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Informes de la ConstruccinVol. 59, 505, 53-71,enero-marzo 2007

ISSN: 0020-0883

(*)Escuela Politcnica Superior. Universidad de La Corua, Espaa(**)NavantiaPersona de contacto/Corresponding author: [email protected] (Alfredo del Cao)

Palabras clave: diseo asistido por ordenador,ingeniera asistida por ordenador, fabricacinasistida por ordenador, simulacin de procesos

de construccin, arquitectura, ingeniera, cons-truccin.

Fecha de recepcin: 11-XI-05Fecha de aceptacin: 20-XII-06

Alfredo del Cao(*), M Pilar de la Cruz(*), Luis Solano(**)

Diseo, ingeniera, fabricacin y ejecucin asistidos porordenador en la construccin: evolucin y desafos a futuro

Computer-aided design, engineering, manufacturing andconstruction: evolution and future challenges

RESUMEN SUMMARY

Keywords: computer assisted design, computerassisted engineering, computer assisted manu-facturing, simulation of construction processes,

architecture, engineering, construction.

El presente artculo expone un anlisis realiza-do por los autores sobre la evolucin histricadel diseo asistido por ordenador (DAO) en

construccin, su estado actual, y posible futu-ro, todo ello desde el punto de vista del usuario.El anlisis incluye los orgenes del DAO en los60 y los 70, as como la introduccin del mode-lado slido, los sistemas paramtricos y otrosavances en los 80 y en los 90. A continuacinse analizan las caractersticas esenciales delsoftware actual, incluyndose tambin su rela-cin con otros aspectos como la ingeniera y lafabricacin asistidas por ordenador (IAO / FAO),o la realidad virtual (RV). Y se resumen las ca-ractersticas especificas de las principales apli-caciones comerciales de ayuda en la defini-cin del proceso (industrial o de otro tipo); deayuda en la definicin de la distribucin enplanta del edificio o planta industrial; de diseo

arquitectnico conceptual; de apoyo en el pro-yecto bsico y de detalle; y de simulacin yvisualizacin de los procesos de construccin.El artculo tambin refiere las peculiaridadesde algunas aplicaciones de desarrollo internoen las mayores empresas mundiales de inge-niera. Finalmente, en funcin de las tenden-cias actuales y de las necesidades del sectortodava pendientes de satisfacer, se resumenlos principales desafos a futuro en este campo.

This paper sets out an analysis on the evolution,present and potential future of computer-aideddesign (CAD) in construction, from the point ofview of the user. The analysis includes the CADbeginnings in the 1960s and 1970s, and alsothe introduction of solid modelling, parametricsystems and other progress in the 1980s and1990s. Then, the essential characteristics ofcurrent software are analysed, also includingits connection with other issues as computer-aided engineering and manufacturing (CAE /CAM), or virtual reality (VR). The paper alsoincludes a summary of the specific features ofthe main commercial software packages to helparchitects and engineers in conceiving anddefining the process (industrial or other types of

processes); establishing the plant or buildinglayout; preparing the conceptual, basic anddetailed design; and simulating the on-site

construction processes. The main characteristicsof some software packages developedinternally by some of the worlds most important

engineering companies are also summed up.

Finally, taking into account the current trendsand the present needs of the construction sector,the main future challenges of CAD in this sectorare summarised.

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A. del Cao, M P. de la Cruz, L. Solano

1. INTRODUCCIN

Con motivo del 150 aniversario de la inge-niera industrial, el Departamento de Inge-niera Industrial II de la Universidad de La

Corua desarroll un proyecto preliminarpara analizar la evolucin y futuro de lasconstrucciones industriales, fundamental-mente en el entorno de los pases occiden-tales. Dicho trabajo, que constitua la prime-ra fase de un proyecto de mayor alcance, sedesarroll desde finales del ao 2000 hastajulio de 2001 y sus principales conclusio-nes fueron publicadas en 2001 (de la Cruz ydel Cao, 2001) en esta misma revista. Esteescrito ampla la parte de aquel anlisis rela-tiva al diseo asistido por ordenador, y resu-me tambin posteriores anlisis realizadospor los autores sobre el mismo tema.

2. DIBUJO, DISEO, INGENIERA YFABRICACIN ASISTIDOS PORORDENADOR: CONCEPTOY EVOLUCIN

2.1. Antecedentes histricos: maquetasy dibujo a mano

Las primeras herramientas de expresin gr-fica en la construccin fueron, probablemen-te, las maquetas y el dibujo a mano en so-portes ms primitivos que el papel (papiro,

soportes ptreos naturales o artificiales), yms tarde en el propio papel. Ello se remon-ta a los tiempos de las ms antiguas civiliza-ciones. Podramos decir que los primerosingenieros modernos aparecen en tiemposde la revolucin industrial; en ese momentono hay grandes cambios en los aspectos re-lacionados con la expresin grfica, porcuanto dichos tcnicos y su personal deapoyo dibujaban a mano en papel sobre ta-blero, aunque con cierta frecuencia pudie-

ran usar tambin maquetas. Este panoramase mantiene hasta mucho ms tarde, en los50 y en los 60 del siglo XX, si bien en estosmomentos se generaliza el uso de maque-tas detalladas a escala como complemento

al dibujo a mano (Figura 1), para proyectosde gran complejidad, como son los de gran-des plantas industriales. La maqueta, al mar-gen de servir como herramienta de comuni-cacin con el cliente, era entonces estricta-mente necesaria en estos proyectos porquela complejidad de las plantas de procesoqumicas y petroqumicas y de las centralesde produccin de energa era tal que nohaba otra manera de poder analizar de an-temano las intersecciones / interferenciasindeseadas entre sistemas constructivos paraevitar, por ejemplo, que tuberas o conduc-tos pasasen por lugares por donde era im-

posible su paso al coincidir con vigas, pila-res u otras tuberas o conductos. En los co-mienzos de los ordenadores, entre los 40 ylos 60, stos no tienen gran potencia y, porello, su uso en el clculo y dimensionamien-to estructural y de instalaciones es anterior asu uso en la expresin grfica. En los 70 yen los 80 las maquetas siguen siendo im-prescindibles en proyectos complejos, yaque las aplicaciones de dibujo asistido porordenador no permiten todava el dibujo entres dimensiones ni, por tanto, la deteccinde interferencias.

2.2. Los comienzos: dibujo asistidopor ordenador

Con respecto al dibujo y diseo asistidospor ordenador (Bozdoc, 2005), al principiode los aos 40 se desarroll el primer orde-nador digital y, simultneamente, se desa-rrollaron algunos de los trabajos base sobrecurvas (por Schoenberg, Apalategui y Li-ming, entre otros, fundamentalmente den-tro del sector aeronutico norteamericano)

Figura 1. Maqueta de una plan-ta de desulfuracin de naftas(fuente: exposicin 150 Ani-versario de la Ingeniera Indus-trial. Nuestra Industria y Nues-tra Vida., organizada por elColegio Oficial de IngenierosIndustriales de Madrid y la

Comunidad de Madrid, Recin-to Ferial Juan Carlos I, IFEMA,Madrid, 16 de julio a 19 deagosto de 2001; maqueta deTcnicas Reunidas, SA).

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Diseo, ingeniera, fabricacin y ejecucin asistidos por ordenador en la construccin: evolucin y desafos a futuro

Computer-aided design, engineering, manufacturing and construction: evolution and future challenges

que, ms tarde, se usaran en el desarrollode las modernas herramientas informticas.En los aos 50 aparecen los primeros orde-nadores comerciales. Probablemente los tra-bajos ms importantes sobre curvas polin-

micas, superficies, y sistemas grficos en or-denadores fueron desarrollados en los 60 yen los 70 por Bezier, de Casteljau, Coons,Eastman, Fergusson, de Boor, Birkhoff, Ga-rabedian, Gordon, Hanratty, Riesenfeld,Ross, y Sutherland, entre otros, en el senode empresas del sector automovilista, comoRenault, Citren, Chrysler, Ford o GeneralMotors; del sector aeronutico, comoBoeing o Lockheed; o de instituciones deinvestigacin, como el MIT o la UniversidadCarnegie-Mellon.

Las primeras aplicaciones comerciales apa-

recen entre 1964 y 1971. En ese momentoslo las grandes corporaciones (como Ge-neral Motors o Renault, por ejemplo) pue-den adquirir los ordenadores capaces desoportar el software de este tipo. Conformelos ordenadores se fueron haciendo msasequibles, las reas de aplicacin se fue-ron extendiendo gradualmente. En los 70estos programas slo trabajaban en dos di-mensiones (2D), y tpicamente se limitabana la generacin de planos de proyecto me-diante un proceso similar a su realizacin amano. En 1970 aparece ya la primera de lasprincipales empresas de CAD del sector de

la construccin, llamada entonces M&SComputing, y que ms tarde pasar a lla-marse Intergraph. A finales de los 70 un tpi-co sistema de CAD implicaba el uso de unmini-ordenador de 16 bits con un mximode 512 Kb de memoria y de 20 a 300 Mb decapacidad de almacenamiento en disco, conun precio del orden de los 125.000 dlaresnorteamericanos.

El dibujo asistido por ordenador (que pode-

las siglas de su denominacin en ingls:computer-aided drafting) surge como solu-cin para aumentar la productividad a la horade producir planos de proyecto; se trata,como su propio nombre indica, de una meraherramienta de dibujo.

