Gemelo digital: el modelo inteligente de datos, futuro de la edificación
- ¿Qué es un gemelo digital?
- ¿Qué es un gemelo digital en el contexto de la arquitectura, la ingeniería y la construcción?
- BIM y los gemelos digitales
- La historia del gemelo digital
- Los 5 niveles del gemelo digital
- 4 ventajas de los gemelos digitales
- El futuro del gemelo digital
Hace veinte años, para su adaptación al cine de la novela Minority Report, de Philip K. Dick, Steven Spielberg reunió a los principales pensadores del campo de la ciencia y la tecnología para que lo ayudaran a imaginar cómo serían las ciudades del futuro. Aquella versión cinematográfica de una Washington D. C. de 2025 era, sin duda, lúgubre, pero sus residentes gozaban de todo tipo de comodidades facilitadas por tecnologías digitales inteligentes, tales como automóviles sin conductor, anuncios personalizados proyectados directamente en la retina u hogares controlados por voz.
Hace dos décadas, aquellas tecnologías nos parecían imposibles de tan futuristas, pero muchas de ellas, como los ordenadores controlados mediante gestos de la mano, los anuncios web personalizados o los frigoríficos que piden más leche cuando se te termina, son ya algo normal.
Hoy en día, los edificios inteligentes saben dónde vives, cuál es tu horario e incluso cuánto azúcar le echas al café. A medida que los edificios y las ciudades se vuelven cada vez más inteligentes y autónomos, lo mismo ocurre con las herramientas que se utilizan para diseñarlos, gestionarlos y mantenerlos en buenas condiciones.
Es bien sabido que la arquitectura, la ingeniería y la construcción van a la zaga de otros sectores en lo que respecta a adaptarse a la digitalización y a procesos de toma de decisiones basados en datos. Pero esta situación está cambiando gracias a la acción de aquellos profesionales de la industria que han tomado conciencia de que, para poder avanzar, han de empezar a pensar —y trabajar— de otra manera.
Con las tecnologías basadas en la nube, el Internet de las Cosas (IoT, por sus siglas en inglés) y la inteligencia artificial (IA) como principales motores de la transformación digital del sector, el gemelo digital está ganando terreno. A medida que esta herramienta se vuelve cada vez más potente, tanto los diseñadores como los propietarios han empezado a comprender su potencial en cuanto a la optimización del mundo edificado.
¿Qué es un gemelo digital?
Un gemelo digital es la representación digital de un entorno o un objeto físico, como por ejemplo un coche, un puente o un edificio. En ese sentido, no se trata tanto de una maqueta 3D tradicional como de un modelo fabricado a partir de información. Es una referencia de datos comunes que se crea durante los inicios de un proyecto y comprende todas las fases del ciclo de vida del objeto en cuestión, desde su diseño y fabricación hasta su construcción, fases operativa y de mantenimiento e, incluso, su futura reutilización.
Al contrario que los modelos de datos estáticos, los gemelos digitales son entidades dinámicas, “vivas”, que evolucionan en tiempo real. Son capaces de aprender, actualizarse y comunicarse con sus homólogos físicos gracias al intercambio de datos que se da a lo largo del ciclo de vida del elemento en cuestión, todo ello mediante tecnologías de IA, aprendizaje automático e IoT. Pertrechados de estas simulaciones dinámicas, los usuarios de estos gemelos virtuales pueden hacer frente a diversos problemas antes de que estos se presenten, además de explorar nuevas oportunidades y planificar para el futuro.
¿Qué es un gemelo digital en el contexto de la arquitectura, la ingeniería y la construcción?
Los gemelos digitales, en la arquitectura, la ingeniería y la construcción, son reproducciones detalladas que comprenden las edificaciones y los sistemas contenidos en ellas.
