La programación visual y los componentes que representan funciones, junto con la transferencia de entradas y salidas entre estos mediante "cables" visibles, han jugado un papel importante en la expansión del éxito de la programación visual más allá del ámbito geométrico y BIM. En particular, Grasshopper ha sido crucial para la adopción de la programación visual en la industria de la Arquitectura, Ingeniería y Construcción (AEC), hasta el punto de que la programación visual hoy en día se asocia principalmente con el modelado paramétrico y viceversa. Sin embargo, es interesante observar que la relación entre otros productos de software y herramientas de programación visual como Grasshopper no se explora tanto. Un ejemplo de esta similitud es el software de hojas de cálculo como Excel, ampliamente utilizado en la industria para una variedad de tareas, desde simples cálculos hasta gestión de bases de datos.

La similitud se hace evidente cuando se visualiza la relación entre las celdas en una hoja de cálculo. Las celdas que contienen fórmulas son equivalentes a los componentes o nodos en Grasshopper o Dynamo, mientras que las celdas que contienen datos se asemejan a los nodos de parámetros. Sin embargo, la experiencia de usuario entre estos dos tipos de software es bastante diferente, lo que podría explicar la disparidad en su aplicación, por ejemplo, entre Excel y Grasshopper. En particular, Grasshopper ha llegado a ser la base para muchos otros complementos y extensiones que le permiten abordar problemas específicos del sector AEC.

Una de las principales características que amplían el uso de software paramétrico como Grasshopper en la industria AEC son los complementos y extensiones. Los desarrolladores de software y las prácticas en el sector AEC a menudo desarrollan complementos que se construyen sobre software propietario de diseño paramétrico y BIM. Un ejemplo de esto es FoodForRhino, una base de datos que recopila complementos para Grasshopper. Existen extensiones para una amplia gama de dominios, desde la modelización FEA (como Karamba3D) hasta simulaciones de energía solar y luz (como Honeybee y LadyBug), y muchas más. Estas extensiones permiten que los diseñadores y expertos del dominio realicen flujos de trabajo muy específicos de manera eficiente.

Sin embargo, los complementos y extensiones pueden generar ciertos problemas. En primer lugar, raramente los complementos construidos para el mismo software interactúan o se reconocen entre sí, dejando la interoperabilidad en manos del usuario o del software propietario que se amplía o aprovecha. Esto refuerza la dependencia del software base, lo que puede generar problemas relacionados con la escalabilidad, compatibilidad de versiones e incluso con la exclusividad de un proveedor determinado. A esto se le suma que cada complemento tiene su propio conjunto de convenciones, suposiciones y limitaciones, lo que obliga a los diseñadores a estar muy familiarizados con ellos para poder utilizarlos correctamente.

Otro de los inconvenientes que presentan los complementos es su origen. Muchos de estos se desarrollan de manera individual por un solo desarrollador de software o por equipos pequeños distribuidos, lo que a menudo significa que los complementos son lanzados al público de forma gratuita, ya sea como código abierto o en una versión freemium. Sin embargo, debido a que estos complementos suelen desarrollarse sin un plan de lanzamiento estructurado y siguiendo prácticas de ingeniería de software no siempre óptimas, las bases de código resultantes pueden ser difíciles de manejar para quienes no fueron los creadores originales o para aquellos que se unan más tarde. Esto puede dar lugar a problemas como la mala escalabilidad o el difícil mantenimiento del código, lo que a largo plazo puede generar costos adicionales para los usuarios que se ven obligados a mantenerlos o actualizarlos.

En este contexto, la sostenibilidad de los complementos se ve comprometida, ya que, sin una base de código fácilmente comprensible y una comunidad activa que contribuya al desarrollo de estos complementos, es común que estos se abandonen, queden obsoletos o se desactualicen. De hecho, muchos complementos inicialmente exitosos han quedado sin actualizaciones durante años, y aunque algunos han sido liberados como código abierto en un intento por reavivar el interés de la comunidad, pocos han tenido éxito.

Además de la programación visual y los complementos, un tema crucial en la interoperabilidad del sector AEC es la representación de la información y el modelado de datos. La industria se enfrenta a grandes desafíos para representar, intercambiar y utilizar datos de manera eficiente entre diferentes softwares. Un ejemplo claro de esto es el uso de los Industry Foundation Classes (IFC), un esquema de datos estandarizado utilizado en la industria AEC para almacenar información a lo largo del ciclo de vida de una estructura construida. Desarrollado por la International Alliance for Interoperability (IAI), ahora conocido como buildingSMART, el IFC permite intercambiar datos entre diferentes aplicaciones del sector.

