Reconstrucción tridimensional del patrimonio arquitectónico mediante la utilización de los sistemas bim y hbim. Validación con dos casos de estudiola iglesia santa maría la real de mave y el castillo de los comuneros de torrelobatón

Resumen

La gestión, conservación y restauración del patrimonio cultural se está llevando a cabo en todo el mundo debido a su creciente interés como motor del desarrollo socioeconómico y cultural. La existencia de modelos digitales fiables y tridimensionales (3D) del patrimonio cultural tangible, particularmente de los bienes inmuebles (monumentos, edificios, etc.), son actualmente una necesidad creciente debido a la posibilidad de facilitar la compresión, planificación y difusión de los proyectos de gestión, conservación y restauración. Hoy en día, una solución para representar fielmente las superficies de los edificios históricos es el uso de las nubes de puntos obtenidas mediante sistemas de escaneado láser y fotogrametría. Desafortunadamente, las nubes de puntos capturadas no contienen información adicional sobre los objetos arquitectónicos cuya geometría representan. Por lo tanto, resulta necesario producir modelos geométricos 3D a partir de la utilización de dichas nubes. Para lograr el modelado geométrico 3D, las nubes de puntos se pueden incorporar a las plataformas Building Information Modeling (BIM), que en las últimas décadas han sido adoptadas por los sectores de Arquitectura, Ingeniería, Construcción (AEC) y Facility Management (FM) como un medio para integrar el diseño, la documentación y la gestión digital de edificios. Particularmente, las plataformas BIM se basan en componentes paramétricos almacenados en una base de datos denominada biblioteca de objetos. Estos componentes paramétricos son objetos reutilizables que pueden almacenar y representar los atributos geométricos, semánticos o topológicos que describan a cada elemento modelado. Sin embargo, pese a el progreso que se ha logrado por las plataformas BIM, todavía sus programas de modelado paramétrico poseen algunas limitaciones para representar y modelar las superficies homogéneas e irregulares presente en la mayoría de los edificios históricos. Esto se debe principalmente, a que las plataformas BIM carecen de bibliotecas históricas con objetos paramétricos capaces de representar las características particulares del patrimonio arquitectónico escaneado. Además, la obtención de modelos 3D a partir del uso de las nubes de puntos puede considerarse como una problemática más debido a que actualmente las plataformas BIM no tienen herramientas o componentes aptos para convertir automáticamente las superficies irregulares de una nube de puntos en objetos paramétricos. Por lo tanto, el proceso de modelado puede considerarse lento y complejo. En este contexto, el actual documento de tesis doctoral presenta una metodología eficiente y replicable que facilita y acelera el modelado digital y detallado del patrimonio arquitectónico. Para ello, la metodología propuesta consta de tres etapas. La primera etapa abarca la recopilación de la información geométrica, semántica y tipológica. Los datos geométricos se obtienen a partir de las nubes de puntos capturadas por los métodos de escaneado láser y fotogrametría. Por su parte, los datos semánticos y tipológicos se obtienen a partir de los manuscritos y documentos históricos, y también del análisis técnico del edificio. Esta información es capaz de representar el estado de conservación de los edificios analizados, sus características particulares, sus materiales, las reglas y patrones constructivos que siguen, así como las transformaciones pasadas que podrían haber afectado al edificio. La segunda etapa abarca la organización ontológica de los datos semánticos adquiridos y el preprocesamiento de las nubes de puntos. Esta etapa de organización y preprocesamiento permite referenciar con precisión la información adquirida. En la tercera etapa los datos semánticos y las nubes de puntos preprocesadas se integran en una única estructura semántica gráfica utilizando el entorno BIM. Para esta etapa, se proponen realizar cortes, secciones y vistas sobre la nube de puntos (siguiendo las reglas y patrones constructivos), para reconocer las características de los objetos arquitectónicos escaneados. Posteriormente, se utilizan las rejillas para delimitar manualmente el contorno interno y externo de la nube de puntos. Una vez segmentada y delimitada la nube de puntos, se utilizan las herramientas básicas de BIM para modelar paramétricamente las superficies simples (de acuerdo con su apariencia en vista, sección o elevación) que presenta el edificio estudiado. Por otro lado, para las superficies irregulares, se utilizan otras herramientas, las cuales están relacionadas con el perfilado y modelado tridimensional de los objetos. Los componentes obtenidos, al aplicar la metodología desarrollada, se utilizan para crear una biblioteca de elementos paramétricos bajo el concepto de Heritage Building Information Modeling (HBIM). Se considera a HBIM como una biblioteca especial de objetos paramétricos BIM que ha sido diseñada como un sistema multidisciplinar y en constante evolución, que se utiliza para administrar, documentar, gestionar y reconstruir digitalmente el patrimonio cultural arquitectónico. La metodología propuesta ha sido validada en dos casos de estudio: la iglesia Santa María la Real de Mave y el Castillo Torrelobatón. Los resultados del modelado digital de ambos casos representan una solución para el modelado 3D de una amplia gama de edificios con los mismos estilos, debido la flexibilidad de los elementos modelados que pueden cambiar en forma y proporciones, adaptándose así a los nuevos requisitos sin tener que comenzar desde cero. Asimismo, gracias a las cualidades de BIM y a la información almacenada en los elementos agrupados en HBIM, es posible producir documentación técnica (planta, secciones, detalles, proyecciones, etc.) con información cuantitativa y cualitativa, lo que permite un análisis detallado de forma remota y multidisciplinar en el marco general del patrimonio inteligente. Por otro lado, aunque la información geométrica sobre los elementos patrimoniales incorporados resulte semánticamente rica en sí misma, al vincular la base de datos de los elementos modelados con el vocabulario de Getty, mundialmente conocido como Tesauro de Arte y Arquitectura (AAT), es posible lograr la consistencia en la catalogación de los elementos necesarios, así como una recuperación más eficiente de la información de forma estandarizada. Esta vinculación gráfico-semántica tan útil se aplica particularmente al caso de estudio del Castillo de Torrelobatón para hacer del HBIM una biblioteca significativa de elementos fundamentales de la arquitectura defensiva desde la Edad Media hasta el Renacimiento en Europa, de los cuales este Castillo es un ejemplo representativo.