O Impacto do Uso do CAD 3D na Construção de Edifícios.

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA POLITÉCNICA Pós-Graduação Disciplina PRO5768 Sistemas de Informação na Produção Rita Cristina FERREIRA Departamento de Engenharia Civil Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (POLI-USP), Av. Prof. Almeida Prado, trav.2 nº. 83 CEP São Paulo SP Brasil, Marcelo S. de Paula PESSÔA Departamento de Engenharia de Produção Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (POLI-USP), Av. Prof. Almeida Prado, 531-2º andar, São Paulo SP Brasil, O Impacto do Uso do CAD 3D na Construção de Edifícios. Tema Impactos e Tendências da TI: Impacto sobre organizações, indivíduos e sociedade. Resumo O objetivo deste artigo é discutir o atual estado do uso de sistemas CAD 3D na construção de edifícios e, conseqüentemente, quais os impactos efetivos que a implantação destes sistemas poderiam gerar sobre as empresas e, eventualmente, sobre o subsetor. A construção de edifícios é um dos subsetores do macro-setor da construção civil, que, por sua vez, é responsável por uma parcela significativa da economia do país, com participação de 15,5% do PIB nacional, segundo o último levantamento do CONSTRUBUSINESS 2003 (FIESP, 2003). Nesta pesquisa, através do Plano Estratégico para Ciência, Tecnologia e Inovação na área de Tecnologia do Ambiente Construído com ênfase na Construção Habitacional (ANTAC, 2002), identificaram-se tendências de mudança na organização do macro-complexo da construção. Dentre as quais, destacou-se o uso de PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/2005 1

2 tecnologias da informação, como motor para a melhoria do setor, tendo como um dos destaques o uso de sistemas CAD 3D. Palavras-chave: Sistemas CAD 3D, Construção de Edifícios, Impactos de Tecnologias da Informação. 1 INTRODUÇÃO A indústria da construção civil é um dos setores da economia responsável por 15,5% do PIB nacional (FIESP, 2003), sendo também responsável pela maior massa de empregos diretos (3,92 milhões em 2001). Os 15,5% do PIB que o setor representa são divididos em: 4,9% em materiais de construção, 0,8% para outros materiais, 0,2% para máquinas e equipamentos, 0,5% em serviços ligados às atividades imobiliárias e manutenção de imóveis e 9,1% representam construção de edificações (estimadas em 5%) e construção pesada (FIESP, 2003). Portanto um dos subsetores mais importantes é o da construção de edificações. Ao mesmo tempo, o déficit habitacional no país cresce ano após ano: 5,18 milhões em 1997, 5,26 milhões em 1998, 5,21 milhões em 1999 (FIESP, 2001) e 6,65 milhões em 2000 (FIESP, 2003), acumulando 41,5% de 1991 a 2000 (FIESP, 2003). Contraditoriamente à relevância que o setor representa, um dos fatores que dificultam o atendimento à demanda por habitação está relacionada à produtividade da construção de edifícios. Conforme estudo realizado pela empresa de consultoria Mckinsey Global Institute (BAILEY, 1998), a produtividade do setor da construção de edifícios no Brasilé de 35% da produtividade americana. Estudos apontam como um dos responsáveis pelo baixo desempenho do setor problemas relacionados à gestão do processo de projeto. Na tentativa de buscar soluções para essas questões, o governo federal apoiou a elaboração de um Plano Estratégico para Ciência, Tecnologia e Inovação na área de Tecnologia do Ambiente Construído com ênfase na Construção Habitacional PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/2005 2

3 (ANTAC, 2002), juntamente com um estudo de tendências de mudança na organização do macro-complexo da construção. Dentre essas tendências, encontra-se o uso de tecnologias da informação, que apresentam relações positivas para para a melhoria do setor, tendo como um dos destaques o uso de sistemas CAD 3D. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é discutir como está o uso de sistemas CAD 3D no desenvolvimento de projeto para a construção de edifícios e, conseqüentemente, quais os impactos efetivos que a implantação destes sistemas poderiam gerar sobre as empresas e, eventualmente, sobre o subsetor. 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Os mais recentes estudos indicam que a maior parte dos projetos ainda são desenvolvidos em duas dimensões, na construção civil de edifícios, mesmo com a utilização de ferramentas computacionais (EASTMAN et alli, 2002; CODINHOTO e FERREIRA, 2004), através do mesmo método de representação gráfica que se faz na prancheta tradicional. Lockhardt (2000) apresenta um esquema simplificado do processo de projeto, conforme apresentado na figura 1: PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/2005 3

