La construcción modular es una técnica de construcción que implica la prefabricación de paneles 2D o estructuras volumétricas 3D en fábricas externas y su transporte a los lugares de construcción para su montaje. Este proceso tiene el potencial de ser superior a la construcción tradicional tanto en términos de tiempo como de costos, con un ahorro de tiempo que se afirma que es entre un 20 y un 50 por ciento más rápido que las técnicas de construcción tradicionales. [1]
Se estima que para 2030, la construcción modular podría generar un ahorro de costos anual de US$22 mil millones para la industria de la construcción de EE. UU. y Europa, lo que ayudaría a llenar la brecha de productividad de US$1,6 billones. [1] La necesidad actual de unidades prefabricadas y diseños de viviendas volumétricas tridimensionales estandarizadas y repetibles para alojamientos para estudiantes, viviendas asequibles y hoteles está impulsando la demanda de construcción modular.
En una Nota Práctica de 2018 , el NEC afirma que los beneficios obtenidos de la construcción fuera del sitio se relacionan principalmente con la creación de componentes en un entorno de fábrica, protegidos del clima y utilizando técnicas de fabricación como líneas de montaje con equipos dedicados y especializados. [2] Mediante el uso de tecnología apropiada, la construcción modular puede:
En contraste con los beneficios mencionados anteriormente, la construcción modular presenta dos obstáculos importantes: [3]
La construcción modular ha sido consistentemente al menos un 20 por ciento más rápida que las construcciones tradicionales en el sitio. [ cita requerida ] Actualmente, el proceso de diseño de proyectos de construcción modular tiende a tomar más tiempo que el de la construcción tradicional. Esto se debe a que la construcción modular es una tecnología bastante nueva y no muchos arquitectos e ingenieros tienen experiencia trabajando con ella. En pocas palabras, la industria aún no ha aprendido a trabajar de esta manera. Se espera que las empresas de diseño desarrollen bibliotecas de módulos que ayuden en la automatización de este proceso. Estas bibliotecas de módulos contendrían varios paneles 2D prediseñados y estructuras 3D que se ensamblarían digitalmente para crear estructuras estandarizadas.
Los cimientos de una estructura son una parte crucial de su rigidez. La magnitud y complejidad de los mismos variará en función del tamaño y el peso total de la estructura. Por lo tanto, la diferencia de peso entre una casa construida de manera tradicional y una estructura prefabricada implicará que los cimientos necesarios serán más pequeños y más rápidos de construir.
La fabricación fuera de la planta es la cumbre de la construcción modular. La capacidad de coordinar y repetir actividades en una fábrica junto con la ayuda creciente de la automatización dan como resultado tiempos de fabricación mucho más rápidos que los de la construcción in situ. Un gran ahorro de tiempo es la capacidad de trabajar en paralelo en la cimentación de una estructura y en la fabricación de la propia estructura, algo que sería imposible con la construcción tradicional. La construcción in situ se simplifica radicalmente. El montaje de componentes prefabricados es tan sencillo como montar los módulos 3D y conectar los servicios a las conexiones principales de la obra. Un equipo de cinco trabajadores puede montar hasta seis módulos 3D, o el equivalente a 270 metros cuadrados de superficie de suelo terminado, en una sola jornada de trabajo.
Debido a la tecnología necesaria para fabricar los componentes de la construcción modular, las piezas prefabricadas de los edificios modulares se realizan en fábricas modulares. Para optimizar el tiempo, las fábricas modulares consideran las especificaciones y los recursos del proyecto y adaptan un algoritmo de programación para satisfacer las necesidades de este proyecto único. Sin embargo, los métodos de programación actuales suponen que la cantidad de recursos nunca llegará a cero, lo que representa un ciclo de trabajo poco realista.