A pesar de su utilidad, el esquema de datos IFC presenta limitaciones. Por un lado, su enfoque está en la referencia o archivo de información de modelos, más que en su creación o en procesos de investigación operativa. Aunque es eficaz para representar datos geométricos, clasificar elementos y describir las propiedades de los productos, no es tan eficaz cuando se trata de representar datos dinámicos, aquellos que cambian rápidamente durante las primeras etapas del diseño, donde las necesidades de diseño suelen ser muy cambiantes. Este enfoque modular que define el IFC también introduce redundancias y ambigüedades en su estructura, lo que puede generar incoherencias al intentar mapear las entidades y sus relaciones.

Por último, el modelo IFC, que en su mayoría está basado en la orientación a objetos, puede ocultar las inconsistencias de los datos debido a su uso de la herencia, lo que complica la interpretación y utilización del esquema, especialmente cuando se observa desde perspectivas diferentes. Aunque el IFC tiene un valor significativo en términos de interoperabilidad, su implementación en entornos multidisciplinarios de diseño de edificios puede resultar confusa y difícil de utilizar.

Es crucial, por lo tanto, que los diseñadores sean conscientes de las limitaciones inherentes a estas herramientas y de cómo la dependencia de software propietario, así como las limitaciones de los complementos y esquemas de datos, pueden influir en el flujo de trabajo y en la interoperabilidad entre diversas aplicaciones dentro de la industria AEC.

¿Cómo pueden los configuradores distribuidos transformar la colaboración en diseño y validación en la industria de la construcción?

La capacidad de gestionar procesos de diseño complejos a través de múltiples configuradores discretos es esencial para la mejora de la interoperabilidad y la colaboración en proyectos de construcción. En este contexto, los configuradores sirven como herramientas fundamentales que permiten a los diseñadores y expertos en diferentes disciplinas coordinar sus esfuerzos de manera eficiente, utilizando plataformas que facilitan la validación y verificación de los componentes diseñados. La implementación de un marco de trabajo de código abierto que adopta tecnologías estándar de la industria demuestra cómo se pueden abordar estos retos mediante estudios de caso que exploran configuradores proto-típicos y ejemplos de verificación, comparando kits de piezas preexistentes con especificaciones previamente definidas.

El avance hacia la integración de procesos automatizados de validación y verificación con la intervención humana requiere un entendimiento profundo de cómo estas tecnologías interaccionan dentro de los flujos de trabajo. Los configuradores no solo permiten la modificación y adaptación de componentes en tiempo real, sino que también optimizan la capacidad de colaborar en proyectos que involucran diferentes disciplinas. El desafío radica en cómo estas herramientas pueden ser perfeccionadas para integrar tanto las verificaciones automáticas como las supervisadas por humanos. A medida que las tecnologías avanzan, la necesidad de identificar más estudios de caso y aplicar nuevas estrategias para abordar la relación entre estos procesos se vuelve más urgente. La implementación de frameworks que promuevan una mayor autonomía en la automatización de los procesos, sin perder de vista la supervisión y control humanos, es esencial para lograr una validación precisa y eficiente.

Por otro lado, los configuradores distribuidos permiten una visión integral y modular de los proyectos de construcción, facilitando la integración de diferentes sistemas de software y la interoperabilidad entre plataformas que tradicionalmente operan de manera aislada. El uso de ontologías y estándares como el IFC (Industry Foundation Classes) y la conexión entre sistemas mediante interfaces de programación (APIs) o servidores web, posibilita un intercambio de datos fluido y fiable entre todas las partes involucradas en un proyecto. Este tipo de interoperabilidad es clave para lograr un flujo de trabajo coordinado entre los diferentes actores y mejorar la precisión en las decisiones de diseño.

Al mismo tiempo, la implementación de configuradores para facilitar la distribución de los componentes del diseño a través de plataformas basadas en la nube aporta una flexibilidad sin precedentes. Esto no solo optimiza los procesos de fabricación, sino que también permite que los equipos de trabajo distribuidos colaboren de manera más eficiente. Cada miembro del equipo puede tener acceso en tiempo real a los elementos del proyecto, lo que facilita el intercambio de ideas y la mejora continua del diseño.

