En un estudio reciente, se analizó el impacto de diversos factores de diseño en la comodidad térmica y visual dentro de un edificio de oficinas. A través de un cuestionario distribuido entre 130 usuarios, con una tasa de respuesta del 28%, se obtuvieron valiosas percepciones sobre el funcionamiento del espacio. Las respuestas provinieron de empleados que ocupaban diferentes oficinas a lo largo del edificio F10, lo que permitió obtener datos representativos para la optimización del diseño.

La mayoría de los encuestados tenían experiencia considerable en el edificio, con un 97% trabajando en él más de dos días a la semana y un 100% experimentando las condiciones de la edificación tanto en verano como en invierno. Este contexto permitió una interpretación más precisa de los problemas que los usuarios enfrentaban en cuanto a la gestión de la luz solar y la comodidad térmica.

Uno de los hallazgos clave fue la falta de control sobre el sistema de sombreado, ya que la mayoría de los usuarios no podían ajustar la orientación de las aletas del sistema de sombreado, las cuales a menudo estaban dañadas o bloqueadas en posiciones extremas. Esto obligaba a los usuarios a gestionar la radiación solar y el sobrecalentamiento a través de otros medios, como el uso de persianas enrollables, que empleaban al menos una vez al día, dependiendo de la orientación de sus oficinas. Este resultado subrayó la necesidad de mejorar el sistema de sombreado para aumentar la calidad de la luz natural y la comodidad térmica, sugiriendo la sustitución de las aletas combustibles por unas fijas no combustibles.

Los resultados también reflejaron que el nivel de privacidad en los espacios de trabajo no era una prioridad para los usuarios, mientras que el acceso a la luz natural y la vista al exterior eran altamente valorados. Sin embargo, la satisfacción con el acceso a las vistas y la comodidad térmica fue baja. Las oficinas orientadas al este se asociaron con niveles bajos de satisfacción en términos de confort térmico, mientras que las oficinas orientadas al oeste sufrían más problemas relacionados con las vistas, la intensidad de la luz natural y el deslumbramiento. Estos hallazgos sugirieron que las prioridades del diseño deberían ser diferentes según la orientación del edificio.

A partir de los resultados obtenidos, se diseñó un análisis paramétrico en el que se modelaron diversas opciones de diseño para optimizar la fachada del edificio. Este análisis utilizó herramientas como Rhino y Grasshopper, que permitieron explorar diferentes configuraciones de las aletas y evaluar su rendimiento en relación con los parámetros clave: maximizar la conexión visual con el exterior, minimizar las ganancias solares para reducir el sobrecalentamiento, maximizar la luz natural y minimizar el deslumbramiento.

En este proceso de optimización multivariable, los parámetros de diseño fueron priorizados de acuerdo con las necesidades de los usuarios y las condiciones del edificio. El objetivo era encontrar un equilibrio entre los diversos factores competidores. Por ejemplo, la conexión visual con el exterior dependía en gran medida del diseño del sistema de sombreado, ya que una mayor apertura de las aletas permitía una mejor vista, sin que existieran otras estrategias para mejorarla. Por otro lado, el deslumbramiento también estaba influenciado por el diseño externo, pero se podía mitigar mediante el uso de persianas internas.

La geometría de las aletas del sistema de sombreado también representaba un desafío importante. Las aletas originales del edificio se habían diseñado con un mecanismo de rotación limitado, lo que restringía las opciones de optimización. Sin embargo, el análisis paramétrico permitió probar diversas configuraciones de rotación de las aletas (de -60° a +60°), lo que resultó ser mucho más eficiente, especialmente en las fachadas oeste.

Para reducir la complejidad del análisis, se eligieron nueve habitaciones representativas, que cubrían tanto oficinas privadas como espacios colaborativos, para realizar simulaciones y evaluaciones de rendimiento. Estas habitaciones fueron seleccionadas teniendo en cuenta su orientación, tamaño y la sombra proyectada por el propio edificio y los edificios cercanos. Las simulaciones permitieron evaluar el rendimiento térmico y visual de cada combinación de diseño y, a partir de allí, seleccionar las mejores opciones para el diseño final.

