APLICAÇÕES DA MODELAGEM 3D: ESTUDO DE CASO DE PRÉDIO EDUCACIONAL DO CAMPUS UEFS

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1 APLICAÇÕES DA MODELAGEM 3D: ESTUDO DE CASO DE PRÉDIO EDUCACIONAL DO CAMPUS UEFS Luis Claudio Alves Borja UEFS-DLA, Departamento de Letras e Artes borja_ensino@yahoo.com.br Diogo Amorim Castro diogod8@hotmail.com Resumo O projeto é uma das principais etapas do processo de produção e fundamental na aquisição da qualidade na construção civil. Entretanto, o modelo tradicional de desenvolvimento de projeto focado na especialização, segmentação e seqüenciamento das atividades, tem apresentado indícios de distanciamento entre teoria e prática. Estas limitações normalmente estão ligadas a características comuns da representação bidimensional (simbolismo, fragmentação e ambiguidade). Propostas de desenvolvimento integrado de projetos e incorporação de novas ferramentas computacionais buscam redução deste distanciamento. A modelagem tridimensional (3D) permite criar modelos virtuais muito parecidos com a edificação real. Este estudo, fruto da orientação do TCC do discente Diogo Amorim Castro do curso de engenharia civil da UEFS, identifica vantagens desta modelagem 3D no processo projetual e como esta pode auxiliar ao projetista para melhor visualização do futuro prédio. O estudo de caso compara modelos 2D e 3D de um prédio educacional, verificando parâmetros de concepção e interpretação do projeto. Concluiuse que no caso estudado a representação em 3D contribui para uma representação mais fiel da informação espacial, diminuindo abstrações, especialmente nas etapas de análise, aproximando o objeto construído do objeto projetado. Palavras-chave: simulação geométrica computacional, modelagem tridimensional, projeto na construção civil. Abstract The project is one of the main stages of the production process and fundamental in the acquisition of quality in construction. However, the traditional model of project development focused on specialization, segmentation and sequencing of activities has presented signs of

2 distancing between theory and practice. These limitations are usually related to common characteristics of two-dimensional representation (symbolism, ambiguity and fragmentation). Proposals for integrated development projects and incorporation of new computational tools seek to reduce this gap. The three-dimensional modeling (3D) allows you to create virtual models closer to actual building. This study was a result of the orientation of the TCC student Diogo Amorim Castro's civil engineering course at UEFS identifies advantages of 3D modeling in the design process and how it can help the designer to better visualize the future building. The case study comparing 2D and 3D models of an educational building, verifying design parameters of the design and interpretation. It was concluded that in the case studied the 3D representation contributes to a truer representation of spatial information, reducing abstractions, especially in the stages of analysis, the constructed object approaching the projected object. Keywords: computational geometric simulation, three-dimensional modeling, design in construction. 1 Introdução A transição de sistemas gráficos computacionais de modelagem bidimensional (2D) para sistemas tridimensionais (3D) e outras ferramentas de Tecnologia da Informação (TI) tem auxiliado projetistas e construtoras a gerenciar a sobrecarga de informações e atingir estes objetivos, equacionado qualidade, prazo e custos (NASCIMENTO, L. A.; SANTOS, E. T., 2003). Este trabalho pretende mostrar algumas destas ferramentas e suas possíveis vantagens no desenvolvimento de projetos de engenharia, com a utilização dos recursos da modelagem geométrica tridimensional assistida por computador. O objetivo principal foi comparar a representação do modelo em 2D com o modelo em 3D, verificando parâmetros como facilidade de leitura de projeto e a observação do conjunto e das partes. Os objetivos específicos foram pautados na análise da aplicação da modelagem gráfica computacional em projetos de engenharia, os benefícios do uso das ferramentas de modelagem escolhidas na compatibilização entre projetos e a identificação de problemas durante o processo de compatibilização. A obra escolhida para o estudo de caso foi o Laboratório de Engenharia da Computação localizado no Campus da Universidade Estadual de Feira de Santana UEFS, situada na BR 116 Norte, Km 03, s/n, cidade de Feira de Santana Bahia. O eixo metodológico desenvolveu-se segunda a revisão bibliográfica através de livros, artigos científicos, teses, dissertações, normas técnicas, periódicos (jornais, revistas, etc.), internet; estudo de projetos já existentes; modelagem bidimensional e

