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Los entornos virtuales muestran los problemas de diseño reales antes de la construcción
En los proyectos de infraestructuras, todo es grande: el presupuesto, el calendario, el alcance y, sobre todo, el riesgo. Cuando diseñó un nuevo túnel ferroviario cerca de Bergen, Noruega, la consultora de arquitectura, ingeniería y diseño Norconsult redujo aún más el riesgo al aplicar tecnología avanzada a un requisito de diseño vital, aunque incómodo: el sistema de señalización ferroviaria. Para evitar costosas demoras en la construcción debido a señales y letreros inadecuados, Norconsult utilizó el modelado 3D y juegos de realidad virtual en el diseño de la infraestructura para prever posibles problemas de diseño. El entorno de juego interactivo que creó ha establecido un nuevo estándar para simplificar los procesos de evaluación, validación, optimización y aprobación del diseño.
Una empresa consolidada cultiva los valores de una empresa de reciente creación
Con raíces que datan de 1929, Norconsult es la consultoría técnica multidisciplinaria más grande de Noruega. Aplica su experiencia al diseño y la construcción de aeropuertos, estadios para eventos públicos, campos petrolíferos, autopistas, hospitales, presas, puentes, ferrocarriles y túneles, por nombrar solo algunos de los 20.000 proyectos de su extensa cartera.
Con sede en Sandvika, cerca de Oslo, la capital de Noruega, Norconsult cuenta con cerca de 3.300 empleados en 88 oficinas de todo el mundo. Aunque su gran tamaño es un activo, también puede ser una desventaja: cuanto más grande es una organización, con más lentitud avanza. Para canalizar los valores de una empresa mucho más pequeña y ágil, Norconsult creó un grupo interno reducido con el nombre de "Bleeding Edge" (Máxima innovación). "El grupo lo forman de 30 a 40 de los empleados más innovadores que impulsan el desarrollo de la tecnología para conseguir que nuestras prácticas de trabajo sean más eficaces y ofrecer a nuestros clientes un mejor producto", explica el miembro de "Bleeding Edge", Thomas Angeltveit, ingeniero civil y coordinador de BIM que predica las bondades del uso del modelado 3D y la tecnología en el próspero departamento de transporte de Norconsult. "Intentamos ser los mejores consultores posibles, siempre a la vanguardia de la tecnología más reciente".
Desbloqueo de un línea vital para la economía
Conocido como Bergensbanen o la línea de Bergen, el ferrocarril noruego entre Oslo y Bergen serpentea a lo largo de 500 kilómetros (aproximadamente 310 millas) a través de un asombroso paisaje nórdico. Sin embargo, no es solo una de las líneas ferroviarias con las mejores vistas de Europa, también es vital para la economía al conectar las dos ciudades más grandes de Noruega. Es fundamental que los trenes la atraviesen de forma rápida, fácil y segura.
El tramo final de la ruta, entre Arna y Bergen, pasa por el túnel Ulriken, un túnel de 7,8 kilómetros (4,8 millas) debajo del monte Ulriken. Construido en 1964, es el túnel de vía única con más tráfico del norte de Europa y ha sido uno de los principales cuellos de botella durante años. "La capacidad actual del túnel no es suficiente para el tráfico ferroviario existente, por lo que no satisface las necesidades de transporte de pasajeros y mercancías", explica Angeltveit. En 2010, Norconsult comenzó a trabajar con el organismo ferroviario estatal de Noruega, Bane NOR, en un proyecto para duplicar la capacidad mediante la construcción de un segundo túnel de Ulriken paralelo al primero.
El proyecto, cuya finalización está prevista para 2022, presenta desafíos considerables para los constructores, que deben perforar un nuevo túnel a través del monte Ulriken, al mismo tiempo que mejoran el túnel existente y las estaciones de trenes asociadas, todo ello sin interrumpir el tráfico ferroviario actual.
