Latam
12 /09 / 2022
Automatización, la herramienta que impulsará el futuro de la construcción
La automatización desempeñará un papel crucial en la transformación digital del sector de la construcción y para resolver la crisis de vivienda global.
Con ayuda de la construcción automatizada, la industria tiene el potencial de satisfacer con seguridad las necesidades globales en cuestión de edificios e infraestructuras para una población cada vez mayor.
Por Redshift, de Autodesk.
Por Redshift, de Autodesk.
¿Qué es la automatización de la construcción?
- Breve historia de la automatización en el campo de la construcción
- Tipos de automatización de la construcción
- Ejemplos de automatización de la construcción
- ¿Cuáles son las ventajas de la automatización de la construcción?
- El futuro de la automatización de la construcción
El desarrollo y la adopción de tecnologías de automatización han avanzado siempre más lentamente en el terreno de la construcción que en el de la fabricación, y quizá sea ahora el momento de que esas tecnologías de automatización cumplan un cometido decisivo para lograr la plena transformación digital del sector.
La progresiva evolución de la industria de la construcción se apoyará en las múltiples formas de la automatización, desde los procesos de diseño digital y análisis automatizados hasta la creación automatizada de la documentación y, en última instancia, la edificación en sí. Esta automatización de los procesos, tanto si se utiliza para la prefabricación fuera de obra siguiendo las mejores prácticas de la fabricación avanzada como si es para la robotización de las obras, determinará el éxito a la hora de superar el doble reto al que se enfrenta el sector en el siglo XXI: la elevada demanda de edificios e infraestructuras y la necesidad de seguir principios de sostenibilidad durante todo el ciclo de vida.
La automatización de la construcción tiene la capacidad de responder a oportunidades y retos parecidos a los que los procesos de fabricación automatizados han sabido afrontar en otros sectores, como la mejora de los plazos de producción, la eficiencia de los materiales, la productividad laboral y la salud y seguridad de los trabajadores, así como contrarrestar la escasez de mano de obra, reducir el impacto medioambiental, crear nuevas oportunidades de diseño, etc. Dicho de otro modo, con ayuda de la construcción automatizada, la industria tiene el potencial de satisfacer con seguridad las necesidades globales en materia de edificios e infraestructuras de una población cada vez mayor. Los nuevos avances tecnológicos y las tendencias del sector señalan que ha llegado el momento de que la automatización se imponga.
Entrega de moldes de hormigón prefabricados e impresos en 3D producidos fuera de obra: un ejemplo de construcción industrializada.
¿Qué es la automatización de la construcción?
El término automatización de la construcción engloba los procesos, herramientas y equipos que emplean flujos de trabajo automatizados para erigir edificios e infraestructuras. En algunos casos, las herramientas sirven para automatizar el trabajo que antes se hacía manualmente y, en otros, instrumentos automatizados posibilitan la transferencia o desarrollo de nuevos procesos específicamente para la construcción. La automatización puede tener lugar en diversas fases de un proyecto, empezando por el diseño con ayuda de software, continuando con los aspectos automatizados de la construcción dentro y fuera de obra, y terminando con el intercambio de los datos recogidos sobre los sistemas y el uso de la energía en los edificios acabados, todo ello capturado en modelos vivos basados en la nube. Por ejemplo, la robótica colaborativa, las estrategias de construcción industrializada, los nuevos tipos de robots y máquinas automatizadas, y la detección, retroalimentación y adaptación in situ y en tiempo real son algunas de las tecnologías y estrategias que están convergiendo para hacer de la automatización una realidad generalizada en el campo de la construcción.
Construcción industrializada (CI), término que se utiliza para definir el uso estratégico de materiales, procesos y sistemas inspirados en el campo de la fabricación dentro del sector de la edificación, no es sinónimo de automatización de la construcción. A pesar de ello, ambos conceptos están estrechamente relacionados, debido a la creciente adopción de herramientas automatizadas que está permitiendo que estrategias de construcción industrializada favorezcan un cambio radical en la forma de construir. En la actualidad, el término construcción industrializada alude principalmente a la construcción fuera de obra, donde la aplicación de técnicas de fabricación al entorno construido está más extendida.
Los procesos de construcción industrializada producen elementos de edificios e infraestructuras (desde piezas sueltas hasta componentes o enteras unidades ensambladas) utilizando tecnologías y estrategias reservadas normalmente a los procesos de fabricación. En el caso de la construcción volumétrica industrializada, los módulos volumétricos completos, como las habitaciones de hotel, por ejemplo, se fabrican en un entorno similar al de una fábrica y luego se transportan a la obra para su montaje en el edificio.
Gracias a sus raíces en el terreno de la fabricación, la construcción industrializada aprovecha la certeza, la seguridad y la garantía de calidad que ofrece un conjunto predecible de variables que no se dan en la construcción tradicional, sumado a la posibilidad de aprovechar técnicas de fabricación avanzadas y con un alto grado de automatización. No se trata de ideas nuevas —hay ejemplos que se remontan a los orígenes del entorno construido—, pero se encuentra ahora una convergencia sin precedentes de tecnologías que aumentan el valor y el impacto de las estrategias de CI empleadas en todo el sector.