2.3. Modelado slido, sistemas paramtricosy otros avances en los 80 y en los 90

En 1981 se crea la empresa Dassault Syst-mes dentro del grupo empresarial AvionsMarcel Dassault. Los 80 vern ya avancesimportantes en hardware y en programaciny, en particular, en modelado slido. Estosavances permitirn la creacin, por ejem-plo, en 1981, de paquetes de modeladoslido como Catia, del grupo francs Dass-ault. Autodesk se funda en 1982, lanzandoal mercado una versin 2D del hoy tan co-

nocido AutoCAD, que permita el dibujo asis-tido por ordenador a empresas con recur-sos econmicos modestos. En 1985 KeithBentley funda Bentley Systems, empresa quelanzar el software denominado MicroSta-

tion. En los 80 ya existe software con meno-res exigencias de soporte fsico que en mo-mentos anteriores; as, por ejemplo, en 1987la versin 9 de AutoCAD funcionaba sobreprocesadores Intel 8086 con co-procesadormatemtico 8087; de todos modos, las apli-caciones informticas de ms potencia se-guan requiriendo mini-ordenadores demucha mayor potencia y coste. Pro/Engineer(de la empresa PTC) aparece en 1988, So-lidWorks (de Dassault) en 1995, y SolidEd-ge (de UGS) en 1996. En 1997 aparece Re-vit, de Revit Technology Corporation, queconstituye el primer sistema de modeliza-

cin paramtrica para el sector de la cons-truccin. Con los sistemas paramtricos noes necesario realizar innumerables correc-ciones como consecuencia de cualquiercambio en el diseo; dichas correccioneslas realiza automticamente el sistema. Fi-nalmente, a finales de los 90 y principios delnuevo milenio las grandes empresas se es-fuerzan en lanzar versiones de su softwareque funcione sobre plataformas de tipo PC.

2.4. Diseo asistido por ordenador:principales caractersticasde los sistemas actuales

Con los avances referidos y con otros queno hay lugar aqu para reflejar, poco a pocose ha ido pasando al concepto de dibujo ydiseo asistido por ordenador (del Cao yde la Cruz, 1993; Domnguez et al., 1995).En otro sentido diferente, que se va a trataraqu por tener estrecha relacin con el dise-o asistido por ordenador, se ha generadoel concepto de ingeniera asistida por orde-nador. Ambos son ya conceptos muy am-plios y complejos y en los que todava que-da por avanzar. El concepto de dibujo y di-seo asistido por ordenador (que aqu refe-riremos simplemente como DAO o comoCAD, usando las siglas en espaol o en in-gls del trmino diseo asistido por ordena-dor) es una evolucin del dibujo asistidopor ordenador para asistir al arquitecto oingeniero en otras tareas de diseo diferen-tes del mero dibujo, de manera que hoy enda estos sistemas, entre otras cosas, ade-ms de ayudar al dibujo de los planos deproyecto (Autodesk, 2005; Bechtel, 2005;Bozdoc, 2005; del Cao y de la Cruz, 1993;Delmia, 2005; Fluor, 2005; Intergraph, 2005;Nemetschek, 2005; Sketchup, 2005; UGS /Tecnomatix, 2005; entre otros), tienen otrascaractersticas, resumidas en la Tabla 1, quesuponen ventajas muy importantes. As, porejemplo, el hecho de incorporar bases dedatos de elementos del layout y soluciones

mos referir como DAO o como CAD, usan-

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completas de distribucin para determina-dos tipos de habitculos o actividades, au-menta la productividad a la hora de generarla distribucin en planta; ahora ya no se di-bujan lneas rectas o arcos para formar ob-

jetos, sino que stos se generan automtica-mente por medio de una sola orden. Otrascaractersticas de la Tabla 1 tienen similaresconsecuencias sobre la productividad y, conello, sobre el plazo y el coste de las tareas dediseo.

Por otro lado, el hecho de que muchas apli-caciones sean ya paramtricas permite con-trolar la forma geomtrica y las dimensionesde un modelo por medio de variables quesuponen restricciones geomtricas y de aco-taciones que permiten, modificndolas, rea-lizar cambios en los modelos de forma flexi-

ble e interactiva. Los beneficios del diseoparamtrico son mltiples. En primer lugar,es posible comenzar el proceso de diseopartiendo de bocetos poco detallados, di-bujados habitualmente a mano alzada. Laposterior incorporacin de restricciones ydimensiones paramtricas permiten definircompletamente el modelo y, luego, redefi-nirlo cambiando simplemente las referidasrestricciones o dimensiones. Otra ventajaimportante es la posibilidad de interrelacio-nar las dimensiones mediante ecuaciones.Ello permite un control muy preciso de lageometra del modelo, as como la creacinde elementos o componentes estndar conformas y dimensiones dependientes de va-lores numricos. Es una ventaja clara el he-cho de que, en este tipo de aplicaciones

Generacin de modelos virtuales (3D reales), que permiten realizar diversas simulaciones.Ayuda desde la concepcin inicial hasta el final, incluyendo, la generacin del resto de documentos delproyecto.Generacin de diferentes alternativas de distribucin en planta y en el espacio (layout). Anlisis de sueficiencia. Optimizacin del layout.Anlisis de la eficiencia del movimiento de personas o vehculos y su optimizacin, evitando colisiones.Anlisis de intersecciones / interferencias indeseadas entre sistemas constructivos (por ejemplo, entreinstalaciones y elem entos estructurales).Clculo de ratios geomtricos de la edificacin (alturas, volumen construido, superficie construida,superficie til) y estimacin de co stes de construccin y de ope racin.Visualizacin 3D y 4D d e imgenes externas e internas a las construcciones proyectadas.Anlisis del impacto visual de la nueva instalacin.Incorporacin de bases de datos de elementos individuales del layout (por ejemplo, una mquina);generacin autom tica de objetos.Incorporacin de soluciones completas de layout para determinados tipos de habitculos o actividades(como, por e jemplo, soluciones especficas de clulas de fabricacin).Incorporacin de bases de datos de elementos o sistemas constructivos para generarlos por medio de una

sola orden (por ejemplo, pa ra generar la cubierta de un ed ificio).Sistemas param tricos.Incorporacin de sistemas de captacin, almacena miento y gestin del conocimiento de la em presa para suuso en p royectos posteriores (por ejemplo, de c riterios de diseo o diseos tipo).Incorporacin de sub-sistemas que facilitan la participacin simultnea en el diseo de d iferentes usuarios,aunque stos se encuentren en ub icaciones diferentes.Incorporacin de mdulos para interconexin con programas de otro tipo; por ejemplo, de anlisisestructural.

paramtricas, cualquier modificacin en unelemento del diseo provoca automtica-mente las necesarias modificaciones en elresto de elementos interrelacionados con elprimero, y todas las modificaciones se refle-

jan en todos los documentos de proyecto.

El uso de software de diseo 3D ha experi-mentado un importante crecimiento en losltimos aos. Esto es debido a la cada vezmayor potencia y facilidad de uso de losmismos, si bien los programas ms poten-tes y que permiten realizar las geometrasms complejas siguen requiriendo mayorformacin. Obviamente, las empresas pue-den optar por software ms o menos com-plejo en funcin de sus necesidades. Perose sigue avanzando, poco a poco, hacia unamayor capacidad y facilidad de uso del soft-

ware. As, programas como Pro/Engineer(PTC) o Catia (Dassault) permiten crear pie-zas y conjuntos en 3D de gran compleji-dad, pudindose prescindir en ocasionesde los en otro caso necesarios planos parasu fabricacin, con el ahorro de tiempo queconlleva; pinsese, por ejemplo, que unaempresa que realiza fundiciones slo nece-sitar ya el modelo 3D para hacer el moldepara fabricarlas. Y en el caso de que esosplanos fuesen necesarios, dichos programaspermiten una creacin semi-automtica delos mismos. Adems, por ser paramtricos,una vez hecho un plano, si se modifica unao varias dimensiones de la pieza, el restodel plano ser actualizado automticamen-te. Esto no ocurre en programas comercia-les estndar como AutoCAD o MicroStation.

Tabla 1. Principales caractersticas de los sistemas CAD actuales

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Clculo estructural matricial y mediante elem entos finitos.Predimensionado y dimensionamiento de cimentaciones y de estructuras de acero, hormign y madera.Aplicaciones genricas de anlisis trmico y de fluidos tradicional y de dinmica computacional de fluidos(CFD), para su uso en el diseo de redes de fluidos de diverso tipo.Dimensionamiento de redes de fluidos: abastecimiento y evacuacin de agua, redes de proteccin contraincendios, ventilacin, calefaccin, climatizacin.Clculo y dime nsionamiento de instalaciones elctricas.

Por esta razn este tipo de empresas estnlanzado ya aplicaciones paramtricas ymdulos para convertir en paramtricas susaplicaciones no paramtricas (como es elcaso de Autodesk con su Revit para Auto-CAD).

2.5. Ingeniera asistida por ordenador

Ms recientemente se ha acuado el con-cepto de ingeniera asistida por ordenador(que aqu referiremos como IAO o como CAE,usando las siglas de su denominacin eningls: computer-aided engineering), quesupone el uso del ordenador para realizarlos diferentes clculos y dimensionamien-tos necesarios para asegurar la funcionali-dad de los diversos sistemas constructivos.Esto incluira, en principio, el clculo y di-mensionamiento estructural y de instalacio-nes, as como otros clculos necesarios paradefinir otros sistemas constructivos, comoes el caso de los cerramientos y tabiqueras

(por ejemplo, los clculos trmicos y acsti-cos que ayudan a decidir la composicinde las diferentes capas de dichos cerramien-tos y particiones). Las aplicaciones de soft-ware ms usuales en este caso son las in-cluidas en la Tabla 2.