Una fábrica modular que maneje un solo proyecto en un momento dado es poco común y produciría bajos retornos. La investigación de Hyun y Lee propone un modelo de programación de Algoritmo Genético (AG) que toma en consideración las características de varios proyectos y comparte recursos. [4] La secuencia de producción de este algoritmo se vería afectada en gran medida por qué módulos necesitan ser transportados a qué sitio y las fechas en que deberían llegar. Después de considerar las variables de producción, transporte y ensamblaje en el sitio, la función objetivo es: Donde S i es el número de unidades almacenadas por día, P i es el número de unidades por día y E i es el número de unidades instaladas por día. Los algoritmos de producción se desarrollan continuamente para acelerar aún más la producción de edificios de construcción modular, ampliando la brecha de ahorro de tiempo con los métodos de construcción tradicionales.
La construcción modular puede suponer un ahorro de hasta el 20 por ciento del coste total del proyecto, pero también existe el riesgo de que aumente el coste en un 10 por ciento. [ cita requerida ] Esto ocurre cuando el ahorro en el área de mano de obra de la construcción se ve compensado por el aumento de los costes del área logística y de los materiales. La prefabricación de los componentes utilizados en la construcción modular tiene un coste logístico superior al de la construcción tradicional, ya que como los paneles o estructuras 3D tienen que fabricarse en una fábrica y transportarse hasta el lugar de la obra, se presentan nuevas variables que alteran el flujo de la construcción.
Naturalmente, el transporte de los componentes fabricados es más caro que el de las materias primas. Por un lado, incluso una serie de paneles 2D apilados juntos son mucho más difíciles de transportar que el cemento, la madera o el material en bruto utilizados para construirlos. Los paneles corren un alto riesgo de sufrir daños menores o importantes al transportarse por tierra. Si un panel se dañara, probablemente habría que reemplazarlo por completo. La fábrica tendría que detener temporalmente la producción de otros paneles para reemplazar este, lo que aumentaría las horas de fabricación totales y, por lo tanto, el costo. Además de las horas de fabricación, también aumentarían las horas de transporte, lo que aumentaría otro costo. De todos modos, el transporte de paneles 2D sigue siendo una buena alternativa a la construcción in situ.
El transporte alcanza su costo máximo cuando se envían estructuras volumétricas en 3D. Mientras que transportar 1 m2 de espacio de piso en 2D requiere aproximadamente 8 dólares estadounidenses a lo largo de 250 km, su equivalente en espacio de piso en 3D requiere 45 dólares estadounidenses. [1] Si a esto se suma el costo de reemplazo si la estructura se daña durante el transporte, se genera un gran aumento de costos.
El montaje de componentes en una fábrica fuera de las instalaciones significa que los trabajadores pueden aprovechar la repetibilidad de las estructuras, así como el uso de la automatización, para facilitar el proceso de fabricación. Al estandarizar el diseño general de las estructuras, el trabajo que normalmente requeriría trabajadores costosos con habilidades específicas (por ejemplo, mecánicos, eléctricos y de plomería) puede ser realizado por fabricantes de bajo costo, lo que reduce el costo total de los salarios. Como se realiza muy poca fabricación en el sitio, hasta el 80% de la actividad laboral tradicional se puede trasladar fuera del sitio a la fábrica de módulos. Esto conduce a un menor número de subcontratistas necesarios, lo que reduce aún más el costo total de los salarios. En general, cuanto mayor sea la parte intensiva en mano de obra de un proyecto, mayores serán los ahorros si se utiliza la construcción modular.
Los proyectos como los alojamientos para estudiantes, los hoteles y las viviendas asequibles son grandes candidatos para la construcción modular. La repetibilidad de sus estructuras permite tiempos de fabricación más rápidos y, por lo tanto, un menor coste total. Por otra parte, si el proyecto es (por ejemplo) una casa de playa moderna con paredes y techos muy irregulares, los métodos de construcción tradicionales pueden ser preferibles. A medida que la industria siga adaptándose y creciendo, estos diseños repetibles podrían algún día modificarse y adaptarse para adaptarse a todo tipo de estructuras a un coste menor.