En los procesos automatizados de construcción industrializada, es posible eliminar los tradicionales planos en papel, ya que los datos de los modelos 3D y otros objetos digitales pasan directamente a una línea de producción automatizada para la fabricación. Las líneas de producción pueden incluir robots industriales, grúas pórtico, cintas transportadoras u otros equipos automatizados para el traslado de los materiales a los componentes y estructuras. Debido a su repercusión en el medioambiente, en los trabajadores y, por supuesto, en la rentabilidad de la inversión (ROI), es vital evaluar todas las oportunidades de automatización. Mis compañeros y yo estamos de acuerdo en que el mejor resultado posible es una relación bien armonizada de colaboración entre seres humanos y máquinas, comparable a lo que se ve en muchas líneas de montaje de automóviles.
Breve historia de la automatización en el campo de la construcción
No es difícil especular sobre un futuro lejano en el que robots y herramientas automatizadas vuelan por una obra de construcción, pero la realidad es que las estrategias fundamentales para el uso de estas herramientas existen desde hace milenios, y las ideas de construcción mecanizada y automatizada llevan funcionando siglos. Los ejemplos pioneros de construcción fuera de obra se llevan más de 2000 años entre sí, desde las técnicas de utilizadas para construir el Ejército de Terracota en la China del siglo III a. C. hasta los paneles prefabricados ensamblados in situ para viviendas en el Berlín de los años 20.
Aun así, la automatización de la construcción con robótica no tomó vuelo hasta después de que se inventaran los primeros robots industriales en la década de 1950 y la industria del automóvil los pusiera en funcionamiento unos diez años después. La automatización de las fábricas se extendió por todo el tejido industrial y la robótica aplicada a la construcción empezó a emerger en los años 60 y 70. Ante la escasez de mano de obra en la construcción debido al envejecimiento de la población y a la falta de interés en el sector por parte de las generaciones más jóvenes, Japón comenzó a innovar en automatización y robótica aplicada a la construcción en las décadas de 1970 y 1980. Firmas de arquitectura e ingeniería japonesas, como Shimizu Corporation, Obayashi Corporation y Takenaka Corporation, crearon robots y máquinas teledirigidas para excavación, manipulación de materiales, colocación y acabado del hormigón, ignifugación, movimiento de tierras, colocación de armaduras y otras tareas de construcción.
El sector de la construcción ha tardado en desarrollar y adoptar procesos automatizados. Hoy, sin embargo, estamos presenciando un nuevo auge de la automatización en el campo de la construcción, alentado por la colaboración entre empresas, gobiernos y el mundo académico.
Aparte de unos pocos ejemplos motivados en gran medida por la extrema presión laboral percibida —y dada la gran inversión inicial, la complejidad de la implementación, la segregación de oficios y la falta de herramientas específicas—, el sector ha tardado en desarrollar y adoptar procesos automatizados. Hoy, sin embargo, estamos presenciando un nuevo auge de la automatización en el campo de la construcción, alentado por la colaboración entre empresas, gobiernos y el mundo académico. La fiabilidad de datos y las fantásticas posibilidades de diseño arquitectónico y gestión de datos que ofrecen BIM (modelado de información para la construcción) y los enfoques de basados en la inteligencia artificial se combinan con el rápido avance de la robótica y las tecnologías del Internet de las Cosas (IoT) para impulsar la digitalización de la construcción y la convergencia con las técnicas de fabricación. El menor costo de las herramientas, unido a nuevos flujos de trabajo que conectan los procesos de diseño con los de fabricación mecanizada, ofrecen nuevas oportunidades para transferir la robótica industrial al campo de la construcción.
Tipos de automatización de la construcción
Automatización de la construcción fuera de obra
Por automatización de la construcción, se entienden las prácticas que hacen el proceso de construcción similar al de la fabricación automatizada moderna. Hay diversos términos que, sin ser sinónimos, están englobados en el concepto de la construcción fuera de obra, como prefabricación, construcción modular volumétrica y panelada, y premoldeado. Estas prácticas sacan los procesos de construcción de las obras, trasladándolos a las fábricas, a un entorno conocido y controlado que puede optimizarse aprovechando la automatización, la robótica industrial, los flujos de trabajo de producción digital y las estrategias de diseño para la fabricación y el montaje (DfMA).
La automatización fuera de obra es mucho más común que las operaciones automatizadas in situ, y la proximidad a la fabricación ha hecho que la transferencia directa de tecnología desde esta sea más accesible, con una salvedad importante: en la fabricación, las líneas automatizadas se utilizan normalmente para la producción de grandes volúmenes, donde el tamaño y la forma de las piezas y la secuencia de montaje son constantes en miles de unidades. Por el contrario, en la construcción de edificios, carreteras y puentes, la diversidad de materiales y procesos, junto con la variación inherente de un componente a otro y entre proyectos, presenta un desafío único para las herramientas (la configuración del equipo automatizado en una línea de producción), y si bien la línea de producción debe ser automatizada, también debe ser lo suficientemente configurable para responder a tal variación.
