Mejora en la construcción por medio de lean construction y
building information modeling: caso estudio
Improvement in construction through lean construction and building
information modeling: case study
Gonzalo José Francisco Pérez Gómez
Martínez
Universidad Autónoma de Coahuila, México
gonzalo.perez_gomez@uadec.edu.mx
Héctor Yair Del Toro Botello
Universidad Autónoma de Coahuila, México
hectordeltorobotell@uadec.edu.mx
Areli Magdiel López Montelongo
Universidad Autónoma de Coahuila, México
areli.lopez@uadec.edu.mx
doi: https://doi.org/10.36825/RITI.07.14.010
Recibido: Julio 18, 2019
Aceptado: Octubre 22, 2019
Resumen:
El objetivo del trabajo es Implementar conceptos de LC (Lean Construction) y BIM (Building Information Modeling) a la gestión administrativa del proceso constructivo de
vivienda popular (hasta 42.50 m2
> y 200 salarios mínimos) llevado a cabo en Torreón,
Coahuila, México, para evaluar posibles beneficios
económicos y de tiempo en la realización de la
edificación. Tomando mediciones de producción reales de
actividades con Cartas Balance, para demostrar el nivel de
producción del personal obrero, enfocándose únicamente
a las etapas de análisis y construcción. Posteriormente con
los resultados obtenidos, se realizó una nueva propuesta de
gestión de la obra con la metodología BIM, realizando un
modelo 3D en Revit de las viviendas y con los resultados obtenidos del trabajo
productivo y el software Naviswork, se obtuvo un proyecto BIM 4D, enfocado al tiempo de
construcción de la obra. Con relación al análisis de la
productividad realizado se exponen soluciones claras y concisas, para
el incremento de este concepto en el desarrollo de la obra
estudiada.
Palabras clave:
Lean Construction, Building Information Modeling, Productividad,
Tiempo de Construcción.
Abstract:
The objective of the work is to implement concepts of LC (Lean
Construction) and BIM (Building Information Modeling) to the
administrative management of the construction process of low-income
family housing (up to 42.50 m2 and 200 minimum wages) carried out in
Torreón, Coahuila, Mexico, to evaluate possible economic and time
benefits in the realization of the building. Taking actual production
measurements of activities with Balance Letters, to demonstrate the
level of production of workers, focusing only on the stages of
analysis and construction. Subsequently, with the results obtained, a
new proposal for the management of the work with the BIM methodology
was made, performing a 3D model in Revit of the houses and with the
results obtained from the productive work and the Naviswork software,
a BIM 4D project was obtained, focused on the construction time of the
work. In relation to the analysis of the productivity carried out,
clear and concise solutions are exposed, for the increase of this
concept in the development of the work studied.
Keywords:
Lean Construction, Building Information Modeling, Productivity,
Construction Time.
1. Introducción
El sector de la construcción alcanza una gran importancia
en el crecimiento de una nación, indica la Cámara Mexicana
de la Industria de la Construcción [1] que el sector en el 2017
con el 7.5% fue la cuarta actividad en la producción total, y con
un 13.9% fue la tercera generadora de empleos. La edificación
abate las necesidades de infraestructura, para actividades culturales,
económicas, de desarrollo y sociales [2]. Pero en el sistema
tradicional de la obra, las fallas de planeación se traducen en
pérdidas económicas y de tiempo [3].
La mejora de la productividad en la construcción conjuga la
comprensión científica y la experiencia [4]. El Instituto Lean Construction (ILC) ofrece una filosofía [5] que se enfoca en una
metodología dirigida hacia la administración de la
producción en la edificación, cuya función principal es
la minimización de las actividades que no aportan valor
(entiéndase pérdidas). Lo anterior al generar un sistema de
construcción delgada que minimice las pérdidas, para lo cual
usa herramientas puntuales aplicadas en el proceso de desarrollo de la
obra [6]. LC se liga a BIM, la cual es una tecnología que
presenta una evolución en la generación del proyecto
arquitectónico frente a las herramientas de CAD tradicionales,
permite incluir información específica procedente de una
base de datos con vistas volumétricas sobre las
características materiales del edificio y aportar la
generación de imágenes tridimensionales renderizadas desde
la fase inicial del proyecto, asegurando una actualización global
continua e inmediata de los cambios realizados en cualquiera de los
datos parciales presentes en el edificio [7].