4 Figura 1 Processo de Projeto (LOCKARDT, 2000) O que se observa no processo tradicional da construção civil, é que cada passagem pela atividade de processo de decisão tem-se como resultado um conjunto de plantas, cortes e elevações, que representam a síntese das atividades anteriores, que se processam em geral na mente do projetista ou através de croquis parciais desse pensamento. O uso de um modelo tridimensional em CAD teria o propósito de explicitar a imagem do objeto de projeto. Vários benefícios são apontados por pesquisadores a cerca do uso do CAD 3D, em substituição ao CAD 2D (EL-MASHALEH e O'BRIEN, 2004). Dentre essas vantagens, destacam-se: registros formais do espaço, geração automática dos documentos bidimensionais, verificação de interferências geométricas, renderização, facilidade de visualização, apoio ao projeto (CAE computer aided engineering ), extração automática de quantidade de material (especialmente os volumétricos), dentre outros. O governo americano apoiou uma pesquisa no NIST (National Institute of Standards and Technology, THOMAS, MACKEN, LEE, 2001) em que se buscou avaliar o impacto de algumas tecnologias da informação utilizadas na fase de projeto em relação ao desempenho na produção. Dentre essas tecnologias, estudou-se o uso do CAD 3D. A pesquisa concluiu relações diretas entre o uso de TI na fase de projeto e o desempenho positivo na obra. Entretanto, uma das barreiras que recorrentemente são identificadas para justificar a não utilização dessa tecnologia é a resistência do setor para o uso de novas tecnologias (JEAGEAS e PUT, 2001; BRITO, 2001; EL-MASHALEH e O'BRIEN, 2004), quase que se caracterizando como parte do perfil dos profissionais da construção civil de edifícios. Esse fator também tem colaborado para justificar o baixo desempenho do setor, numa situação que cria um círculo vicioso, em que os profissionais são de baixa qualidade, investem pouco em sua capacitação, que, por conseguinte, dificultam a introdução de novas tecnologias. PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/2005 4

5 3 CAD 2D E CAD 3D O CAD 2D é caracterizado pela elaboração de plantas, cortes e elevações, para subsidiar o processo de análise durante o desenvolvimento de projetos da construção de edifícios. Este processo de análise, em geral, envolve a reconstrução mental do modelo no espaço. Essa é uma das diferenças entre o CAD 2D e o CAD 3D. Enquanto no primeiro método o modelo espacial é elaborado mentalmente, através de um processo de inferências sobre a documentação bidimensional, no CAD 3D, esse espaço passa a ser expresso formalmente (FERREIRA e SANTOS, 2004). Essa característica (formalidade) possibilita a troca de informações mais precisas, especialmente quando há mais de um envolvido no projeto. Entende-se também que, mesmo no caso de um projeto que envolva apenas um interveniente (se houvesse), o uso do CAD 3D também traria vantagens, na medida em que os registros do espaço formalmente possibilita a memorização do desenvolvimento do projeto. Tomando-se por referência o esquema proposto por Lockhardt (2000), conforme a Figura 1, e o entendimento de que o CAD 2D trabalha recursivamente sobre a mentalização do espaço e o CAD 3D possibilita a formalização do espaço, podese entender os dois processos conforme mostra a Figura 2, a seguir. PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/2005 5

6 Figura 2 Comparação do método 2D e 3D em relação ao processo de projeto (adaptado de LOCKHARDT (2000) e FERREIRA e SANTOS (2004). Alguns estudos apontam que a tecnologia de CAD 3D é mais eficaz em termos de auxílio ao projeto e mesmo em tempo, considerando-se o processo como um todo e não a modelagem isoladamente, do que as tecnologias tradicionais (KAMAT e MARTINEZ, 2000; FERREIRA et al., 2004). O estudo de FERREIRA e SANTOS (2004), feito sobre o mesmo caso de Ferreira et al. (2004), apontou também uma eficiência no fator tempo maior da aplicação do CAD 3D no desenvolvimento de projetos do que o CAD 2D, mesmo em projetos de menor complexidade. Entretanto, apesar das pesquisas acadêmicas em torno do CAD 3D e de outras tecnologias que derivam desta (CAD 4D, VRML, por exemplo), observa-se no contexto da prática profissional, um baixo índice de utilização dessa ferramenta, no desenvolvimento de projetos na construção de edifícios, no Brasil. Em pesquisa realizada por Codinhoto e Ferreira (2004), foram aplicados questionários a um grupo de profissionais ligados à construção civil de edifícios, na cidade de São Paulo, com o objetivo de obter um quadro do uso de tecnologias da informação no subsetor. Esta pesquisa, que utilizou contato pessoal dos pesquisadores com os respondentes e envio de questionários por e- PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/2005 6