Un gemelo digital podría tomar la forma de:
- Un edificio
- Un elemento de infraestructura, como por ejemplo un puente
- Un complejo ecosistema de elementos interconectados, como una red ferroviaria, un distrito de oficinas o una ciudad
El funcionamiento del gemelo digital en la construcción
En la industria de la construcción, los gemelos digitales procesan información de diversas clases:
- Datos de utilización procedentes de los conductos de calefacción, ventilación y aire acondicionado, así como de las instalaciones mecánicas, eléctricas y de fontanería
- Datos de mantenimiento y piezas
- Datos ambientales recogidos por sensores IoT
Al inicio de un nuevo proyecto edificatorio, se crea un gemelo digital para el cual los distintos equipos de profesionales del sector colaboran con los propietarios en la definición de los objetivos de rendimiento y los resultados que buscan. Los datos se van recogiendo de manera continua a medida que avanza el proyecto y después se aplican al modelo mediante una plataforma como Autodesk Tandem. Una vez la edificación se completa y se entrega al propietario, el gemelo digital continúa recopilando datos operativos, que se utilizarán para refinar el rendimiento y gestionar el mantenimiento a largo plazo, además de servir de apoyo en la fase de desmantelamiento y otros posibles usos que tenga la edificación en el futuro.
Gracias a su constante evolución, basada en los datos facilitados por su gemelo físico, el gemelo digital es capaz de llevar a cabo simulaciones y predicciones en respuesta a circunstancias de tiempo real. Un gemelo digital del sector de la construcción puede utilizarse, por ejemplo, para alinear la fachada solar de un edificio de modo que siga la trayectoria del sol o para modificar el flujo del aire del interior de modo que se minimice la transmisión de patógenos.
Otros ejemplos de optimización posibles gracias al uso de gemelos digitales en construcción:
- Configurar espacios comerciales para aprovechar los patrones de conducta de los consumidores
- Automatizar las operaciones de cultivos de interior para obtener las condiciones óptimas de crecimiento
- Predecir problemas de mantenimiento en refinerías petroleras
- Diseñar espacios de atención sanitara para un flujo de pacientes más eficiente y responder a las necesidades del personal
Los gemelos digitales conectan el diseño con los flujos de trabajo de la edificación
Desde el punto de vista del flujo de trabajo, los gemelos digitales permiten el acceso a datos que hasta ahora habían estado atrapados en silos o en papel. Este nuevo acceso ha facilitado que los equipos estén mejor conectados a lo largo de todo el ciclo de vida de un proyecto, desde su diseño hasta su desmantelamiento. Y gracias a que integran datos estáticos —como especificaciones de componentes u horarios de mantenimiento— con datos dinámicos —como tasas de ocupación o condiciones ambientales—, los gemelos digitales dotan a todo el mundo, desde diseñadores hasta propietarios, de mayor autonomía para tomar decisiones bien fundadas que maximicen el rendimiento y el ciclo de vida del proyecto edificado.
BIM y gemelos digitales
BIM (en inglés, Building Information Modeling) es la fuerza que está impulsando la digitalización del sector mediante el uso de modelos multidisciplinares y la colaboración en la nube, con los cuales da forma al diseño y la gestión de los proyectos edificatorios y de los sistemas que estos contienen.
Los gemelos digitales aprovechan el potencial de BIM al máximo conectando los datos y los procesos con una gestión de la información que es dinámica, bidireccional y en tiempo real. Pueden crearse gemelos digitales sin BIM, pero, para que alcancen su máximo potencial, hay que empezar en cualquier caso por unos flujos de trabajos integrados y por la transmisión de información, que ya son los motores del proceso BIM. Por esta razón, para crear un gemelo digital, lo más eficiente es partir de esta tecnología.
El futuro de BIM y los gemelos digitales
En el futuro, la mayoría de los gemelos digitales irán integrados en el proceso BIM para que todas las personas involucradas en un proyecto obtengan información más completa en un entorno estandarizado. El valor de esta información va mucho más allá de un proyecto concreto: los datos capturados pueden reintroducirse en las fases de planificación y diseño de nuevos proyectos, aplicando así el aprendizaje de datos para mejorarlos continuamente.
La ciudad inteligente y los gemelos digitales: hechos para ir de la mano
Los gemelos digitales no tienen por qué estar aislados unos de otros. Integrando varios entre ellos, los diseñadores pueden construir un sistema conectado cuyo rendimiento podrán optimizar con el tiempo.
Si pensamos en las posibilidades más allá de un proyecto individual, nos daremos cuenta del amplio potencial del gemelo digital en cuestiones económicas, sociales y medioambientales. Podría incluso construirse una ciudad inteligente gestionada mediante datos en tiempo real para analizar y optimizar el consumo de energía, el funcionamiento de las redes inalámbricas y de los sistemas de seguridad y transporte público y el rendimiento de la infraestructura en general. Todo ello según sea necesario y facilitado por modelados de geodatos y sensores IoT. Las ciudades inteligentes serían capaces incluso de adaptarse a las condiciones cambiantes del clima y completar respuestas simuladas a emergencias como pandemias o desastres naturales.
