• El arte y la ciencia de los edificios de uso mixto

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Para The Avenue, un edificio de uso mixto en Washington, D.C., Dewberry proprocionó ingeniería mecánica, eléctrica y de plomería para el edificio de oficinas de 10 pisos y 460,000-sq-ft, así como para un estacionamiento de 450,000-sq-ft y un patio central en 2200 Penn


CSE: ¿Cuáles son los retos que presentan los proyectos de edificios híbridos que los hacen diferentes de otros proyectos?Robbie

Chung:
Los proyectos de edificios híbridos enfrentan un número de retos a los que por lo regulara, uno no se enfrentaría en el proyecto de un edificio convencional. Los requisitos del código regulatorio variarán con respecto a los tipos de uso, y necesitarán consideraciones adicionales de diseño y planeación. Desde el punto de vista del diseño, la infraestructura mecánica, eléctrica, de plomería (MEP, por sus siglas en inglés) y de protección contra incendios puede necesitar delinearse con respecto a los usos para asegurar que los costos operacionales se hayan separado de manera apropiada. Esto puede llevar a un costo inicial agregado y a una reducción en el tamaño rentable dentro del edificio. Además, es muy común que los edificios híbridos consigan una diversidad de accionista para el proyecto, que tengan diferentes objetivos y deseos. Sin embargo, si se cuenta con la participación de los profesional correctos para el proyecto, los retos pueden evaluarse y superarse de manera eficiente.

Raymond Holdener: Existen varios:

  • La alineación vertical del aire del exterior y los elevadores y ejes de la tubería de escape. La alineación vertical de los elevadores y los ejes resulta ser un desafío arquitectónico, cuando el espacio varía de un piso a otro. Si los ejes no se alinea de manera vertical, entonces, los conductos deben compensar, lo que requiere una disposición horizontal de las tuberías y de los ejes calculados. Estos requisitos representan un reto para la altura de los techos y los presupuestos para la construcción.
  • Las restricciones de espacio debido a las condiciones de uno piso al otro, mientras se maximizan la altura de los techos y la ubicación de los mismos/sofitos de la tubería, rociadores, cableado y tubería de la plomería que ocupan el espacio.
  • Diseñar sistemas del aire del exterior para las unidades residuales que aseguren que el aire del exterior requerido en el código se respete en el espacio y pueda medirse. En particular, esto se vuelve un problema si la ventilación natural se utiliza a través del uso de ventanas en funcionamiento. En caso que las ventanas en funcionamiento se encuentren cerradas, entonces, es probable que el aire del exterior requerido por el código no se respete. Cuando se utiliza la ventilación natural, da como resultado aire del exterior no acondicionado en el espacio, lo que puede provocar condiciones incómodas en el espacio. Por lo general, recomendamos que se utilice un sistema de aire del exterior forzado que proporcione aire del exterior medible y precondicionado al espacio. Este tipo de sistema puede presentar un costo adicional al proyecto, en comparación con la ventilación natural, que también representa un desafío.
  • Diseñar con el fin de mantener un equilibrio razonable de aire y presurización relativa (con base en el área, el piso y el edificio, en general), debido a los tipos múltiples de sistemas de escape (muchos con flujo variable o dinámico), efecto chimenea, condiciones del viento y ventanas y puertas en funcionamiento.
  • Planificación de la ruta de instalaciones y servicios residenciales mediante espacios comerciales, mientras se planifica la ruta de los sistemas de escape de los mismo mediante espacios residenciales.
  • La notificación de la alarma contra incendios entre las diferentes estructuras y usos del espacio dentro del mismo edificio; por ejemplo, una falsa alarma del detector de humo debido a que se quemó un pan en uno de los departamentos, no debe ocasionar la evacuación de toda la torre de oficinas en el mismo complejo.
  • El ajustarse a los proyectos de construcción para todos los proyectos es un reto, pero, por lo general, es un reto mayor para los proyectos de edificios híbridos.
  • Separar los sistemas de instalaciones y de métrica para calcular el costo operacional entre los diferentes propietarios y los administradores de un mismo proyecto.
  • Separar a las tuberías del drenaje de los residuos sanitarios, de los restaurantes de otros sistemas de drenaje del edificio. Lo mejor es proporcionar tuberías de residuos que vayan desde el restaurante hasta una alcantarilla exterior sin conexión a las otras tuberías del drenaje. Por lo regular, la tubería adicional es casi mínima en costos, en comparación con el costo de una obstrucción en la tubería de residuos sanitarios principal, del edificio.