7 mail, envolveu 38 profissionais, sendo que 14 efetivamente retornaram os questionários. No que se refere especificamente ao uso de CAD, os resultados foram os seguintes: 11 dos profissionais utilizam o software AutoCAD da Autodesk; Apenas 01 utiliza modelagem tridimensional; Todos os profissionais utilizam computadores pessoais com sistema operacional Windows da Microsoft Corporation. Esta amostra fora retirada dos registros da empresa que será objeto do estudo de caso, a seguir descrito. Como poderá ser visto logo a seguir, apesar de a amostra ser pequena, do grupo fazem parte os principais profissionais contratados por empresas de construção de edifícios verticais na cidade de São Paulo importantes economicamente. Por fim, poder-se-á concluir que a inserção do CAD 3D na construção de edifícios confirma outras pesquisas em que se afirmam o baixo índice de utilização dessa tecnologia no desenvolvimento de projetos. 4 ESTUDO DE CASO A fim de obter dados mais precisos sobre o uso do CAD 3D, procurou-se nesta pesquisa levantar dados sobre um maior número de projetos que pudessem constituir um universo significativo de análise. Nesse sentido, buscaram-se dados num escritório de desenvolvimento de projetos de vedações, que mantém contato com escritórios de outras especialidades, para a elaboração de seu projeto. Este escritório, que é pioneiro na prestação dos serviços de projetos de vedações em alvenaria e em gesso acartonado, desenvolve seus projetos há 12 anos utilizando recursos de modelos tridimensionais. Entre 1993 e 1996, estes modelos eram estruturas de arame simples, sem volume. A partir de 1996, com o avanço do software que é PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/2005 7

8 base para os serviços do escritório (o AutoCAD), passou a utilizar a modelagem de sólidos para o desenvolvimento de seus projetos. O escritório está situado na cidade de São Paulo e já prestou serviços para 83 construtoras no estado, tendo sido a maioria (79) na cidade de São Paulo. Para se ter uma avaliação da representatividade dessas empresas, buscou-se saber quantas construtoras há no mercado da cidade e do estado de São Paulo. Não foi possível conseguir dados específicos sobre o assunto, mas apenas dados indiretos, através de outras fontes. Assim, buscou-se o total de empresas de serviços e obras qualificadas no sistema PBQP-H (Programa Brasileiro de Qualidade e Produtividade do Habitat). O número de empresas qualificadas neste programa em 2005 (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2005) é de 1256, estando em processo de qualificação outras 3000, no ano de No Estado de São Paulo, o total de empresas qualificadas é de 259, representando cerca de 20% do total. Desse total mais de 40 constam dos cadastrados da empresa deste estudo e 27 já foram ou são clientes efetivos. Assim, das 83 construtoras já clientes da empresa, 27 estão qualificadas por um programa nacional de qualidade. Ao prestar serviços para essas construtoras, a empresa objeto deste estudo de caso manteve troca de informações em projeto com 159 outras empresas e ou profissionais de projeto. Deste universo, apenas uma empresa de projeto de estrutura trocou dados em modelos tridimensionais com a empresa em questão, durante a fase de projeto. Em entrevista com esta empresa de projetos de estrutura, foi questionada a prática de uso do modelo tridimensional durante a fase de projeto. A projetista informou que o modelo é utilizado apenas para uma análise visual do conceito adotado, eventualmente com o uso de alguns recursos de apresentação de deformações feita pelo próprio software utilizado. O modelo tridimensional também é fornecido para alguns raros clientes que utilizam o modelo para o setor de marketing. Não há registros, segundo a projetista, do uso do modelo para troca de informações entre os envolvidos no desenvolvimento de projetos PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/2005 8