Gracias a la capacidad de los gemelos digitales de recolectar e interpretar datos procedentes de áreas como el crecimiento demográfico, los recursos naturales y las condiciones climáticas, estos pueden ayudar a construir ciudades más adaptables e incrementar la capacidad de respuesta de los distintos sectores frente a retos de alcance global.
Todo esto es algo que ya está ocurriendo en diferentes ciudades del mundo. En Singapur, por ejemplo, el proyecto de plataforma digital 3D Virtual Singapore permite a usuarios de distintos sectores crear herramientas con las que resolver los complejos retos a los que se enfrenta la ciudad, tales como la mejora de los parques para desarrollar rutas de evacuación. En India, se está creando Amaravati, la capital del nuevo estado de Andhra Pradesh, una “ciudad inteligente” cuya construcción costará 6500 millones de dólares. Su desarrollo se está llevando a cabo mediante un gemelo digital que integra más de 1000 tipos de datos que gestionan el proceso de licencias, supervisan el progreso de las construcciones y evalúan los diseños que respondan mejor al clima extremo de la ciudad.
La historia del gemelo digital
Década de 1960
El concepto de gemelo digital se remonta a los años 60, década en que la NASA desarrolló una “tecnología de la emulación” para simular sistemas utilizados en el espacio mediante complejas reproducciones físicas en tierra.
Estos simuladores demostraron ser cruciales durante la misión Apolo 13, de triste fama, cuando los ingenieros de la NASA utilizaron 15 maquetas controladas por ordenador para evaluar y recrear las condiciones a bordo de la maltrecha nave espacial, que se encontraba a más de 300 000 kilómetros de distancia. La información que obtuvieron mediante este sistema les sirvió para guiar el regreso de la tripulación en una de las misiones de rescate más trepidantes de la historia de Estados Unidos.
Década de los 2000
El concepto del gemelo digital aplicado al ciclo de vida de los productos se atribuye generalmente al Dr. Michael Grieves, investigador jefe del departamento de fabricación avanzada del Instituto Tecnológico de Florida. Grieves presentó la idea en 2002, en una conferencia de la Sociedad de Ingenieros de la Fabricación del país. En dicha conferencia propuso un centro de gestión de ciclos de vida que contase con una representación física y una virtual del elemento en cuestión, a las que se sumaría el intercambio de información que tiene lugar entre ambas.
Si bien el potencial de los gemelos digitales era evidente, la potencia, conectividad y capacidad de almacenamiento de datos que una tecnología así exigía a los equipos informáticos del momento eran demasiado costosas como para poder implementarse en la mayoría de los sectores industriales. Por esta razón, durante décadas la idea no fue más que un sueño imposible. Sin embargo, los últimos cinco años han visto como las tecnologías de IA e Internet de las Cosas han dado viabilidad al proceso.
Los 2020
Se prevé que para 2026 el mercado global de gemelos digitales haya alcanzado un valor de 48 200 millones de dólares.
Pese a que la tecnología del gemelo digital está bien afincada en el sector de la fabricación, aún es algo relativamente nuevo en el ámbito de la arquitectura, la ingeniería y la construcción, menos estandarizado, más fragmentado y tradicionalmente más reacio a adoptar procesos digitales. Pero a medida que el sector de la construcción avanza en su transformación digital —acelerada por el uso de modelos remotos al que obligó la pandemia de COVID-19—, las firmas más emprendedoras están adoptando de buen grado la idea de que estos gemelos virtuales se vuelvan esenciales en cada fase del diseño, la construcción y las operaciones. Muchas de estas firmas ya están manos a la obra buscando soluciones.
Los 5 niveles del gemelo digital
Los gemelos digitales operan en cinco niveles diferentes de sofisticación. Los modelos más sencillos integran datos de diversas fuentes; el modelo más avanzado es capaz de actuar de forma autónoma.
Nivel 1: Gemelo descriptivo
El gemelo descriptivo es una versión conectada y editable de los datos de diseño y construcción: una reproducción visual de un objeto edificado. Los usuarios especifican el tipo de información que quieren que se incluya y el tipo de datos que desean extraer.