Andrew Lasse: Los proyectos de construcción de los edificios híbridos combinan a varios inquilinos y diferentes usos dentro en un mismo edificio y por consiguiente, requieren especial atención por lo que se utilizan los sistemas MEP. El reto es elegir un sistema MEP a un costo razonable, que funcione para los diversos ambientes y que cuente con elementos de programación. Un sistema de distribución de aire subterráneo puede ser fantástico para una gran oficina pero ¿cómo se desempeñará ese sistema en unidades residenciales que se encuentran en el mismo edificio? Los ingenieros deben tener un panorama amplio y seleccionar los sistemas centrales que puedan ser lo suficientemente flexibles para tener un subsistema de diversos enfoques para cada espacio, con el fin de cumplir con las necesidades que tiene cada cliente.

Gary Pomerantz: A menudo, los proyectos de edificios híbridos son más grandes y debido a su tamaño, los diseños se vuelven más complejos. Cada componente cuenta con sistemas individuales que, en momentos, se traslapan con los sistemas similares de otros componentes. La base del edificio es muy compleja, ya que cada uno de los componentes requiere su entrada, salida, instalaciones y otros elementos de infraestructura que convergen en un área del edificio. El interés de los propietarios sobre los diferentes componentes y cómo se dividen los costos de capital y operación entre los mismos, por lo regular, resulta ser un tema importante. Los individuos en residencias están más interesados en la contabilidad, y requieren sistemas individuales, así como medición de las instalaciones. En algunos lugares fuera de los Estados Unidos, existen leyes (Leyes de estratos sociales) que requieren la separación de los sistemas y la medición de las instalaciones.

John Sauer: El más grande de los retos que presentan las instalaciones híbridas, tal como el edificio de Ciencias de la Salud de Purdue University, es diseñar los sistemas de ingeniería para los cuartos que tengan diferentes necesidades y requisitos. Esto es especialmente verdadero en dicho edificio, ya que combina espacios para curar, aprender y descubrir. Cada uno de estos espacios tiene sus propias necesidades con base en la tecnología diferida, los requisitos ambientales, los niveles de iluminación y el horario de operación. Este edificio es épicamente más desafiante, ya que el edificio alberga laboratorios húmedos y secos, laboratorios de anatomía, laboratorios de audiología, una cocina para profesores y un espacio para oficinas. Los espacios donde se encuentran los laboratorios necesitan calidad óptima del aire interior, mientras que los laboratorios de audiología deben contar con una acústica precisa para cumplir con sus necesidades de investigación. Habiendo tantas necesidades particulares para estos espacios, es difícil diseñar un sistema de operación eficiente.

LeJay Slocum: Desde el punto de vista de la protección contra incendios, el mayor reto de trabajar en proyectos de edificios híbridos es el asegurarse que el diseño incorpore la flexibilidad inicial suficiente para abordar los usos cambiantes que pueden ocurrir a lo largo de la vida del edificio. En un edificio normal es fácil determinar los peligros que pueden acontecer, y diseñar el edificios de la manera correspondiente. En los proyectos de edificios híbridos, la posibilidad de realizar cambios durante la fase de diseño y construcción, así como después de ya estar habitados, incrementa de manera sustancial. Diseñar y especificar sistemas de seguridad y sistemas contra incendios económicos, que puedan soportar estos cambios con mínimas modificaciones es el desafío más significativo al trabajar con edificios híbridos.

CSE: Sírvase describir un proyecto reciente—compártanos los retos a los que se enfrentó, cómo los resolvió y los aspectos de los que está especialmente orgulloso.