9 (arquitetura, instalações ou outros), a não ser na ocasião em que esteve envolvida com a empresa de projetos deste estudo de caso, em que o modelo também foi utilizado para simples visualização. Considerando que outros escritórios de projeto de estrutura utilizam o mesmo software que a empresa entrevista acima, é possível inferir que os mesmos procedimentos durante o desenvolvimento de projetos também ocorram. Porém, o escritório entrevistado afirmou que estes são recursos do software considerados avançados, na visão dos projetistas, sendo uma tarefa exclusiva do engenheiro sênior, portanto, não disseminada no processo de desenvolvimento do projeto estrutural. Em contato com alguns dos escritórios de arquitetura, em especial, obteve-se a informação de que estes geram modelos tridimensionais na fase de concepção do produto, para efeito de visualização junto à equipe de marketing. Este modelo, em geral, não sofre evolução para o tratamento durante a fase de detalhamento (e de engenharia). A empresa do estudo de caso relata também a experiência pontual de troca de informações com um fornecedor de pré-fabricados, utilizando o modelo tridimensional. Neste caso, para a compatibilização como projeto de vedações, a empresa solicitou ao fornecedor o envio do modelo que esta informou estar utilizando para uso na produção das peças pré-fabricadas. Assim, além do escritório objeto deste estudo de caso, não houve outras experiências, além das descritas, juntamente com os escritórios envolvidos em seus projetos do uso de modelagem tridimensional. Este quadro representa a baixíssima utilização desssa tecnologia, apesar de ser considerada plenamente desenvolvida e madura. 5 DISCUSSÃO O CAD 3D constitui a base para mudanças de paradigma mais importantes, que incluem a adoção de abordagens como a exemplo da engenharia simultânea ou PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/2005 9

10 engenharia concorrente (KUNZ et al. 1998; YAZDANI e HOLMES, 1999). Além disso, observa-se que o CAD 3D possibilita o avanço de outras tecnologias. Dentre essas tecnologias, destacam-se o uso do CAD 4D (CAD 3D + tempo) (THABET et al., 1999; FISCHER e KAM, 2002, FISCHER e KUNZ, 2004), CAD 5D (CAD 3D + tempo + custo) (LEE et al., 2003, AKBAS et al., 2001), controle do processo de projeto e do seu desempenho (SONGER et al., 2000), aplicações de simulação usando realidade virtual (SAMPAIO, 2005). A integração da informação gerada pelo processo de projeto depende, em última instância, da formalização do espaço. Desta forma, é possível que esta informação possa ser compartilhada, rastreada e mesmo desdobrada em outras funções e aplicações do processo de desenvolvimento do produto. Estes benefícios mais evidentes, por fim, têm o potencial de propiciar melhorias para o setor, especialmente em termos de qualidade do produto e de produtividade. Nesse sentido, é importante vencer as barreiras que inibem de um modo geral o uso das tecnologias da informação, justificando plenamente a identificação apontada no Plano Estratégico para Ciência, Tecnologia e Inovação na área de Tecnologia do Ambiente Construído com ênfase na Construção Habitacional (ANTAC, 2002) ao estímulo ao uso da modelagem tridimensional, que indica algumas ações políticas, a saber: Qualificação dos recursos humanos; Integração da cadeia produtiva; Mecanismos de financiamento para o setor; Desenvolvimento de condições ambientais e estruturais para a inovação em todos os seus aspectos, incluindo a remoção de obstáculos à integração. PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/

11 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS Estudos demonstram que o CAD 3D é uma das tecnologias que se relaciona diretamente com a melhorias no processo de desenvolvimento do produto (desde concepção a detalhamento do projeto) e no processo de produção. Devido à capacidade de grandes desdobramentos em outras tecnologias, o investimento em CAD 3D pode ser considerado como base para o processo de mudanças de paradigmas, necessárias para suportar novas abordagens (como a engenharia simultânea ou colaborativa, gestão integrada de processos etc.). Acredita-se fortemente que a existência de estudos voltados para políticas estratégicas, que apontam o investimento em CAD 3D como um dos mecanismos para inovação no sub-setor, devam colaborar significativamente nesse processo. Neste caso, ações como o do PBPQ-H (Programa Brasileiro de Qualidade e Produtividade do Habitat) demonstra avançar nos objetivos destas políticas, promovendo a adoção de ferramentas de gestão da qualidade, através da qualificação de empresas do setor. Um dos subprogramas do projeto está voltado para o setor de projetos, chamado de SiQ-Projetos (Sistema de Qualificação para Empresas de Projetos), atualmente em discussão da sociedade, complementando as ações do SiQ-Construtoras (Sistema de Qualificação de Construtoras), inseridos nos PSQs (Programas Setoriais de Qualidade). Por fim, este quadro mostra que as discussões em projeto propriamente dito estão apenas começando, mas que dependem de ações políticas estruturadas junto ao mercado. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AKBAS, R.; FISCHER, M., KUNZ, J.; SCHWEGLER, B. "Formalizing Domain Knowledge for Construction Zone Generation." IT in Construction in Africa. Africa do Sul, ANTAC, Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído. Plano Estratégico para Ciência, Tecnologia e Inovação na área de Tecnologia do Ambiente PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/