3 tridimensional do empreendimento; observação de campo, com registro fotográfico e finalmente a análise e discussão dos dados. Uma fonte importante foi a Gerência de Projetos e Obras (GEPRO), unidade responsável pelos projetos e obras no campus universitário, que permitiu o acesso as peças gráficas (projetos), memorial descritivo e outras informações sobre a obra. A modelagem do prédio foi feita inicialmente do modelo bidimensional existente nas plantas (baixas, cortes e fachadas), na plataforma do AutoCad. Posteriormente, foi feita a modelagem tridimensional do prédio, no programa Sketchup da Google em sua versão gratuita. A modelagem foi realizada pelo discente Cleberson Queiroz, ex-aluno da disciplina de Computação Gráfica Aplicada a Engenharia, utilizando dois sistemas CAD, o AutoCAD da Autodesk e o Google Sketchup. 2 Aplicações da Modelagem Geométrica Tridimensional na Indústria da Construção Civil 2.1 Do CAD geométrico ao BIM Segundo Ayres Filho e Scheer (2008 p.5), embora tenha se tornado padrão para a indústria da construção, o CAD geométrico ainda apresenta obstáculos para a comunicação eficiente entre os diversos agentes e os processos envolvidos na produção, segundo o qual houve uma substituição de uma ferramenta (prancheta) por sua equivalente mais nova (prancheta eletrônica), sem que houvesse reformulação no processo de produção. Os softwares CADs geométricos, promoverem reconhecidamente uma modernização na elaboração dos desenhos, ao substituírem o processo artesanal anterior, por arquivos digitais e plotagens, eliminando tarefas repetitivas e facilitando a correção dos desenhos (AYRES FILHO e SCHEER, 2008), entretanto, o suporte que eles oferecem ao processo de projeto vai pouco além de uma prancheta melhorada. A idéia de desenvolver simultaneamente o projeto ganhou força com o surgimento de uma nova geração de softwares direcionados ao desenvolvimento integrado de projetos, que deve promover uma mudança radical em todo o processo de produção da construção civil, destacando-se os softwares BIM. Uma viga ou outro elemento, por exemplo, no CAD tradicional é interpretada como um simples desenho geométrico (um conjunto de linhas sem significados), e as características destes elementos são indicadas com um texto adicional na legenda do projeto (ver Figura 1). Nos softwares BIM, o desenho é mais "inteligente", pois ao desenhar uma viga, o projetista atribui propriedades, ou seja, parâmetros (tipo de

4 material, dimensões, tipo de revestimento, resistência etc.), que automaticamente são salvas em seu banco de dados (TÉCHNE, 2007). Figura 1: Comparação entre o CAD e o BIM (REVISTA TÉCHNE, 2007, pg.45). A representação é, portanto, automática. Em outras fases da construção, porém, também é possível extrair informações em outros formatos, como tabelas de quantitativos de material para a equipe de orçamento. Nota-se neste instante, que surge uma enorme vantagem em comparação aos softwares anteriores, pois com o BIM, a simulação de novas idéias fica mais rápida e completa. 2.2 Comparação entre modelos 2D e 3D De acordo com Ferreira (2007), a elaboração de projetos utilizando CAD 3D é mais demorada e complexa, quando comparado com o método bidimensional, entretanto, o maior tempo gasto nesta etapa se transforma em redução de tempo na fase de detalhamento e documentação. Ainda segundo Ferreira (2007), a sequência de atividades do método em 2D compreende a interpretação da representação gráfica, análise, codificação em forma gráfica e (re)interpretação, conferência e correção. Na conferência é preciso reinterpretação da solução gráfica, repetindo o ciclo anterior até a solução final. O autor destaca que este processo de interpretação e codificação do desenho técnico demanda abstrações e poder de análise, o que muitas vezes ocasiona problemas de representação e interpretação. No modelo 3D a interpretação é seguida por um processo em que o projetista modela, visualiza, corrige o modelo, analisa e volta a modelar até que esteja em condições de fazer a codificação final. Assim a maioria dos erros geométricos é verificada simultaneamente à elaboração do projeto (FERREIRA, 2007).