Este enfoque de diseño paramétrico no solo optimizó el sistema de sombreado, sino que también permitió una evaluación precisa de cómo los usuarios interactúan con su entorno de trabajo, lo que dio lugar a un diseño más centrado en sus necesidades. Además, el uso de este tipo de herramientas computacionales no solo ofrece soluciones rápidas, sino que también facilita la identificación de problemas y la exploración de soluciones que de otro modo serían difíciles de evaluar mediante métodos tradicionales.

Es importante tener en cuenta que, aunque la optimización paramétrica permite una mejora significativa en la eficiencia del diseño, no todos los problemas de confort y funcionalidad pueden ser resueltos solo a través de la manipulación del sistema de sombreado. Otras estrategias complementarias, como la implementación de sistemas de ventilación eficientes, el control de la temperatura interna y el diseño de interiores, son cruciales para alcanzar un ambiente de trabajo verdaderamente cómodo y eficiente. En cualquier proceso de renovación de edificios, el diseño paramétrico debe considerarse solo como una parte de un enfoque más amplio y holístico, que aborde tanto las necesidades específicas de los usuarios como las limitaciones estructurales y medioambientales del edificio.

¿Cómo el Control de Proceso y la Adaptabilidad Transforman la Fabricación Aditiva en la Construcción?

El uso de la fabricación aditiva con arco de alambre (WAAM, por sus siglas en inglés) en la construcción de estructuras ha mostrado un potencial significativo, pero también ha revelado retos técnicos que no deben ser pasados por alto. Un claro ejemplo de la complejidad de este proceso se puede ver en el proyecto AM Bridge, donde, a pesar de los avances en la investigación de materiales para estructuras en voladizo y el desarrollo de métodos eficientes de corte basados en PRP (Programación Paramétrica de Robots), la estructura del puente no fue completada debido a la distorsión térmica que afectó a los voladizos delgados, causando que los dos segmentos se torcieran fuera del plano. Este tipo de desafío resalta la importancia de un control de proceso y monitoreo continuo para asegurar una calidad constante en la fabricación.

La flexibilidad en el proceso es un aspecto crucial. Durante la fabricación del puente, por ejemplo, se utilizaron sensores táctiles robóticos para medir constantemente los valores de las coordenadas Z de las capas. Gracias a que las capas fueron definidas por expresiones matemáticas en función del valor Z, fue posible alterar las trayectorias del robot basándose en las mediciones realizadas. Este enfoque flexible contrasta fuertemente con el método estándar de corte, en el que no es posible actualizar las coordenadas basadas en los datos registrados durante la fabricación. Esta adaptabilidad ofrece un control más preciso y flexible del proceso, permitiendo corregir desviaciones en tiempo real y mejorando la calidad de las estructuras producidas.

A pesar de los esfuerzos en investigación para mitigar las distorsiones térmicas y mejorar la estabilidad de las estructuras fabricadas en voladizo, la complejidad inherente al proceso de WAAM se convierte en un factor limitante. Las distorsiones térmicas generadas durante la fabricación pueden afectar la integridad estructural, lo que pone de manifiesto la necesidad de un monitoreo constante y la capacidad de ajustar parámetros en tiempo real. Proyectos como el de AM Bridge muestran que, cuando las condiciones térmicas no son controladas adecuadamente, incluso pequeñas desviaciones pueden resultar en un aumento del tiempo de fabricación o en la interrupción total del proyecto.