Es importante destacar que, además de las ventajas de integración y automatización, los configuradores distribuidos también deben enfrentar desafíos relacionados con la compatibilidad y la alineación de datos entre sistemas heterogéneos. La evolución de los sistemas de gestión de datos en la construcción debe ir acompañada de un enfoque hacia la creación de frameworks que promuevan la consistencia entre los diferentes modelos de información. Esto permite garantizar que los datos se manejen correctamente, minimizando los errores y mejorando la calidad de las decisiones que se toman durante todo el proceso de diseño y construcción.

En el futuro, se hace indispensable avanzar en la exploración de nuevas metodologías que integren los configuradores en un marco más amplio, adaptándose a las cambiantes necesidades de la industria de la construcción. Es crucial desarrollar nuevas estrategias que mejoren la automatización de la validación y la verificación, sin comprometer la calidad y precisión del diseño. Solo a través de la investigación continua y la implementación de nuevas tecnologías será posible lograr un nivel de interoperabilidad y eficiencia sin precedentes en la gestión de proyectos de construcción, lo que resultará en una mayor calidad y sostenibilidad en los productos finales.

¿Cómo la evolución del diseño paramétrico y generativo está transformando la construcción y fabricación industrial?

La automatización del modelado a través de software ha permitido una evolución significativa en la forma en que se diseñan y fabrican los productos en diversas industrias. En particular, el diseño basado en modelos ha ganado popularidad al ofrecer una ventaja considerable sobre los enfoques tradicionales, brindando la posibilidad de probar más soluciones de diseño y seleccionar la mejor opción de forma eficiente. Este avance no solo es fundamental en el diseño arquitectónico, sino también en la construcción industrial, donde la tecnología facilita la creación de formas complejas y la integración de procesos automatizados.

El diseño generativo, una evolución del diseño paramétrico, ha ganado relevancia en los últimos años. Aunque en ambos enfoques los diseñadores definen las condiciones iniciales del proyecto en forma paramétrica, el diseño generativo lleva este concepto más allá al incorporar inteligencia artificial y análisis de variables para generar múltiples soluciones. Estas soluciones son luego evaluadas y ordenadas para encontrar la opción más óptima. Este tipo de diseño no solo ha revolucionado el sector de la arquitectura, sino que también ha transformado otras industrias como la automotriz, al hacer posible la creación de formas y estructuras más complejas que antes parecían impensables.

Una de las principales herramientas utilizadas en este tipo de diseño es Grasshopper®, inicialmente creado como una herramienta de investigación formal. Este software ha permitido manejar formas complejas y morfológicas difíciles de gestionar en otros entornos de diseño. A lo largo de la última década, Grasshopper® ha sido integrado en diversos programas de diseño como Archicad® y Tekla Structures®, lo que ha expandido sus aplicaciones y ha facilitado su integración con el diseño y construcción de proyectos más avanzados. La combinación de estos programas ha permitido que el diseño paramétrico pase de ser una herramienta de investigación preliminar a una herramienta operativa que acompaña la evolución del proyecto desde su fase inicial hasta la fase de construcción.

A partir de 2020, Rhinoceros® introdujo una innovación adicional con su proyecto open-source Rhino.Inside, que permite que Rhinoceros® y Grasshopper® trabajen en segundo plano con otros programas BIM como Revit® y Tekla Structures®. Esta integración permite que los scripts generados en Grasshopper® se utilicen no solo por diseñadores expertos en parametricidad, sino también por aquellos que no están familiarizados con estas herramientas. Así, el diseño paramétrico se convierte en el motor de automatización de los modelos BIM, los cuales, a su vez, se convierten en grandes bases de datos. Estos modelos pueden ser alimentados automáticamente a través de scripts o manualmente, fusionando la velocidad de los algoritmos con la flexibilidad de los ajustes manuales.

Este avance no se limita solo a la fase de diseño, sino que también tiene un impacto directo en los procesos de fabricación y ensamblaje en el sitio de construcción. La transición de un diseño basado en dibujos a un diseño basado en modelos no debe quedarse solo en la etapa de planificación; debe extenderse a la producción y montaje. Para entender mejor este proceso, el sector de la construcción puede inspirarse en metodologías de industrias como la automotriz y la aeroespacial, que han implementado el diseño basado en modelos de manera exitosa durante años.