Como recomiendan [8] el uso de tecnologías y herramientas
computacionales resultan apropiadas, tal es el caso de LC Y BIM, ya
que apoyan en la investigación de la planeación de las obras
ayudando a reducir el grado de indecisión, dado que en la
actualidad, el desarrollar estos trabajos es basándose en la
experiencia del constructor. Se debe lograr la integración
práctica de LC y BIM como una estrategia a largo plazo, [9] los
resultados obtenidos en anteriores investigaciones son apenas una
pequeña parte de un largo viaje para poder lograr que estas
metodologías se conjunten de una manera eficiente. Además,
en investigaciones anteriores se ha detectado que en la fase del
modelado 4D por medio de BIM, la mayoría de las conclusiones
apunta a que esta herramienta apoya a que la logística de la
construcción ubique fácilmente posibles problemáticas
[10].
Buscar soluciones a la problemática de la obra puede ser con
modelos de información [11]. La logística entre LC y BIM
tiende a una conjunción para la mejora de la obra, [12] al ser
una estrategia de gestión, logran un desarrollo hacia la
inversión, al considerar al proyecto como la unidad básica
organizativa para la dirección. BIM permite proyectar en 3D la
información gráfica de proyectos, generan modelos sobre las
necesidades de cada etapa; al proporcionar datos por medio de
volúmenes, planos, recursos, cantidades, tablas, costos, tiempo y
calidad; para construir sustentable y eficientemente. Además
facilita encontrar posibles situaciones adversas con tiempo
suficiente, para determinar el mejor proceso, disminuyendo costos,
tiempos para incrementar la calidad [12].
2. Lean Construction
LC comienza en la edificación en 1992 debido al trabajo de Lauri
Koskela [9], como una idea dirigida a mejorar la ejecución de las
obras, en la actualidad se aplica a todas las etapas del proceso
constructivo. Puede entenderse que apoya desde la idea conceptual
hasta la puesta en marcha del proyecto integrando, de esta forma
considera el ciclo de vida completo. LC representa una filosofía
de gestión, de trabajo y una cultura empresarial que busca la
eficiencia de procesos y flujos [13].
Lean Construction es una filosofía que tiene su origen en el concepto Lean Production, que fue desarrollado en Japón por Toyota Motors a partir de
los años cincuenta, este sistema ayudó a que sus
fábricas pudieran elaborar vehículos con más eficiencia
que las armadoras norteamericanas, ya que requerían menos
recurso, menos tiempo, y los errores de fabricación se aminoraron
considerablemente [14].
La filosofía LC trata de disminuir las pérdidas, al poner
en práctica principios como la capacitación del personal, la
reducción del inventario y la mejora de la productividad [13].
Para no almacenar recursos que se necesitaran en la producción
futura, Toyota estableció alianzas con los proveedores para que
sus insumos se entregaran en el momento preciso, en otras palabras, se
aplicó el Just in Time (JIT) o producir lo que se necesita, en las cantidades
necesarias, en el momento justo [15].
Lean Construction o Construcción sin pérdida, es una metodología
de aplicación en todo el mundo, aunque es fácil detectar que
no con una aplicación uniforme, ya que, su utilización es
aún incipiente en países en vías de desarrollo, tal es
el caso de México. Al contrario, naciones como Estados Unidos,
Reino Unido, Brasil, Australia, Francia, Alemania, Chile, aplican esta
filosofía comúnmente en la gestión de la obra
[14][16][17].