Como se puede ver, a pesar de que el orde-nador se us antes para el clculo y dimen-sionamiento estructural y de instalacionesque para el CAD, el trmino ingeniera asis-tida por ordenador ha aparecido ms tar-de.

Como se ver ms adelante, cada vez se estregistrando una mayor integracin entre laingeniera y el diseo asistidos por ordena-dor, y entre stos y otras actividades del pro-yecto, progresndose hacia lo que podraser una construccin integrada por ordena-dor, real, que hoy no es ms que una utopasobre la que hablaremos ms tarde. En par-ticular, y por ejemplo, existe una tendenciaclara a integrar el diseo 3D con el clculopor elementos finitos. En este sentido, PTCfue uno de los precursores en el diseomecnico, con la integracin de Pro/Mecha-

nica (clculo) y Pro/Engineer (diseo). El pasode uno a otro es inmediato gracias a su ca-rcter paramtrico, de tal forma que cual-quier cambio en la geometra es aplicadoinmediatamente al modelo de elementos fi-

nitos, pudindose regenerar la malla auto-mticamente. Adems, las cargas y restric-ciones permanecern inalteradas si no haycambios en las zonas de aplicacin, o seactualizarn si se realizan cambios en susdimensiones paramtricas. ANSYS permitedesde hace poco hacer esto mismo conWorkbench. Por el contrario, usando pro-gramas tradicionales de clculo por elemen-

tos finitos, si cambiamos la geometra en laaplicacin CAD, es necesario recomenzartodo el proceso de clculo: recargar la geo-metra, volver a aplicar las cargas y restric-ciones, crear una nueva malla (proceso esteltimo que, dependiendo de las caractersti-cas del problema puede ser extremadamen-te largo y laborioso) y lanzar el clculo nue-vamente.

2.6. Fabricacin asistida por ordenador

En construccin podemos hablar tambin

del concepto de fabricacin asistida por or-denador (que aqu referiremos como FAO ocomo CAM, usando las siglas de su deno-minacin en ingls: computer-aided manu-facturing), que se corresponde con el usode hardware y software para la automatiza-cin total o parcial de la fabricacin de ele-mentos estructurales o de otros elementos osistemas constructivos. Entre otros campos,por ejemplo, en el campo estructural, el in-cremento del coste de la mano de obra enlos pases avanzados ha provocado que laestructura metlica se disee con elementoscompletos (vigas, soportes) preparados o

(pre-) fabricados (en el caso de los perfilesarmados) en taller mediante procesos auto-mticos o semi-automticos, para ser luegoatornillados in situ. Y tambin ha provocadoque la estructura prefabricada de hormigngane mucho terreno a la ejecutada in situ. Yexisten ya sistemas de CAD que son capa-ces de generar las instrucciones para el me-canizado automtico de piezas, o bien deintegrarse con programas especficos deCAM para enviarles toda la informacin ne-cesaria para generar dichas instrucciones.

2.7. Realidad virtualCon anterioridad se ha hablado en este art-culo sobre la existencia de herramientas devisualizacin dinmica 4D. Se pueden reali-

Tabla 2. Aplicaciones de software ms usuales en el campo de la ingeniera asistida por ordenador

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zar algunas visualizaciones sencillas conprogramas comerciales estndar como Au-toCad o Microstation, si bien no son lasherramientas ms adecuadas para ello. Exis-ten programas de visualizacin de prop-

sito general, como Autodesk VIZ Render (an-tes 3D Studio), que sirven mejor a dichopropsito por su mayor potencia y capaci-dad de foto-realismo. Pero, al margen deque requieren gran potencia del hardware,son poco amigables en su uso; consumenmucho tiempo de computacin para la ge-neracin de los archivos de visualizacin;suponen la generacin de archivos de enor-me tamao (y tanto ms cuanta mayor seala resolucin deseada); y las visualizacio-nes no incluyen el concepto de realidadvirtual, ya que es el tcnico el que definecul va a ser la visualizacin, y el usuario

no puede alterarla, ya que tiene que verexclusivamente lo que el tcnico ha queri-do visualizar en cada momento. Programascomo Sketchup (2005) permiten hacer vi-sualizaciones sencillas con mayor facilidady con menor consumo de recursos infor-mticos que, si bien son inferiores en capa-cidad de foto-realismo, alcanzan nivelesaceptables (Figura 2).

La realidad virtual (Daz y Gonzlez, 2001;Warwick et al., 1993) ha sido, probablemen-te, el ltimo concepto a incorporarse a losprocesos de CAD. El lenguaje de programa-

cin VRML es la principal herramienta eneste campo, y cuenta con herramientas gra-tuitas de visualizacin, como Cortona Gra-phics (Parallel Graphics, 2005), o Cosmo-Player (Silicon Graphics y Platinum Techno-logies, 2005). Actualmente se est en fasede actualizacin y ampliacin de las capa-cidades de VRML, y el nuevo estndar paradicho lenguaje se llama X3D, aunque suimplantacin real todava tardar un tiem-po. VRML / X3D permiten la generacin de

visualizaciones dinmicas de realidad vir-tual generando archivos de muy pequeotamao que, adems, permiten la visualiza-cin a travs de la Red (Internet e intranets)(Figura 3); con este tipo de software es el

cliente o usuario el que, usando el ratn,decide por qu partes del edificio o plantava a pasar, y con qu caractersticas (veloci-dad y altura de visualizacin) va a realizar lavisualizacin (visualizacin flexible; rea-lidad virtual). De todos modos, y por lo pron-to, el VRML tiene una de sus mayores debi-lidades en su baja capacidad de foto-realis-mo. Existe abundante software de ingenie-ra que permite exportar sus ficheros en for-mato VRML. As, por citar un par de cam-pos, la mayora de los programas de clcu-lo por elementos finitos o de anlisis com-putacional de fluidos pueden exportar sus

resultados en este formato, con las ventajasque esto conlleva. La primera es la sencillezdel intercambio de informacin, ya que cual-quier persona con un navegador de Inter-net puede examinar dichos resultados sinestar en posesin de una licencia del pro-grama de clculo. Adems, el volumen deinformacin a intercambiar es mucho msreducido, ya que el VRML es mucho msligero que los voluminosos ficheros de re-sultados de este tipo de programas. Por lti-mo, el VRML permite ver el problema desdetodas las perspectivas posibles, gracias a sucarcter tridimensional.

De todas formas, VRML no ha tenido porahora el xito que se esperaba, por algunosproblemas aqu mencionados y por otrosreferidos por Lipman (2002), Martnez et al.(2002) y The Construction Industry Institute(2005). Adems, debemos tener en cuentaque la realidad virtual no es slo patrimo-nio del VRML / X3D, y que se podra hacerlo mismo con otros lenguajes o aplicacio-nes informticas.

Figura 2. Visualizacin del di-seo bsico de una pequeafbrica con la utilizacin deSketchup (fuente: Universidad

de La Corua, Escuela Politc-nica Superior, Departamentode Ingeniera Industrial II; J.Castro y L. Coloma; direccin:A. del Cao).

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Figura 3. Simulacin dinmi-ca del diseo bsico de unedificio docente realizada enVRML (fuente: Universidad deLa Corua, Escuela Politcni-ca Superior, Departamento deIngeniera Industrial II, L. So-lano; direccin: A. del Cao).

3. HERRAMIENTAS INFORMTICAS CAD /CAE ACTUALES

3.1. Software de propsito genrico

Actualmente se dispone de software estn-dar de propsito genrico, como AutoCADo Microstation (entre otros) muy potente yque permite la realizacin de dibujo asisti-do por ordenador en dos y tres dimensio-nes con cierta facilidad; ambos tienen grancapacidad y son de uso sencillo en 2D, perono tanto en 3D (de todas formas, se echa demenos que sean de uso un poco ms ami-gable). Este tipo de aplicaciones necesitanmdulos adicionales para ser ms producti-vos en los diferentes campos especficos deaplicacin (construccin, diseo mecnico,etc.). Normalmente se trata de aplicaciones

abiertas que incluyen un lenguaje de pro-gramacin que permite que haya variasempresas diferentes ofertando diferentesmdulos complementarios para un mismocampo de aplicacin (arquitectura, obras li-neales, etc.). No todos los fabricantes dispo-nen de aplicaciones genricas; este es el casode Nemetschek, que slo ofrece softwareorientado exclusivamente al sector de laconstruccin.

3.2. Software de ayuda en la definicindel proceso y de su distribucinen planta

El arquitecto o ingeniero, antes de hacer elproyecto bsico, debe realizar (u obtener desu cliente) un diseo conceptual que inclu-ye, entre otras cosas, una distribucin enplanta y en el espacio y el establecimientode las formas arquitectnicas del edificio ysu implantacin en la parcela o solar. Conrespecto a la definicin en planta y en elespacio, esto es algo que en arquitecturaresidencial no supone excesivo problema,mientras que dicho problema se complicaen la arquitectura de edificaciones singula-res y, sobre todo, en la arquitectura indus-trial. Y, ms concretamente, en el diseo deplantas industriales de proceso (qumicas,petroqumicas, de produccin de energa,por ejemplo), o de grandes fbricas (comopuedan ser las de automviles y las de gran-des aeronaves).