Un enfoque particularmente interesante tomado del sector automotriz es el método conocido como Diseño para la Fabricación y el Ensamblaje (DfMA, por sus siglas en inglés). Esta metodología, que nació en los años 40, combina dos disciplinas en un solo sistema: el diseño para la fabricación (DFM) y el diseño para el ensamblaje (DFA). El diseño para la fabricación busca simplificar el proceso de producción del producto para reducir la complejidad en cada operación, mientras que el diseño para el ensamblaje se centra en reducir los costos de montaje y minimizar el número de operaciones necesarias. El DfMA es un enfoque transformador que ha cambiado la forma en que se construyen los edificios, ya que promueve la fabricación de componentes fuera del sitio en un entorno controlado, para luego ser ensamblados en el lugar de la construcción.

Al igual que otros métodos, el DfMA requiere un diseño detallado y un modelado preciso. Cada componente debe ser definido con claridad para facilitar su fabricación en la fábrica y posterior ensamblaje en el sitio. Este enfoque también se basa en la modularización y estandarización de los componentes, lo que a su vez permite planificar, adaptar y optimizar el diseño en las primeras etapas del proyecto. Para facilitar el diseño de acuerdo con el enfoque DfMA, es fundamental entender los requisitos de producción específicos de cada componente, como los perfiles estándar o los componentes hechos a medida con máquinas controladas numéricamente.

El modelo de diseño y fabricación digital también se ha ampliado a lo largo de los años con la integración de BIM y DfMA en lo que se conoce como FIM (Fabrication Information Modeling). El FIM describe una metodología similar al BIM, pero orientada a la fabricación, donde los procesos de diseño, construcción y gestión de los componentes se realizan de manera integrada y utilizando herramientas digitales. La unión de estas metodologías permite que el diseño y la fabricación estén más alineados, lo que aumenta la eficiencia y reduce los costos de producción.

Es importante comprender que, aunque el uso de herramientas 3D y el diseño paramétrico son fundamentales para la implementación de DfMA, no todos los profesionales dentro del sector de la construcción emplean estas técnicas. Sin embargo, la combinación de información tridimensional (BIM) con técnicas avanzadas de diseño y fabricación como DfMA y FIM está creando una base de planificación común que optimiza los procesos de diseño y producción, y facilita la colaboración entre los diferentes actores involucrados en la construcción.

¿Cómo la impresión 3D y la fabricación robótica están redefiniendo la construcción?

Vertico, al ingresar en la industria de la impresión 3D, incorporó una serie de elementos fundamentales que marcarían el curso de su evolución: una fascinación por las técnicas de fabricación aditiva (AM), una pasión por la experimentación y una sólida experiencia en robótica proveniente de la industria automotriz. A pesar de que las primeras técnicas de impresión 3D aún se encontraban en proceso de desarrollo, Vertico se lanzó a un proyecto de alta complejidad cuyo objetivo era imprimir en 3D una pequeña casa. Este proyecto, cuya mayor dificultad radicó en el diseño del techo, se realizó en colaboración con el consorcio Huizenprinters, Jelle Feringa y Summum Engineering. La continua iteración de máquinas y software permitió el desarrollo de un proceso para acelerar significativamente el endurecimiento del concreto, lo que a su vez permitió imprimir diseños complejos. Este avance tecnológico fue determinante, estableciendo un estándar en cuanto a geometría y requerimientos estructurales, lo que generó un efecto positivo en las tecnologías de fabricación y estrategias de diseño de Vertico.

Con el paso de los años, las técnicas de AM para concreto continuaron evolucionando a nivel global. Los avances en la ciencia de materiales son cruciales para la impresión en concreto. El proyecto Eggshell, desarrollado durante una tesis de maestría en la Universidad de TU Delft, fue un precedente importante de la técnica de encofrado perdido que la industria de la impresión 3D perfeccionó. A través de este proyecto, el concreto "a demanda" permitió la utilización de un encofrado impreso en 3D extremadamente delgado. Ejemplos como el puente Striatus, desarrollado por el Block Research Group (BRG) en colaboración con Zaha Hadid Architects (ZHACODE), avanzaron la fabricación de concreto al combinar la impresión 3D con técnicas de albañilería. Este puente está compuesto por elementos estructurales que se ensamblan en seco, sin necesidad de refuerzos adicionales, y reduce el uso de concreto hasta un 70%, lo que es particularmente importante en una industria con una significativa huella de carbono. En este contexto, Vertico abrazó la impresión 3D de concreto, buscando establecer nuevos estándares audaces en términos de estructura material y estética.

