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La Clave | El diseño en la obra pública 3
Diseño en obra pública: la importancia del cómo
Una reflexión sobre las herramientas al alcance del ingeniero civil y su influencia en el diseño
Adrián Sánchez Sevilla
Ingeniero de caminos, canales y puertos.
Departamento de Estructuras Civiles.
Unidad Tecnológica de Movilidad. Sener Ingeniería y Sistemas.
El artículo pretende reflexionar sobre la importancia de las herramientas en el proceso de diseño además de intentar analizar, de manera más o menos estructurada, el potencial de alguna de ellas. Se intentará dar una visión amplia y transversal, pues se cree en la necesidad de las herramientas de diseño para el conjunto de la profesión.
Unas breves reflexiones sobre el diseño en la obra pública
Diseño industrial vs. diseño arquitectónico
Es muy común asociar el diseño o la intención de diseñar con un enfoque «arquitectónico» dada la relación de un amplio sector de la profesión con la arquitectura. El diseño arquitectónico se asocia con la creación holística de un objeto bello, único y funcional. Pero el autor cree que el ingeniero civil debe asumir el concepto de diseño industrial en su labor profesional, como actitud de resolución integral de un problema, intentando hacerlo de manera global, en masa y satisfaciendo al mayor número de usuarios posibles.
El diseño no debe de ser la búsqueda de un gesto bello, el diseño debe de ser una actitud proyectual donde se busquen e identifiquen las necesidades a resolver intentando hacerlo de una manera integral. En ese proceso, las herramientas tienen un papel fundamental, tal como abordaremos en este artículo. Debemos aspirar a hacer diseño en aquellas cosas donde no se percibe el diseño, asumiéndolo como una forma de trabajar y enfocar la resolución de problemas.
Las herramientas y el proceso de diseño
Las herramientas deben estar a nuestro servicio y no al revés. El desarrollo continuo de nuevas y potentes herramientas puede derivar en la cómoda posición del ingeniero como un operador de las mismas, profundizando en su uso, pero sin reflexionar sobre su potencial y su utilidad en el proceso de diseño.
En un contexto donde el ingeniero pierde la autoría de la obra frente al trabajo multidisciplinar y en equipo, el proceso diseñar y las herramientas empleadas en ese proceso son quizás el único modo que tiene el técnico de expresar su lado más subjetivo en el desarrollo de un proyecto, de aportar como individuo.
¿Cuál es el objetivo de emplear herramientas?
Las herramientas deben proporcionar eficiencia y generar espacios de pensamiento. Deben permitir al ingeniero pensar y reflexionar, que son, en última instancia, las herramientas principales en nuestra labor profesional. En la ingeniería moderna las herramientas deben propiciar entornos colaborativos y creativos que permitan la participación de todos los miembros involucrados en un proyecto.
Croquis e infografía digital del puente colgante Dvorecký, Praga (República Checa)
¿Qué nos permiten las herramientas? ¿Qué flujos de trabajo propician?
Las herramientas permiten transmitir un mensaje, sesgar o concentrar información para mejorar el proceso de toma de decisiones, es decir, permiten vertebrar el propio proceso de diseño.
En algunos casos se emplearán para comunicar de manera directa; un ejemplo es el dibujo a mano alzada, o los croquis, que permiten concentrar una idea, transmitir conceptos a otros miembros del equipo, o simplemente hacer el ejercicio individual de destilar una idea.
El dibujo a mano alzada permite una comunicación rápida, dinámica y directa. Lo importante es que sea eficiente, no bello. En ese proceso de búsqueda y de síntesis, el ingeniero desarrolla de manera inconsciente un estilo, un proceso de dibujo; bien aceptando unos códigos de colores, una jerarquía de grosores de líneas, o simplemente apoyándose en información gráfica preexistente (fotografías, planos, etc.).
En otros casos, las herramientas nos permitirán el tratamiento eficiente de grandes volúmenes de datos (esto es, ver a través del bosque), o la simulación avanzada para estudiar aspectos relevantes en el diseño. Podemos englobar en este concepto al diseño paramétrico, que se desarrolla en dos grandes vertientes: el diseño formal (búsqueda de la forma y la geometría), y el diseño técnico (simulaciones avanzadas, procesos generativos, búsqueda de eficiencia, identificación de variables fundamentales).