Adems, en el caso de fbricas y plantas in-dustriales y otras construcciones de com-plejidad similar, antes de definir la implanta-cin es necesario realizar los clculos opor-tunos relativos a la capacidad y funciona-miento de la planta y, con ello, definir el pro-ceso industrial. Existe, por ejemplo, softwarepara la simulacin de procesos (industrialeso de otro tipo) asistida por ordenador, algu-nos especficos para determinados aspec-tos, como pueda ser la simulacin de colas

o, mejor todava, de propsito ms general,como Extend, de la empresa Imagine That(2005), que usa tcnicas de teora de colas ysimulacin tipo Monte Carlo, entre otras,para simular una amplia variedad de proce-sos.

Existen programas como AutoMod, de laempresa Brooks Automation (2005), la fa-milia de aplicaciones Delmia (2005; Figu-ra 4), del grupo Dassault Systmes, o los di-versos mdulos Factory de UGS-Tecnoma-tix (2005), que permiten la simulacin deprocesos industriales de fabricacin, inclu-so con visualizacin dinmica 4D, y la ge-neracin de layouts asistida por ordenador.Y los mayores fabricantes mundiales los hanempezado a usar desde tiempos relativamen-te recientes para concebir sus procesos in-dustriales (com General Motors, Ford, Dai-mler-Chrysler o Toyota, entre otros; Waur-zyniak, 2003). Probablemente (Waurzyniak,2003) las empresas ms importantes delmundo en este tipo de software son UGS -

Tecnomatix / EDS y Delmia (del Grupo fran-cs Dassault). Este tipo de programas estndestinados a los sectores de la industria delautomvil, de la aeronutica y de la naval,

Figura 4. Ejemplo de utiliza-cin del software comercial de

Delmia para la simulacin deprocesos industriales y de dis-tribuciones en planta y en elespacio de procesos industria-les (fuente: Delmia, 2005).

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Procesos de fabricacin mediante mquinas-herramienta de control numrico (montaje, soldadura, pintura),o ensamblaje a mano y mediante robots o clulas robotizadas de fabricacin.

Procesos discretos y continuos de transporte (de materiales sueltos, materiales a granel, y de fluidos,incluyendo transporte por tubera con uso de depsitos), como los siguientes:Sistemas de cintas y rodillos de transporte.Sistemas automticos de almacenaje y recuperacin de materiales.Carretillas elevadoras de control manual.Vehculos guiados automticamente para transporte de material.Robots de transporte.Personas movindose a lo largo de rutas predefinidas.Gras uentes- ra.

fundamentalmente. Y facilitan la generacin,anlisis y optimizacin de layouts, permi-

tiendo simular diversos procesos que se re-sumen en la Tabla 3.

Y todo ello con simulaciones 4D en las quese puede, entre otras cosas, calcular tiem-pos de produccin, rutas ms cortas detransporte, o verificar el layout mediante ladeteccin y anlisis de colisiones, interfe-rencias u otros problemas del layout gene-rado, a la hora de que maquinaria y equi-pos realicen sus funciones. Se trata, al fin yal cabo, de sistemas de CAD con potencia-lidades de dibujo y diseo muy importan-tes. Es el caso, por ejemplo, de FactoryCAD

(Figura 5), de UGS / Tecnomatix, que en vezde dibujar lneas rectas o arcos, trabaja conobjetos que representan en un espacio vir-tual los diferentes recursos humanos y ma-teriales de produccin y transporte (cintasde transporte, gras, contenedores de al-macenamiento, maquinaria de proceso,personal, ...). Una vez generado el layout

con Factory CAD, este programa disponede aplicaciones complementarias para si-

mular en 4D los procesos de produccin,navegar por dichos modelos, simulandoel movimiento del producto en fabricacin,de las herramientas de fabricacin y de loselementos de transporte. En dichas simu-laciones, entre otros aspectos, se detectanpotenciales colisiones, para solucionar estetipo de problemas.

Estos programas suelen tener caractersticasadicionales de inters, como la capacidadpara el trabajo simultneo de diferentesusuarios a la vez, incluso aunque estn ubi-cados en localizaciones diferentes, en un

concepto de ingeniera simultnea; las he-rramientas del tipo Qu pasara si (Whatif), para analizar las consecuencias sobreel proceso de fabricacin de realizar cam-bios en el mismo; el grabado automtico dedatos mediante tcnicas de encriptado parapreservar el conocimiento de la empresa; ola capacidad de importar datos de hojas elec-

Figura 5. Ejemplo de uso delpr og ra ma Fa ct or yCAD, de

UGS-Tecnomatix, para el dise-o de distribuciones en plantay en el espacio de procesosindustriales (fuente: UGS-Tec-nomatix, 2005).

Tabla 3. Algunos procesos que se pueden simular con software de ayuda en la definicin del proceso y de sudistribucin en planta

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trnicas y de software de planificacin y pro-gramacin de la produccin (ERP, MRP,MES).

En otro campo diferente al de la fabricacin,

como es el caso de las plantas industrialesde proceso (qumicas, petroqumicas), tam-bin existen aplicaciones interesantes. Eneste campo, las empresas ms importantesdel sector realizan, en fase de ingeniera b-sica, visualizaciones 3D y 4D de la futuraplanta; este es el caso, entre otras, de empre-sas multinacionales de ingeniera comoFluor o Bechtel (las dos mayores del mun-do). Tanto en dicha fase como en las poste-riores (Fluor, 2005), Fluor usa una aplica-cin informtica denominada OptimEyespara ayudar a encontrar el layout ptimo dela planta a disear, con objeto de acortar las

horas hombre a dedicar a este aspecto, y demejorar la precisin en la estimacin de cos-tes. Este software toma decisiones lgicas yprecisas con respecto a la configuracin dela planta, basadas en aos de experienciade Fluor, liberando a los tcnicos de tareastediosas de diseo; se ha creado capturan-do reglas de ingeniera y reglas de buenaprctica del personal de Fluor para ser utili-zadas por el ordenador de manera automa-tizada (sta es una de las vertientes de lagestin del conocimiento). Se trata de unaherramienta, como se ha dicho, que trata deoptimizar el layout (aspecto muy complejo

en grandes plantas qumicas y petroqumi-cas de proceso), y que proporciona visuali-zaciones del mismo, todo ello de maneraintegrada con el resto de procesos de traba-jo de Fluor. Dicha herramienta ayuda alequipo de proyecto a revisar rpidamentemltiples escenarios de disposicin enplanta, a identificar los layouts ms eficien-tes en costes, y a analizar la operabilidad ymantenibilidad de cada layout. Tambinsirve para producir mediciones de proyec-to muy precisas y para crear modelos 3Dde la planta para comprender mejor el di-seo realizado y para comunicarlo a laspartes interesadas. Este software se comu-nica con las aplicaciones tpicas de CADpara generar automticamente modelos en3D y planos de proyecto en 2D.

Hasta aqu hemos hablado de software deayuda a la generacin de la distribucin enplanta de procesos industriales. Existe soft-ware tambin para apoyo en la generacindel layout de instalaciones elctricas, de re-des de tuberas y de climatizacin, como esel caso de las aplicaciones de Intergraph(2005) denominadas SmartPlant y PDS (PlantDesign System), que incluyen dichas capa-cidades, entre otras. Al ser en realidad di-chos layouts parte de la elaboracin del pro-yecto constructivo y, por otro lado, al servirdichas aplicaciones tambin para el diseo

del resto de la planta industrial, este escritoincluye ms adelante detalles adicionalessobre ellas.

3.3. Software para el diseo arquitectnico

conceptualCon respecto la tarea inicial de diseo con-ceptual, hoy en da se dispone de progra-mas como Sketchup (Figura 2) que ayudana realizar esa tarea de concepcin arquitec-tnica en 3D con una facilidad de uso pas-mosa, adems de ayudar tambin en la ela-boracin del proyecto bsico. Esta labor deconcepcin arquitectnica hasta hace muypoco se haca siempre en tablero o mesacon lpiz y papel, y muchos profesionalessiguen hacindolo as. Las principales ca-ractersticas de Sketchup (2005) incluyen,

por un lado, la modificacin de volmenesedificatorios o tamaos de sistemas cons-tructivos mediante arrastre del cursor, cam-biando el tamao del resto de objetos demanera coherente. Por otro lado, el movi-miento del punto de vista y movimiento deledificio en el espacio para observar la im-presin que causa. En tercer lugar, sencillosestudios de iluminacin natural en funcindel movimiento del sol. Y, por ltimo, la con-versin de los archivos generados en for-matos comerciales de otros fabricantes, parapoder continuar el diseo con otras aplica-ciones (proyecto de detalle, clculos).

Los principales fabricantes de software dedibujo asistido por ordenador tambin handesarrollado herramientas similares, bienindependientes (pero integrables con el res-to de sus aplicaciones), o bien como partede sus aplicaciones estrella. Tanto Nemets-chek (que comercializa la aplicacin de CADdenominada AllPlan) como Autodesk (Au-toCad) han desarrollado herramientas deeste tipo. En el caso de Nemetschek (2005),este producto se llama D-Board. Este siste-ma, que incluye el software y una pantallaespecial (que se puede usar como pantallanormal), sustituye al monitor y al ratn delordenador. Se puede dibujar sobre el D-Board como si se utilizase un lpiz sobrepapel, directamente sobre la pantalla, inclu-yendo la sensibilidad a la presin. Las ideasdel diseador se convierten en un croquisdigital. El otro extremo del lpiz superior fun-ciona como una goma de borrar. Con el D-Board se puede leer y usar una gran varie-dad de formatos de archivo (Allplan, DWG,DXF, DGN, HPGL2...).