A partir de 2023, Vertico se posicionó como líder global en soluciones de impresión 3D para concreto, con clientes en Europa, Estados Unidos, Asia Oriental, Oriente Medio y Australasia. Además de instalar sistemas robóticos de impresión de vanguardia, Vertico imprime proyectos, diseña soluciones de software para impresoras robóticas y de pórtico, y proporciona consultoría en temas de impresión 3D de concreto.

La visión a largo plazo de Vertico se vincula con el giro global hacia las economías de escala, un fenómeno que ha dado forma al movimiento arquitectónico moderno. Las arquitecturas inspiradas por la revolución industrial, con su marcada estandarización y falta de detalles artesanales, dejaron de lado el toque humano en la construcción. La fabricación robótica presenta la oportunidad de recuperar el nivel de artesanía alcanzado por arquitectos como Gaudí en la Sagrada Familia, integrando tecnologías y herramientas de diseño que podrían reducir costos y hacerlas competitivas con las tecnologías de construcción actuales. Asimismo, la impresión 3D puede alcanzar, o incluso superar, niveles de detalle logrados a través de procesos tradicionales, optimizando el tiempo de producción y la precisión, mientras se reduce la necesidad de costosos trabajos manuales. A través de estas nuevas posibilidades, Vertico busca aumentar el valor cultural de la construcción arquitectónica mediante técnicas automatizadas de fabricación.

El diseño paramétrico es un ejemplo fundamental de cómo la tecnología de fabricación aditiva puede transformar la arquitectura. En esencia, el diseño paramétrico es un conjunto de herramientas que permiten ajustar rápidamente las decisiones de diseño mediante parámetros de entrada. En el caso de Vertico, se desarrollan software de diseño computacional mediante el complemento Grasshopper para Rhino. Durante el diseño de una columna, por ejemplo, se pueden modificar parámetros como su altura, diámetro, convexidad o ángulo de rotación de un patrón a lo largo de la longitud de la columna, lo que ofrece una enorme flexibilidad en el diseño. La capacidad de cambiar estos parámetros sin necesidad de rehacer todo el diseño permite una mayor agilidad en la creación de formas complejas. Además, el diseño paramétrico no solo se utiliza para conseguir una estética innovadora, sino que también se emplea para optimizar la estructura, aplicando análisis de fuerza y ajustando la geometría para maximizar la resistencia con el uso mínimo de material.

Uno de los primeros proyectos de Vertico en los que se utilizó el diseño paramétrico fue el muro de cerca Voronoi, desarrollado en colaboración con Saxion Industrial Design Research Group y DeWitte van der Heiden Architecten. Este muro se fabricó a partir de piezas individuales de hasta 50 kilogramos, lo que permitió que se apilaran con la ayuda de solo dos operadores. La utilización del algoritmo Voronoi facilitó la adaptación del diseño sin la necesidad de redibujar todo el proyecto, lo que representa una de las ventajas fundamentales de la fabricación aditiva: la flexibilidad.

La optimización topológica, un concepto popular en industrias como la aeronáutica, la medicina, la automotriz y la construcción, también juega un papel esencial en el diseño paramétrico. Esta técnica implica un modelo matemático que elimina iterativamente el material redundante, optimizando el uso de material en relación con la función estructural que debe cumplir. En el mundo de la fabricación aditiva, este tipo de optimización da lugar a formas orgánicas y curvadas que son extremadamente costosas de producir con técnicas tradicionales. Sin embargo, con la fabricación aditiva, estos diseños complejos pueden producirse de manera rentable, lo que ofrece un enorme potencial para la creación de objetos tanto estéticamente impresionantes como estructuralmente eficientes.

Es fundamental que el lector comprenda no solo los avances técnicos detrás de estos proyectos, sino también el impacto que tienen en la sostenibilidad y el futuro de la construcción. La reducción del uso de materiales, la eficiencia en el tiempo de producción y la capacidad para crear estructuras más livianas y resistentes son ventajas clave que hacen que la fabricación aditiva sea una opción cada vez más atractiva frente a los métodos tradicionales. A medida que la tecnología avance, será posible que más arquitectos y diseñadores exploren nuevas formas de expresión, mientras se mantienen en línea con los objetivos de sostenibilidad y eficiencia.

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