El uso de esta nueva filosofía está incrementándose en
todo el mundo. Sin embargo, la forma particular de implementarlo en
cada nación determinará como se deben organizar las partes
interesadas del proceso, para que la ejecución material del
proyecto se pueda estructurar dentro del concepto de manejo de LC
[18]. Su objetivo es lograr una construcción sin accidentes, sin
desperfectos a los equipos, instalaciones, entorno y comunidad, que
sea de acuerdo al contrato, sin errores, en el plazo pactado,
respetando costos y con un enfoque hacia la reducción de las
pérdidas, es decir, hacia las actividades que no generen valor
[19].
3. Building Information Modeling
BIM utiliza herramientas de tecnología digital para favorecer el
trabajo colaborativo al documentar de forma conjunta el ciclo de la
edificación y las infraestructuras, utilizando programas
computacionales busca crear un repositorio único de datos
útiles para los participantes en el proceso de construcción
[20].
El concepto de BIM, con poco tiempo de ser asociado a la gestión
de la construcción y a su mejoramiento, favorece decididamente el
uso efectivo y colaborativo de herramientas tales como AutoCAD, Civil
3D y Revit. En el sentido de generar la documentación necesaria, los
sistemas presupuestarios Presto, Siecons y Preswin, para el control de la gestión del MS Project, y para la
simulación es conveniente utilizar el Naviswork. Todos estos programas son un medio que asegura la preparación
del proyecto, su navegación y su visualización. Además,
la asignación de insumos al proyecto es efectiva, ya que, se
estructura un proceso de integración continua, adelantando los
problemas del proceso [12].
Building Information Modeling es una nueva herramienta que permite diseñar en tres
dimensiones desde que se comienza a trabajar, e incorpora la
información de cada uno de los conceptos que integran el
proyecto, aspectos como cubicaciones, costos, tiempo, especialidades y
toda clase de documentación que se considere relevante para ser
compartida y comunicada a los diversos actores que colaboran en las
etapas que van conformando el proyecto [21].
BIM conforma una base de datos digital donde la información de
la edificación se va almacenando para su constante consulta. En
tal sentido, BIM facilita la visión simultánea de las
distintas actividades del proyecto provocando que la comunicación
de la información y su interrelación entre los artesanos se
dé en forma fluida y a tiempo [22]. Los conceptos para el
desarrollo del modelo del proceso de obra en BIM 5D, se consignan en
la estructura de la Fig. 1 [22].
4. Productividad
El sector de la edificación tiene gran relevancia para el
desarrollo de la hacienda de una nación, así como para el
progreso de su sociedad [22].
Pero también la construcción es uno de los sectores que
más se resiste a progresar y a ofrecer mejores soluciones a las
necesidades de las personas, ya que la satisfacción está
en relación directa con la calidad y productividad de la
industria [14]. El sector de edificación de vivienda no es
ajeno a la problemática derivada de la mala programación y
planeación de los tiempos de obra, situación que se
repercute en el valor final del producto.
Figura
1. Estructura Modelo 5D. (Adaptada de Porras et. al, [22]).
La productividad conjunta eficiencia y efectividad, ya que, no tiene
objeto construir unidades de obra si estas presentan deficiencias en
su calidad. Todo proceso de edificación debe conseguir una alta
productividad, por medio de la eficiencia y efectividad [23]. Estudios
realizados en Chile concluyen que, la baja productividad en la obra se
debe en un alto porcentaje, a la ineficiencia en el manejo del recurso
humano (viajes excesivos, esperas, paros, trabajos inefectivos,
retrabajos, etc.), el estudio demuestra que el trabajo no productivo
en ese país ronda un 30% del total del tiempo laboral [24]. En
México este fenómeno no es distinto, ya que el desarrollo
artesanal de la obra constituye un problema por la falta de
capacitación y la desorganización del proceso constructivo,
lo que repercute en que el producto sea más caro al
cliente.
