la planificación de la respuesta a desastres: proporciona mapas detallados y análisis espaciales de las áreas afectadas a los equipos de rescate, identificando las regiones más gravemente afectadas y las ubicaciones de infraestructuras críticas, como hospitales, escuelas y carreteras. Al coordinar las operaciones de rescate, garantiza la asignación eficiente de los diversos recursos.

¿Cuáles son las principales aplicaciones del GIS en la ingeniería civil?

La ingeniería civil es una disciplina que abarca muchas áreas de interés y comprende una amplia gama de competencias, incluidas las relacionadas con el desarrollo y el mantenimiento de infraestructuras. Se trabaja con una gran cantidad de datos provenientes de una amplia variedad de fuentes y son indispensables sistemas de gestión y análisis de la información recopilada.

El GIS apoya la ingeniería civil porque proporciona las herramientas para la creación, gestión, análisis y visualización de los datos asociados al desarrollo y la gestión de infraestructuras. En la práctica, permite gestionar los datos, haciéndolos fácilmente comprensibles, analizables y compartibles con otros interesados del sector de la construcción.

Las aplicaciones del GIS en la ingeniería civil abarcan diferentes ámbitos, incluyendo:

Estructural

Los ingenieros civiles pueden utilizar el GIS para incluir en sus proyectos una multitud de datos analíticos e históricos del área. El análisis estructural es una de las aplicaciones GIS más utilizadas. En comparación con los datos tabulares, el mapeo GIS presenta una serie de ventajas, como la posibilidad de identificar posibles problemas ya en la fase de diseño utilizando superposiciones interactivas y modelos 3D.

Ambiental

El GIS proporciona información ambiental sobre el terreno, las fuentes de agua y otros elementos naturales, creando todos los niveles de superposición de mapas necesarios para ayudar a los ingenieros a llevar a cabo análisis y evaluaciones sobre el impacto ambiental. En los mapas de análisis, todos los datos se sistematizan y es posible elegir soluciones menos impactantes y prever desastres naturales.

Transporte

El GIS en la ingeniería del transporte permite la superposición de una enorme cantidad de datos caracterizados también por una fuerte dinámica.

Aguas residuales/aguas pluviales

Los datos de modelación hidráulica e hidrológica pueden integrarse con los programas GIS para examinar y prever la demanda y el suministro de agua. El GIS combina los datos recopilados con los históricos que pueden visualizarse utilizando la mapeo 3D, que incluye niveles de datos gráficos y numéricos a los que se puede acceder con un solo clic.

Análisis del sitio

El GIS analiza e integra una variedad de imágenes y datos rápidamente creando superposiciones de datos relevantes sobre la actividad económica, el flujo de transporte y la expansión de la población, etc. De este modo, devuelve rápidamente una imagen clara y completa del sitio de interés.

Levantamiento topográfico

El GIS se revela como una herramienta esencial en el levantamiento topográfico porque se requieren mediciones precisas para crear sistemas de mapeo precisos. Los datos se guardan y permanecen cómodamente accesibles para su uso en proyectos.

Integración BIM

La integración entre el BIM y el GIS genera flujos de trabajo capaces de intercambiar datos de un sistema a otro sin pérdida de información, interrogando los datos dentro de una única base de datos. Un enfoque que se basa en la centralidad del dato genera una visión más profunda de la obra y del contexto urbanístico y natural de referencia, permitiendo un proceso de toma de decisiones informado, una mayor participación de las partes interesadas y procesos más rápidos y efectivos.

Gracias a este nuevo tipo de enfoque, los datos GIS enriquecen de información el modelo BIM y el BIM a su vez alimenta los datos de los sistemas de información GIS. Aplicar sistemáticamente el criterio del Digital Twin también para las infraestructuras permite recopilar en un único contenedor el modelo geométrico de la obra, las fichas técnicas, pero también los datos GIS relativos al territorio en el que se encuentra la infraestructura (la información sobre el clima, los datos sísmicos, etc.).

¿Cuáles son las ventajas del GIS en la ingeniería civil?