La construcción fuera de obra saca los procesos que normalmente tienen lugar en el propio emplazamiento, trasladándolos a fábricas, a un entorno conocido y controlado que puede optimizarse aprovechando la automatización, la robótica industrial, los flujos de trabajo de producción digital y las estrategias de DfMA.
A pesar de que la automatización supone una importante inversión inicial, a largo plazo permite ahorrar tiempo, dinero y recursos, a la vez que mejora el control y la garantía de calidad y proporciona condiciones laborales más seguras y cómodas a los trabajadores al eliminar muchas de las tareas repetitivas asociadas a los procesos de construcción. Por otro lado, la construcción en fábrica reporta grandes beneficios ambientales, ya que genera menos desechos, utiliza menos agua, reduce el consumo energético y la contaminación por polvo, y optimiza el uso, la reutilización y el reciclaje de materiales. Además, cuando se combine con procesos automatizados, desempeñará un papel clave para satisfacer la demanda global de edificios e infraestructuras. Algunas de las plantas de construcción automatizada más ambiciosas están pensadas para funcionar las veinticuatro horas del día, prácticamente sin intervención humana.
Como escribió Warren Bennis, académico estadounidense y pionero en estudios de liderazgo: “La fábrica del futuro solo tendrá dos empleados: un hombre y un perro. El cometido del hombre será dar de comer al perro y, el del perro, evitar que el hombre toque el equipo”.
Automatización de la construcción en la obra
La automatización de la construcción en fábricas puede considerarse una transferencia de tecnología desde la industria manufacturera (con algunas excepciones), donde herramientas automatizadas se configuran para producir elementos constructivos en lugar de productos. La automatización de la construcción en obra presenta otros retos y oportunidades aparte. Desarrollar y hacer uso de maquinaria ya no es una transferencia tan directa y requiere nuevo equipamiento y procesos: un área tentadora para la investigación, para nuevas actividades empresariales y para empresas emergentes. La maquinaria de automatización fabricada para uso en obra debe ser lo bastante portátil, de manera que pueda transportarse a las obras de construcción, montarse, utilizarse y desmontarse para su traslado al siguiente trabajo. En algunos casos, los equipos existentes, como la maquinaria pesada para movimiento de tierras, se han reacondicionado, y los nuevos equipos se fabrican cada vez más con vistas a un futuro automatizado o semiautomatizado.
Algunos de los primeros ejemplos de automatización en obra dieron lugar a sistemas de construcción ah hoc y, en muchos casos, redujeron la singularidad del edificio. Hoy, se buscan nuevas formas de construcción automatizada que admitan variaciones entre las distintas unidades y que, a la vez, utilicen elementos estandarizados. Por ejemplo, los equipos automatizados para colocar el refuerzo del hormigón eliminan tareas repetitivas en obra, permiten variaciones en la colocación de la armadura para mejorar el rendimiento sin incurrir en costes adicionales y, al colocar el material precisamente donde se necesita, reducen la cantidad de desechos.
NeXtera Robotics, start-up con sede en Boston, fabrica sistemas para automatizar la construcción en obra, como Oliver, un robot móvil autónomo que hace escaneo y trazado de suelos. Algunas máquinas para automatización de la construcción en obra pueden utilizarse también en la prefabricación fuera de obra, como los robots para instalar paneles de yeso que está desarrollando NeXtera, pero el uso de estas máquinas in situ puede ahorrar al constructor gastos de envío.
Otras empresas se están centrando también en el reto que supone el trazado, un ejercicio tedioso para el que se requiere una gran precisión. Dusty Robotics, por ejemplo, despliega plataformas robóticas móviles que extraen los datos de construcción de un modelo digital y los transfieren a la obra, imprimiendo las instrucciones de construcción directamente en el suelo del propio edificio, lo que permite ahorrar tiempo y esfuerzo y mejora la precisión.
Robótica en la construcción
Los robots, especialmente los brazos robóticos industriales y las plataformas robóticas móviles, desempeñan un papel crucial en lo que respecta a la automatización de la construcción. Podríamos imaginar un futuro con robots específicamente diseñados para uso en obras, pero lo cierto es que, hoy en día, los robots orientados a la fabricación se trasladan al campo de la construcción. Empresas como ULC Technologies desarrollan soluciones a medida e integran la robótica industrial en células de trabajo adaptadas a las obras. Su sistema de excavación y obras viales, por ejemplo, efectúa automáticamente y con precisión quirúrgica reparaciones de las infraestructuras que se encuentran bajo la carretera, con una alteración mínima del terreno. Los robots colaborativos, o cobots, son robots con diferentes niveles de autonomía que trabajan junto a las personas y suelen incluir estándares de seguridad con dobles salvaguardas para no causar daño a nadie. Los robots creados para el sector de la construcción normalmente están especialmente diseñados para desenvolverse en el entorno incierto y siempre cambiante de una obra de construcción en plena actividad.