Nivel 2: Gemelo informativo
Este nivel cuenta con una capa añadida de datos procedentes del funcionamiento y los sensores. El gemelo captura y agrega datos definidos y los verifica para garantizar que los sistemas colaboren entre ellos.
Nivel 3: Gemelo predictivo
Este gemelo es capaz de utilizar datos de funcionamiento para llegar a ciertas deducciones. (Es como si un vehículo nos avisase de que ha llegado el momento de cambiar el aceite).
Nivel 4: Gemelo integrado
Este gemelo simula situaciones posibles en el futuro y se plantea preguntas del tipo “¿Qué pasaría si…?”.
Nivel 5: Gemelo autónomo
Este gemelo tiene la capacidad de aprender y completar acciones en nombre de los usuarios.
Es importante recalcar que los niveles 1 y 2 son los que actualmente se utilizan en arquitectura, ingeniería y construcción. Aún están por instaurarse los niveles 3, 4 y 5, que van enriquecidos con datos enviados en tiempo real desde sensores integrados y tecnologías IoT.
Más allá de la nueva construcción: la intervención inteligente
La aplicación de los gemelos digitales no se limita a los elementos de nueva construcción: también puede resultar muy útil para recabar información sobre el funcionamiento y el uso potencial de un edificio o infraestructura ya existente.
Al aplicar la intervención inteligente a una estructura que ya existe, se mejora el rendimiento, se reduce al mínimo la incertidumbre y se gestionan mejor los riesgos. Son evidentes las ventajas que esto puede conllevar para las personas en todos los puntos de la cadena de valor, ya sean contratistas, proveedores, inversores, propietarios u ocupantes del edificio.
Integrar un gemelo digital en una estructura construida puede suponer todo un desafío, especialmente cuando no existen archivos digitales. La captura de la realidad mediante escaneo láser o fotogrametría puede suplir esas carencias al crear un modelo de gran precisión basado en nubes de puntos. Un ejemplo reciente de captura de la realidad ha sido la creación de un gemelo digital de la catedral de Notre Dame de París que asista en su reconstrucción a raíz de los graves daños ocasionados por el incendio de 2019.
La implementación de gemelos digitales en estructuras ya existentes
Implementar gemelos digitales es más sencillo en unos objetos ya existentes que en otros, como por ejemplo en plantas de tratado de aguas, cuyos sistemas están más expuestos. Sea cual sea el caso, invertir en este tipo de tecnología merece la pena si se busca que una construcción sea más eficiente en lo económico, más sostenible y adaptable a largo plazo. Aplicados a sistemas más amplios, los gemelos digitales pueden contribuir a que las sociedades sean más sostenibles, ágiles y receptivas a medida que cambian sus necesidades.
4 ventajas de los gemelos digitales
Los gemelos digitales ofrecen ventajas tanto a corto como a largo plazo. En el primer caso, las ventajas tienen que ver sobre todo con el funcionamiento, ya que facilitan una única fuente común de información veraz que puede ayudar a reducir costos, riesgos e incertidumbres al mismo tiempo que se maximiza la eficiencia. A largo plazo, los gemelos digitales extienden el valor de BIM a lo largo del ciclo de vida del elemento construido.
1. Para los propietarios: decisiones más inteligentes y un mejor rendimiento de las inversiones
Cuando hay datos sepultados en sistemas que no se comunican entre sí, los propietarios de las instalaciones lo tienen difícil para supervisarlas, gestionarlas y, en última instancia, rentabilizarlas al máximo. Los gemelos digitales asisten a los propietarios en la toma de mejores decisiones comerciales incluso desde la fase de planificación y diseño. Esta tecnología los dota de las herramientas necesarias para acceder a datos enriquecidos y explorar situaciones posibles que maximicen el rendimiento y alarguen el ciclo de vida de sus inversiones.
2. Para supervisores: operaciones sin contratiempos y un mantenimiento más sencillo
Desde el primer día, tanto propietarios como operarios pueden darle un uso eficiente a la construcción desde el primer momento sin preocuparse por documentos de mantenimiento confusos o extraviados. La cantidad de datos analógicos sin clasificar ni conectar que reciben los propietarios y operarios al completarse una construcción es un reto inasumible en cuanto a la creación de una solución integrada para la supervisión, gestión y mejora de esta. En consecuencia, hay propietarios u operarios que no son capaces de ver las ventajas de los edificios inteligentes y terminan con una gran cantidad de datos y sistemas estancos, información imprecisa, falta de transparencia y un conocimiento incompleto del rendimiento de sus instalaciones.
