Entornos virtuales de construcción volumétrica en acero: nociones de automatización del modelado 4D para la planificación de procesos

Abstract

This doctoral thesis aims the theoretical and exploratory study of methodologies and mechanisms for automating 4D modeling, applied in the processes planning of volumetric construction in steel. We assume that in architecture, planning is the link of cohesion between design and construction. Hypothetically, we propose that through the study of methodologies and planning tools, we could get to know the mechanisms to extend the digitized information at rendering the design of the building, organizing it, in such a way that will be operable even in its industrialized production. In the area of visual communication in architecture and design, we have noticed a growing interest by the use of these innovations, the transition from CAD to BIM platforms, as well as the implementation of the CAVT (Computer Advanced Visualization Tools), whence 4D technology originated. We find particularly motivating for the realization of this work, the updating in 3D, 4D (3D + time) modeling techniques and its multidimensional progression; besides the verification of the possibilities of integration and synchronization of information, through built-in mechanisms of these new tools. From them, we draw general objective, know and describe how to prepare dynamic animation of assembly movements, a means of representation and communication almost absent in architecture and construction. In the exploratory proposal of the thesis we suggests, if in a 4D dynamic simulation model, ensures that the movements, and in general, the parametrized behavior of 3D graphic entities, occur in accordance with the logic of the construction sequence, then, the information used to represent the design of a building, would be used also for represent the construction process and develop the virtual environment of planning, where movements would be displayed upon executing the operations, the strategy evaluated and the length of its construction quantified. With this work, we intend to overcome the characteristic use of animation in the representation of the design; witch in part has caused the production of static images, preventing the virtual and dynamic representation of the construction processes. Then, on the basis of the analyzed fundamentals, we explore and disclose how to develop a 4D model ¿as built¿, detailing the 3D graphical entities that represent the integral parts of the objects of the building, and even the resources required to build them. Subsequently, we describe how linked together with the construction operations, in an exercise known as process modeling. Mainly we propose a strategy for the elaboration of the two virtual environments of the volumetric construction in steel, through the respective models of dynamic simulation 4D, where the assembly operations in site and offsite production of a modular building come alive virtually. To carry it out, we justify the integration of mechanical design platform, 4D and BIM, (Inventor, Navisworks, and Revit) from Autodesk. In the application of the thesis, we will approach to achieve integration of information from design and construction, for digitizing the complete cycle of industrial production of a modular building. We provide a series of procedures, recommendations, and qualitative appreciations, to capture and manage, the know-how of the logic of construction. Keywords: 4D technology, visual simulation, process planning, virtual construction.

La presente tesis doctoral, tiene por objeto el estudio teórico y exploratorio de las metodologías y mecanismos de automatización del modelado 4D, aplicados en la planificación de procesos de construcción. En este caso, de la construcción volumétrica en acero. Partimos del supuesto de que en la arquitectura, la planificación es el vínculo de cohesión del diseño con la construcción. Hipotéticamente planteamos, que a través del estudio de las metodologías y herramientas de planificación, podríamos llegar a conocer los mecanismos que permitan extender la información digitalizada al representar el diseño de la edificación, organizándola de tal manera, que sea operable hasta en su producción industrializada. En el contexto de la investigación, revisamos la literatura, las metodologías y las referencias significativas en los avances para la planificación de procesos. Se presentan los antecedentes y se justifica la elección de la tecnología de simulación visual 4D, integrada con el modelado multidimensional y los prototipos virtuales, como la nueva herramienta de análisis, que permite disminuir el riesgo en la industria de la construcción. Además, conveniente para que el arquitecto aproveche sus conocimientos de modelado 3D en la elaboración de entornos virtuales de construcción, que proveen la inexistente posibilidad en la arquitectura, de ensayar antes de construir: try before built. En el área de la comunicación visual en la arquitectura y el diseño, hemos percibido un creciente interés por la utilización de estas innovaciones, la transición entre las plataformas CAD al BIM, así como la implementación de las CAVT (Computer Advanced Visualization Tools), de donde proviene la tecnología 4D. Particularmente encontramos motivante para la realización de este trabajo, la actualización en las técnicas de modelado 3D, 4D (3D+tiempo) y su progresión multidimensional; además de la verificación de las posibilidades de integración y sincronización de la información, a través de mecanismos incorporados en estas nuevas herramientas. A partir de ellos, trazamos como objetivo general, conocer y describir cómo elaborar la animación dinámica de los movimientos de ensamblaje, un medio de representación y comunicación prácticamente inexistente en la arquitectura y la construcción.