Un ejemplo de colaboración humano-robot en obra se puede observar en el robot albañil semiautónomo SAM100 de Construction Robotics. Este sistema robótico opera junto a los trabajadores de la construcción para hacer su trabajo más rápido, menos extenuante y menos repetitivo. Con SAM100, el albañil humano se encarga de la preparación de la obra y de la evaluación final de la calidad del muro, mientras que SAM distribuye y coloca los ladrillos.
Equipos de construcción autónomos
Del mismo modo que los vehículos autónomos están llegando a las calles, los equipos de construcción semiautónomos y autónomos están llegando a las obras. Ya se están probando los primeros modelos y los expertos predicen que los vehículos autónomos para la construcción serán, con el tiempo, algo habitual. Sectores como la agricultura y la minería se benefician desde hace mucho tiempo de la automatización de equipos y del control remoto, y el uso de este tipo de máquinas en la construcción es cada vez mayor. Al igual que otras formas de automatización, estos equipos ofrecen las ventajas potenciales de una mayor seguridad, un aumento de la productividad y una mayor eficiencia.
Los equipos de construcción automatizados llevan la automatización más allá de las piezas y componentes individuales de un edificio y permiten al sector considerar la obra como una fábrica sobre el terreno. En colaboración con la empresa de ingeniería civil Black & Veatch, la firma Built Robotics, de San Francisco, utilizó su cargadora de orugas, su topadora y su excavadora autónomas para estudiar procedimientos automatizados de apertura de zanjas con el fin de acelerar la construcción de sistemas de energía renovable para servicios públicos. Black & Veatch también formó equipo con Honda para probar un vehículo de trabajo autónomo en la construcción de una planta de energía solar.
Los líderes del sector de la maquinaria pesada, como Caterpillar, trabajan actualmente en vehículos de construcción que probablemente un día llegarán a ser completamente autónomos, pero que hoy en día son semiautónomos. Por ejemplo, la topadora D11T de Caterpillar con control remoto dispone de cámaras a bordo que permiten a un operario manejar el vehículo desde un remolque a cientos de metros de distancia. Caterpillar, junto con Bechtel, Brick & Mortar Ventures y otros, colaboró con la NASA para organizar el reto 3D-Printed Habitat, centrado en la impresión 3D de edificios sobre el terreno: el terreno resultó ser Marte.
En Australia, Rio Tinto ha desplegado una flota de más de 100 camiones y otros vehículos autónomos para trabajar en sus operaciones de extracción de mineral de hierro. A pesar de que no es una aplicación para construcción propiamente dicha, sirve de buen presagio de lo que espera al mundo de la construcción. Los vehículos sin conductor de Rio Tinto mantienen seguros a los operarios remotos (a más de 1000 kilómetros de distancia), a la vez que garantizan la máxima precisión y eficiencia.
Boston Dynamics ha comercializado una plataforma robótica para una serie de marcos de construcción, que incluye el escaneo láser conforme a obra para la inspección y la programación de la construcción. Su cuadrúpedo autónomo, Spot, puede recorrer fácilmente una zona de obras todas las noches con el accesorio de escaneo Lidar para recoger datos enriquecidos en forma de nube de puntos 3D de alta fidelidad y hacer seguimiento de los cambios diarios.
El futuro se augura brillante para la automatización de las obras a medida que surgen nuevas tipologías, tecnologías y actitudes. Aunque cada vez haya más equipos automatizados sobre el terreno, se necesitará mano de obra cualificada para garantizar que todo funcione sin problemas, y las nuevas estrategias de programación, control y secuenciación de los trabajos deberán tener en cuenta a los robots.
Cuadrúpedo autónomo Spot de Boston Dynamics. Gentileza de Boston Dynamics.
Ejemplos de automatización de la construcción
Howick
Con sede en Nueva Zelanda, Howick lleva más de 40 años construyendo maquinaria de alta tecnología y actualmente se especializa en máquinas de perfilado de acero de precisión que producen armazones para la construcción. En un proyecto reciente, el equipo de diseño y construcción virtual de Windover Construction utilizó una máquina de encofrado de acero telescópica Howick X-Tenda 3600 para fabricar, en 15 horas, 935 cerchas pretaladradas y preetiquetadas para el edificio de YMCA de Cabo Ann, en Gloucester, Massachusetts. Después, con ayuda de la tecnología de realidad mixta (RM) de Fologram, que aplica “plantillas holográficas” al campo de visión de un usuario de auriculares de RM utilizando datos de modelos 3D conectados, Windover montó las cerchas en tres días con una sola persona trabajando. Esto permitió reducir el tiempo del proyecto en un 70 % y los costos a la mitad. (Tanto Windover como Fologram son miembros de la red Outsight de Autodesk Technology Centers).
Las máquinas de Howick simplifican el montaje al automatizar la producción de piezas complejas en forma de rollo a partir de una bobina de acero y proporcionar instrucciones de montaje detalladas dentro de las propias piezas. Howick y el Centro de Investigación de Diseño de Virginia Tech están haciendo uso de este equipo en áreas remotas de Zambia para reducir el tiempo de producción de clínicas médicas comunitarias de seis meses a seis semanas.