Los gemelos digitales facilitan un hilo digital que combina datos agregados de manera sencilla. Se encargan del trabajo pesado al rastrear elementos como el mantenimiento y optimizar el consumo de energía, cosa que da libertad a los operarios para centrarse en su trabajo.
Los datos que genera una instalación evolucionan constantemente. Los gemelos digitales informan a los supervisores de si hay algún cambio, indicando quién lo ha hecho y cuándo. Los supervisores pueden incluso predecir los ciclos del material y el trabajo, cosa que reduce la producción de residuos y mejora la seguridad.
3. Para firmas de arquitectura, ingeniería y construcción: más valor trae más ingresos
Es muy sencillo: cuando un estudio del sector puede ofrecer más servicios y más valor, gana más concursos. “Nuestra cartera de clientes de arquitectura, ingeniería y construcción ven muchas oportunidades de negocio en el hecho de proveer más datos a los propietarios —explica Robert Bray, director jefe y administrador general de Autodesk Tandem—. Y más allá de la entrega del proyecto, si se trata de una construcción digital que refleja el modelo construido, puede conectarse con sistemas operativos y ayudar a resolver las dudas del propietario”.
Casi el 80 % (PDF, p. 6) del valor de una construcción a lo largo de su vida útil tiene lugar en la fase operativa. Cuando los estudios de arquitectura, ingeniería y construcción son capaces de colaborar desde los inicios con los propietarios fijando las prioridades y expectativas de rendimiento, generan más valor al ayudar a estos últimos a maximizar su inversión gracias a un superior ahorro de energía, un mejor mantenimiento y una mayor calidad de vida para los ocupantes.
4. Para todo el mundo: el valor a largo plazo
A medida que los gemelos digitales van ganando impulso en el sector, tanto diseñadores como propietarios pueden elaborar estrategias de rendimiento a largo plazo para sus instalaciones y su impacto en el entorno. En un futuro, los gemelos digitales podrían ser el punto de partida de unas ciudades más adaptables a desafíos globales, tales como un crecimiento demográfico sin precedentes (PDF, p. 1), la escasez de recursos o la próxima pandemia.
El futuro del gemelo digital
A medida que los gemelos digitales incorporen cada vez más IA y aprendizaje automático, irán evolucionando desde su actual rol como herramientas conceptuales hasta versiones más inteligentes y autónomas gracias a la expansión de las capacidades de los programas informáticos.
El mercado de los gemelos digitales está en alza a raíz de la adopción de tecnologías IoT: según MarketsandResearch, para 2026 el 91 % de las plataformas que ofrecen esta tecnología también ofrecerán posibilidades de generación de gemelos digitales, y estos serán el estándar en la aplicación de Internet de las Cosas para 2028.
Las ciudades más innovadoras ya se están sumando a esta tendencia: se prevé que el mercado de soluciones asistidas por gemelo digital en el área de las ciudades inteligentes alcance los 3770 millones de dólares para 2026. Y ABI Research predice que en 2025 habrá más de 500 gemelos digitales operativos en ciudades inteligentes.
Aún queda mucho para que lleguemos a aprovechar al máximo estos ecosistemas conectados e inteligentes, pero las firmas más visionarias ya están encontrando el modo de planificar para esos modelos futuros. A medida que la transformación continúe revolucionando el sector, seguirán refinándose herramientas y definiéndose buenas prácticas, cosa que ayudará a diseñadores e ingenieros a liberarse de una práctica estanca.
Los datos ya existen; el reto consiste en integrar en herramientas comunes toda esa información sin estandarizar procedente de diversas fuentes y, una vez se logre esta integración, emplear dichos datos para responder a las necesidades de la arquitectura, la ingeniería y la construcción. Quienes hoy aprovechen las ventajas de hacer un uso eficiente de los datos serán quienes tengan más éxito en la creación del mundo edificado del futuro.
Nuestro especial agradecimiento a la autora Sarah Jones por haber llevado a cabo una investigación complementaria, publicada paralelamente en este artículo.