Digitalización del sector de la construcción en Europa y aplicación de la tecnología Scan-to-BIM

El proyecto europeo INPERSO, coordinado por el Instituto Tecnológico de Aragón, comprende un conjunto de productos y metodologías para la renovación energética de edificios tanto residenciales como históricos desde una perspectiva holística, abordando todo el ciclo de vida del edificio y combinando elementos de industrialización y de personalización.
La renovación de los edificios existentes es esencial para la transición hacia una economía y una sociedad verdes. El coste y la logística hacen que esta renovación sea difícil e ineficiente con alto impacto en los residentes. El proyecto INPERSO ofrece una solución con diferentes desarrollos tecnológicos. Por un lado, las paredes prefabricadas avanzadas y la impresión 3D permiten reducir drásticamente los desperdicios, los costos y el tiempo de construcción al mismo tiempo que aumenta la calidad. Por otro lado, la calefacción y ventilación de alta eficiencia combinadas con soluciones innovadoras de energía renovable para fomentar la eficiencia de los recursos durante la vida útil del edificio.

Todas estas soluciones están respaldadas por tecnologías digitales para optimizar el flujo y uso de datos. El resultado es renovación de edificios más ecológica y energéticamente eficiente a precios asequibles.

En este sentido, el sector de la construcción desempeña un papel crucial en la economía, contribuyendo con más del 9% del PIB europeo. Sin embargo, es uno de los sectores menos digitalizados de la UE. El nivel de madurez y la aplicación de soluciones digitales son desiguales en Europa entre los Estados miembros, diferentes tecnologías y también en las distintas fases del proceso de construcción.

Actualmente, está creciendo gracias al impulso de la industria y los responsables políticos. Por ejemplo, la investigación ha demostrado que, entre las tecnologías de adquisición de datos, el escaneo 3D se utiliza cada vez más, al igual que los drones. En contraste, en cuanto a la información digital, el Modelado de Información de Construcción (BIM, por sus siglas en inglés) se utiliza cada vez más en el sector de la AEC (Arquitectura, Ingeniería y Construcción), principalmente gracias a los responsables políticos que han establecido requisitos de BIM en los procesos de contratación pública. El BIM se utiliza principalmente durante la fase de diseño de proyectos grandes y complejos, y menos durante la gestión de la construcción, mientras que su adopción en el mercado sigue siendo moderada.

En 2020, solo el 29% de las empresas de construcción utilizaban el BIM, mientras que el 61% nunca lo había utilizado. El escaneo 3D es el proceso de crear un modelo 3D de un edificio escaneándolo desde todos los ángulos posibles. Se trata de una técnica automática para la adquisición de datos espaciales.(Los ejemplos incluyen la fotogrametría y el escaneo láser). La fotogrametría digital funciona capturando imágenes y convirtiendo estas imágenes en nubes de puntos 3D. Los escáneres láser utilizan múltiples puntos de luz amplificada para medir las distancias desde el escáner hasta su objetivo. El escaneo láser permite la medición de millones de puntos espaciales por segundo, creando una nube de puntos que se puede utilizar para generar el BIM. La fotogrametría permite tomar fotos digitales del edificio y, mediante software específico, obtener información fiable para generar el BIM. El BIM es el proceso integral de crear y gestionar información para un activo construido. Integra datos estructurados y multidisciplinarios para producir una representación digital de un activo a lo largo de su ciclo de vida.

El BIM es una habilitador estratégico, mejorando la toma de decisiones tanto para edificios como para activos de infraestructura pública a lo largo de todo su ciclo de vida. Aún se aplica principalmente a nuevas construcciones; sin embargo, cada vez más el BIM respalda la renovación, rehabilitación y mantenimiento del entorno construido, que constituye la mayor parte del sector.

El proyecto INPERSO tiene como objetivo fomentar la adopción de la aplicación de tecnologías de escaneo y BIM en todo el proceso de Diseño y Construcción (D&C). La fotogrametría se utiliza como una tecnología de escaneo 3D para la adquisición de datos espaciales de los dos casos de demostración: un edificio multifamiliar en Valencia (España) y un complejo monástico histórico en Velp (Países Bajos). A partir de la nube de puntos generada a partir del escaneo 3D, se construyen los modelos BIM que pueden ser utilizados por los pilotos y proveedores de tecnología para el diseño de los procesos de renovación.

En INPERSO, se avanza en la combinación de diferentes tecnologías para acelerar la recopilación de datos y los procesos de modelado. De hecho, R2M está desarrollando una herramienta conceptual de Scan-To-BIM semi-automática como parte de la tarea SCAAI (que significa Scan-to-BIM con capacidades de IA). Permite el ensamblaje rápido de un modelo BIM preliminar basado en una nube de puntos 3D escaneada. Este enfoque Scan-To-BIM consta de una metodología para escanear el edificio utilizando las últimas tecnologías de escaneo y crear el modelo BIM; y de una plataforma web que utiliza tecnologías innovadoras (IA, aprendizaje automático y visión por computadora) para procesar una nube de puntos de entrada obtenida de un escaneo 3D y generar automáticamente archivos BIM, que posteriormente pueden enriquecerse con información manual.