La seguridad ferroviaria como prioridad
Para crear el nuevo túnel de Ulriken sin alterar el antiguo o interrumpir el servicio ferroviario, Bane NOR necesitaría utilizar una tuneladora de 1.800 toneladas que tardaría 18 meses en excavar la roca dura sobre la que descansa el monte Ulriken. Es la primera vez que se utiliza una tuneladora para perforar un túnel ferroviario en Noruega, donde la norma es la voladura convencional. Se necesitarían 18 meses para excavar la roca dura sobre la que descansa el monte Ulriken.
Un gran proyecto de infraestructura como este no solo presenta desafíos técnicos; también hay obstáculos administrativos. En proyectos ferroviarios, uno de los obstáculos más importantes es la aprobación normativa del sistema de señalización, que es primordial para la seguridad ferroviaria. "En los proyectos ferroviarios, lo más difícil de aprobar es el sistema de señalización", afirma Angeltveit. "Esto se debe a que es la parte central de la vía. Hace que todo funcione. Si un conductor de tren no puede ver una señal y se desplaza en exceso o no se detiene, se apagará todo el sistema ferroviario".
Jugar con el sistema
Para enfrentar los complejos desafíos de diseño y construcción del proyecto del túnel de Ulriken, el uso de BIM (Building Information Modeling) por parte de Norconsult ayudó a la empresa a coordinar de forma más eficaz las diversas disciplinas. "BIM es un factor clave del éxito de nuestros proyectos y por el que ahora desarrollamos nuevas tecnologías con tanta rapidez", afirma Angeltveit. Los modelos BIM para el proyecto del túnel y las mejoras de las estaciones se crearon mediante AutoCAD, Civil 3D y Revit, junto con Navisworks, para permitir la colaboración entre los equipos de construcción.
Abordar los desafíos administrativos en relación con el sistema de señalización requiere un enfoque diferente. Lo que provoca que las aprobaciones necesarias sean tan difíciles de obtener es el hecho de que las señales se instalan normalmente años antes de que los operadores ferroviarios puedan probarlas. Por lo tanto, suelen producirse errores. Angeltveit se preguntó: si los operadores ferroviarios pudieran probar las señales con anterioridad, ¿sería más fácil obtener las aprobaciones?
Para descubrirlo, concibió la idea de aunar los modelos BIM con la realidad virtual para crear un entorno de juego que permitiera a los operadores ferroviarios "conducir" en futuras vías antes de que se construyeran. "Disponíamos de modelos para todas las disciplinas (los mismos modelos que entregamos a los contratistas) y los incluimos en un motor de juegos", explica Angeltveit. El equipo animó los modelos 3D con 3ds Max y los aumentó con digitalizaciones láser de datos del mundo real, como el diseño de la cabina del tren, mediante ReCap.
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Un juego envolvente de realidad virtual permite a los operadores ferroviarios "conducir" a través del nuevo túnel de Ulriken en una cabina simulada creada con digitalizaciones láser 3D de un tren real.
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Los usuarios avanzan por la ruta con marcas de medición de las pistas guía para evaluar la distancia desde la señal más cercana y detectar problemas con las señales durante el juego.
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Los operadores ferroviarios recomendaron desplazar algunas señales dentro del túnel para aumentar su visibilidad, lo que permitió un ahorro considerable en los costes al poder realizar cambios antes de la construcción.
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En el entorno virtual, también se muestran accesorios y equipos en el túnel para realizar simulaciones de emergencia y formación de asistencia para operaciones y tareas de mantenimiento.
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El "modo de dron" proporciona una vista panorámica de la estación de Arna mejorada a la entrada del túnel de Ulriken.