5 Segundo Mikaldo (2006) o modelo 3D permite maior detecção de interferências físicas que o modelo tradicional, reduzindo as incompatibilidades (Figura 2).. Figura 2: Verificação de incompatibilidade no modelo 3D (MIKALDO JÚNIOR, 2006) 3 Apresentação e Análise dos Resultados O uso do modelo 3D permitiu analisar a facilidade de leitura de elementos de projeto, identificação de interferências e necessidade de compatibilização. A Figura 3 ilustra a limitação da representação bidimensional, onde para entender o elemento rufo, requer habilidade de visualização na interpretação da representação gráfica, já que este elemento está representado apenas por linhas, símbolos e textos explicativos. Entretanto, na representação tridimensional (Figura 4) a geometria do elemento é visualizada intuitivamente, reduzindo o esforço mental de abstração. Figura 3: Planta de cobertura destacando o elemento rufo (Adaptado de GEPRO, 2010) Figura 4: Vista do rufo na Modelagem 3D (BORJA & CASTRO, 2010) A Figura 5 também ilustra o modelo de representação fragmentada bidimensional, pois para o melhor entendimento do desenho é preciso analisá-lo em conjunto com outros desenhos.. O modelo 3D (Figura 6), possibilita a interdependência entre as vistas do desenho, garantindo a integração do conjunto e facilitando a compreensão dos elementos construtivos do edifício, profundidades e padrões de acabamento.

6 Figura 5: Representação do edifício em 2D (Adaptado de GEPRO, 2010) Figura 6: Representação do edifício em 3D (BORJA & CASTRO, 2010) Outra vantagem é quantidade imagens que pode extrair do modelo, escolhendo o ângulo, ou o detalhe que se deseja mostrar (Figura 7). Figura 7: Várias vistas do edifício (BORJA & CASTRO, 2010) No modelo 3D, outro diferencial, que se mostra muito útil em projetos de maior complexidade, é a criação de cortes diretamente do modelo (Figura 8 e Figura 9).. Figura 8: Indicação do corte no modelo tridimensional (BORJA & CASTRO, 2010) O mais importante é que estas seções, retiradas do modelo 3D, estarão sempre atualizadas. Qualquer alteração feita no modelo será automaticamente modificada no corte ou na elevação.

7 Figura 9: Corte obtido através do modelo 3D (BORJA & CASTRO, 2010) A modelagem tridimensional também permite criar cenas e animações, conforme (Figura 10) como um passeio virtual que percorre a edificação. Figura 10: Passeio virtual pelo edifício (BORJA & CASTRO, 2010) Com os recursos de criação de animações, ainda podem ser elaborados estudos mais específicos de certa disciplina, como por exemplo, o estudo feito da insolação da edificação (Figura 11). Figura 11: Análise da insolação na edificação (BORJA & CASTRO, 2010)

8 Estes recursos também podem ser aplicados na compatibilização de projetos, como das instalações sanitárias do sanitário do pavimento superior (Figura 12 e 13). Figura 12: Interferência entre instalação sanitária e o forro (BORJA & CASTRO, 2010) Figura 13: Sanitário para deficiente (adaptado de GEPRO, 2010) Na execução das tubulações constatou-se que a caixa sifonada ficou abaixo da linha do forro e com interferência também na esquadria (Figura 14). Figura 14: Modelagem da interferência instalação sanitária (BORJA & CASTRO, 2010) Esta incompatibilidade ocorreu devido à falha na execução, já que este nem sequer executou como projetado. A solução encontrada em obra foi um ajuste que cortou parte do prolongador e readequou as tubulações que chegam à caixa sifonada. No uso do modelo 3D, poderia ser gerado um corte ou uma ilustração em perspectiva, em partes especificas que mereceriam maior atenção, evitando a visão fragmentada e permitindo assim uma melhor visualização da situação (Figura 14). A Figura 15 exemplifica o caso de problema de simbolismo, onde quadros de distribuição são representados por símbolos, cuja dimensão e forma não têm relação direta com o objeto real. A falta de proporção entre o símbolo adotado e o quadro de distribuição pode ocasionar incompatibilidade entre as disposições dos quadros.

9 Figura 15: Representação 2D dos Quadros de distribuição (Adaptado de GEPRO, 2010) Figura 16: Locação dos quadros de distribuição (CASTRO, 2010) A representação tridimensional permite que a análise ainda na fase de projeto prevendo os espaços do quadros de distribuição e o seu arranjo (Figura 17 e Figura 18), antecipando a interferência e a permitindo uma solução mais adequada. Figura 17: Representação em 3D dos quadros de distribuição (BORJA & CASTRO, 2010) Figura 18: Diagramação dos quadros de distribuição (BORJA & CASTRO, 2010) Outro problema quanto à interpretação do modelo 2D foi a falha na previsão da passagem das eletrocalhas que alojam os cabos de alimentação entre o corredor e os laboratórios (Figura 19 e Figura 20), que poderia ter sido antecipada e previstas passagens evitando a quebra, retrabalho e desperdício de material. Figura 19: Interferência entre eletrocalha e parede (CASTRO, 2010) Figura 20: Representação das eletrocalhas (Adaptado de GEPRO, 2010)

