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Artículo

E

n un reciente artículo 1 publicado en la revista ENR (Engineering News Record) se da cuenta de mejoramientos de dos dígitos porcentuales relacionados con el mejoramiento de la calidad y la reducción de horas hombre, plazos, costos, utilización de energía y RFIs2 en proyectos desarrollados por empresas que utilizan BIM (Building Information Modeling), IPD (Integrated Project Delivery) y VDC (Virtual Design and Construction) – BIM/IPD/VDC. VDC es una forma de desarrollar proyectos de construcción originada en el 2002 en el Center for Integrated Facility Engineering (CIFE) del Departamento de Ingeniería Civil y Medioambiental de la Universidad de Stanford. Los investigadores del CIFE laborando de manera conjunta con socios de la industria de todo el mundo, han trabajado en los últimos 10 años en el desarrollo de las tecnologías, filosofías y procesos que conforman el concepto de VDC. El pasado 20 y 21 de junio se llevo a cabo en la Universidad de Stanford el evento anual CIFE Summer Program 20123. En este evento las discusiones no estuvieron centradas en lo que se podría lograr utilizando VDC sino en los resultados logrados por las empresas socias del CIFE y que se mencionan en el artículo citado al inicio de este párrafo. Definición de VDC VDC es definido como el uso de modelos multidisciplinarios integrados que permiten medir el desempeño del diseño y construcción de proyectos, utilizados para apoyar los objetivos explícitos y públicos del negocio. La definición de VDC así como sus objetivos, teoría y los métodos asociados a su implementación han venido evolucionando desde su creación en el 2002 alcanzando un grado de madurez que le ha permitido hoy en día ser de cada vez mayor aplicación.

Artículo VDC

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN VIRTUAL

Por: Ing. civil Leonardo Rischmoller, M.Sc., Ph.D.

El uso de VDC promueve la creación de un marco integrado y un conjunto de métodos para gestionar los proyectos que incluyen las interacciones entre aquellos aspectos que deben ser diseñados (e.g. un edificio), los procesos de diseñoconstrucción, y las organizaciones que son necesarias para diseñar, construir y utilizar los proyectos. VDC utiliza modelos integrados multidisciplinarios que pueden ser examinados unos en relación con otros, en sesiones con la participación de los involucrados en el diseño y construcción del proyecto, lo que lleva a que el tiempo para la toma de decisiones importantes se reduzca de meses, semanas o días a horas, minutos y a veces segundos.

Modelos multidisciplinarios VDC Hoy en día los métodos asociados al diseño y construcción de proyectos están basados en documentos impresos en papel. Estos son producidos utilizando computadores y distintos software de dibujo CAD, de planificación y control, de elaboración de presupuestos y otros. Los documentos impresos no ayudan al trabajo integrado de diferentes disciplinas y aún el cambio mas pequeño demanda horas o días para producir, imprimir y revisar los documentos actualizados. Los formatos de los documentos de papel no son además de fácil interpretación para todos los involucrados en el desarrollo del proyecto (e.g. planos arquitectónicos, estructurales y planos de instalaciones, cartas Gannt, CPM o PERT).

1 Wake up! The Revolution Has Arrived: A Report From CIFE, 06/06/2012, Guest contribution by John Kunz and Greg Luth, edited by Tom Sawyer (http://enr.construction.com/technology/information_technology/2012/0626-Wake-Up-The-Revolution-Has-Arrived-A-Report-From-CIFE.asp). 2 RFI: Request for Information (Pedido de Información. Realizado generalmente a Ingeniería pidiendo aclaraciones sobre los planos durante la etapa de construcción). 3 http://cife.stanford.edu/SummerProg2012.