Las máquinas de perfilado de acero de Howick producen armazones para la construcción.
Factory_OS
Factory_OS, empresa con sede en Vallejo, California, ejemplifica la construcción industrializada al construir edificios de apartamentos multifamiliares, muchos de ellos destinados a vivienda asequible o asistida, con la máxima eficiencia en un entorno de fábrica inteligente. La empresa construye unidades en una cadena de montaje de 33 estaciones y, al apoyarse en una tecnología de fabricación y en unos procesos de construcción probados, puede construir casas modulares de alta calidad con mayor rapidez, con un costo menor y generando menos desechos que la construcción tradicional en obra.
Un equipo de Autodesk Research trabaja actualmente con Factory_OS en un ambicioso proyecto para hacer la producción de viviendas asequibles y sostenibles lo más eficiente posible, mejorando la conexión de la empresa desde el diseño hasta la fabricación, pasando por el montaje y, por último, las operaciones de edificación.
Factory_OS utiliza códigos QR para hacer seguimiento de todas las piezas y ensamblajes, de modo que, cuando las piezas para una pared salen de una sierra, ya están referenciadas y registradas. Todo esto forma parte de la influencia de la fabricación: repetibilidad, calidad y eliminación de la variabilidad. Si se necesitan 10 de esas paredes, la sierra automatizada corta 10 kits y una plataforma robótica móvil puede entregar los kits a una estación de montaje.
Estamos proyectando una conexión digital con el catálogo de diseño de Factory_OS en Revit de Autodesk, con el fin de crear un modelo BIM multiescala, es decir, una optimización del diseño multiobjetivos que permita controlar todo el emplazamiento, desde los edificios individuales y los módulos que forman un edificio hasta los componentes que forman esos módulos, todo ello conectado con el diseño generativo. A continuación, Factory_OS emplea formas de automatización centradas en el usuario para fabricar módulos acabados y cargar estos módulos en semirremolques para transportarlos a la obra.
Ya en la obra, una vez terminada la nivelación, los trabajadores vierten los cimientos y colocan los módulos acabados de fábrica con el suelo, las ventanas, la iluminación, los electrodomésticos, las instalaciones de fontanería y los acabados interiores. Los módulos llegan herméticos, ignífugos y retractilados. A continuación, los trabajadores los unen, conectan los sistemas y los servicios públicos y el edificio está listo para ocupar. Este nuevo flujo de trabajo permitirá a Factory_OS completar el diseño y la construcción en fábrica de un edificio multifamiliar de 200 a 300 unidades en tan solo unas semanas.
Trabajadores de Factory_OS en Vallejo, California, transportan paneles diseñados para viviendas modulares.
Apis Cor
Apis Cor produce impresoras y mezclas 3D para construir de manera eficiente paredes que imitan el diseño de los muros tradicionales fabricados con unidades de mampostería de hormigón (CMU), conforme a los requisitos de los códigos de construcción tradicionales al respecto.
A finales de 2019, Apis Cor imprimió en 3D un edificio gubernamental de dos plantas y 640 metros cuadrados en Dubái, Emiratos Árabes Unidos. La empresa produjo in situ una mezcla patentada de alta viscosidad a base de yeso para imprimir en 3D, y una grúa trasladó la impresora 3D por toda la obra para completar la construcción, con tan solo tres trabajadores. Desde entonces, Apis Cor ha mejorado la impresora 3D, que es capaz de construir ahora al menos ocho veces más rápido y a la mitad del costo que la construcción de mampostería tradicional.
Apis Cor es miembro de la red Outsight de Autodesk Technology Centers. La empresa fabrica principalmente equipos de construcción y ofrece también servicios de construcción in situ. En estos casos, se puede contratar a la empresa para que lleve la máquina al emplazamiento para producir una estructura o parte de un edificio. Una vez que han terminado el trabajo, se van y se llevan la máquina. El fabricante suministra los parámetros de diseño, es propietario del equipo y presta el servicio, de manera parecida a la fabricación por contrato de productos, salvo que la fábrica se desplaza al lugar.
Apis Cor colabora con otro equipo residente de Autodesk Technology Centers, la empresa de ingeniería Thornton Tomasetti, que se encarga de evaluar la integridad estructural de los muros impresos en 3D y ayuda a crear normas para este tipo de construcción que, idealmente, las asociaciones del sector aceptarán en sus códigos.
Una estructura impresa en 3D de Apis Cor cobra forma. Gentileza de Apis Cor.
BamCore
La base del sistema de madera estructural de pared hueca diseñado a medida por BamCore es bambú cosechado de forma sostenible. La empresa utiliza herramientas de construcción digital industrializadas y basadas en datos para montar sus paneles de pared en la obra de manera rápida y eficiente. Los paneles híbridos de madera y bambú, fabricados a medida, se cortan de manera que encajen en los paneles contiguos y vienen precortados para dar cabida a las puertas, las ventanas, los interruptores de la luz y los enchufes. Para posibilitar una instalación precisa, se utilizan números secuenciales y líneas codificadas con colores que indican la posición de cada línea eléctrica y de fontanería.