La productividad se relaciona con un proceso de transformación
entendiendo que a este ingresan los insumos necesarios para generar un
material, un bien o un servicio, el cual al finalizar el proceso se
pueda comercializar como un producto o servicio terminado [25]. En la
construcción, según el insumo [25], se pueden mencionar
productividades en:
· Materiales: En la obra es fundamental que los materiales se utilicen
racionalmente, para que se eviten pérdidas en este insumo.
· Mano de obra: Resulta un concepto crítico, porque es el recurso que
determina el ritmo de la obra, y del que en gran medida depende la
productividad que alcancen los otros recursos utilizados.
· Maquinaria: debido al alto costo de estos insumos se torna muy importante
su rendimiento, por lo tanto, evitar pérdidas en este insumo
apoya a la economía de la obra.
5. Tiempo de construcción
Es común que las constructoras no contraten a personal
capacitado en las tareas de planeación y control, por lo que, el
desarrollo de las acciones administrativas son efectuadas de manera
constante por gerentes y/o supervisores. La falta de preparación
tiene como único resultado la merma en la calidad laboral y
tiempo perdido, lo que conduce a la problemática del valor del
producto, que eleva su precio para solventar las ineficiencias del
personal. Además, las organizaciones no ocupan algún
software profesional, para la planeación y el control del proceso
de obra [26]. Se debe considerar además que, en los conceptos de
tiempo y costo se integrara la calidad, la sustentabilidad y la
constructabilidad, siendo el gerente de operaciones quien debe tomar
las decisiones para alcanzarlos [27].
La Carta Balance es un gráfico que, a partir de información
estadística tomada en campo, define detalladamente una actividad
para optimizarla. En este instrumento se miden en tiempos cortos, como
se utilizan los recursos ocupados en esa tarea [28]. Las actividades
son catalogadas en tres tipos; Trabajo Productivo (TP), Trabajo
Contributivo (TC) y Trabajo No Contributivo (TNC). La idea de la Carta
Balance es ver si la cuadrilla está equilibrada dependiendo de la
eficiencia del método constructivo. No va a determinar la
eficiencia de los obreros ni a conseguir que trabajen más, sino
que lo hagan de manera más inteligente [14].
Se muestra a continuación en la Tabla 1 un ejemplo del formato
de una Carta Balance, la cual será utilizada para obtener el
porcentaje de TP, TC, TNC en el análisis de la construcción
de un desarrollo habitacional de vivienda de nivel popular.
Tabla
1.
Carta Balance.
Fuente:
Rodríguez et al., [14].
6. Desarrollo
El análisis del caso fue en la Cerrada Girasoles del Grupo
SADASI, en Torreón Coahuila. Desarrollo de vivienda popular con
24 unidades de 42 m2 construidos cada una. Los datos utilizados se recabaron octubre
del 2018 a enero del 2019, y sirvieron para conocer el nivel del
trabajo productivo de la empresa, y poder así compararlo con el
estatus de trabajo óptimo según la filosofía Lean Construction [25]. El desarrollo de una actividad de obra como ya fue
adelantado, para su revisión [28] debe ser segmentado en:
· Trabajo Productivo (TP): Es el que incide de forma directa en la producción,
ejemplo la elaboración de muros, enjarres o el vaciado de dalas o
castillos.
· Trabajo Contributivo (TC): Se refiere al trabajo de apoyo al productivo. ejemplos son
recibir indicaciones, leer planos, retirar cimbras, limpiar el
área de trabajo, etc.
· Trabajo No Contributivo (TNC): Es cualquier actividad que no corresponda a las anteriores, por
ejemplo: movimientos sin sentido, esperar al término de otro
trabajo, fumar, etc.