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Los modelos VDC son creados por o para ser utilizados por múltiples participantes en el desarrollo del proyecto, tales como arquitectos, ingenieros estructurales, ingenieros de especialidades, constructores, subcontratistas, proveedores, usuarios, representantes de la comunidad, autoridades legales, etc. Estos modelos son visuales, lo que permite a todos los involucrados en el proyecto compartir sus opiniones frente a modelos gráficos a pesar de tener diferentes lenguajes técnicos. Los modelos VDC deben permitir medir el desempeño de alguna característica o variable importante del proyecto. Así, un modelo BIM es por ejemplo un tipo de modelo VDC que se enfoca principalmente en la modelación de los elementos físicos del proyecto (i.e. el producto) a través de representaciones 3D vinculadas a la información no solo geométrica, sino de todos los atributos que se deseen incluir en el modelo de los elementos físicos del proyecto. Otros tipos de modelos VDC son por ejemplo aquellos utilizados para realizar análisis estructurales, de eficiencia energética, de planificación de la construcción (e.g. modelos 4D), etc. Los modelos de las organizaciones encargadas de llevar a cabo las diferentes etapas del diseño y construcción de un proyecto, así como los modelos de los procesos involucrados en el diseño y construcción de un proyecto, son también considerados modelos VDC. Tres tipos de modelos VDC Los modelos VDC se agrupan en tres tipos, los que abordan los siguientes tres aspectos de un proyecto que deben ser administrados eficientemente: • El diseño del producto que se desea construir. • El diseño de la organización que realizará el diseño y construcción. • Los procesos de diseño y construcción.

El conjunto de estos tres tipos de modelos es agrupado en el llamado modelo POP (Product-OrganizationProcess) el cual especifica la información que se compartirá entre los diferentes modelos, y hace referencia a distintos modelos producidos con diferentes herramientas por diferentes especialidades. El propósito del modelo POP es definir elementos conceptuales que son compartidos y ayudan a los participantes a asegurar que las especificaciones sobre el producto, la organización y los procesos son apropiados y mutuamente consistentes. Los modelos del producto definen los componentes y sistemas del proyecto a ser diseñados, tales como como muros, columnas, pisos, vigas, etc., con un cierto aunque incompleto nivel de detalle. Los modelos de la organización definen grupos y relaciones organizacionales de quienes intervendrán en el diseño y construcción del proyecto, mientras que los modelos de procesos definen actividades, hitos, fechas, plazos, relaciones entre las actividades, etc. que los involucrados deben seguir para lograr los objetivos de diseñar y construir el proyecto. El mayor valor de los modelos POP se presenta cuando su influencia puede ser la más grande en el proyecto, y esto ocurre en las etapas iniciales de desarrollo y diseño básico o conceptual

Función, forma y comportamiento Los modelos POP usan la taxonomía de la teoría del diseño propuesta en J.S. Gero (1990)4 y J.M. Clayton et al (1996)5 la que incluye: • Función: : representa la intención del dueño expresada como requerimientos. Intención del diseño. Por ejemplo un auditorio para 100 personas, una organización que incluya ingenieros colegiados y un proceso de diseño que incluya ciertos hitos • Forma: También llamada diseño seleccionado o alcance del diseño. Responde a los requerimientos funcionales o las preferencias de los diseñadores. Por ejemplo la selección de espacios específicos, la selección de un tipo de relación contractual particular entre arquitectos y constructores, o el plan de construcción. • Comportamiento: o propiedades, incluye los comportamientos previstos por el diseño para el producto, la organización o los procesos. Por ejemplo la deflexión de una viga, las horas usadas por un contratista para realizar una tarea, la duración del proyecto pronosticada por la malla CPM. El cuadro 1 muestra el esquema básico de los modelos POP. Cuando se usa la metodología VDC se construyen modelos que muestran elementos físicos y abstractos del producto, la organización y los procesos utilizando un lenguaje que sea

Cuadro 1 - Esquema basico de los modelos POP

Product

Organization

Process

Function: Objetives

From/Scope: Desing choices

Behavior: predictions

spaces, elements and systems Measurable Objetives Actors Measurable Objetives

Designed spaces,elements and systems

Predicted cost ($)

Values

Values

Predictions; Assessed values Predicted cost (hour or $) Predictions; Assessed values

Tasks

Designed tasks

Predicted cost (day or $)

Measurable Objetives

Values

Predictions; Assessed values

Selected actors

Fuente: “Virtual Design and Construction:Themes, Case Studies and Implementation Suggestions by John Kunz & Martin Fischer CIFE Working Paper #097. Version 14; January 2012. STANFORD UNIVERSITY”

4 Gero, J.S. (1990). “Design Prototypes: A Knowledge Representation Schema for Design,” AI Magazine, 11(4), 26-36. 5 5Clayton, M. J., J. C. Kunz and M. A. Fischer, “Rapid Conceptual Design Evaluation Using a Virtual Product Model,” Engineering Applications of Artificial Intelligence, Vol. 9, No. 4, Elsevier Science Ltd., pp. 439-451, 1996.