Estos archivos BIM se pueden descargar o cargar automáticamente en la Plataforma INPERSO.

Figura 1: Aplicación de la herramienta automática de Scan-To-BIM en el Caso de Demostración Español. La primera y segunda imágenes representan las nubes de puntos del Caso de Demostración y de la Región de Interés (un apartamento). La tercera imagen representa el modelo BIM preliminar de la Región de Interés.

English version.

Digitalisation of the construction sector in Europe and application of Scan-to-BIM in AEC

Digitalisation of the construction sector in Europe and application of Scan-to-BIM in AEC
The construction sector has a crucial role in the economy, contributing to over 9% of the European GDP(1). However, it is one of the least digitized sectors in the EU. The level of maturity and the application of digital solutions is uneven in Europe among member states, different technologies and also different phases of the construction process. Nevertheless, it is growing steadily thanks to the push from the industry and policymakers (2,3). For example, research has shown that among data acquisition technologies, 3D scanning is being increasingly used as well as the drones. In contrast, regarding digital information, Building Information Modelling (BIM) is more and more used in AEC sector (Architecture, Engineering, Construction) mainly thanks to the policymakers that have put in place BIM requirements in public procurement processes (4). However, BIM is still mainly used during the design phase of large and complex projects, and less during construction management, while its market adoption remains moderate. In 2020, only 29% of construction companies used BIM while 61% had never used it (5).
3D scanning is the process of creating a 3D model of a building by scanning it from all possible angles (6). This is an automatic technique for the acquisition of spatial data. Examples include photogrammetry and laser scanning. Digital photogrammetry works by capturing images and turning these images into 3D point clouds. Laser scanners use multiple points of amplified light to measure distances from the scanner to its target. Laser scanning enables the measurement of millions of spatial points per second, creating a point cloud that can be used to generate the BIM. Photogrammetry allows taking digital photos of the building and, through specific software, obtaining reliable information to generate the BIM.
BIM is the holistic process of creating and managing information for a built asset. It integrates structured and multi-disciplinary data to produce a digital representation of an asset across its lifecycle (7). BIM is a

strategic enabler, improving decision making for both buildings and public infrastructure assets across their entire lifecycle. It still applies mainly to new constructions; however, more and more BIM supports the renovation, refurbishment and maintenance of the built environment – the largest share of the sector (8).
The INPERSO project aims to foster the uptake of the application of scanning technologies and BIM throughout the entire Design and Constriction (D&C) process. Photogrammetry is used as a 3D scanning technology for the spatial data acquisition of the two Demo Cases: a multifamily building in Valencia (Spain) and a heritage monastery complex in Velp (The Netherlands). From the point cloud generated from the 3D scanning, the BIM models are built and can be used by the pilots and technology providers for the design of the renovation processes.
In INPERSO, a step forward is taken in the combination of different technologies to speed up data collection and modelling processes. In fact, R2M is developing a semi-automatic Scan-To-BIM concept tool as part of the SCAAI task. SCAAI stands for Scan-to-BIM with AI capabilities. It allows the fast assembly of a preliminary BIM model based on a scanned 3D point cloud. This Scan-To-BIM approach consists of i) a methodology for scanning the building by using the latest scanning technologies and creating the BIM model; and ii) a web platform that makes use of innovative technologies (AI, Machine learning and Computer Vision) to process an input point cloud obtained from a 3D scan and automatic generation of BIM files, which can later be enriched by manual input. These BIM files can be downloaded or automatically uploaded to the INPERSO Platform.

1 https://single-market-economy.ec.europa.eu/sectors/construction_en
2https://ec.europa.eu/docsroom/documents/44789/attachments/1/translations/en/renditions/native#:~:text=The%20construction%20sector%20has%20a,the%20push%20from%20the%20policymakers
3 https://single-market-economy.ec.europa.eu/document/download/3ae8a41e-4b82-4150-968c-1fc73d1e2f61_en
4 https://ec.europa.eu/docsroom/documents/38281
5 https://single-market-economy.ec.europa.eu/document/download/3ae8a41e-4b82-4150-968c-1fc73d1e2f61_en
6 https://ec.europa.eu/docsroom/documents/38281
7 https://www.autodesk.com/solutions/aec/bim

8 https://single-market-economy.ec.europa.eu/document/download/3ae8a41e-4b82-4150-968c-1fc73d1e2f61_en

Figure 1: Application of automatic Scan-To-BIM tool in the Spanish Demo Case. The first and second images represent the point clouds of the Demo Case and of the Region of Interest (one apartment). The third image represents the preliminary BIM model of the Region of Interest.

About the project
Project Title: INdustrialised and PErsonalised Renovation for Sustainable sOcieties
Project ID: 101069820 | Start date: 1/7/2022 | Project duration: 48 Months
Consortium