Los miembros de la cuadrilla que están en la obra reciben un modelo animado en 3D del proyecto en una aplicación móvil que transforma los modelos de construcción digitales en animaciones secuenciadas, las cuales pueden seguir fácilmente para construir los muros. El sistema prefabricado de BamCore basado en herramientas de construcción digitales ofrece plazos de construcción más rápidos, menos errores, menos desechos y costes más bajos.
¿Cuáles son las ventajas de la automatización de la construcción?
Sostenibilidad
Muchas de las ventajas que ofrece la automatización son interdependientes, por lo que, al centrarse en una de ellas, se obtienen, por efecto dominó, otras. La automatización permite completar los proyectos de manera más rápida y eficiente, y esto normalmente da lugar también a una construcción más sostenible y respetuosa con el medio ambiente. Por ejemplo, la empresa Intelligent City de Vancouver, Canadá, emplea la automatización robótica en sus casas modulares prefabricadas y obtiene, gracias a ello, una eficiencia en la producción un 15 % mayor, unos plazos de finalización de los proyectos un 38 % más rápidos y una reducción de residuos del 30 %. La multinacional de construcción Skanska utiliza soldadura robotizada en las obras para fabricar jaulas de refuerzo de acero, y esto le ha permitido mejorar la calidad, la productividad de los empleados y la seguridad. Además, ha conseguido reducir el costo y el impacto medioambiental asociado al transporte de dichas cestas hasta las zonas de construcción.
Todavía queda mucho por hacer para encauzar al sector de la construcción hacia la sostenibilidad y el respeto al entorno. Según la Agencia Europea del Medio Ambiente (EEA), los residuos de construcción y demolición (RCD) constituyen actualmente el mayor flujo de desechos en la Unión Europea. Y los edificios (tanto en su construcción como en su funcionamiento) representan el 38 % de las emisiones mundiales de dióxido de carbono, según un informe de Naciones Unidas. Afortunadamente, la automatización de la construcción contribuye a las iniciativas de sostenibilidad del sector de diversas formas:
- Las tecnologías de automatización, como los drones, sirven de ayuda en la construcción de instalaciones de energías renovables, como turbinas eólicas y tejados solares.
- La construcción modular fuera de obra aprovecha al máximo los materiales, promoviendo el reciclaje y reduciendo la generación de residuos. El transporte eficiente de estos módulos a las obras puede reducir el recorrido promedio en kilómetros de los trabajadores en un 75 %.
- La maquinaria pesada eléctrica para el sector de la construcción, como la excavadora totalmente eléctrica Caterpillar de 26 toneladas, permite reducir las emisiones de carbono hasta en 52 toneladas por máquina.
- Puesto que los robots de construcción tienden a realizar las tareas con mayor rapidez y precisión que las personas, pueden reducir los retrasos en la producción, con lo que se reduce también la contaminación derivada del funcionamiento de la maquinaria y de mantener abierta la obra. Gracias a esta precisión, se reduce asimismo el desperdicio de materiales debido a errores y rectificaciones.
Con las demandas de la población, no es exagerado llamar a esto una crisis de vivienda de nivel mundial. Si la gente sigue construyendo como lo está haciendo, acabaremos arruinando el planeta. No hay, literalmente, suficiente arena para fabricar la cantidad de cemento Portland que se necesita para cubrir las cifras. Así que tenemos que cambiar la forma de construir.
La automatización desempeñará un papel clave en la posibilidad de reciclar materiales para hacer frente a la escasez de recursos. Por ejemplo, la organización sin ánimo de lucro británica WRAP trabaja actualmente con Autodesk en el reciclaje de los paneles de vidrio que cubren edificios, triturándolo en una tolva y fundiéndolo para fabricar vidrio nuevo y limpio.
La automatización permite completar los proyectos de manera más rápida y eficiente, lo que generalmente se traduce en una serie de beneficios para el medioambiente y en una construcción más sostenible.
Alivio de la escasez de mano de obra
Dos encuestas recientes realizadas por ABB Robotics y Contratistas Generales Asociados de América (AGC), en colaboración con Autodesk, confirmaron la magnitud del problema de escasez de mano de obra en el sector de la construcción:
- El 80 % de las empresas de construcción tiene problemas para cubrir puestos de mano de obra cualificada.
- El 91 %de las empresas de construcción prevé afrontar una crisis de competencias durante los próximos 10 años.
- El 45 %de las empresas de construcción opina que la oferta local para la formación de trabajadores cualificados es insuficiente.