10 Nos casos apresentados constatou-se que muitos dos problemas poderiam ter sido evitados com uso de modelos 3D. 4 Conclusão Ao comparar a representação do modelo em 2D com o modelo em 3D, foi possível verificar vantagens do modelo tridimensional como, por exemplo, a facilidade de leitura dos projetos, a observação do conjunto e de partes específicas do projeto, minimizando a problemas gerados pela falta de interação ou clareza de comunicação entre os projetos de arquitetura, estrutura e instalações prediais. Muitas vezes o método 2D de representação, impõe limitações à análise dos problemas espaciais, gerando soluções menos adequadas, devido à ausência de informações, pela omissão, uso excessivo de simbolismo, ou devido à ambigüidade, ou ainda, pela combinação de diversos fatores que causam parcialidade na visão do espaço projetado. Considerando esses aspectos, a representação em 3D pode representar mais fielmente a informação espacial, diminuindo abstrações, especialmente na etapa de análise, muito importante em projetos de maior complexidade, com maior número de profissionais envolvidos, estes que observam o mesmo objeto sob óticas diferentes. Dentre as vantagens de se utilizar o modelo 3D, talvez a mais marcante seja o seu potencial em traduzir o objeto de estudo o mais fielmente possível quando comparado ao modelo real. A facilidade de leitura do conjunto ou de partes específicas torna-se mais claras, visto que as imagens geradas tridimensionalmente proporcionam automaticamente a identificação do que está sendo mostrado, assim o leitor demanda menos esforço na abstração para idealizar o objeto. A modelagem 3D não reduz a importância da representação bidimensional, pelo contrário sugere a associação entre os diferentes modelos de representação, utilizando a visualização tridimensional como ferramenta que possibilite a prévia detecção de modo de interferências e aponte para soluções. Referências AYRES FILHO, C.; SHEER, S. Diferentes Abordagens do uso do CAD do processo de projeto arquitetônico. Universidade Federal do Paraná. Curitiba, BIZELLO, S. A.; RUSCHEL, R. C. CAD livre para Arquitetura, Engenharia e Construção AEC. Porto Alegre, III Encontro de Tecnologia de Informação e Comunicação na Construção Civil.

11 FERREIRA, R. Uso de CAD 3D na compatibilização espacial em projetos de produção de vedações verticais em edificações. Dissertação de mestrado. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo: USP, FERREIRA, R.; SANTOS, R. Limitações da representação 2D na compatibilização espacial em projetos de edifícios e a aposta no CAD 3D como solução. Porto Alegre, III Encontro de Tecnologia de Informação e Comunicação na Construção Civil. FLORIO, W.; Tecnologia da informação na construção civil: contribuições do building information modeling no processo de projeto em arquitetura. III FÓRUM DE PESQUISA FAU.MACKENZIE, MELHADO, S. B. Qualidade do projeto na construção de edifícios: aplicação ao caso das empresas de incorporação e construção. São Paulo, Tese (Doutorado) EPUSP. MIKALDO JÚNIOR., J.; SCHEER, S. Estudo comparativo de compatibilização de projetos 2d e 3d com ênfase na valorização de projetos e projetistas. Curitiba, MIKALDO JÚNIOR., J.; SCHEER, S. Compatibilização de projetos ou Engenharia Simultânea: Qual a melhor solução? Curitiba, NASCIMENTO, L. A.; SANTOS, E. T. Barreiras para o uso da Tecnologia da Informação na Indústria da Construção Civil. In. Anais do II Workshop Nacional Gestão do Processo de Projeto na Construção de Edifícios, Porto Alegre - RS PUC- RS, CD-ROM NASCIMENTO, L. A.; SANTOS, E. T. A indústria da construção na era da informação. Ambiente Construído, Porto Alegre: ANTAC, v. 3, n. 1, p , REVISTA TÉCHNE; Novos softwares permitirão que todas as equipes de engenharia e arquitetura trabalhem no mesmo arquivo eletrônico; Reportagem da capa; Edição 127, outubro de RODRÍGUEZ, M.A.A.; HEINECK, L.F.M. Coordenação de projetos: uma experiência de 10 anos dentro de empresas construtoras de médio porte. In: II SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GESTÃO DA QUALIDADE E ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, Anais... Fortaleza, 2001.

12 ROMANO, F.; BACK, N.; OLIVEIRA, R. A importância da modelagem do processo de projeto para o desenvolvimento integrado de edificações, s/l, SCHEER et. al. Novas concepções do processo de projeto para gerenciamento em ambientes colaborativos. In IV SIBRAGEC e I ELAGEC, Porto Alegre RS, 2005.