Sauer: El reto mayor en el edificio de Ciencias de la Salud de Purdue University fue consolidar los sistemas para usos distintos, y asegurar la alta eficiencia operativa de estos. Las instalaciones necesitaban uno o dos sistemas centrales que puedan soportar cuartos con necesidades diferentes. En el edificio de Ciencias de la Salud, el equipo de diseño de BSA LifeStructures utilizó un sistema DOAS y una rueda de recuperación de calor para lograr el ahorro de energía. Se seleccionó una variedad de tipos de unidades terminales para utilizarse en los espacios, de acuerdo con los criterios ambientales de éstos. Estoy especialmente orgulloso del hecho de que estos sistemas hayan alcanzado una reducción de energía del 29%, en comparación con ASHRAE 2007-90,1.


Para The Avenue, un edificio híbrido en Washington, D.C., Dewberry proprocionó ingeniería mecánica, eléctrica y de plomería para el edificio de oficinas de 10 pisos y 460,000-sq-ft, así como para un estacionamiento de 450,000-sq-ft y un patio central en 2200 Penn

Holdener:  El edificio deCityCenterDC abarca un sitio de 10 acres en el centro de Washington, D.C., con un espacio para oficinas Clase A, departamento, condominios, un hotel y comercios. Como parte del programa piloto Neighborhood Development con certificación LEED del Consejo de Construcciones Sustentables de los EE.UU. , el edificio CityCenterDC incluye numerosas medidas de alto y sostenible rendimiento en el diseño de los sistemas de construcción. El proyecto incluye 458 departamentos en renta, en dos torres altas de aproximadamente 560,000 sq ft; un espacio para oficinas comerciales de 515,000 sq ft en dos torres altas y 216 unidades de condominios residenciales en dos torres altas de aproximadamente 370,000 sq ft. Además, del tamaño inmenso y la complejidad del desarrollo, el edificio CityCenterDC ha presentado retos únicos de MEP, incluyendo concentraciones escalonadas y contratiempos, en las torres en renta, que requieran sistemas mecánicos que se extiendan hacia abajo, hasta la planta baja y luego compensar y subir hacia las áreas "de altura" del edificio, de manera que puedan terminarse en las partes altas. La flexibilidad que se requiere para los inquilinos de los comercios requirió elevadores de los conductos de escape de la cocina comercial, así como un incremento en la capacidad de ventilación y de obtención de aire. En general, el proyecto cuenta con cuatro servicios eléctrico principales, 15 bóvedas de transformadores aparte, conexiones a las instalaciones aparte y sistemas de medición para cada una de las torres. En términos de flexibilidad, sustentabilidad, tecnología, confort y estética, es claro que este proyecto de alto rendimiento impone nuevos estándares de desarrollo en la región. Los requisitos de ingeniería avanzada respalda la afirmación del propietario sobre que este proyecto es "Un modelo para el desarrollo de edificios híbridos responsables y ambientalmente inteligentes.

Pomerantz: En el proyecto de la construcción de un edificio híbrido que contenía un hotel y condominios residenciales, el costo capital se convirtió en el factor de control para que el proyecto pudiera proceder. El proyecto empezó con una verdadera separación de los sistemas MEP, que se ajustaron fácilmente a los costos de capital, así como a los costos de operación de ambos componentes. Las centrales de calefacción, de enfriamiento, los servicios de las instalaciones y en esencia todos los sistemas MEP era aparte. Con el fin de cumplir con los requisitos del proyecto, se combinaron los sistemas y se utilizaron los medidores del grado de recuperación, que se utilizan para distribuir los costos de operación entre los dos usuarios. Los costos de capital se vieron reducidos, ya que sólo se construyo una central y no dos. El equipo de reserva N+1 sólo se suministró una vez y no dos. Por ejemplo, sólo se suministró una bomba para condensador de agua de repuesto y no dos. En general, se necesitó menor espacio, por lo que existió ahorro adicional ya que disminuyó el tamaño del edificio. Los sistemas comunes se ubicaron cerca de la intersección de dos usuarios, y de esta manera, con la distribución del sistema, se minimizaron los costos.