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Artículo mutuamente consistente de modo que permita a los involucrados la gestión concurrente del proyecto y su posterior desarrollo. Los modelos tradicionales de organizaciones (e.g. organigramas) y procesos (e.g. diagramas de flujo) muestran a los participantes de una organización, las actividades que componen los procesos, pero no las relaciones entre estos con los elementos del producto a diseñar y construir. 4D- Modelos del proceso de construcción Los modelos 4D son un tipo de modelos VDC que vinculan los elementos físicos del modelo 3D o BIM con el programa de construcción realizado con una herramienta como el MS Project o Primavera Project Planner, por ejemplo. Su resultado es una animación que muestra el progreso de la construcción en el tiempo. Los modelos 4D permiten a los distintos participantes del proyecto visualizar la secuencia planificada para la construcción, quienes pueden comprenderla aunque no tengan conocimiento de lectura de planos o de diagramas PERT/CPM. Los modelos 4D permiten detectar problemas en la secuencia de construcción, interferencias espacio-tiempo y corregir estos problemas de manera mucho más oportuna y efectiva que utilizando planos y cartas Gantt por separado. Los modelos 4D no solo permiten la detección y solución temprana de problemas sino también la detección de oportunidades de mejoramiento y optimización que simplemente son imposibles de detectar cuando se trabaja de la manera tradicional. Modelos que permiten evaluar el comportamiento organizacional Basado en la teoría organizacional, el CIFE ha desarrollado la herramienta de software “Virtual Design Team” (VDT) que permite crear un modelo computacional de la organización del proyecto y vincularlo a los procesos utilizados por la organización para construir el proyecto. Los modelos VDT describen y predicen consistentemente el comportamiento de las

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iRoom del CIFE en la Universidad de Stanford (Fuente: CIFE Bulletin May 2008)

organizaciones y los procesos, incluyendo las duraciones de las actividades, así como también el volumen y distribución de las horas de trabajo directo y del trabajo “escondido”, el cual es la suma del esfuerzo de coordinación, trabajo re-hecho y tiempos de espera para la toma de decisiones. Los modelos VDT también predicen el tiempo variable de retraso que experimenta cada participante cuando las demandas de tiempo de trabajo directo y “escondido” superan el tiempo disponible. Finalmente los modelos VDT reducen los riesgos de que las duraciones de las actividades superen a las duraciones nominales predichas por el método CPM debido al impacto del trabajo “escondido” y los retrasos asociados a cada participante. Los profesores John Kunz y Martin Fischer de la Universidad de Stanford (2012) recomiendan utilizar los modelos organizacionales compartiéndolos con todos los participantes, de modo que puedan entender con claridad cual es la organización, predecir las potenciales demoras y el volumen y distribución tanto del trabajo directo como del trabajo “escondido”. De esta manera es posible intentar mitigar los retrasos, los problemas de coordinación, y reducir los riesgos de mayores plazos y costos del proyecto. Tecnología y métodos Los métodos VDC hacen énfasis en el uso de modelos que puedan ser descritos y evaluados por múltiples participantes. De acuerdo a la experiencia del CIFE, solo los modelos visuales tienen el poder de apoyar la descripción y evaluación por una variada clase de participantes. El uso de salas con múltiples pantallas

permite presentar, describir y evaluar diferentes perspectivas del proyecto simultáneamente, así como utilizar los modelos para explicar las razones para los distintos análisis y evaluaciones de la calidad del diseño. Este ambiente es denominado iRoom (Interactive Room), concepto y tecnología que fue desarrollado por primera vez por el departamento de Ciencia de la Computación de la Universidad de Stanford. El uso de modelos VDC proyectados en múltiples pantallas simultáneamente hace factible la comparación y gestión de diferentes versiones. Todo lo anterior es sin embargo difícilmente aprovechable sin un método que guie o provea los lineamientos para la combinación de las herramientas tecnológicas con los nuevos procesos que demanda la utilización de VDC. Los conceptos y la utilización de Integrated Concurrent Engineering (ICE) han dado lugar al desarrollo de métodos ICE especialmente aplicables a proyectos de construcción como una parte fundamental de VDC. Integrated Concurrent Engineering (ICE) Los proyectos se modifican continuamente, por lo que la gestión del cambio es un tema relevante en ellos. Las herramientas utilizadas actualmente para desarrollar el diseño y construcción de proyectos permiten la creación de múltiples versiones de documentos de diseño, pero no tienen la capacidad de identificar las dependencias de los cambios