Las ventajas de utilizar un sistema de información geográfica en la ingeniería civil incluyen:

• mejora en la toma de decisiones: tomar decisiones se convierte en un proceso más simple y consciente porque se presentan información específica y detallada;
• mejora de la calidad del proyecto: la obra resulta ser coherente con el espacio circundante y no impacta en el medio ambiente porque se crea a partir de datos espaciales reales;
• optimización de recursos: la reducción de costos y el aumento de la eficiencia son la consecuencia directa de un proceso bien planificado, analizado y compartido;
• mejor comunicación: organizar la información de manera que sea fácilmente visualizable hace que todo el proceso sea comprensible y facilita la comunicación y la interoperabilidad entre los profesionales (técnicos, clientes, administración pública, etc.);
• base de datos accesible: todos los usuarios autorizados pueden acceder fácilmente a los datos en una base de datos desde cualquier lugar y en cualquier momento.

Desafíos y límites del GIS en la ingeniería civil

Hemos comprendido, por lo tanto, cuán importante es el GIS para la ingeniería civil, pero hay que decir que, hasta hoy, todavía existen algunas desafíos y límites para la implementación del GIS en las empresas, entre ellos, sin duda, el costo bastante elevado.

La compleja interconexión de los diversos componentes que componen un sistema GIS, de hecho, requiere herramientas de hardware y software muy potentes, especialmente para el desarrollo de modelaciones y análisis avanzados y, además, además de los costos del hardware y del software, existe la necesidad de contar con personal humano completamente capacitado, lo cual es costoso de formar y adquirir.

Sin embargo, a pesar de esto, el valor que el GIS puede proporcionar a las empresas es con mucho superior a los costos.

Otro desafío está relacionado, en cambio, con la presencia a menudo de datos incoherentes y no estandarizados: la calidad y disponibilidad de los datos pueden variar según la fuente, la escala, la resolución, la precisión y la fiabilidad de los datos.

Los software GIS utilizan principalmente bases de datos espaciales, pero los datos incoherentes derivan principalmente de categorizaciones diferentes, por lo que, incluso si tienes la herramienta correcta, todo depende siempre de la precisión de tus datos de referencia. El análisis espacial y la modelación, además, pueden requerir competencias avanzadas, y pueden implicar suposiciones, simplificaciones y errores que pueden influir en la validez y fiabilidad de los resultados.

Aunque el uso del GIS facilita la comunicación espacial, dicha comunicación puede verse influenciada por la interpretación subjetiva. La elección de símbolos, colores, escalas y formatos puede crear prejuicios, interpretaciones erróneas o confusiones entre el público.

El futuro del GIS en la ingeniería civil: tendencias y oportunidades

¿Pero cuáles son las tendencias futuras del GIS? Descubrámoslas todas juntas:

• integración de la inteligencia artificial (IA) en las tecnologías GIS: se ha convertido progresivamente en el núcleo de la investigación y la aplicación en geociencias en los últimos años. El aprendizaje automático es un tipo de motor que permite realizar desde una computadora una actividad que normalmente requiere un cierto nivel de intelecto humano y esto se aplica así a los algoritmos de procesamiento y análisis de datos espaciales del GIS;
• integración de Big Data en las tecnologías GIS: con la llegada de la computación en la nube, las empresas pueden almacenar enormes cantidades de datos en la nube y estos grandes conjuntos de datos permiten al GIS analizar patrones y hacer predicciones basadas en muchos más datos;
• integración de la impresión 3D con las tecnologías GIS: la impresión 3D se utiliza hoy en día para realizar objetos más pequeños, pero también más grandes. La industria GIS aprovechará este tipo de tecnología para producir resultados físicos y duraderos, por ejemplo, imprimiendo modelos de paisajes o geografías durante los proyectos;
• integración de la tecnología BIM con las tecnologías GIS: estándares como CityGML son considerados importantes impulsores que sirven como ejemplo de la integración exitosa entre las dos tecnologías. De hecho, el BIM ayudará al desarrollo futuro del GIS 3D en términos de modelado y visualización;
• integración de la AR con las tecnologías GIS: la realidad aumentada es una tecnología emergente que permite a los usuarios ver objetos virtuales superpuestos a entornos del mundo real.

Superponiendo información espacial y digital en el mundo físico, el GIS encuentra precisamente su máxima expresión en la AR y su futuro reside en ella.