3.4. Software para apoyo en el proyectobsico y de detalle

Existen diferentes marcas que ofrecen estetipo de productos. Es imposible resumir aquel panorama del mercado resumiendo to-

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dos los productos que existen, y por ellovamos a introducir algunas de las aplicacio-nes de mayor uso.

En el campo del diseo arquitectnico dos

de los ms usados son Autodesk Architec-tural Desktop 2006 (Autodesk, 2005) y Ne-metschek Allplan (Nemetschek, 2005). Ar-chitectural Desktop es similar a AutoCAD,incorporando adicionalmente una serie deherramientas especficas para diseo arqui-tectnico. Estas y otras aplicaciones simila-res suponen una automatizacin parcial dela produccin de planos, y otras caracters-ticas que quedan resumidas en la Tabla 4.Con respecto a dichas caractersticas, el lec-tor nota enseguida las principales ventajas.Por ejemplo, la generacin de objetos tridi-mensionales supone que, en lugar de usarelementos geomtricos ordinarios como l-neas, crculos o arcos, se disea directamen-te con objetos que son muros, escaleras ocubiertas. Adems, se pueden llegar a incor-porar capacidades de diseo con restriccio-nes lgicas; por ejemplo, para que una puer-ta parta automticamente a nivel del suelo,o una ventana slo pueda ser creada en unobjeto muro.

En el caso de los cambios automticos encadena, el aumento de productividad esobvio. Los objetos se recalculan automti-

camente al ser insertados o modificados ycualquier cambio se refleja automticamen-te en todas las dems fases y componentesafectados del proyecto (planos, medicio-nes...). Allplan, por ejemplo, incluye las he-

rramientas llamadas planos de referencia,que definen la referencia superior e inferiorde un objeto. Se pueden crear elementosarquitectnicos limitados automticamentepor dichos planos. Cualquier modificacin

de orientacin o posicin de los planos dereferencia ser reconocida y ajustada auto-mticamente por los objetos constructivos(muros, huecos...). Se puede, por ejemplo,definir que un muro llega hasta la cubierta oque un hueco permanece siempre a unadeterminada distancia del forjado superior.Si se cambia la pendiente de un faldn de lacubierta o se modifica la posicin del planodel forjado, los muros y el hueco de ajusta-rn de nuevo automticamente a la nuevageometra (y la medicin, ...).

Por ltimo, en el caso de las herramientaspara incorporar al proyecto informacinhistrica, la utilidad es obvia en proyectosde rehabilitacin, restitucin, reforma y ur-banismo, y para incluir en el proyecto pla-nos de situacin o detalles en papel, entreotros aspectos.

Hemos visto cmo Allplan o ArchitecturalDesktop, entre otros, permiten una ciertaautomatizacin de la produccin de docu-mentos de proyecto. La automatizacin delos procesos de ingeniera, es un aspectoque est tomando gran importancia. Tam-

bin en el mbito del diseo arquitectni-co, Fisher (2003) introduce el software de-nominado Viva-Destini, que es un progra-ma de diseo y dibujo para proyectos deedificacin convencional que parametriza,

Tabla 4. Principales caractersticas del software para apoyo en el proyecto arquitectnicoAutomatizacin parcial de la produccin de planos, mediante:

Generacin de objetos tridimensionales que son directamente elementos constructivos; por ejemplo,trazando una lnea estamos dibujando un tabique o una fachada, con todas sus capas.Generacin automtica, a partir del modelo 3D, de secciones, plantas, alzados y otros planos.Realizacin de cambios automticos en cadena. Por ejemplo, si se cambia la composicin de un murode fachada, todas las puertas y ventanas cambiarn automticamente, adaptndose al nuevo muro.Herramientas especializadas, por ejemplo, para crear y modificar muros cortina. O para la generacinde vigas y columnas.Conversin automtica de objetos de un tipo a otro (por ejemplo, una ventana en una puerta).Acotado asociativo, que se actualiza al cambiar el dibujo, eliminando las actualizaciones manuales.

Conectividad de datos: conexin de cada objeto en pantalla con diferentes bases de datos; por ejemplo,con sus especificaciones tcnicas / pliego de condiciones.Exportacin de datos a sistemas gestores de bases de datos (p. ej. Microsoft Access), para su ordenacin,consulta o exportacin a otras aplicaciones para tareas especficas, como la estimacin de costes.Sistemas para evitar dispersin de archivos, a travs de herramientas de gestin del tipo navegador deproyectos, que integran los diversos archivos del proyecto en un nico entorno de trabajo.

Herramientas de ayuda en la comunicacin y en la ingeniera simultnea.Herramientas de intercambio de informacin entre el tcnico que desarrolla el concepto y los quedesarrollan las estructuras e instalaciones.Herramientas de visualizacin fotorrealista 3D y 4D, o conectividad o integracin con aplicaciones querealizan presentaciones dinmicas 4D.Herramientas para incorporar al proyecto informacin histrica, de otros proyectos, a partir de planos enpapel y fotografas, obtenidos mediante escner, y su edicin con informacin vectorial CAD.

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Caractersticas comunes con otras aplicaciones:Trabajo en tres dimensiones reales.Generacin de objetos tridimensionales que son elementos constructivos.

Sistema paramtrico.Conversin automtica de objetos de un tipo a otro.Acotado asociativo.Conectividad de datos del diseo con diferentes bases de datos.Sistemas para integrar los diferentes archivos de cada p royecto.Publicacin de los diseos realizados. Capacidades para la ingeniera simultnea.Herram ientas de visualizacin fotorrealista.Herramientas para incorporar al proyecto informacin histrica.

Caractersticas especficas:Incorporacin de sistemas de gestin de la informacin geogrfica (GIS).Anlisis de curvas de nivel, pendientes y cuencas de captacin.Actualizacin automtica de curvas de nivel, volmenes y anlisis de superficies.Funciones dinmicas para disear y asignar tamao a parcelas.Permiten el diseo respe tando determ inados criterios de diseo (peraltes, pendientes, ...).

Permiten el e uilibrado dinmico de volmenes de desmontes terra lenes.

automatiza y acelera la produccin de pro-yectos completos en 3D, basndose en unospocos parmetros. Probablemente vamos aver cada vez ms este tipo de software, querealmente ya supone un diseo asistido porordenador ms avanzado y potente, de usoms fcil, y que tambin se puede aplicar alos proyectos de fbricas y plantas indus-triales, que entraan bastante ms dificultadque los de edificacin convencional.

Autodesk Civil 3D 2006 (Autodesk, 2005)est orientada, a diferencia de las anteriores,a las obras lineales y al urbanismo. Esta apli-cacin, y otras similares, tienen caractersti-cas resumidas en la Tabla 5. Como se puedever, las ventajas son tambin importantes.Por ejemplo, al tratarse de sistema param-tricos, como en el caso de Autodesk Civil3D, si se mueve el eje de una carretera, ins-tantneamente se actualizan los perfiles ysecciones del movimiento de tierras, entreotros aspectos, ahorrando tiempo y costesde ingeniera.

En lo relativo a los proyectos de construc-cin de plantas industriales, Intergraph(2005) ofrece soluciones de CAD/CAE degran inters, especficas para diseo de plan-tas de proceso (qumicas, petroqumicas, ...),de produccin de energa y similares, comolas plataformas off-shore. Intergraph ha de-sarrollado tradicionalmente aplicaciones dediseo ms ambiciosas y de mayor alcanceque los estndares del sector. Por ello, en elpasado, estas aplicaciones han necesitadoplataformas de hardware ms potentes (es-

taciones de trabajo con varios procesado-res trabajando en paralelo). Hoy en da susaplicaciones siguen siendo de gran poten-cia, pero para su uso es suficiente con dis-poner de ordenadores normales del tipo PC.

Intergraph SmartPlant es el software msavanzado de los que ofrece Integraph paradiseo de plantas industriales. Esta nuevageneracin de software est concebida parasu uso tanto en fases de diseo y construc-cin como de operacin / mantenimiento.

A la fecha de escribir estas lneas no estndesarrollados todos sus mdulos, peroSmartPlant se integra con Integraph Plant

Design System (PDS; ver ms adelante), quees el programa tradicional de Integraph paraeste tipo de trabajo, aumentando la capaci-dad individual de ambos programas. En elfuturo se entiende que SmartPlant sustitui-r a PDS, y la migracin de datos est yaasegurada. Los mdulos de diseo con losque cuenta en este momento se limitan, porahora, al diseo y gestin de la informa-cin tcnica, desde la concepcin hasta laoperacin y mantenimiento de la planta,de los sistemas elctricos, de instrumenta-cin y control, y de los diagramas de dise-o de tuberas e instrumentacin (P&IDs).Se incluyen tambin mdulos adicionalespara visualizacin 3D de la planta disea-da, para su revisin y anlisis; para com-presin y descompresin de archivos, y sudistribucin automtica a travs de intra-nets e Internet; y para consulta, visualiza-cin y generacin de informes a travs dela Web.