Para hacer frente a la escasez de mano de obra en el sector de la construcción deberá ponerse en marcha una serie de iniciativas, como la enseñanza de oficios en las escuelas de secundaria y los institutos. Por otra parte, el mayor uso de la automatización en el campo de la construcción puede tener el doble efecto de aminorar la dependencia de las técnicas tradicionales, cuyos expertos se están jubilando, y de atraer a trabajadores más jóvenes que, además de acostumbrados, están ansiosos por trabajar con tecnologías avanzadas. De hecho, el 81 % de los encuestados por ABB Robotics tiene previsto implantar o aumentar el uso de la automatización en la construcción en los próximos 10 años. Esa estrategia servirá también a las empresas para sacar el máximo provecho de sus empleados, proporcionándoles la tecnología que necesitan para ser plenamente eficientes.
Aun así, las máquinas no automatizan los trabajos, sino las tareas. Por ejemplo, en lugar de taladrar agujeros, el cometido de una persona puede ser trabajar con un robot perforador más rápido y preciso, y hacer el mantenimiento del mismo. La introducción de esta tecnología también puede servir para aumentar el salario base de los trabajadores con las competencias necesarias. Y en lugar de reducir el número de puestos de trabajo, la consultora McKinsey & Company prevé que la automatización genere 200 millones de empleos nuevos en el sector de la construcción para 2030 si los países se comprometen a mejorar las infraestructuras y las viviendas asequibles.
Por estas razones, la automatización de la construcción deberá ir acompañada de nuevas estrategias de formación permanente y personalizada que favorezcan la recualificación y la mejora continua de las competencias, y que estén subvencionadas por los gobiernos y las empresas de construcción. La mitad de los contratistas generales que participaron en la encuesta de AGC/Autodesk declararon estar participando ya en programas de desarrollo profesional.
Además, las universidades están respondiendo a las oportunidades que están surgiendo en torno a carreras nuevas relacionadas con la automatización. Escuelas como la ETH de Zúrich, la Universidad de Pensilvania o la Carnegie Mellon, entre otras, han creado programas especializados de grado y postgrado centrados en el futuro automatizado del sector de la construcción.
Mayor seguridad
El sector de la construcción es conocido por ser uno de los de mayor siniestralidad laboral. Según un estudio de la Oficina de Estadísticas Laborales de Estados Unidos (BLS) en 2019, 1,7 % de los trabajadores estadounidenses de la construcción faltaron al trabajo debido a una lesión, y cerca del 20 % de todas las muertes de trabajadores estadounidenses se produjeron en la construcción, según la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA).
Al automatizar más procesos y tareas con ayuda de la construcción industrializada fuera de obra, los drones, los robots autónomos, etc., el sector puede proteger a más personas de los riesgos que causan la mayoría de las lesiones y muertes, como las caídas y las colisiones con objetos. Además, los robots pueden manejar cargas más grandes y pesadas y trabajar en espacios que no son seguros para los operarios.
La automatización y la construcción industrializada pueden llevar más procesos a entornos controlados, con menos riesgo para la seguridad humana.
La automatización y la construcción industrializada pueden llevar más procesos a entornos controlados, con menos riesgo para la seguridad humana. Existen fábricas en Sacramento, California, que funcionan con las luces apagadas, sin intervención humana, las veinticuatro horas del día. Es un entorno muy seguro cuando no hay nadie cerca. Si la automatización puede llevar la producción a fábricas o facilitar el montaje en obra, se mitigan los riesgos que no se pueden controlar.
Mayor eficiencia y productividad
McKinsey & Company señala que en Estados Unidos, entre 1947 y 2010, la productividad en la construcción apenas aumentó, mientras que en la industria manufacturera se multiplicó por más de ocho. Fue un período de enorme impulso para automatizar la fabricación y, al final, todavía quedaba una gran cantidad de puestos de trabajo por cubrir, ya que la automatización generaba demanda de mano de obra cualificada. McKinsey también predice que la automatización de la construcción aumentará la productividad sin que disminuyan las ofertas de empleo en el sector; y los ejemplos de eficiencia gracias a la automatización parecen confirmar tal predicción.
La automatización en la fase de diseño arquitectónico utiliza funciones de inteligencia artificial (IA), como el diseño predictivo, para realizar tareas triviales y permitir que el diseñador dedique más tiempo a la creatividad. Y los datos recogidos a raíz de la automatización de la construcción y compartidos digitalmente ayudan a los diferentes equipos a colaborar de nuevas formas.
Pero, tal vez, las mayores ventajas en términos de eficiencia se obtengan en la fase de construcción. En el Reino Unido, por ejemplo, Ilke Homes prefabrica armazones de acero y unidades modulares en fábrica, un entorno más protegido y seguro que el de una obra, y después los monta in situ, más rápido y más barato que con los métodos de construcción tradicionales. Y Construction Automation afirma que su robot albañil automatizado construye las casas de ladrillo y bloque con mayor productividad, mayor seguridad, mayor eficiencia, menores costes y calidad garantizada.
Una perspectiva más amplia y un mejor análisis mediante la recopilación de datos
Por su propia naturaleza, la automatización de la construcción deja un rastro de datos que, si se analizan correctamente y se aprovechan para hacer cambios, pueden reducir los riesgos, aumentar las ganancias y ahorrar tiempo y materiales. A la inversa, se estima que, solo en 2020, los datos equivocados (imprecisos, incompletos o incongruentes) han costado al sector global de la construcción la friolera de 1,85 billones de dólares (1,67 billones de euros). Con ayuda de software de gestión de la construcción, es posible manejar y analizar los datos con rapidez y precisión.