El diseño paramétrico permite:
- Rapidez en el análisis de alternativas y valoración de viabilidad técnica de soluciones. En este grupo podemos englobar todas las herramientas que permiten la búsqueda de formas asociadas al comportamiento estructural (form-finding), pero también el uso estructurado de grandes volúmenes de datos para realizar representaciones fehacientes de topografía y estudiar, por ejemplo, cómo se implantará la obra pública en el terreno. Estas herramientas permiten una programación gráfica, de manera que se visualiza inmediatamente el resultado del código, así como un acercamiento más intuitivo a la estructuración de datos. Si bien se trata de herramientas muy extendidas en el diseño arquitectónico y el diseño estructural, son perfectamente aplicables a cualquier faceta de la obra pública (diseño de túneles y sostenimientos, carreteras o ferrocarril, ingeniería hidráulica, etc.).
- Evaluar la eficiencia de las soluciones planteadas al poder comparar distintas soluciones de manera más rápida. Estos plugins trabajan por paquetes, desarrollados en muchos casos en código abierto, que permiten abordar incluso análisis estructurales, optimizaciones basadas en algoritmos genéticos, etc. Estos aspectos permitirán explorar múltiples opciones, modificando variables para saber cuáles son los aspectos fundamentales del elemento en desarrollo, cuáles pueden ser las líneas de desarrollo de la ingeniería de valor, o cómo se pueden buscar los potenciales de eficiencia en el desarrollo de la solución. Todo ello reduciendo drásticamente los tiempos empleados en la producción de modelos y en el posproceso.
Estas herramientas pueden ayudarnos a tomar decisiones no solo en etapas tempranas de definición de un proyecto (formas generales, tipologías, etc.), sino también en el desarrollo del diseño de detalle (eficiencia de anclajes al terreno en base a su longitud e inclinación, tipología de arriostramiento a emplear en una estructura metálica, espesores y materiales de una ataguía, etc.). Otra gran ventaja de las herramientas de diseño paramétrico es que pueden enlazarse con herramientas ya existentes de diseño (motores de elementos finitos, programas de modelado geométrico, herramientas BIM, etc.).
- Fabricación digital + Control numérico del diseño. Es otra de las ventajas de las herramientas paramétricas: permitir un flujo directo con herramientas de fabricación digital, cada vez más presentes en nuestro sector.
- Generar entornos colaborativos a través del intercambio de datos estructurados. Generar información a través de datos o variables estructurados facilita su intercambio. Un claro ejemplo de esta tendencia es la metodología BIM en el proyecto, así como el desarrollo de estándares para el intercambio de modelos entre distintas herramientas. Un ejemplo es el IFC.
Croquis de trabajo
Otro grupo de herramientas en auge son las herramientas de realidad virtual/entornos virtuales, que están permitiendo realizar un diseño volcado en el usuario o en la experiencia del usuario. Se pasa de un diseño basado únicamente en el concepto o idea de un diseñador o grupo de diseñadores a poder plasmar el estado final de la infraestructura antes de ejecutarla y permitir que los usuarios, o incluso los explotadores, puedan usarla de manera virtual y tomar decisiones sobre aspectos relevantes en la operatividad de esa infraestructura o de algunos de los aspectos novedosos que plantea desarrollar para el explotador o los usuarios.
Estas herramientas abren una vía de diseño colaborativo con la sociedad, de diseño participativo y suponen, por tanto, un cambio de paradigma. Actualmente se ha pasado del uso de fotomontajes al empleo de herramientas para el diseño de videojuegos (como Unreal), e incluso de programas para el diseño de flujos de peatones.
Pero también pueden permitir un estudio pormenorizado de una fase del proyecto, de un proceso constructivo, de un flujo final o provisional de usuarios, o el estudio de un impacto que el proyecto pueda tener durante su desarrollo en parte de su ámbito de aplicación.
¿Cuándo podemos usar las herramientas en el proceso de diseño?
El diseño debe estar presente en todo el proceso de proyecto. Históricamente siempre se ha asociado a la búsqueda del concepto (visión del diseño arquitectónico), pero, igual que en el diseño industrial, debe orientarse al producto acabado, tal y como hemos expuesto anteriormente.
Podemos emplear las herramientas de diseño en todas las fases de desarrollo de una obra pública:
- Estudio de viabilidad. ¿No se pueden estructurar paramétricamente procesos de decisión de corredores de transporte, canales, puentes, redes de saneamiento, etc.?
- Proyecto básico. Evaluar la eficiencia de distintas tipologías o soluciones, comparándolas entre ellas y con el entorno en el que se desarrollan.