Por su parte, Intergraph Plant Design System(PDS) (Figura 6) sirve tambin de ayuda en eldiseo, construccin y operacin de plantasindustriales. Su clientela, por tanto, al igual

que en el caso de SmartPlant, incluye noslo al diseador y ejecutor, sino tambin alexplotador. Intergraph lo concibe comoherramienta til tanto para los pequeosproyectos de reforma como para los de gran

Tabla 5. Principales caractersticas del software para apoyo en el proyecto de obra civil

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Generacin y g estin de los diagramas de flujo del proceso productivo.Diseo de los sistemas de con trol de la operacin de la planta.Generacin y ed icin de diagramas de diseo de tuberas e instrumentacin (P& IDs).Gestin de e specificaciones tcnicas / pliegos de condiciones.Diseo detallado de redes de tuberas.Modelizacin de equipos de proceso (recipientes, depsitos, torres, intercambiadores de calor, columnas ybomb as, o elementos auxiliares como p lataformas y escaleras, entre otros).Modelizacin estructural para apoyo al anlisis y generacin de planos de proyecto de estructuras, que

automa tiza ciertas funciones de diseo.Diseo autom tico de nud os de vigas, soportes, arriostramientos y otros eleme ntos estructurales.Diseo y dimensionado y colocacin de soportes y anclajes de tuberas, para su modelizacin 3D, y suposterior integracin con el resto del diseo de la planta, y para gen erar planos de fabricacin.Modelizacin de sistemas de ventilacin, calefaccin y aire acondicionado, incluyendo herramientas 3Dinteractivas para definir el layout y crear modelos de conductos y otros com ponentes.Produccin automtica de isomtricas con listas de materiales a partir del esquema de una red de tuberas,tanto en fase de diseo como de elabo racin de los planos segn construido.Modelizacin 3D interactiva para definir el layout de las instalaciones elctricas. Generacin de esquemaselctricos y diagramas de cableado.Chequeo de interferencias: coincidencia fsica de dos elementos en un mismo punto, e interferenciasblandas (por ejemplo, distancias de seguridad o escasez de espac io para mantenimien to y reparacin).Visualizacin 3D de c onjunto de la planta industrial, y de partes de ella (como las redes de tuberas).Acceso a bases de datos.

Posibilidad de adaptacin del sistema a la norm ativa y estndares del sector.Acceso a datos a travs de la Web.Ingeniera simultnea global. Los especialistas en las diferentes disciplinas tcnicas pue den trabajar a la vezen el mismo proyecto.Gestin del conocimiento. Entornos que permiten archivar los datos de buena prctica de la empresa parasu uso en futuros proyectos.Interconexin con otros paquetes de a nlisis estructural y de instalaciones.

Figuras 6-1 y 6-2. Ejemplos de visualizacin de proyectos de construcciones industriales mediante el uso de IntergraphPDS (fuente: Intergraph, 2005).

tamao, de miles de millones de Euros, peronormalmente slo es usado por empresasrelacionadas con grandes proyectos. Se tratade una herramienta que corre sobreMicroStation J (de la marca Bentley) y quepara la creacin de planos de redes detuberas necesita el uso conjunto de laaplicacin de Intergraph denominadaSmartSketch. Los aspectos ms reseables

que incluye la aplicacin incluyen lamayora de las funciones reflejadas en laTabla 6.

Como se puede observar en dicha tabla, elsoftware para apoyo en el proyecto de plan-tas industriales y centrales de produccinde energa permite cierta automatizacin delos procesos de ingeniera, con la corres-

Tabla 6. Principales caractersticas del software para apoyo en el proyecto de plantas industriales y centralesde produccin de energa

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pondiente mejora de la productividad. Porsu lado, la modelizacin 3D permite crearmejores diseos, al incluirse en ellos todoslos sistemas y subsistemas necesarios, y po-der contemplarlos tal como quedarn en la

realidad. Las simulaciones dinmicas 4Dpermiten a diseadores y personal de ope-racin y mantenimiento visualizar la plantaantes de construida (Figuras 6-1 y 6-2), yque ste ltimo personal, por ejemplo, yentre otras cosas, detecte problemas que elpersonal de diseo podra no detectar, al noestar familiarizado con la realidad de la ex-plotacin de la planta.

El chequeo de interferencias es una funcinde mxima importancia en grandes plantasde proceso, para evitar o reducir los cam-bios y repeticiones de trabajo en obra. Con

l se identifican conflictos duros por coin-cidencia fsica de dos elementos en un mis-mo punto del espacio, e interferencias blan-das, como puedan ser las causadas por lano existencia de suficiente espacio entre doselementos del diseo, sea por operabilidad,seguridad o por necesidades de manteni-miento y reparacin. Este tipo de chequeosse puede realizar para cualquiera de las dis-ciplinas tcnicas del proyecto (tuberas, elec-tricidad, ...), y para todas a la vez (conflictosentre unas y otras en el proyecto completo).Y se suelen realizar sobre los modelos 3Dexistentes en cualquier fase del diseo. De

esta manera se puede reducir el tiempo de-dicado a la ingeniera y evitar sorpresas ycambios o repeticiones de trabajo con so-brecostes en fase de obra. Intergraph estimaque esta utilidad, incluida en PDS, reduceentre el 50 y el 75% de los cambios y repe-ticiones de trabajo en obra, en comparacincon proyectos complejos en que no se use.Al haber crecido tanto la potencia de losordenadores de tipo PC, los requerimientosinformticos de PDS ya no son tan impor-tantes como hace poco ms de una dcada,en que se necesitaban estaciones de trabajocon dos o ms microprocesadores trabajan-do en paralelo. Por ejemplo, las versionesactuales de PDS slo necesitan un mnimode PC con procesador Pentium, sistema ope-rativo Windows 2000 Professional, o Win-dows XP Professional, 256 Mb de RAM, 540Mb de espacio en disco, y monitor SVGA de17" con tarjeta 2 MB VRAM. A pesar de queel uso de PDS implica el uso conjunto deotras aplicaciones informticas (algunas yacomentadas, y otras como el uso de unabase de datos relacional tipo RIS, ms un RISdata server) que suponen requerimientosadicionales, los requerimientos reales no sonrealmente importantes.

Hasta aqu hemos hablado de programas deamplio alcance, que sirven de ayuda en eldiseo de todos o casi todos los sistemas

constructivos y que, o bien se integran conotros programas de ingeniera asistida pararealizar los clculos y dimensionamientosestructurales y de instalaciones; o, incluso,incluyen dentro de su propio paquete di-

chos programas de clculo.Con respecto a los programas de ingenieraasistida por ordenador, existen tanto progra-mas especializados en un solo campo,como programas que abarcan casi todos otodos los sistemas constructivos. Tekla Struc-tures (Figuras 7-1 a 7-5), antes llamado XSte-el, es un ejemplo de programa especfico declculo y dimensionamiento estructural,desarrollado por la empresa finlandesa Te-kla (2005). Se trata de un sistema paramtri-co de modelizacin 3D de la informacinde estructuras de edificacin de cualquier

material (acero, hormign, madera; la ante-rior versin, denominada XSteel, estaba sloenfocada al acero y, realmente, la mayorade referencias de Tekla Structures son enestructura metlica) que cubre el procesocompleto de diseo, desde el diseo con-ceptual hasta la construccin, pasando porlos detalles constructivos y la prefabricacin,

Figuras 7-1 a 7-5. Ejemplos demodelos 3D de estructuras di-seadas con Tekla Structures(fuente: Tekla, 2005).

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en su caso. La Tabla 7 recoge las principalescaractersticas deseables para este tipo desistemas, en las diferentes fases del proyec-to. Tekla Structures incluye la mayora deellas.

El modelo creado con Tekla Structures con-tiene toda la informacin geomtrica y es-tructural de la totalidad del proyecto en cur-so, y la estructura puede ser visualizada en3D, con la posibilidad de moverse por ella,realizando paseos en 4D. Tekla Structurespermite el diseo en colaboracin entre di-ferentes usuarios del sistema (ingeniera si-

multnea).

Se trata, por tanto, en este caso, de un pro-grama de CAD / CAE que permite concebir ypredimensionar estructuras de muy diversotipo, calcularlas y dimensionarlas y, finalmen-te, dibujar la estructura resultante con ungrado de detalle muy elevado, a efectos desu ejecucin. Existen tambin empresas es-paolas que ofrecen programas del mismotipo, como es el caso de CYPE Ingenieros(2005) y de Arktec (2005). Este tipo de pro-gramas son bien conocidos en el entornoespaol, y por eso no vamos a entrar en msdetalles sobre ellos.

Como decamos antes, hay programas deCAE que abarcan casi todos o todos los sis-temas constructivos. Este sera el caso, porejemplo, y aprovechando para volver a darun ejemplo de empresas espaolas, del soft-ware de CYPE Ingenieros (2005) para clcu-lo y dimensionamiento estructural y de ins-talaciones edificatorias y urbanas, conoci-do de sobra por los arquitectos e ingenierosespaoles.