Chung: En un proyecto reciente de Chicago que incorporó un hotel y departamentos residenciales, uno de los retos a los que nos enfrentamos fue el incorporar las necesidades del operador del hotel con el reglamento conforme al código de todas las instalaciones. Existió un número de variables entre los dos, tal como la necesidad del almacenaje de combustible durante 4 horas para la energía de reserva del generador de emergencia frente a la necesidad de un diseño de hotel en 48 horas con compuertas contra incendios por medio de las divisiones realizadas, control de humo y requisitos de presurización mecánica, etc. Al trabajar directo con el cliente, somos capaces de guiar al propietario para tomar decisiones informadas con la aprobación del operador de las necesidades del proyecto.

CSE: Cuando se trata de una estructura vieja o que decidido rehacerla, ¿cuáles son los retos a los que se enfrenta, y cómo supera dichos retos?

Slocum: Desde un punto de vista de protección contra incendios, los cambios en el suministro de agua disponibles y los requisitos para la prevención de retorno de flujo, a menudo, representan retos significativos cuando se trata de trabajar con estructuras existentes. El crecimiento del desarrollo en un área puede facturarse al suministro de agua municipal y dar como resultado la reducción para el suministro de agua disponible para un edificio existente. Además, los requisitos para instalar la prevención de retorno de flujo nueva o actualizada en los sistemas de protección contra incendios existentes, a menudo, resultan en una situación donde el suministro de agua disponible ya no cumple con lo que necesitan los sistemas de rociado existentes. A veces, superar estos retos puede ser tan sencillo como cambiar los rociadores a un sistema de rociadores con un factor K mayor, lo que requiere menos presión para suministrar el mismo flujo. En situaciones más complicadas, es posible que sea necesario modificar la tubería del sistema de rociado, colocando bucles en las tuberías principales o redes en las tuberías secundarias, con el fin de reducir las necesidades de los sistemas a un porcentaje menor que el del suministro de agua disponible. En el peor de los casos, puede que sea necesario instalar un bomba de aire, que puede resultar en problemas insignificantes, tales como encontrar el espacio adecuado para la bomba y determinar su adecuidad con respecto al sistema de potencia del edificio para soportar una nueva bomba de arranque con motor eléctrico nueva o abordar los aspectos relacionados con la descarga del escape o el almacenamiento de combustible asociado con una bomba de arranque con motor de combustible.

Holdener: Uno de los retos a superar es determinar e implementar estrategias de control y secuencias operacionales que han sido modificadas a lo largo de los años por los ingenieros de operación. Algunos de los cambios operacionales y ajustes de los puntos de referencia benefician al proyecto, en términos de energía y satisfacción del cliente, mientras que otros cambios son perjudiciales para el proyecto. El representante que encarga la remodelación de un edificio existente debe trabajar muy de cerca con el personal de operaciones del edificio, así como con el ingeniero de diseño, con el fin de desarrollar un plan de puesta en marca amplio, que aborde los aspectos de diseño y operaciones.

CSE: ¿Cuáles son los retos a los que debe enfrentarse un ingeniero en edificios híbridos demasiado altos?

Pomerantz: Estos edificios presentan un desafío agregado de altas presiones hidráulicas, largas distancias de distribución, un aumento en lo requisitos de seguridad, en los requisito de programación y una pequeña placa en el piso para los radios del área del proyecto, en general. Varios de los edificios de 1300 ft de altura en los que trabajamos necesitan tres o cuatro zonas de presión para mantener las presiones de operación dentro de las condiciones de operación permisibles para el equipo y que permitan la operación segura del edificio. A pesar de que pueden instalarse intercambiadores de calor, estos requieren un espacio sustancial y reducen la eficiencia energética del edificio. Las largas distancias de distribución tiene caídas de presión y voltaje mayores que la de los edificios altos convencionales. Los sistemas de distribución de las tuberías y bombas necesitan una ingeniería mucho más rigurosa y a menudo, la distribución eléctrica se realiza a altos voltajes. El aumento de voltaje reduce la caída del mismo, así como le costo de construcción y la necesidad de espacio.

Andrew Lasse: Los edificios híbridos altos nos fuerzan a pensar diferente sobre las convenciones que se forjaron alrededor de los proyectos de edificios híbridos medianos que se han construido. Uno de los retos más grandes es lograr la disposición correcta para los espacio de los negocios que por lo regular se ubican en la planta baja. En un edificio de 23 pisos, ¿cómo acomodamos de manera efectiva un gran restaurante y una cocina comercial que requieren conductos para la grasa y sistema aire forzado? Los buenos diseños indican que estos sistemas deben dirigirse hacia el techo, pero instalar un conducto con ejes medidos para un inquilino que aún no existe puede resultar una difícil decisión financiera. En situaciones como estas, necesitamos resaltar los beneficios y las desventajas al propietario del edificio, con el fin de tomar una decisión bien informado.