Para determinar los tiempos óptimos en obra según LC, en
varias obras se han efectuado seguimientos de los parámetros de
trabajo, y en las cuales cuando se han incorporado sistemas de
mejoramiento de la productividad, se han logrado valores que resultan
tanto aceptables como referentes [21], siendo estos:
· Trabajo Productivo (TP): 60%
· Trabajo Contributivo (TC): 25%
· Trabajo No Contributivo (TNC): 15%
Con el seguimiento por medio de las cartas balance en cada una de las
actividades que se llevaron a cabo para el análisis del caso en
estudio, se pudo obtener el TP, TC y TNC de cada una de las partidas
revisadas, lo que permitió conocer el grado de productividad del
proceso de edificación.
Posteriormente y ya con la definición del Trabajo Productivo,
del Trabajo Contributivo y del Trabajo No Contributivo, se
comenzó con la implementación de la metodología BIM,
para esto ha sido utilizado el software denominado “Revit”, con él se pudo realizar el modelo tridimensional
manejando toda la información de materiales a utilizar.
El siguiente software que fue utilizado es el “Microsoft Project Pro 2010” para generar el diagrama de Gantt. Con la
información de las cartas balance y los rendimientos de las
cuadrillas obtenidos de estas, se realizó una nueva
programación de obra. Finalmente, el uso del software “Naviswork” en el cual se desarrolló el estudio 4D correspondiente
al análisis de tiempo. La Fig. 2 representa la interfaz, donde se
comenzó a realizar el modelado de las viviendas con las
diferentes herramientas que otorga el software Revit.
Una vez realizado el modelo 3D con los datos necesarios para llevar a
cabo la construcción del desarrollo habitacional, como se puede
visualizar en la Fig. 3, se exportó el modelo a un nuevo software llamado “Naviswork”, compatible con Revit, ya que es de la misma compañía Autodesk. En este se realizó el análisis BIM 4D que representa el
tiempo de la obra. Figura 4.
Ya en este programa se tuvo que hacer la clasificación de cada
elemento en el árbol de selección, cada concepto se
pasó a un nuevo conjunto. Todas las actividades consideradas son
las que se van a construir. De esta forma se les puede asignar un
tiempo.
Terminado el árbol de selección y la asignación en
cada uno de los “conjuntos” (Fig. 5), la programación
de elementos a construir se exportó a un nuevo programa
denominado “Microsoft Project 2010”. El software por medio de un Diagrama de Gantt
estableció una programación de obra optimizada, como indica
la Fig. 6, esta información se trabajó con los tiempos de
las Cartas Balance de LC, haciéndolos eficientes.
Figura 2.
Modelado Desarrollo Habitacional (Elaboración propia).
Figura 3.
Modelo 3D Desarrollo Habitacional (Elaboración propia).
Figura 4.
Modelo 3D Desarrollo Habitacional en Naviswork (Elaboración propia).
Figura 5.
Programación Conjunto Habitacional (Elaboración
propia).
Figura 6.
Nueva Programación de Obra. Diagrama de Gantt en Microsoft
Project (Elaboración propia).
Ya terminada la programación de obra y vaciada en el Diagrama de
Gantt del Microsoft Project Pro 2010, los datos se importaron al software “Naviswork”, entonces se observó cargada la nueva programación
de la construcción en la ventana “TimeLiner” (Fig. 7).
En la ventana TimeLiner, además de presentar la nueva programación y analizar con
detenimiento las fechas de cada una de las tareas que se deben
realizar en el proceso de edificación, se pudo elaborar la
simulación 4D (Fig. 8) a partir del modelo original en Revit 2018. La programación se ofreció en formato de video
donde, se va constatando el progreso de la construcción, con la
fecha determinada para cada actividad realizada en el caso del
desarrollo habitacional estudiado.
Figura 7.
Programación Microsoft Project
Importada a Naviswork (Elaboración propia).
Figura 8.
Ventana TimeLiner con Simulación 4D y mostrando días de cada etapa en
la obra (Elaboración propia).
Tabla 2.