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entre los contenidos de modelos vinculados. VDC provee un marco integrado para describir, hacer el seguimiento y gestionar los cambios al producto, las organizaciones y los procesos a través del tiempo, a través de modelos que pueden ser utilizados en un contexto social asociado al método denominado ICE, que es una parte fundamental de VDC. Cuando se usan los métodos, herramientas y tecnologías tradicionales, es difícil lograr una colaboración efectiva entre los diferentes involucrados en el desarrollo de un proyecto. Entre otras cosas, no existe un vocabulario compartido, ni experiencia trabajando juntos. Tampoco se presenta una semántica explicita de los datos que necesitan ser compartidos por participantes con diferentes perspectivas y aplicaciones. Los participantes tienen por lo general objetivos que entran en conflicto unos con otros, que involucran buscar el beneficio para sus propias organizaciones y lograr la eficiencia en el uso de sus propios recursos. VDC permite reunir a múltiples participantes en el desarrollo de un proyecto y proveer perspectivas complementarias que ayuden al mismo a pesar de tener diferentes intereses y objetivos de negocio, y distintas especialidades. Esto se logra a través del uso de modelos VDC proyectados en múltiples pantallas que hacen factible la comparación y gestión de diferentes versiones de modelos VDC en aplicación conjunta con el denominado método ICE. El método ICE aplicado como característica central del uso de VDC está basado en una observación cuidadosa del método ICE desarrollado por el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en los años 90, el cual ha sido formalizado, extendido, especializado y luego implementado en el trabajo con VDC. Aunque los detalles de las misiones espaciales en las que trabaja el JPL y los proyectos de construcción son diferentes, existen características similares a ambos tipos de proyectos como la participación de múltiples disciplinas y participantes que comparten una combinación de objetivos y métodos. El método ICE permite a diferentes equipos de diseño y construcción reunidos en un iRoom describir y explicar sus propios modelos e interpretar aquellos de sus colegas de manera rápida, eficiente y concurrente en reuniones ICE que involucren la mayor cantidad de participantes en el desarrollo del proyecto. El método ICE busca remover las actividades que no agregan valor y distraen la atención del equipo de diseño que participa en una sesión ICE a través del mejoramiento en la forma como se realizan las aclaraciones al alcance y metas, los métodos y vocabulario utilizados, y el tiempo que toma realizar una consulta y obtener una respuesta útil para la toma de decisiones (i.e. la latencia).

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grundfos

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Artículo El Cuadro 2 muestra los factores que permiten el uso de ICE propuestos por los profesores Martin Fischer y John Kunz de la Universidad de Stanford en base a 10 años de experiencia en la aplicación de VDC en la industria. Conclusión Los proyectos requieren desarrollar y luego vincular las definiciones y análisis del diseño, con la gestión de la construcción, la gestión del producto y los sistemas financierocontables. En la práctica hoy en día esta vinculación es realizada por múltiples equipos de profesionales mayormente en forma manual y social, con un gran costo y confusión. La aplicación de VDC permite solucionar estos problemas a través de: • La modelación y visualización de los elementos del producto, la organización y los procesos involucrados en un proyecto de construcción. • El uso del proceso tecnológicosocial ICE entre los participantes en el proyecto para integrar múltiples versiones de modelos VDC. • La inversión en herramientas, métodos y recursos humanos para el uso de VDC basada en la proposición de valor del proyecto. • La clarificación de los objetivos, valores, responsabilidades, diseños y expectativas debido al uso de buena visualización y disponibilidad de información que permite a más involucrados participar en la revisión del proyecto de una manera mas significativa que en las revisiones tradicionales. Referencias Partes del presente texto están basadas o directamente traducidas del artículo “Virtual Design and Construction: Themes, Case Studies and Implementation Suggestions By John Kunz & Martin Fischer. CIFE Working Paper #097. Version 14; January 2012. STANFORD UNIVERSITY”; asimismo, este tema sirve como preámbulo a la realización del programa “CIFE-SPS VDC Certificate Program” que se dictará por primera vez en Latinoamérica y en Lima del 10 al 14 de setiembre del presente año. Más información en http://www.vdccertificatela.com