Chung: Los edificios híbridos demasiado altos necesitan consideraciones de diseño únicas. Desde un punto de vista conceptual tempano, los sistemas como el mecánico, el de plomería y el de protección contra incendios deben coordinarse cuidadosamente con el arquitecto con el fin de ubicar las zonas de presión correctas en conjunto con las fugas de uso del edificio y con el grupo de elevadores. El sistema eléctrico también presenta retos similares en lo que respecta a la ubicación de las bóvedas de instalaciones y las cantidades para reducir la caída de voltaje, el tamaño de los conductos y los costos generales.

Holdener: Este tipo de proyectos necesita zonas de presión múltiple para los diferentes sistemas de plomería, protección contra incendios y tuberías para el agua del HVAC. Los sistemas de las bombas y las clases de presión/programas de las tuberías deben diseñar y especificarse de una manera apropiada. El efecto chimenea también debe considerarse con respecto a la presurización del edificio y el diseño del sistema de ventiladores. Dependiendo de la altura del edificio y de las temperaturas ambiente frente a las interiores, el efecto chimenea puede contribuir en gran parte a la presión estática del sistema para aquellos sistemas que trabajan en una gran parte vertical del edificio. Por ejemplo, el proyecto de un edificio híbrido con un hotel de 30 pisos y un edificio de oficinas de 70 pisos conectados en la basa con una plaza comercial común, tiene el potencial de crear cantidades masivas de movimiento de aire entre las estructuras verticales, por lo general, desde el edificio más pequeño dentro del edificio más alto por medio del área comercial. Este reto de diseño necesita abordarse mediante sistemas arquitectónicos, así como sistemas mecánicos, con el fin de obtener resultados exitosos. El suministro vertical y los elevadores de aire de escape no deben ser continuos desde la parte superior a la inferior del edificio. Los sistemas de aire verticales deben segmentarse en elementos verticaes más pequeños que minimicen el efecto chimenea.

CSE: Describa el programa o las herramienta par la detección de choque que haya utilizado en un edificio híbrido, y cómo es que éste resolvió los choques mecánicos, eléctricos, de plomería, de detección de incendios y estructurales.

Pomerantz: Los documentos se producen en Autodesk BIM Revit, y la detección de choque se lleva a cabo con Autodesk Navisworks. El aspecto más importante a considerar sobre la detección de choques es el establecer metas realistas. Debe entenderse que los planos de consulta no son los planos definitivos, ya que, al final, los contratistas tienen la responsabilidad de crear documentos libres de choques con base en el equipo adquirido e instalado en lugares ligeramente diferentes a los que se muestran en los documentos de la construcción.

Chung: La compra del programa de detección de choques y del modelador en 3-D por parte de los arquitectos e ingenieros, le ha permitido a los diseñadores entender dónde existen problemas físicos y facilitar una solución para estos. Sin embargo, hay un argumento de que el proceso de diseño se vuelve más lento debido a que el programa modelador 3-D se encuentra en pañales. Sin embargo, a medida que su prevalencia aumenta, con suerte, los programas se volverán más rápidos y avanzados, para así poner mayor interés en el proceso de diseño y tener una reducción de problemas de coordinación durante el proceso de construcción.

Holdener: Hemos utilizado Revit MEP junto con Navisworks para la detección de choques en los proyectos. Esto nos permitió identificar ubicaciones múltiples donde existieron choques, no sólo dentro de las disciplinas MEP, pero también con las disciplinas arquitectónicas y estructurales. Estas detecciones de choque le permitieron al equipo de diseño remediar los choques antes de que el contratista obtuviera el proyecto, de manera que pudiera entregar un juego de documentos más coordinado y evitar la solicitud potencial futura de información (RFI). El proceso de detección de choques es crítica para el éxito del procedimiento de coordinación. Por ejemplo, si el proceso no incluye los filtros y parámetros de detección de choque apropiados, los "choques" pueden llegar a ser hasta de miles. La situación puede paralizar el proceso, lo que puede provocar que el equipo se lleve más tiempo tratando con el número de artículos del informe de choques que abordando los problemas de coordinación reales. Hemos descubierto que utilizar una combinación del programa Revit y Navisworks con equipos "de detección de choques" experimentados proporciona el enfoque óptimo para la coordinación y detección de choques.