Imágenes gentileza de Norconsult AS/Bane NOR/Baezeni
Inmersos en el potencial
Dentro de la experiencia del juego, los operadores ferroviarios conducían sobre las vías del tren virtual bajo la supervisión de ingenieros civiles, que utilizaban su rendimiento para evaluar la ubicación en que colocar señales y letreros. "En el entorno virtual, parece como si estuvieras allí", explica Angeltveit, "y eso es una gran ventaja cuando intentas obtener aprobación para algo que aún no se ha construido". A través de un proceso de diseño iterativo, los ingenieros optimizaron y ajustaron de forma precisa el sistema de señalización. "Trabajar con los conductores de trenes nos ayudó a comprender mejor su proceso mental", continúa. "Nos hemos podido beneficiar de su experiencia de conducción de trenes reales".
Bane NOR también obtuvo ventajas adicionales del juego, como una ayuda visual para el personal de emergencias. Al jugar en el "modo de dron", lo que implica desplazarse por el proyecto desde la perspectiva de un vehículo aéreo no tripulado, el personal puede familiarizarse con las rutas de evacuación o simular situaciones de emergencia. Entornos envolventes similares podrían ayudar a los equipos del proyecto a prever las necesidades operativas y de mantenimiento, lo que les permitiría diseñar infraestructuras y edificios optimizados para los usuarios finales. "Este método nos ofrece muchas oportunidades que explorar", dice Angeltveit.
Un túnel mejor y más seguro que nunca
La construcción del túnel avanza hacia la fecha de finalización de 2022 y alcanzó un momento clave cuando la tuneladora terminó de taladrar a través del monte Ulriken en agosto de 2017. Cuando se complete el nuevo ferrocarril de doble vía, un mayor número de trenes podrán transportar a una mayor cantidad de personas y mercancías entre Arna y Bergen, a mayor velocidad e intervalos más frecuentes.
Mientras tanto, la combinación de BIM, la realidad virtual y los juegos ya ha dado sus frutos para Norconsult, cuyos esfuerzos les permitieron alcanzar el tercer lugar en la categoría de infraestructura en el concurso 2017 AEC Excellence Awards (inglés) de Autodesk. Según Angeltveit, la experiencia de juego de realidad virtual ha proporcionado muchas ventajas, entre las que se incluyen un proceso simplificado de revisión normativa que acortó años el periodo de aprobación estándar; una mayor aceptación por parte de los interesados, ya que el juego ayudó incluso a los usuarios sin conocimientos técnicos a visualizar los planes del proyecto; y, en última instancia, la reducción de costes, porque los errores podían solucionarse antes de la construcción en lugar de corregirlos con posterioridad.
Tal vez la ventaja más importante de todas es el túnel en sí, que, gracias al juego, funcionará al máximo rendimiento mucho después de que se hayan marchado los equipos de construcción. "En resumen, podemos ayudar a proporcionar un túnel y estaciones mejores y más seguros que nunca", dice Angeltveit.
Cambio de señalización para el futuro del diseño de infraestructuras
Sobre la base de su éxito inicial con el túnel Ulriken, Norconsult ha convertido el uso de juegos de realidad virtual en un procedimiento operativo estándar en todos sus proyectos ferroviarios para ayudar en el diseño y la aprobación de la señalización. La empresa explora también otros casos de uso. En un proyecto urbano de tren ligero, por ejemplo, Norconsult está utilizando una experiencia de juego de realidad virtual para obtener información de los conductores de tranvías a fin de optimizar el diseño de las líneas de tráfico para bicicletas y vehículos de emergencia. Mientras tanto, los clientes están utilizando los entornos envolventes en presentaciones para el equipo directivo y los miembros de la comunidad, cuyo apoyo y aceptación vitales se obtienen con más facilidad y entusiasmo gracias a las visualizaciones de realidad virtual.
A largo plazo, es fácil ver cómo el uso de juegos de realidad virtual podría ayudar a iniciar una nueva era de diseño proactivo en lugar de reactivo. "Para nosotros, ha cambiado las reglas del juego", concluye Angeltveit. "Ofrecer una experiencia interactiva de realidad virtual con nuestros modelos BIM revoluciona realmente el statu quo en un sector tradicionalmente conservador".
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