Desgraciadamente, hoy por hoy, la mayoría de los clientes del sector diseñan y crean edificios sin retener prácticamente ninguna información que puedan aprovechar en el siguiente proyecto. Muchos estudios de arquitectura consideran sus proyectos como copos de nieve: cada uno es único y en todos parten de cero. Es una forma de trabajar totalmente ineficiente. Partiendo de cero en cada uno de los proyectos de construcción, nunca se adquirirá la inteligencia necesaria para fomentar una automatización eficaz.
Por el contrario, el objetivo debe ser recopilar suficientes datos derivados de la automatización y utilizarlos en proyectos futuros. Al saber qué salió bien y qué salió mal, qué pudo haber fallado en una máquina y qué se hizo bien, podrán mejorarse las técnicas y procesos para que cada proyecto sucesivo sea un poco más eficiente. Al repetir este procedimiento, se desarrollará un sistema colaborativo basado en la IA y en la experiencia, que se vuelve más inteligente a medida que se actualiza y que enriquece el conocimiento humano y el de máquina para que los proyectos funcionen cada vez mejor.
La aplicación continua de los datos de construcción recopilados a los nuevos proyectos mejora la colaboración humana y de IA.
Mayor previsibilidad y mejor calidad
Los procesos de construcción estándar para la inspección y la obtención de permisos son ineficientes si se comparan con los del sector de la fabricación. Una vez que un fabricante demuestra que es capaz de construir algo repetidamente con un cierto nivel de calidad predecible, recibe la certificación de Underwriters Laboratories (UL), que es un sello de aprobación. Cuanto más se adopten la automatización y la construcción industrializada en el sector, más podrá reducirse el proceso de inspección y más repetible y previsible será la calidad de los componentes.
Factory_OS tiene inspectores in situ que trabajan para el departamento de urbanismo del condado, pero que se quedan en la fábrica cuando se les necesita y se encargan de auditar todos los procesos que Factory_OS ha inventado y estandarizado.
Escalabilidad
La construcción industrializada simplifica los proyectos grandes cuando los componentes están estandarizados. Si un edificio necesita, por ejemplo, 2000 paneles de fontanería o un gran número de cuartos de baño, un tercero fabricante puede prefabricar esos componentes por adelantado, almacenarlos y entregarlos a la obra en el momento exacto en el que se necesiten. El hecho de no tener que esperar por los materiales, los suministros y la mano de obra para obtener los componentes permite que los proyectos de gran envergadura avancen según lo previsto. Y si esos componentes están estandarizados (con cierto grado de personalización), un proyecto de construcción puede ampliarse más fácilmente.
Los procesos de automatización de la construcción recopilan automáticamente muchos datos. La clave es usar esos datos para descubrir qué salió bien, qué salió mal y cómo mejorar los procesos para el próximo proyecto.
El futuro de la automatización de la construcción
Como ha demostrado el sector manufacturero, una vez que la automatización alcanza un cierto umbral de adopción, se llega a un punto de no retorno en el que las empresas de cierto tamaño deben implementarla para seguir siendo competitivas. Según una encuesta global de ABB Robotics en 2021, solo el 55 % de las empresas de construcción usaban la robótica (un porcentaje menor en Estados Unidos), pero dado el interés declarado en implementar la automatización en el sector, la escasez de competencias y las iniciativas para mejorar la sostenibilidad, probablemente la plena adopción de la automatización y la robótica sea la norma en breve. Pero, ¿de qué forma se hará?
Por un lado, la automatización de la construcción continuará adaptando las tecnologías de la fabricación para dar forma al entorno construido. El proyecto de viviendas sostenibles y asequibles de Autodesk con Factory_OS continuará explorando tecnologías de fabricación avanzadas para producir construcciones modulares volumétricas. La red Autodesk Technology Centers también colabora con otras empresas que están tratando de innovar en automatización de la construcción, como la colaboración con Factory_OS para el desarrollo de un laboratorio de innovación con el fin de implantar nuevas tecnologías de automatización en su fábrica.
Lo último de Shimizu, Robo-Buddy Floor, es un sistema robótico industrial que ayuda a los operarios a instalar falsos suelos. Otro componente de Shimizu Smart Site es un equipo de tres robots, en el que uno de ellos lleva los materiales, como los paneles de yeso, a un ascensor robotizado que los transporta hasta un tercer robot que los descarga. Si lo piensas, es como un centro de fabricación automatizado, solo que funciona en vertical además de en horizontal. El sistema de Shimizu considera toda la obra como una fábrica e incluye diferentes tecnologías robóticas interconectadas que tratan la construcción como un sistema de oficios interconectados, en vez de independientes.
Robo-Buddy Floor es un sistema robótico que ayuda a los operarios a instalar falsos suelos. Gentileza de Shimizu.