12 Construído com ênfase na Construção Habitacional. Ed. Formoso, Carlos Torres Porto Alegre, RS, Brasil: NORIE/UFRGS, BAILEY, M. et alli. Will Brazil Size its Future? The Mckinsey Quarterly, Mckinsey Global Institute, nº 3, p BRITO, A. M. do A. Diretrizes e Padrões para Produção de Desenhos e Gestão do Fluxo de Informações no Processo de Projeto Utilizando Recursos Computacionais. Porto Alegre, Brasil: Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Dissertação de Mestrado. CODINHOTO, R.; FERREIRA, R. C. (Coordenador). Projeto Integrado para a Produção de Edifícios: Relatório Individual de pesquisa. São Paulo, Brasil, DWG Arquitetura e Sistemas e FAPESP, EASTMAN, C., SACKS, R., and LEE, G. "Strategies for Realizing the Benefits of 3D Integrated Modeling of Buildings for the AEC Industry." International Symposium on Automation and Robotics in Construction, 19th (ISARC). Gaithersburg, Maryland, EL-MASHALEH, M. S., O'BRIEN, W. "An Empirical Study Relating Construction Firm Performance and IT Utilization." Disponível em Acesso em 15/01/ FERREIRA, R. C.; SANTOS, E. T,; CODINHOTO, R. "Comparação entre os Resultados de Percepção de Problemas Relacionados à Compatibilização Geométrica em Projetos para Produção de Vedações, Usando CAD 2D e CAD 3D." TIC 2005: Tecnologia da Informação e Comunicação na Construção Civil. Anais... São Paulo, p. FERREIRA, R. C,; SANTOS, E. T.. "Comparação do Tempo de Desenvolvimento do Projeto de Vedações e Compatibilização em Sistemas CAD 2D e CAD 3D." IV WBGPPCE 2004 Workshop Brasileiro de Gestão do Processo de Projeto na Construção de Edifícios. Rio de Janeiro, PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/

13 FIESP - Federação das Indústrias do Estado de São Paulo. ConstruBusiness 2001: 4º Seminário da Indústria Brasileira da Construção. São Paulo, FIESP - Federação das Indústrias do Estado de São Paulo. ConstruBusiness 2003: 5º Seminário da Indústria Brasileira da Construção. São Paulo, FISCHER, M.,; KAM, C.. PM4D Final Report. Stanford: CIFE - Center for Integrated Facility Engineering, Stanford University, FISCHER, M.; KUNZ, J. The Scope and Role of Information Technology in Construction: CIFE Technical Report 156. Center for Integrated Facility Engineering, Stanford University, JERGEAS, G.; PUT, J. Van der. "Benefits of Constructability on Construction Projects." Journal of Construction Engineering and Management. Vol. 127, nº 4, 2001, pág KAMAT, V., MARTINEZ, J.. "3D visualization of construction processes and products." Construction Information Technology Taking the construction industry into the 21st century. Reykjavik, Iceland, KUNZ, J. C.; LEVITT, R. E.; JIN, Y.. "The Virtual Design Team: A Computational Simulation Model of Project Organizations." Communications of the Association for Computing Machinery, pág LEE, A.; MARSHALL-POINTING, A.J.; AOUAD, G.; WU, S.; KOH, W. W. I.; Fu, C. COOPER, R.; BETTS, M. KAGIOGLOU, M.; FISHER, M. Developing a Vision of nd- Enabled Construction. UK: Construct IT, University of Salford, LOCKHARD, S. D.; JOHNSON, C. M. Engineering design communication: conveying design through graphics." USA: Prentice-Hall, PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/

14 MINISTÉRIO DAS CIDADES, Governo Federal. Empresas de Serviços e Obras qualificadas no SiQ. Disponível em Acesso em 10/09/ SAMPAIO, A. Z., HENRIQUES, P., STUDER, P. "Learning Construction Processes Using Virtual Reality Models." ITcon. Vol p SONGER, A D, and SUBRAMARIAN, P S, DIEKMANN, J E. "Integrating workflow modeling and 3D CAD for visualizing project performance." Construction Information Technology 2000: Taking the construction industry into the 21st century. Reykjavik, Iceland, 2000; Disponível em THABET, W. Y.; WAKEFIELD, R. R., WALY, A. F. "Virtual construction for automated schedule generation." Information technology in construction. Vol. 4, THOMAS, S. R.; MACKEN, C. L.; LEE, S.-H. Impacts of Design/Information Technology on Building and Industrial Projects. National Institute of Standards and Technology, EUA, YAZDANI, B.; HOLMES, C. "Four Models of Design Definition: Sequential, Design Centered, Concurrent and Dynamic." Journal of Engineering Design. Vol. 10, nº 1, p PRO-5768 Sistemas de Informação na Produção - Artigo_final.doc - 11/9/

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