La construcción se considera una de las industrias más peligrosas. Los trabajadores caen desde alturas, se dejan caer objetos, se tensan los músculos y se pueden encontrar peligros ambientales. La construcción modular limita todas las actividades de fabricación a un espacio limpio a nivel del suelo con menos trabajadores necesarios. Se estima que los accidentes notificables se reducen en más del 80% en relación con la construcción intensiva en el sitio. [5] Cuando se preguntó en una encuesta sobre la gestión de la seguridad en la industria de la construcción realizada por McGraw Hill Construction en 2013, el 50% de la industria de la construcción creía que la prefabricación era más segura que la construcción tradicional en el sitio, mientras que solo el 4% dijo que la prefabricación o la construcción modular tenían un impacto negativo en el desempeño de seguridad. De los contratistas generales y especializados encuestados, el 78% y el 59% dijeron que el mayor impacto en la seguridad era la realización de tareas complejas a nivel del suelo. [6] Según el CDC, las caídas son la principal causa de muertes relacionadas con el trabajo en la construcción, lo que representa más de una de cada tres muertes en la industria. [7] La reducción de las alturas en las que los trabajadores deben realizar sus tareas reduce posteriormente el riesgo de muerte que corren, lo que aumenta en gran medida la seguridad general de la industria. Además, el 69% de los contratistas generales, así como el 69% de los contratistas especializados, mencionaron que la reducción del número de trabajadores que realizan diferentes tareas en la fábrica externa también mejoró la seguridad en la obra. En general, la construcción modular es más segura por las siguientes razones:
La construcción modular aún no se considera una alternativa totalmente segura. Sin embargo, reduce los accidentes y las muertes en una cantidad significativa. Especialmente en el proceso de fabricación de un proyecto. El 48,1% de todos los accidentes durante la construcción en la obra estaban relacionados con caídas, mientras que solo el 9,1% de los accidentes en las plantas de fabricación se debieron a caídas. [6] Los trabajadores de las plantas de fabricación tenían más probabilidades de ser golpeados por un objeto o equipo (37,1%) y las fracturas y amputaciones tenían la misma frecuencia de tipo de lesión, con un 27,3%. Sin embargo, a medida que la industria de la construcción continúa adaptándose y pasa a métodos de construcción más sostenibles, como la construcción modular prefabricada, se espera que el número general de accidentes de seguridad en las obras de construcción disminuya.
Los defensores de las técnicas de prevención mediante el diseño en la construcción fomentan el uso de métodos de construcción modulares . Se incluyen como control de riesgos recomendado para proyectos de construcción en el "Módulo de educación en diseño arquitectónico y construcción PtD" publicado por el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional . [7]
La construcción modular es una gran alternativa a la construcción tradicional si tenemos en cuenta la cantidad de residuos que produce cada método. En la construcción de un edificio de gran altura en Wolverhampton, se utilizaron 824 módulos. Durante este proceso, aproximadamente el 5% del peso total de la construcción se generó como residuo. Si se compara con el 10-13% de residuos promedio de los métodos tradicionales, se puede observar una pequeña diferencia. [5] Esta diferencia puede no parecer mucha cuando se habla de estructuras pequeñas; sin embargo, cuando se habla de un edificio de 100.000 lb/ft2 , es un porcentaje significativo. Además, el número de entregas en el lugar de trabajo disminuyó hasta en un 70%. [5] En cambio, las entregas se trasladan a la fábrica modular, donde se puede recibir más material. La contaminación acústica en el lugar de trabajo también se reduce en gran medida. Al trasladar el proceso de fabricación a una fábrica externa, normalmente ubicada fuera de la ciudad, los edificios vecinos no se ven afectados como lo estarían con el proceso de construcción tradicional.
Los componentes de hardware comerciales y de código abierto utilizados en la construcción modular incluyen: vigas abiertas, vigas de bits, vigas de fabricación, vigas de rejilla, contraptors, componentes OpenStructures , etc. [8] [9] Los sistemas de estructura espacial (como Mero, Unistrut, Delta Structures, etc.) también tienden a tener un diseño modular. [10] Otros materiales utilizados en la construcción que son entrelazados y, por lo tanto, reutilizables/modulares por naturaleza incluyen ladrillos entrelazados. [11] [12] [13]