Tiempos no contributivos.
|
Concepto |
Tiempo Utilizado |
Tiempo Optimizado |
|
Terracerías |
126 minutos |
100 minutos |
|
Muros |
34 minutos |
27 minutos |
|
Cimbra |
115 minutos |
91 minutos |
|
Habilitado Losa |
126 minutos |
100 minutos |
|
Vaciado |
125 minutos |
99 minutos |
Fuente: Elaboración propia.
7. Conclusiones
En esta investigación, con la implementación de LC y BIM se
obtuvo como resultado una optimización importante en el tiempo de
construcción, se redujo lo establecido por la desarrolladora para
terminar las 24 viviendas de 14 semanas, a concluirse con la nueva
programación en 11 semanas. Ahorro en tiempo de un 26.56%,
lo que repercute en una disminución del precio de venta de la
vivienda al reducir los costos indirectos y directos de mano de
obra.
El análisis general de las cartas de balance elaboradas
demostró que el TP de la obra se situó en un 43%, el TC
rondó un 25% y el TNC un 32%, último concepto muy alto. En
la Tabla 2 se muestra la relación de los TNC de las actividades
revisadas, indicando según los resultados encontrados, que tiempo
es el que debió de haberse ocupado.
Durante el tiempo que se realizaron los análisis de las
actividades, la toma y clasificación de los tiempos, se pudo
observar diferentes situaciones que bien podrían indicar mala
gestión en el proceso de construcción de las viviendas (Fig.
9). Una de las causas que más repercutieron en este desarrollo es
que los supervisores desconocen los rendimientos que deberían de
tener cada cuadrilla de obreros, se basan solo en la experiencia
obtenida a través de los años en esta industria.
Figura 9.
Grandes cantidades de desperdicio (Fuente propia).
Desconocer rendimientos de los trabajadores provoca que el
abastecimiento de los materiales no sea adecuado, el atraso es
totalmente responsabilidad de los supervisores. Los obreros al no
contar con el material para realizar sus actividades disminuían
considerablemente el Trabajo Productivo, aumentando el Trabajo no
Productivo que tiene como consecuencia la pérdida de tiempo y
dinero.
La utilización de BIM en este tipo de edificación (en la
vivienda en general) resulta innovadora, dado que permitió
comprobar que se puede tener una mejor gestión de los tiempos y
por ende tener un impacto positivo en el valor del producto, al
disminuir los costos de la mano de obra. los proyectos implican el
trabajo de diversos grupos de personas, donde la comunicación
efectiva es clave para el éxito del proceso [29]. Entonces, el
conocimiento multidisciplinario acumulado es requerido para poder
solventar los complicados problemas de la producción [30], por lo
que se hace indispensable el establecer canales de comunicación
constantes y efectivos, que permitan solventar de manera eficaz las
problemáticas previstas o imprevistas de la
construcción.
Con un mayor análisis de la obra se llegó a la
conclusión de que las pérdidas de tiempo y económicas
no solo se deben a los residentes de obra, sino desde la
logística empleada por la constructora, ya que la empresa no
habilitó una bodega en el sitio de la construcción, la
bodega externa provoca pérdidas de tiempo en el traslado de
materiales por una comunicación ineficiente y porque no existe
una coordinación adecuada para el suministro oportuno.
A todas estas variables de la mala gestión de la obra se agrega
el ausentismo del personal de las diferentes cuadrillas, al no contar
con todos sus trabajadores el rendimiento de estas fue muy bajo,
además, la ausencia del residente de obra, que cabe mencionar no
se tenía uno asignado en esas viviendas dio por resultado, el
tener un conocimiento tardío de este hecho.
Por último, ir teniendo eventos que se tradujeron en
pérdidas de tiempo y dinero, y que pueden ser relacionados con
una mala gestión, no provocó más resultado que la
disminución en la calidad del producto. Además, los atrasos
también fueron causa de los trabajos rehechos (Fig. 10), lo que,
aunado a la poca supervisión ya mencionada en los procesos de la
obra, fue causa de pérdidas.
Figura 10.
Muro caído (Fuente propia).
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