Big Data and intelligent urban models: from Building Information Modeling to sustainable urban planning
The expansion of the BIM methodology allows an increase in productivity and control of the works as a consequence of the integr
Resumen
Las zonas urbanas se han convertido hoy en día en entidades complejas multidimensionales donde habita más del 50% de la población mundial (UN-Habitat WCR, 2016). Paralelamente, el desarrollo de las ciudades presenta un aumento considerable en el rol de los datos y la información, por lo que el establecimiento de vínculos ̶ apoyados en Big Data ̶ entre la escala edificatoria y los modelos urbanos puede proporcionar a las administraciones un marco sólido en el que planear el crecimiento sostenible de las ciudades para las próximas décadas. Así, la recopilación de datos, su conversión a información útil y la aplicación inteligente de ésta a través del conocimiento permitirá que futuras acciones urbanas se cimienten sobre las bases más sólidas de las que podamos disponer.
Palabras clave
Administración Local, Big Data, Building Information Modeling, Modelos Urbanos, Planeamiento Urbano, Crecimiento Sostenible.
Introducción
En la actualidad, las zonas urbanas de nuestro planeta hospedan a más de la mitad de la población mundial. Según Naciones Unidas (World Urbanization Prospects: The 2014 Revision), en el año 2030 más de cinco mil millones de personas vivirán en metrópolis alrededor del mundo, por lo que resulta de gran trascendencia que nosotros ̶ como urbanitas de este siglo ̶ reconsideremos y tomemos partido en la planificación de los espacios vivideros de la mayor porción de la población mundial.
Este fenómeno coincide en el tiempo con la apuesta creciente por la computarización y los contenidos digitales en el desarrollo de las urbes, lo cual evidencia un rol más determinante de los datos y la información. Dichos cambios en la disciplina del planeamiento urbano pretenden dar respuesta al metabolismo cambiante de los asentamientos en los que se desarrollan las sociedades modernas, donde el Big Data se ha convertido en un catalizador exponencial en la toma de resoluciones y decisiones de alta calidad basándose en la extracción y tratamiento masivos de datos recogidos de nuestro entorno.
El grado actual de madurez de la tecnología (aplicada a las ciudades inteligentes) permite la toma de cantidades elevadas de datos ̶ crudos ̶ de nuestro alrededor. Sin embargo, dichos datos resultan inútiles sin un tratamiento posterior y su transformación a información cohesionada, la cual podría ser aplicada a posteriori al diseño controlado de asentamientos que optimice el uso del suelo y los recursos con el menor impacto ambiental. Como parte de dichos nuevos sistemas urbanos, el planeamiento ̶ basado en la práctica inteligente del conocimiento existente ̶ debe ser responsable de la creación de marcos y soluciones que aumenten la creación de valor en entornos sostenibles, garantizando así el crecimiento integral de las ciudades durante las próximas generaciones.
Dentro del mencionado contexto, hoy en día se emplean modelos de ciudades como abstracciones de comunidades que pueden utilizarse para elaborar simulaciones y estudios de comportamiento. Del mismo modo, el Building Information Modeling (BIM) permite la creación de extensas bases de datos para los proyectos de construcción, que posteriormente pueden utilizarse para analizar y operar eficazmente los activos en base a la información previamente adquirida. Vinculando las escalas edificatoria y urbana, resulta posible promover un cambio de paradigma hacia la gestión inteligente e integrada de las ciudades, donde la información recopilada de las infraestructuras y las construcciones pueda procesarse, interpretarse de manera inteligente, optimizarse y conectarse a los modelos urbanos para que decisiones posteriores puedan apoyarse sobre las bases más sólidas de las que podamos disponer.
Metodología
Panorama internacional y trasposición a contexto local
El planeamiento urbano sostenible es un resultado y un reflejo del conjunto de decisiones políticas y económicas que engloban la actividad económica. En España la construcción aportó un 5,5% al PIB de 2015, lo que evidencia la generación de riqueza, empleo e ingresos vía impuestos del sector. Su materialización tiene consecuencias inmediatas y a largo plazo, directas e indirectas y tangibles e intangibles sobre la ciudadanía, lo que la convierte en un aspecto fundamental para la proyección futura de asentamientos.