3.5. Aplicaciones especficas para lamodelizacin del entorno existente

Ms arriba se ha visto cmo las aplicacionesde CAD y de realidad virtual permiten reali-

Ventas: concepcin de diferentes soluciones alternativas; estimacin de costes y plazos; preparacin yemisin de documentos para ofertas.Diseo conceptual: establecimiento preliminar de geometra, de secciones estructurales y del material de

cada elemento; realizacin de planos preliminares.Anlisis: clculo y dimensionamiento; diseo de uniones.Proyecto constructivo: deteccin automtica de intersecciones / interferencias indeseadas; generacin deplanos de proyecto y de taller / obra; mediciones y presupuesto.Prefabricacin: conexin con los sistemas de planificacin de la produccin y de automatizacin de lafabricacin; transmisin de datos necesarios para la fabricacin; emisin de datos para facturacin.Obra: planificacin general y por lotes, y su programacin; seguimiento y control de avance y de rdenesde cambio; control de la configuracin; emisin de datos para certificaciones.Desactivacin: emisin de documentos para el mantenimiento a lo largo del resto del ciclo de vida de laestructura.Comunes a todas las fases: generacin y gestin de modelos paramtricos; visualizacin estructural 3D y4D; ingeniera simultnea; publicacin de informes a travs de la Web.

zar visualizaciones 3D y 4D (normales e in-teractivas, por medio de la realidad virtual,en este ltimo caso). Y con ello cmo, entreotras cosas, se puede estimar el impacto vi-sual de las nuevas construcciones sobre en-torno existente. Tradicionalmente, el proble-ma de este tipo de simulaciones ha sido re-presentar dicho entorno con tanto foto-rea-lismo como el usado para el modelo de lanueva instalacin a construir. Para un mayorrealismo de la simulacin, con objeto deanalizar el referido impacto visual, existenprogramas que son capaces de representaren imgenes estticas las distintas vistas de la

nueva construccin sobre fotos reales delentorno del sitio de la obra. Y tambin soft-ware como PhotoModeler, de la empresacanadiense Eos Systems (2005), que permitecrear modelos tridimensionales de los edifi-cios colindantes a partir de sus fotografas(dos o ms fotos que tengan zonas comu-nes, en formatos electrnicos de casi cual-quier tipo), para luego generar animacionesde movimiento, entre otros aspectos. El pro-ceso es bastante sencillo. Tras fotografiar ytomar medidas de cada uno de dichos edifi-cios, se construyen modelos tridimensiona-les de los mismos, y en ellos se pegan lasimgenes fotogrficas de los diferentes edifi-cios. Una vez generado el modelo 3D, stepuede exportarse a aplicaciones de CAD ode visualizacin 4D (exporta formatos DXF,3D Studio y VRML, entre otros). Y con ello secrea un entorno virtual que incluya la nuevaconstruccin junto con los edificios y otrasinfraestructuras existentes que van a rodear-la, y se realizan simulaciones en 3D y 4Dpara analizar la esttica real del conjunto y elimpacto visual.

3.6. Software para simulaciny visualizacin de los procesosde construccin

Un aspecto que est tomando cada vezmayor importancia es la simulacin y vi-

Tabla 7. Caractersticas deseables para los sistemas de diseo estructural, en las diferentes fases del proyecto

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sualizacin del proceso de construccin.Esto es muy importante en proyectos com-

plejos en los que puede haber interferen-cias importantes (por ejemplo, por escasezde espacio de trabajo) entre el proceso deejecucin y los sistemas constructivos ya eje-cutados previamente y, ms todava, en losproyectos de ampliacin o reforma en losque la ejecucin es simultnea a la explota-cin de la parte de la instalacin (hospital,planta industrial) que ya exista previamen-te. El software estndar de CAD, como Auto-Cad o Microstation permite, con cierta ima-ginacin, su uso para realizar visualizacio-nes muy sencillas de la ejecucin; esto pue-de hacerse incluso, a un nivel todava mssencillo, con algunas herramientas conven-cionales de ofimtica; pero en ambos casosla visualizacin apenas ayuda a solucionareficazmente los problemas de ejecucin.Empiezan a verse ya programas como Com-mon Point ConstructSim (Fisher, 2003; Com-mon Point, 2005), de simulacin dinmicade la ejecucin de obras, que se estn em-pezando a usar para evitar los referidosproblemas de ejecucin y de conflictos conlos usuarios en proyectos de ampliacin oreforma.

Common Point ConstructSim se basa en eluso de un modelo virtual de la nueva insta-lacin a construir, y permite planificar, pro-gramar, ejecutar y realizar el seguimiento delas obras. Integra CAD en 3D, programacin

del proyecto, bases de datos de control delproyecto, sistemas de gestin de materiales

y otros tipos de informacin digital, en unentorno avanzado de simulacin y optimi-zacin de la construccin.

Este software est dirigido a una amplia va-riedad de usuarios (contratistas tradiciona-les, contratistas llave en mano, propietariosde instalaciones, direcciones profesionalesde la construccin / construction mana-gers, subcontratistas, fabricantes / talleres,ingenieras), en proyectos de cierta comple-jidad, como puedan ser los de plantas deproceso qumicas y petroqumicas, de ex-traccin y transporte de petrleo y gas, deplataformas off-shore, de centrales de pro-duccin de energa, o de fbricas de los sec-tores farmacutico, de fabricacin de veh-culos automviles y similares, e industriapesada. ConstructSim permite la mayora delas funciones que se resumen en la Tabla 8.

Son escasas las aplicaciones comerciales deeste tipo pero, sin embargo, algunas gran-des empresas disponen de aplicaciones deeste tipo realizadas a medida o desarrolla-das internamente. ste es el caso de Fluor(2005) y Bechtel (2005), que son las dosempresas de ingeniera ms grandes delmundo. Fluor dispone de los sistemas de-nominados InSequence y CompleteItSM,para planificacin de la construccin en 4D.Y de una suite informtica denominada

Comunicacin e intercambio de datos con plataformas CAD.Comunicacin e intercambio de datos con programas de control de plazo y coste (Project, Primavera), ocon sistemas de ge stin de materiales, entre otros.

Estudios de ayuda en el anlisis de la constructibilidad; por ejemplo, incluyendo deteccin de colisiones /intersecciones / interferencias indeseadas d urante la ejecucin.Sincronizacin del modelo virtual de la obra con el programa del proyecto, trabajando por reas deproyecto / de obra.Organizacin de materiales y compon entes por especialidades / oficios, o por tipo de ma teriales y, a su vez,por reas de proyecto / de obra.Establecimiento de modelos de secuencias de trabajo de diferentes especialidades para cada rea deproyecto / de obra.Generacin de listas de prioridad de trabajos a realizar, por reas de proyecto / de o bra.Seguimiento y control de la contratacin, compras y fabricacin de materiales y equipos a incorporar a laobra; visualizacin de su llegada diaria a ob ra y su interrelacin con el pe rsonal disponible para montaje.Creacin de paquetes de trabajo, asignacin a los mismos de horas de trabajo estimadas y personal yequipos, en funcin de su disponibilidad, seguimiento semanal de los trabajos de cada paquete.Optimizacin de la secuenciacin de la ejecucin de los diferentes paquetes de trabajo.

Deteccin de interdependencias entre actividades, para facilitar la coordinacin en obra.Preparacin y a nlisis de escenarios del tipo Qu p asara si sobre el modelo virtual, para facilitar la tomade decisiones a efectos de programac in de las obras.Programas detallados de ejecucin, sem anales y diarios, generales y por reas de proyecto / de o bra.Anlisis de las consecuencias de solicitudes y rdenes de cambio sobre el plazo y el coste; actualizacinautomtica del modelo y del programa con las consecuencias de una orden de cambio aprobada.Generacin de informes visuales y escritos de avance de obra con cdigos de colores en funcin del gradode avance (planificado a la fecha, com pletado a la fecha, pendiente de comp letar, ...); informes visuales 3D(informes a la fecha) y 4D (informes histricos globales o parciales de avan ce).Trabajo por sistemas, a efectos de la preparacin y realizacin de pruebas y puesta en marcha.

Tabla 8. Caractersticas deseables del software para simulacin y visualizacin de los procesos de construccin

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MaterialManager, con conexin a travs deInternet, que integra las funciones de com-pras y de gestin de los materiales, elemen-tos o equipos adquiridos, ligando todo ellocon los sistemas de gestin del proyecto.

Por su parte, Bechtel ha desarrollado tam-bin software de gran inters para apoyo enla fase de construccin.

3.7. La gestin del conocimientoy de apoyo a la ingeniera simultnea

Recordemos que la gestin del conocimientosupone, por medio de herramientas infor-mticas, capturar el conocimiento corpora-tivo, almacenarlo y aprovecharlo. En estesentido, ya se ha visto cmo la aplicacinOptimEyes de generacin de layouts queusa la empresa Fluor (2005) tiene esta capa-

cidad, y cmo tambin la tiene PDS, el soft-ware de CAD / CAE de Integraph (2005), paradiseo de plantas industriales.

Tambin hemos visto cmo casi todas lasaplicaciones de CAD / CAE de las que se hahablado tienen capacidades para el diseoen simultneo de un mismo proyecto porparte de diferentes tcnicos dispersos geo-grficamente. La empresa de ingeniera Fluor(2005), por ejemplo, dispone de una herra-mienta colaborativa y de gestin de la docu-mentacin del proyecto denominada Pro-jects OnLine. Esta herramienta sirve para

conectar a todo el equipo de proyecto (ofi-cina central, oficina de obra, clientes, sumi-nistradores, fabricantes) de manera que pue-dan colaborar en su trabajo independiente-mente de su localizacin geogrfica.