Lasse: Por mucho tiempo, los contratistas han utilizado programas tales como AutoCAD MEP y Navisworks para generar planos definitivos y coordinar las diferentes disciplinas durante la construcción. En la actualidad, Revit es el programa obligatorio para el arquitecto, el ingeniero MEP y el ingeniero estructural, durante la etapa de diseño. El proceso para generar estos modelos 3-D y asegurar una coordinación apropiada con el contratista es particular en cada uno de los proyectos. Hemos aprendido que lo mejor es contar con el contratista y el subcontratista y que estén comprometidos con el proyecto durante la etapa de diseño, con el fin de asegurar una coordinación más ágil, así como modelos más exactos para el edificio. Encontrar maneras para unir esfuerzos durante la fase de modelaje resulta ser eficiente y tiene sentido. ¿Por qué es necesario crear un modelo con el programa Revit en la etapa de diseño y hacer que el contratista genere un modelo 3-D aparte durante la etapa de construcción? Todos necesitamos trabajar juntos.

CSE: Cuando se está trabajando con la conectividad vertical en edificios altos, ¿cuáles son los retos a los que se enfrenta y cómo pueden resolverse?

Holdener: Un conjunto de tuberías y conductos del sistema MEP es esencial, ya que de lo contrario, el diseño y la construcción incluirían la compensación de las tuberías y los conductos, algunos de los cuales pueden ser relativamente grandes. Deben mantenerse los espacios clasificados para incendios de los elevadores de los conductos, lo cual se agrega al alcance general y al tamaño físico de estas compensaciones. Cada cambio en la dirección o el espacio, incrementa la presión estática o la presión del sistema, que los sistemas de ventilación o bombas deben soportar, respectivamente. Para los proyectos de edificios híbridos con zonas residenciales encima zonas comerciales, necesitan considerarse los sistemas verticales para ambos usos. Por ejemplo, cada vez que el ducto de escape de grasa de una cocina comercial cambie de dirección, el código solicita una limpieza accesible. Para los sistemas de drenaje por gravedad, tal como los residuos sanitarios y de la lluvia, los cambios en dirección tienden a alentar el flujo en la tubería, lo que podría aumentar el riesgo de tapones de las tuberías, así como el sonido de éstas— un aspecto importante a considerar en los proyectos residenciales. Es importante abordar las cantidades, la conectividad vertical y los impactos relacionados con el propietario, arquitecto, contratista y otros miembros del equipo, desde etapas tempranas de la planeación del proyecto, de manera que las direcciones de diseño se lleven a cabo con la debida consideración del impacto potencial sobre el proyecto. El impacto de las compensaciones verticales en los múltiples sistemas MEP no se limita al diseño de estos ni a los problemas de coordinación. Cada compensación agrega longitud horizontal a los sistemas MEP, espacios arquitectónicos y a los marcos estructurales no comunes. Todo esto se agrega al primer costo del proyecto mientras se reduce la calidad y la eficiencia de la energía.

Lasse: La regla de oro en el diseño de edificios altos en apilar, apilar y apilar un poco más. Los baños y las cocinas de las residencias deben alinearse lo más posible de un piso a otro para ahorrar de manera significativa en costos relacionados con MEP (en específico costos de plomería) y reducir también la congestión en techos y las alturas máximas de los techos. Los ejes verticales para el aire forzado y de escape también son componentes esenciales que deben apilarse, con el fin de debilitar extensiones costosas de los ejes de forma horizontal. Los desafíos de coordinación masiva y construcción yace en los edificios que no tienen conectividad vertical, y en que los ingenieros MEP necesitan educar y recordarle a los arquitectos este aspecto, muy amenudo.

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