Desarrollo de un programa en Dynamo-Revit para automatizar el cálculo de caída de tensión en los sistemas eléctricos, utilizando la metodología BIM

Abstract

Esta investigación aborda una deficiencia sistemática documentada en el flujo de trabajo de la metodología Building Information Modeling (BIM) para instalaciones eléctricas: la imprecisión reconocida del parámetro ElectricalSystem.Length de la API de Revit y la descontinuación oficial de la funcionalidad nativa de cálculo de caída de tensión (Autodesk Community Forums, 2024). Esta problemática, ampliamente reportada por la comunidad de usuarios y desarrolladores en foros especializados, invalida la confiabilidad de los análisis automatizados de caída de tensión dentro del ecosistema BIM. Para resolver este vacío funcional, se desarrolló, implementó y validó una herramienta de automatización en el entorno de programación visual Dynamo, impulsada por scripts de Python. El núcleo metodológico de la solución consiste en abstraer la red de componentes eléctricos del modelo tridimensional como una estructura matemática de grafo dirigido, donde los vértices representan elementos con conectividad (tableros, luminarias, cajas de distribución) y las aristas corresponden a las canalizaciones físicas. La solución implementa una arquitectura algorítmica híbrida de dos fases: Primera fase (trazado físico): Se implementa un algoritmo clásico de las ciencias de la computación, la Búsqueda en Profundidad (Depth-First Search, DFS) con backtracking, que garantiza la exploración completa de todas las ramas del circuito y permite trazar la topología física real con alta precisión, midiendo distancias euclidianas exactas entre conectores. Segunda fase (reorganización lógica): Una vez trazada la topología física, se ejecuta una transformación conceptual mediante un algoritmo de Búsqueda en Anchura Sincronizada (Breadth-First Search, BFS) nivel por nivel, que reorganiza

10

la red física en una jerarquía lógica de cargas. Este algoritmo especializado explora simultáneamente todas las ramas de cada bifurcación, identificando las primeras cargas en cada rama de manera sincronizada, lo que permite construir una estructura que refleja fielmente las relaciones de alimentación eléctrica para el cálculo acumulativo de caída de tensión. Superando obstáculos técnicos como las discrepancias de unidades en la API de Revit, la herramienta enriquece la estructura de datos con los parámetros de potencia y tensión extraídos directamente de las familias del modelo. El cálculo se realiza mediante una fórmula de ingeniería generalizada y adaptable a sistemas monofásicos y trifásicos, aplicando una lógica de reinicio de distancias donde la primera carga se referencia desde el tablero de origen, mientras que las cargas subsiguientes reinician su medición desde el padre físico del nodo anterior. Los parámetros del conductor son consultados de una base de datos externa en formato Excel. Los resultados del análisis son escritos de vuelta en el modelo de Revit y visualizados mediante etiquetas 3D para una validación inmediata. La validación de la herramienta mediante un caso de prueba demostró una precisión del 100% (0.00% de desviación) en comparación con el cálculo manual verificado y una reducción del tiempo de trabajo superior al 95%. Se concluye que la metodología y la herramienta desarrolladas no solo resuelven un problema técnico específico, sino que transforman un flujo de trabajo ineficiente en un proceso de análisis rápido, fiable e iterativo, elevando el valor del modelo de información de construcción (BIM) como un instrumento de ingeniería integral.

This research addresses a systematic deficiency documented in the Building Information Modeling (BIM) workflow for electrical installations: the recognized imprecision of the ElectricalSystem.Length parameter in Revit's API and the official discontinuation of native voltage drop calculation functionality (Autodesk Community Forums, 2024). This problematic, extensively reported by the user and developer community in specialized forums, compromises the reliability of automated voltage drop analyses within the BIM ecosystem. To resolve this functional gap, an automation tool was developed, implemented, and validated within the Dynamo visual programming environment, powered by Python scripts. The methodological core of the solution consists of abstracting the electrical component network from the three-dimensional model as a directed graph mathematical structure, where vertices represent elements with connectivity (panels, luminaires, distribution boxes) and edges correspond to physical conduit pathways. The solution implements a hybrid two-phase algorithmic architecture: First phase (physical topology mapping): A classical computer science algorithm is implemented: Depth-First Search (DFS) with backtracking, which ensures complete exploration of all circuit branches and enables mapping of actual physical topology with high precision by measuring exact Euclidean distances between connectors. Second phase (logical reorganization): Once the physical topology is mapped, a conceptual transformation is executed through a synchronized level-by-level Breadth-First Search (BFS) algorithm, which reorganizes the physical network into a logical hierarchy of loads. This specialized algorithm simultaneously explores all

12

branches of each bifurcation, identifying the first loads in each branch synchronously, enabling the construction of a structure that faithfully reflects electrical supply relationships for cumulative voltage drop calculation. Overcoming technical obstacles such as unit discrepancies in Revit's API, the tool enriches the data structure with power and voltage parameters extracted directly from model families. Calculations are performed using a generalized engineering formula adaptable to single-phase and three-phase systems, applying a distance reset logic where the first load is referenced from the origin panel, while subsequent loads reset their measurement from the physical parent of the previous node. Conductor parameters are consulted from an external database in Excel format. Analysis results are written back into the Revit model and visualized through 3D tags for immediate validation. Validation of the tool through a test case demonstrated 100% accuracy (0.00% deviation) compared to verified manual calculations and a work time reduction exceeding 95%. The conclusion is that the developed methodology and tool not only solve a specific technical problem but transform an inefficient workflow into a rapid, reliable, and iterative analysis process, elevating the value of the Building Information Model as a comprehensive engineering instrument.