Otro ejemplo es Architectural Desktop, quepermite publicar los diseos realizados en2D y 3D, incluidos materiales y propieda-des de objeto, y compartirlos con seguridada travs de Autodesk DWF (Design Web For-mat). Y, por otro lado, Autodesk ofrece tam-bin la aplicacin llamada Buzzsaw, que esuna herramienta de colaboracin en lnea,incluyendo herramientas para gestionar todala informacin del proyecto.

construccin industrial) que no conocentodas las posibilidades que brindan este tipode herramientas. Y muchos de ellos noaprovechan la mayora de las posibilidadesque el mercado les ofrece, limitndose a la

utilizacin de paquetes estndar de los queno obtienen la productividad que podranalcanzar con otras aplicaciones ms espe-cializadas, algunas de las cuales han sidoaqu referidas. Sin embargo, no todo el pa-norama actual es merecedor de parabienes.Por un lado, el coste (licencias y costes in-ternos) que supone para las PYMES el usode las herramientas ms avanzadas es dif-cil o imposible de soportar. Por otro lado, elsarampin que supone para la organiza-cin la implantacin de estos sistemas (queincluye la formacin del personal), no tieneporqu ser corto ni leve. Si definimos ma-

durez de la empresa como el conjunto deconocimientos y experiencia formales questa posee en el uso de las tecnologas de lainformacin y en el campo del diseo e in-geniera de la construccin, esta madurezest relacionada con la facilidad para asimi-lar herramientas avanzadas. Dicha madu-rez se ve influida por diversos aspectos,como son la ms o menos dilatada trayec-toria profesional de la empresa, o la capaci-dad para documentar los conocimientos yexperiencia, o para contratar y retener a supersonal clave (el que acumula mayor co-nocimiento). Cuanta menor madurez tenga

la empresa, ms difcil y larga va a ser laimplantacin de herramientas novedosas,y mayor va a ser la probabilidad de fracasoen dicha implantacin, y viceversa. Este tipode herramientas a veces suponen el uso demetodologas de trabajo a las que la empre-sa puede no estar acostumbrada, y que nor-malmente son ms eficientes que las quedicha empresa pudiera tener.

Por ello, por un lado, es imprescindible quelas aplicaciones tengan un uso lo ms sen-cillo y amigable posible. Y, por otro, la Uni-versidad debe formar a sus tcnicos a unalto nivel no slo en los aspectos de clculoy dimensionamiento de sistemas construc-tivos, sino tambin en las metodologas mseficientes para la ingeniera y la gestin delproyecto. Por lo dems, existen hoy en daotras carencias que pueden verse supera-das en el futuro, y que se van a referir acontinuacin al hablar de lo que cabe es-perar en este campo.

La posible evolucin a futuro parece queser importante y rpida, ya que ha sidorelativamente reciente el momento en el cuallos ordenadores personales han empezan-do a tener suficiente potencia como pararealizar, entre otras cosas, simulaciones 4Dsin problemas graves. A futuro, entre otrosaspectos, cabe esperar:

4. CONCLUSIONES Y AVANCESDESEABLES A FUTURO

A lo largo del presente texto se ha realizadoun anlisis de la evolucin y estado actualde las herramientas de CAD / CAE de uso enel sector de la construccin, reflejando lasprincipales caractersticas del software ac-tual y las tendencias actuales ms avanza-das. La evolucin reciente es, desde el pun-to de vista de los autores, ms que especta-cular, y hay muchos tcnicos y empresaspequeas y medianas (pertenecientes a sub-sectores de menor complejidad que el de la

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Que la posibilidad de diseo en paralelode diferentes alternativas sea algo normal enel software de CAD / CAE, as como de herra-mientas del tipo Qu pasara si para elanlisis de alternativas de diseo.

La incorporacin a este tipo de software deherramientas que hoy en da no son comu-nes o no existen, como por ejemplo, las quepermitan calcular parmetros de sostenibili-dad de los diferentes sistemas constructivos.O los sistemas expertos que permitan selec-cionar tipologas de cerramientos y disearlos mismos, teniendo en cuenta prdidas deenerga, aspectos acsticos del entorno deledificio y de su interior, o criterios de soste-nibilidad, entre otros criterios cualitativos ycuantitativos. Ello permitir al usuario dise-ar construcciones de mayor funcionalidady respeto al medio ambiente.

La existencia de posibilidades reales y ase-quibles de conexin con aparatos de reali-dad virtual para contrastar las solucionesconceptuales y para hacer demostracionesal futuro usuario de la edificacin. Que los subsistemas de gestin del cono-cimiento adquirirn ms y ms importanciay sern un componente esencial de los sis-temas de CAD / CAE. Ello permitira la exis-tencia de aplicaciones de gran utilidad que,por ejemplo, sean capaces de establecersoluciones automticas por defecto sobresistemas constructivos, salvo indicacin encontra del usuario; o que hagan recomen-

daciones al usuario durante el proceso dediseo. Que mejorarn las capacidades del soft-ware para ingeniera simultnea. Relacionado con lo anterior, X3D va a in-cluir la posibilidad de formato binario y, conello, encriptacin (y, por tanto, seguridad) ycompresin (y, por tanto, ms velocidad).Esta posibilidad, actualmente en fase desa-rrollo (Web3D Consortium, 2005), puedeser un importante punto de apoyo de la in-geniera simultnea. Un probable uso creciente de tcnicas devisualizacin a travs de la Red. Y en estoprobablemente tenga un papel clave el VRML/ X3D. En general, X3D (Web3D Consortium,2005) tiene todos los elementos necesariospara triunfar pero cabe la posibilidad de que,al tener unos objetivos tan altos (formatouniversal para todos los grficos en 3D yrealidad virtual), si no se trabaja lo suficien-te, X3D fracase por exceso de ambicin. La aparicin de herramientas para apoyoen el anlisis de valor y de constructibilidad,con objeto de definir soluciones alternati-vas, de anloga funcionalidad y:o mayor rapidez de construccino mayor sencillez de construccino mayor seguridad en la construccin o enla explotacino menor coste de construccin o de opera-cin y mantenimiento.

Un ms que deseable y lgico aumento dela facilidad de uso de las herramientas deCAD / CAE, y en particular en determinadosaspectos, como es la visualizacin; ello lle-var a un mayor uso de este tipo de herra-

mientas. Es ya una realidad cmo, en otroscampos, cada vez son ms las empresas decierto tamao que apuestan por el cambiohacia software de CAD paramtrico en 3D(como Pro/Engineer o Catia) en detrimentode los hasta ahora ms usados y, tambin,ms limitados, como AutoCad o Microsta-tion, a pesar del importante desembolso eco-nmico que conlleva el cambio, tanto en laslicencias como en la formacin del perso-nal. El aumento en la productividad puedecompensar ampliamente las inversiones rea-lizadas. Parece lgico que dicha tendenciase generalice (sobre todo con el aumento de

la capacidad del soporte fsico), y se extien-da al sector de la construccin. Quiz a ms largo plazo, la incorporacinde herramientas que establezcan relacionesentre todo tipo de factores y circunstanciasde los usuarios de la edificacin con las ca-ractersticas de la misma, haciendo reco-mendaciones de diseo. En la arquitecturaresidencial, por ejemplo, cuestiones talescomo la originalidad deseada por el usuarioy sus gustos (modernos o clsicos), su edady sexo, o determinados aspectos de su ca-rcter, influyen o pueden influir sobre el es-tilo de la edificacin (clsico, vanguardista),

el nmero de plantas, la posible existenciade diversos niveles en cada planta, el gradode acristalamiento, el tipo de solados, el tipode acabados en paramentos verticales y te-chos, o los colores de los acabados en elinterior y en el exterior, entre otros aspectos.

Para terminar, y como habamos anticipado,hay que resear que del concepto de dibujoasistido por ordenador se ha pasado, en re-lativamente poco tiempo, al de dibujo, dise-o e ingeniera asistidos por ordenador, yque se tiende a la integracin de las diferen-tes aplicaciones informticas de CAD / CAE.Est claro que continuar la tendencia arri-ba detectada hacia la integracin entre elCAD y las aplicaciones de clculo y dimen-sionamiento estructural y de instalaciones,lo que permitir una ms rpida evaluacindel diseo de dichos sistemas constructivos.Pero es probable que, a un plazo un pocoms largo, asistamos, de manera progresiva,a la integracin total para todas las fases delproyecto, en un concepto que podra deno-minarse Construccin Integrada por Orde-nador (CIO) (Figura 8). Se trata de la integra-cin entre las diferentes fases del proyecto(planificacin, diseo, contratacin y com-pras, construccin, ...) junto con la integra-cin entre las diferentes disciplinas tcnicasdel mismo, todo ello incluyendo automati-zacin y la robotizacin de la construccin,

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Figura 8. Esquema general delconcepto de ConstruccinIntegrada por Ordenador(fuente: del Cao y de la Cruz,1993).

e incluyendo tambin herramientas que fa-ciliten la colaboracin, durante el diseo,de suministradores y contratistas en el con-cepto de ingeniera simultnea. Se trata deun concepto del que se ha empezado a ha-blar desde hace aos (del Cao y de la Cruz,1993; Wagter, 1992) y que el tiempo estdemostrando, tal como se aprecia en este

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AGRADECIMIENTOS

Al Departamento de Ingeniera Industrial IIde la Universidad de La Corua, por suapoyo en este proyecto.

artculo, que es una posible tendencia claraa futuro.

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