Por otro lado, otro tema recurrente en diversos estudios de caso es la mejora del rendimiento y la integración de funciones adicionales en los componentes estandarizados. La fabricación aditiva con WAAM ofrece la posibilidad de agregar detalles funcionales y reforzar componentes existentes sin necesidad de reemplazarlos por completo. Esto es evidente en el proyecto de Metal Laminado Reforzado, en el cual se utilizaron procesos de impresión para añadir detalles de conexión en fachadas directamente sobre láminas de metal deformadas, al mismo tiempo que se mejoraba su rendimiento mediante la adición de refuerzos soldados. Este tipo de soluciones ha sido adoptado también por empresas como Stelia Aerospace, que utiliza WAAM para reforzar placas de aluminio, mostrando cómo la fabricación aditiva puede complementar y mejorar las tecnologías de fabricación existentes sin necesidad de un cambio radical.

Otro aspecto que destaca en los estudios es la personalización masiva, especialmente en la construcción de fachadas de forma libre, que típicamente involucra numerosos componentes. En este contexto, el WAAM juega un papel clave en la simplificación de la geometría impresa para facilitar su producción y fabricación digital, como se observó en los proyectos Spiderglass y Metal Laminado Reforzado. La flexibilidad en el diseño y la capacidad de adaptar las geometrías de forma eficiente son aspectos que impactan positivamente el proceso de diseño, haciendo posible la fabricación de componentes más complejos y funcionales de manera más eficiente.

Por último, el control de procesos, en especial en entornos de fabricación aditiva como el WAAM, debe ser un tema central en la investigación y desarrollo de futuras aplicaciones en la construcción. Proyectos como el de Welding and Milling (WEMI) demuestran que el monitoreo en tiempo real y la adaptación de parámetros durante el proceso de soldadura permiten obtener un control más preciso y una producción de mayor calidad. Herramientas basadas en imágenes y sistemas de retroalimentación en tiempo real, como los desarrollados en Virginia Tech para la fabricación aditiva FFF, podrían aplicarse con gran éxito en WAAM para mejorar aún más el control de los parámetros del proceso.

Es esencial comprender que el desafío no solo radica en la mejora de las tecnologías de fabricación, sino también en cómo gestionamos los parámetros del proceso para adaptarnos a las condiciones cambiantes de la fabricación en tiempo real. Mientras que las posibilidades de personalización y mejora del rendimiento son claras, el control preciso y adaptativo sigue siendo la clave para superar las limitaciones inherentes a este tipo de fabricación en la construcción.

¿Cómo la Discretización de la Forma Influye en la Producción Arquitectónica Moderna?

Es tentador, tanto para el diseñador inexperto como para el curioso ocasional, reducir el tema de la búsqueda de formas a un simple asunto técnico: un desafío de análisis de datos; sin embargo, derivar una buena forma es un proceso orientado a responder coherentemente al campo de fuerzas que la rodea. Cuanto más precisa sea la descripción de este campo, más precisa será la “contra-forma” que se derive. Este problema de adaptación de la forma sigue la clásica ecuación acción-reacción, que, una vez detectadas las irregularidades, emplea la forma para “contrarrestarlas”. Sin embargo, para los diseñadores en general, transcribir y reflejar fielmente este campo tal como se encuentra no produce ni belleza ni credibilidad inherente. La realidad más literata aún carece de la chispa de la verdad. Parece que es necesaria una traducción adicional para dar credibilidad a la forma.

Esta traducción, de manera intuitiva, resuena con la estrategia de discretización empleada para fabricar una determinada forma en nuestra realidad y con los resultados logrados en su producción. La estrategia también codifica visualmente la plausibilidad general del esfuerzo realizado para crear esa forma y su grado de adecuación en su contexto. Una buena forma es el resultado de una traducción de un contexto compuesto por fuerzas infinitas a un modelo más simple que, al considerar solo una parte de esas fuerzas y al ignorar algunas otras, encarna un principio de cómo entender y, en última instancia, representar dicho contexto. Este principio lleva consigo un sesgo de discretización incorporado, que será menos importante cuanto menos evidente sea a la vista.