En otro orden de magnitud, no cabe duda de que los tratados internacionales tienen influencia sobre las legislaciones territoriales y locales. Ejemplos como el APEC o el ITTP condicionan el comercio internacional, las leyes locales e incluso el desarrollo y el funcionamiento de las áreas industriales de las ciudades. Cómo entender y aplicar estos tratados ̶ mediante la consideración de Big Data para salvaguardar el hábitat de la ciudad y/o descubrir espacios de oportunidad ̶ es la incógnita que intenta despejar la implantación coordinada de modelos urbanos y analíticos, que emplea herramientas y sistemas específicos de gestión de la información.
Desde que en 1997 se firmara el acuerdo del protocolo de Kioto, la comunidad internacional pactó el establecimiento de sanciones a los países que excedieran las emisiones acordadas de gases de efecto invernadero a la atmósfera, lo cual abrió una vía recaudatoria para gobiernos nacionales y regionales con los llamados ‘impuestos ambientales’. En ese mismo año la OCDE, la Comisión Europea y las Agencias de la Energía acordaron una definición de este tipo de impuestos: “son aquéllos cuya base imponible consiste en una unidad física (o similar) de algún material que tiene impacto negativo, comprobado y específico sobre el medio ambiente.”
En la actualidad estos impuestos afectan especialmente a grandes industrias energéticas que emplean combustibles fósiles en sus procesos, así como a aquellas industrias que contaminan aire y/o agua. No obstante, dichos impuestos acaban repercutiendo a hogares y PYMES, ya sea de manera directa o indirecta. Según datos del INE (2010), los impuestos ambientales aumentaron un 171% desde 1995, pasando de una recaudación total de 4.848 millones a 8.305 millones de euros. Dichos impuestos, de los cuales un 81,9% corresponden a energía que consumen (entre otros) los hogares y pequeñas empresas, acaban afectando directamente a su nivel adquisitivo.
La situación que este fenómeno provoca debería convertirse en un incentivo para la creación de nuevas herramientas de gestión de la información y planeamiento de las ciudades, que permitan a las administraciones tener un control más justo y equitativo de las actividades de los hogares y las PYMES. Los ciudadanos, como contribuyentes y usuarios de la administración, demandan cada vez más información transparente, clara y objetiva de lo que se ejecuta con dinero público. En la actual sociedad de la información, donde los datos personales (agregados o desagregados) adquieren su mayor dimensión, no resulta tolerable que una vivienda eficiente tenga el mismo Impuesto sobre Bienes Inmuebles que una que no lo es. De la misma manera que el parque móvil tributa en función del nivel de las emisiones que genera, no parece adecuado que materiales reciclados, reciclables y/o destinados al ahorro energético ̶ con mejores propiedades y menor huella ecológica ̶ participen del mismo IVA que aquéllos que forman ya parte del pasado y carecen de las características técnicas necesarias para ser eficientes en el presente. Es precisamente dicho Valor Añadido ̶ aportado por la gestión eficaz de la tecnología y la información ̶ el factor diferencial que debería ocupar (y preocupar) a administraciones locales, con el fin de premiar acciones ‘verdes’ y promover ciudades verdaderamente sostenibles.
Uso de Big Data en Administraciones Locales
Como parte del proceso correctivo en la implantación de nuevos modelos de gestión, administraciones y gestores de Big Data deben colaborar en la redacción de planes integrales – adaptados a la casuística específica de cada lugar ̶ que aporten al tejido urbano el servicio de que adolece en la actualidad. Mediante la ágil adecuación de las calificaciones del suelo o los gravámenes de actividades económicas concretas, el planeamiento urbanístico ha de convertirse en un servicio actualizado que responde a las necesidades de la ciudadanía y opera para mejorar sus condiciones habitacionales y demandas de eficiencia. No parece que se pueda llevar a cabo un urbanismo sostenible sin actualizar las herramientas que lo controlan y lo generan, del mismo modo que no se pudo desarrollar la máquina de vapor sin la industrialización del hierro. El desarrollo de Planes Generales de Ordenación Urbana con documentos como mapas, leyendas y memorias parece poco adecuado cuando existen en el mercado actual nuevas herramientas que aportan incontables niveles de información – en tiempo real ̶ para cualquier punto de la ciudad. La revisión de planes de ordenación cada 10 años, con complejos procesos políticos que impiden que el urbanismo se convierta en una herramienta transformadora de la sociedad, debe actualizar su metodología si pretende afrontar con garantías los retos que plantean las sociedades del siglo XXI.