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Cuadro 2 - Factores que permiten el uso de ICE Critical Factor Success Target Design staff focus

DisciplineSpecific Modeling. Visualization Tools

Risk factors

100% available during meetings: Design Designers have other session participants focus responsibilities during exclusively on project design sessions work during design sessions; Manual design activities bottleneck Strategic: Balanced so project schedule; One all potentially modeling stakeholder fails to and analysis tasks are understand the model of very fast another

ICE solution Management support of focus; short meetings make enable managers to free valued staff; Culture and management practice, ded icate all participants during design sessions Modeling, visualization, analysis and decision support tools enable all critical path activities

Open (“pooled”) Information Network of designers

Closed: All activities’ Delay to access design requisite knowledge, procedures, options, and interpretation or authority are immediately decision-making available.

Heavy reliance on collaborative design sessions; designer collocation during sessions; careful pre-planned participant selection; appropriate participant training in modeling, analysis, interpretation of other models and collaboration

Communication Media Richness and Fidelity

Rich: Shared and personal, visual, multidisciplinary, showing functional requirements, design choices and predicted behaviors

Slow process to describe models, explain rationale, evaluate choices, make predictions, create alternatives

Mature modeling and analysis tools; Personal workstations; shared iRoom displays

Independence of Management Structure

High: do design work with minimal management oversight.

Staff solicits or waits for management decisions

Organizational Hierarchy

Flat: Minimal organizational barriers or management overhead

Decision making slows awaiting exception resolution

Goal Congruence

High: Participants aspire to project success; commitment to project success over functional goal optimization

Debates on process; decision flip-flops; large amounts of rework; hidden agendas

Process Clarify (lack of equivocality)

6 Extended debates High: Procedures and about process or objectives are well understood and accepted priorities

Semantically rich: Separate models use consistent naming and level of detail; data stored Integrated in only one place but Conceptual readily available to all Models relevant models (via data automated sharing) or visible to stakeholders (for shared understanding) Pooled: Actors resolve Topology of Stakeholder problems in small selfSocial Network formed groups

Exclude projects whose uncertainties or complexities require high oversight; staff selection and training to work independently; culture of autonomy; analysis and decisions visible to all One facilitator, no managers; culture of working with minimal management supervision Culture; facilitator attention; discuss objectives and design process at session start; persistent shared view of formal objective metrics; culture of congruence; analysis and decisions visible to all Pre-plan for process clarity; culture of autonomy; analysis and decisions very visible to all; team experience; excellent process facilitator

Inflexible, coarse, or confusing

Careful design of the project ontology; simple POP database to define conceptual entity names, references to values stored in databases of specialized applications

Formal or inflexible coordination requirements;

Collocation; Projection screens; sidebar culture

Scale2-free network: most applications access a shared database, which thus has very high network centrality

Inconsistent data definitions or levels of detail, missing data, participants or applications that do not understand or reference the shared project model

Shared database uses a POP format designed and understood by the project team members and, in support of automation, reliably accessible by the most critical design and analysis applications

Less than 10 minutes: participants decompose their activities into subtasks of short Design subtask duration so that they duration can ask questions that can be answered easily, minimizing the duration of potential rework

Significant effort is required to appropriately decompose the activities of traditional practice, which often have duration of a day or two and little structured subtask decomposition.

Careful activity decomposition into subtasks, training of designers, and design of appropriately supportive software design and analysis applications

Topology of Computer Applications

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Scale-free networks have an exponential distribution of network links density, i.e., a few highly centralized nodes and most with low connectivity, while Scaled networks have a normal and generally more even link density distribution.

Fuente: “Virtual Design and Construction, Themes, Case Studies and Implementation Suggestions by John Kunz & Martin Fischer. CIFE Working Paper #097. Version 14; January 2012. STANFORD UNIVERSITY”

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