- Proyecto constructivo. Desarrollo de soluciones constructivas, estructuración de grandes volúmenes de datos (por ejemplo, representación de campañas geotécnicas, seguimiento de la obra mediante la instrumentación, desarrollo de elementos secundarios y su posterior aprovechamiento).
- Rehabilitación, reparación o mantenimiento de obra pública. Desarrollo de soluciones para mantener o modificar las funcionalidades de las obras públicas.
- Representación del estado actual y de soluciones o reparaciones.
Implantación en trama urbana virtual de propuesta de puente en Berlín
Implantación en entorno ambiental sensible de gran viaducto para hyperloop
¿Cómo influyen las herramientas en el proceso de diseño?
Las herramientas deben catalizar o dinamizar el flujo de pensamiento. Deben estructurar las ideas y permitir el trabajo colaborativo. La función principal del ingeniero es resolver problemas, reflexionar sobre ellos y buscar las mejores soluciones posibles.
Nuevos flujos de trabajo
La digitalización y la aparición de nuevas familias de herramientas están cambiando los flujos de trabajo y los entornos de diseño. Esto se plasma en la continua mutación de flujos existentes de trabajo, entre los que podemos destacar:
- del dibujo por ordenador mutamos al diseño paramétrico;
- de los planos mutamos a los modelos de datos estructurados;
- de los cálculos simplificados mutamos a los prediseños computacionales;
- del renderizado y las imágenes mutamos a la realidad virtual y la experiencia del usuario;
- del diseño de detalle mutamos a la fabricación digital y en control numérico.
Muchos de estos procesos, que giran en torno a la estructuración y el análisis de datos, permiten un grado de automatización cada vez más elevado. El éxito del empleo de estas herramientas y, por tanto, de los nuevos flujos de trabajo, parte de una premisa de partida: reflexión y pensamiento por parte de los técnicos involucrados. Los procesos pensados y reflexionados funcionan mejor y liberan al técnico de tareas repetitivas para poder invertir más tiempo en pensar si las soluciones desarrolladas son las adecuadas.
Vectores de oportunidad. Cambiar todo sin cambiar lo sustancial
¿Cambiar es desechar lo anterior? Lo «antiguo» vs. lo «viejo».
Como ya hemos visto, las nuevas herramientas influyen en el proceso de diseño y cambian o mutan los flujos de trabajo. Pero las nuevas herramientas nos pueden permitir rescatar antiguas utilidades y herramientas, siendo estas motor o palanca del cambio.
El cambio de herramientas no debe romper con todo lo anterior. Cada ingeniero o grupo de ingenieros realizará su propia síntesis o selección, manteniendo o mejorando metodologías exitosas o eficientes. Por ejemplo, el dibujo a mano alzada puede realizarse hoy en día en digital, integrándose de manera más eficiente con otras herramientas sin perder su esencia (inmediatez, simplificación, mensaje directo).
Otro ejemplo es el renacimiento de la estática gráfica en el desarrollo de estructuras paramétricas.
Este enfoque no es otra cosa que recalcar que el potencial de la herramienta no debe estar por encima del proceso de decisión del ingeniero.
Debemos diseñar manteniendo el sentido común y la racionalidad, más en un contexto de reducción de huella de carbono y sostenibilidad. Las nuevas herramientas deben mejorar el flujo de trabajo, no empeorarlo. Emplear herramientas más potentes no debe forzarnos a desarrollar soluciones más complejas, sino soluciones más eficientes.
Diseñar para el uso y la implantación masiva: retomar el concepto de familias o colecciones de obras de paso. El diseño paramétrico permite la estandarización, que lleva a la eficiencia y rapidez en el proceso de diseño. Esto es especialmente clave en países en vías de desarrollo.
Igual que Carlos Fernández Casado desarrolló su Colección de Puentes de Altura Estricta en una España que lo tenía todo por construir, hoy en día podemos generar estándares que permitan desarrollar buena ingeniería en entornos o condiciones de desarrollo escaso.
El diseño paramétrico permite la colaboración entre disciplinas de la ingeniería civil y otras profesiones con las que colaboramos (economistas, arquitectos, ingenieros de edificación, etc.).
La sociedad necesita un desarrollo eficiente, resiliente y duradero. La respuesta es el diseño.
Emplear herramientas más potentes no debe forzarnos a desarrollar soluciones más complejas, sino más eficientes
Croquis de trabajo e imagen digital posterior. Diseño de elementos urbanos para un puente en Berlín
Fuente: Adrián Sánchez y Fabrice Leray. Fhecor Ingenieros consultores.