Lograr una buena discretización de la forma depende de la contaminación con el presente, sus realidades tecnológicas, sus industrias de la construcción, y su medio socio-cultural. Una buena discretización, en la arquitectura por ejemplo, no solo sistematiza sino que también clasifica la calidad de la forma, ya que el salto de pragmatismo que separa la búsqueda geométrica de la forma y el ajuste físico de la forma es clave para su adecuado encaje. Como señalan Pottmann, Brell-Cockan y Wallner en Discrete Surfaces for Architectural Design, “Las razones para usar superficies casi desarrollables están arraigadas en la fabricación. Dado el gran escala en la que deben construirse las superficies en arquitectura, es evidente que la elección de la técnica de fabricación tiene influencia en la representación de la superficie y en el principio de diseño” [4]. Es decir, la calidad de la discretización tiene el poder de influir en todo el proceso de diseño, desde su representación hasta su fabricación.

Es por esto que la programación, que incluye tanto la codificación de un principio de diseño para la búsqueda de formas como la parte de fabricación de la forma en un único y coordinado algoritmo, proporciona una visión más efectiva del proceso completo, desde el concepto hasta la producción. Los ciclos de retroalimentación entre el diseño y la fabricación arrojan luz sobre los beneficios y los inconvenientes de la estrategia de discretización elegida.

En el contexto de la construcción, el sistema Superframe desarrollado por INDEXLAB y Gimac-eXgineering es un ejemplo clave de cómo la discretización se traduce en soluciones innovadoras. Este sistema, creado para optimizar los plazos de producción y el uso de materiales, busca transformar elementos complejos en formas más simples mediante la subdivisión de superficies complejas en elementos planos. De este modo, la complejidad se traslada a la subestructura subyacente, la cual puede ser impresa en 3D con lados retorcidos para acomodar superficies curvas. Este proceso permite la creación eficiente de diseños espaciales intrincados con materiales mínimos, ofreciendo una solución rentable.

A lo largo de tres versiones (v1, v2 y v3), el desarrollo del sistema Superframe ha demostrado avances importantes en cuanto a técnicas de fabricación, desde el montaje mecánico de paneles hasta la incorporación de materiales termoplásticos directamente dentro de los paneles, lo que aumenta la eficiencia en la construcción de fachadas curvas. Las mejoras en la prefabricación, como el uso de técnicas de perforación CNC para la fijación entre los marcos, han permitido alcanzar niveles más altos de precisión y funcionalidad. Estas iteraciones no solo reflejan el perfeccionamiento del sistema en términos de fabricación, sino que también subrayan la importancia de integrar las estrategias de discretización en el proceso de diseño.

El interés de INDEXLAB por establecer una traducción biunívoca entre el proceso de fabricación y la generación de la forma, mediado por la computación, es el hilo conductor que une todas estas iteraciones. La parametrización y la programación permiten transformar rápidamente el conocimiento prototipado en un proceso industrial consolidado, lo que genera innovaciones y reconfigura el papel de la automatización en la industria de la construcción.

En este sentido, las técnicas y herramientas de Design for Additive Manufacturing (DfAM) juegan un papel crucial. Estas herramientas permiten satisfacer las demandas de los principales actores del proyecto, especialmente cuando se busca automatizar los flujos de trabajo de construcción mediante procesos de fabricación robótica (RAM). El uso de la fabricación aditiva permite prototipar rápidamente, recibir retroalimentación y simular el proceso de búsqueda de forma, reiniciando este ciclo en función de las experiencias previas y construyendo flujos de trabajo de fabricación más resistentes.

Al final, este enfoque no solo se limita a la arquitectura, sino que establece un nuevo paradigma en el que las formas no solo son visualmente atractivas, sino que responden directamente a las condiciones de fabricación, integrando de manera coherente las técnicas de producción con los objetivos estéticos y funcionales del diseño. El concepto de discretización adquiere así una dimensión trascendental, no solo en términos de los resultados tangibles, sino también en cuanto a la capacidad de transformar los desafíos tecnológicos y las restricciones de fabricación en una oportunidad para la innovación en el diseño arquitectónico.

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