La aplicación de procesos tecnológicos de digitalización y gestión de la información permite la mejora en la eficiencia de los procesos y un desarrollo sostenible de la ciudad. Sabemos que para que se produzca un cambio de paradigma en el desarrollo urbano resulta necesario que administraciones y sector privado acuerden acometer cambios profundos en su estructura y en su estrategia, por lo que presentamos tres apartados de mejora que puedan facilitar la implementación de dicha nueva metodología:
- La colaboración de la administración con empresas punteras del sector de análisis de Big Data, que a su vez generen conocimiento y formación en el transcurso del proceso.
- El establecimiento de proyectos parciales (barrios) piloto, que implementen de manera integral las nuevas metodologías, normas y procesos entre los distintos interesados.
- La creación por parte de las administraciones de un modelo certificado ‘open source’, que permita homogeneizar la información útil ̶ extraída y tratada ̶ del conjunto de infraestructuras de la ciudad.
El papel del Building Information Modeling
Dentro del ámbito de la construcción y las infraestructuras, la expansión de la metodología BIM permite un aumento de la productividad y el control de las obras como consecuencia de la gestión integrada de bases de datos. De esta manera, y debido a que el 80% de la huella de carbono de los edificios se genera durante la explotación de los mismos, el mayor potencial de las herramientas BIM reside en la posibilidad de atacar el 20% inicial con simulaciones que permitan reducir el posterior consumo de energía a medio y largo plazo. Según la curva de MacLeamy (Figura 1) incidiremos en el momento en el que el impacto sobre el diseño es mayor (planificación), al menor coste posible.
Krygiel y Nies (2008) establecen que la metodología BIM puede dar una respuesta positiva al diseño y planeamiento urbano sostenibles, mediante la simulación de distintas alternativas y la resolución ̶ en fases tempranas ̶ de las siguientes incógnitas que se plantean:
- Orientación de la construcción (aquélla que permita un ahorro máximo en el consumo energético).
- Volumetría (analizar la forma de la construcción, estudiar su envolvente y optimizar la relación con los edificios colindantes ̶ soleamiento, servidumbres, etc.).
- Análisis de iluminación natural (grado de incidencia, índice de radiación, factor solar).
- Selección inteligente de materiales de construcción (accesibilidad a los mismos, comportamiento térmico y mecánico, uso de materiales reciclados/reciclables, prefabricación e impresión 3D).
- Modelo energético eficiente del edificio (pérdidas y puentes térmicos, consumo energético, evaluación de la implantación de sistemas de energía renovable).
Una vez atendidos todos los parámetros, las fases de operación, explotación y mantenimiento de los inmuebles y las infraestructuras urbanas se verán beneficiadas por el uso de la información contemplada. La gestión del consumo energético y de la emisión de gases de efecto invernadero será más efectiva debido al diseño previo y la construcción inteligente, así como la toma de decisiones apoyadas en datos concretos revelados por el comportamiento del edificio.
La extrapolación ̶ a escala urbana ̶ de la información acerca de edificios e infraestructuras permite vaticinar que la generación de una base de datos integral administrada por gobiernos locales supondría un avance mayúsculo en la gestión inteligente de la ciudad. Con ello, el progresivo crecimiento de la urbe podría desarrollarse apoyado en la información existente y adaptado a cada situación, satisfaciendo así la demanda de espacio urbano bajo las premisas de sostenibilidad y eficiencia.
