Thermographic Digital Twin for Proactive Fire-Risk Prediction in Legacy Residential Electrical Installations: A Systematic Review and Transferability Framework for Ageing Housing and Buildings in Peru

Resumen Técnico: Gemelo Digital Termográfico para la Predicción Proactiva de Riesgo de Incendio en Instalaciones Eléctricas Residenciales Heredadas

Contexto del Problema y Brecha de Investigación
Los incendios residenciales de origen eléctrico representan un riesgo significativo para la seguridad pública, particularmente en viviendas con infraestructura envejecida. En contextos de ingresos altos como el Reino Unido, muchas existencias de vivienda preceden a las regulaciones modernas de seguridad por sobrecarga (p. ej., BS 7671), lo que las deja vulnerables ante puntos calientes no detectados en paneles de distribución y empalmes. En contextos de ingresos medios como Perú, el riesgo se ve agravado por la coexistencia de viviendas formales envejecidas y asentamientos informales con conexiones eléctricas no reguladas. Las estrategias de mitigación actuales son mayoritariamente reactivas, basándose en inspecciones periódicas o alarmas que se activan solo después de que un fallo se manifiesta o un incendio ha comenzado.

Si bien la termografía infrarroja combinada con el aprendizaje automático (machine learning) ha demostrado una alta precisión de clasificación (79.8%–94%) en entornos industriales y subestaciones eléctricas, y los gemelos digitales se utilizan cada vez más para la gestión de incendios a escala urbana, persiste una brecha crítica. La literatura carece de estudios que integren explícitamente: (a) modelado termográfico 3D de instalaciones eléctricas residenciales heredadas, (b) predicción de puntos calientes con varios días de antelación mediante aprendizaje automático, y (c) un protocolo validado para transferir estas tecnologías a las condiciones regulatorias, climáticas y de materiales de países de ingresos medios como Perú.

Metodología
Este trabajo emplea una revisión sistemática de la literatura siguiendo las directrices PRISMA 2020, adaptadas para un objeto de estudio tecnológico. La estrategia de búsqueda consultó bases de datos que incluyen Scopus, ScienceDirect, MDPI, Nature/Springer y repositorios especializados en riesgos de desastres utilizando operadores booleanos que combinan "gemelo digital" (digital twin), "termografía infrarroja", "fallo eléctrico/incendio" y "residencial/vivienda".

• Elegibilidad: La revisión incluyó artículos revisados por pares publicados entre 2017 y 2026 con DOIs verificados. Se excluyeron las fuentes que carecían de respaldo científico, que se centraban exclusivamente en incendios forestales sin componentes de infraestructura eléctrica, o que eran de carácter promocional.
• Análisis: Se analizaron trece fuentes verificadas a través de tres ejes: termografía/ML para el diagnóstico eléctrico, gemelos digitales en infraestructura y riesgo de incendio en viviendas heredadas/informales. Se extrajeron datos de rendimiento cuantitativo (precisión, sensibilidad) donde estuvieron disponibles.
• Desarrollo Conceptual: Basándose en la síntesis, los autores desarrollaron una arquitectura conceptual y un marco de transferibilidad, especificando herramientas recomendadas tales como cámaras termográficas portátiles (320x240 píxeles), software BIM para el modelado 3D, almacenamiento en la nube para series temporales y librerías de aprendizaje automático de potenciación de gradiente (p. ej., XGBoost).

Contribuciones Clave y Arquitectura Propuesta
El estudio realiza tres contribuciones primarias:

1. Síntesis Sistemática: Una matriz de comparación cuantitativa de trece estudios, destacando que, si bien los modelos de termografía industrial alcanzan hasta un 94% de precisión, estos no abordan el tiempo de espera específico o el contexto residencial requerido para la prevención proactiva de incendios.
2. Arquitectura Conceptual: Una arquitectura de gemelo digital termográfico predictivo de cuatro capas, diseñada específicamente para instalaciones residenciales heredadas:
   • Capa Física: La instalación eléctrica residencial real y la inspección termográfica in situ.
   • Capa de Datos: Integración de modelos geométricos 3D (BIM) y series temporales térmicas/eléctricas en una base de datos en la nube.
   • Capa Predictiva: Un gemelo digital actualizado continuamente utilizando aprendizaje automático supervisado para clasificar el riesgo frente a umbrales de temperatura críticos.
   • Capa de Decisión: Traducción de la clasificación de riesgo en alertas proactivas y recomendaciones de mantenimiento correctivo.
3. Marco de Transferibilidad: Un protocolo explícito para adaptar la arquitectura a Perú. Este marco ajusta cuatro factores específicos: temperaturas ambientales más altas en Lima, mayor carga eléctrica doméstica (p. ej., cocinas eléctricas), calidad de material de cableado generalmente menor en instalaciones informales/de bajo costo, y el marco regulatorio específico (Código Nacional de Electricidad-Utilización) en lugar de BS 7671.

Resultados
La síntesis confirma que los componentes individuales del sistema propuesto (termografía, modelado 3D, ML de potenciación de gradiente) poseen evidencia de un desempeño favorable en dominios relacionados. Sin embargo, la revisión identificó que ningún origen existente combina estos elementos específicamente para la predicción proactiva del riesgo de incendio en instalaciones eléctricas residenciales heredadas con un protocolo de transferibilidad para un país de ingresos medios. La arquitectura propuesta se posiciona como una contribución conceptual original en lugar de una replicación de un sistema validado empíricamente en este dominio exacto.

Significancia y Limitaciones
El artículo concluye que la evidencia disponible respalda la factibilidad técnica del enfoque propuesto. La significancia radica en integrar la termografía, el aprendizaje automático y los conceptos de gemelo digital en un solo marco adaptado para viviendas envejecidas, ofreciendo una base metodológica para la futura validación empírica en el Reino Unido y Lima Metropolitana.

Los autores mantienen una postura modesta respecto al estado actual del trabajo:

• La arquitectura propuesta es una síntesis conceptual y no ha sido validada empíricamente en el campo por los autores.
• Las métricas de rendimiento cuantitativo específicas para instalaciones residenciales heredadas en el Reino Unido o Perú aún deben establecerse mediante estudios primarios posteriores.
• El enfoque es aplicable principalmente a edificios multifamiliares con paneles de distribución accesibles o viviendas unifamiliares con acceso documentado; la extensión a viviendas informales sin paneles accesibles se identifica como una línea para futuras investigaciones.

Este trabajo sirve como un paso fundacional, proporcionando la base técnica y metodológica necesaria para guiar la siguiente etapa de la investigación: la validación empírica de campo.