En este aspecto, la conectividad entre las bases de datos de las diferentes dotaciones urbanas se antoja como el mayor reto para la administración local. El desarrollo del Internet de las Cosas (IoT) se convierte así en el eslabón necesario para completar el proceso de generación de conocimiento integral ̶ en tiempo real ̶ a nivel urbano, a través de la recopilación de datos a escala humana, el análisis de su comportamiento y la generación de algoritmos y/o conclusiones a una escala mayor.
Resultados y discusión
Como consecuencia del proceso investigador, se han identificado los siguientes beneficios derivados de la hipotética implantación de la metodología considerada en este artículo:
Generación de modelos urbanos inteligentes, eficientes y sostenibles
La gestión integral de la información urbana por parte de las administraciones locales permitiría una mejor identificación de los requerimientos y necesidades de las ciudades y de sus habitantes. El reparto de usos y dotaciones, el control de las emisiones y la contaminación o la administración transparente ̶ digitalizada e interconectada ̶ podrían abordarse de manera inteligente mediante el uso y el análisis de la información obtenida en tiempo real por los edificios e infraestructuras municipales.
Cumplimiento con los protocolos y normativas nacionales y supranacionales
El calentamiento global, producido por la emisión descontrolada de gases de efecto invernadero (GEI) a la atmósfera, ha provocado la intervención de organismos supranacionales para intentar corregir los efectos que este fenómeno había producido ya sobre algunos territorios. Así, en las cumbres COP15 de Kyoto (1997) y COP21 de París (2015) se firmaron acuerdos y ratificaron sanciones para aquellos países que incumplieran lo establecido en los protocolos. Mediante la utilización de la tecnología y el planeamiento urbano sostenible, las ciudades – y por ende los Estados – podrán cumplir con la cuota de emisiones establecida por los organismos internacionales y garantizar su crecimiento respetando al medio ambiente.
Ahorro y aumento de la calidad de vida en las ciudades
La construcción de edificios e infraestructuras eficientes facilitará el ahorro a entidades públicas, empresas, propietarios y usuarios en cuanto a consumo energético se refiere. Asimismo, la reducción en la huella de carbono y en la emisión de gases de efecto invernadero aumentará la calidad del aire en las zonas urbanas, lo que las hará más atractivas al turismo y a potenciales habitantes ̶ con el consiguiente beneficio económico que ello reportaría a la ciudad.
Creación de valor añadido apoyado en Big Data
El Big Data desempeña un papel capital en el desarrollo de la competitividad de ciudades inteligentes porque permite gestionar datos para mejorar la eficiencia y la productividad de las mismas. A través del tratamiento de dichos datos éstos podrán transformarse en información útil, que puede ser luego interpretada mediante algoritmos y/o herramientas paramétricas para elevarla a la categoría de conocimiento. En consecuencia, el tejido empresarial encuentra a lo largo del recorrido de los datos un sector (puente o finalista) en el que poder apoyarse para desarrollar su modelo de negocio. El Big Data aporta fiabilidad y precisión a los procesos y las decisiones, lo cual lo convierte en un elemento diferenciador en la evaluación de la calidad de proyectos de cualquier índole.
Conclusiones
Las desigualdades sociales y económicas gobiernan un mundo en el que el 80% del PIB mundial es producido por ciudades (UN-Habitat World Cities Report, 2016), por lo que el urbanismo ̶ apoyado en la tecnología ̶ debería convertirse en una de las principales herramientas en la promoción de oportunidades justas para los habitantes de las comunidades del mañana. A través del estudio profundo de los parámetros que afectan al comportamiento de los asentamientos, nosotros (como arquitectos, urbanistas, sociólogos, programadores, gestores de información, políticos y ciudadanos de hoy) somos responsables de dejar un legado esperanzador a generaciones venideras mediante la dotación de edificaciones, espacios e infraestructuras de calidad. La tecnología, la información y el conocimiento compartido son los principales ingredientes de una solución sostenible para nuestras ciudades, los cuales combinados permitirán arrojar luz sobre el crecimiento sostenido y equilibrado del planeta durante décadas venideras.
