SISTEMATIZAÇÃO DA INFORMAÇÃO TÉCNICA E ECONÓMICA DA CONSTRUÇÃO PARA INCORPORAÇÃO EM OBJETOS BIM

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1 SISTEMATIZAÇÃO DA INFORMAÇÃO TÉCNICA E ECONÓMICA DA CONSTRUÇÃO PARA INCORPORAÇÃO EM OBJETOS BIM M.J. FALCÃO SILVA Eng.ª Civil LNEC Lisboa; Portugal mjoaofalcao@lnec.pt F. SALVADO Eng.ª Civil LNEC Lisboa; Portugal asalvado@lnec.pt P. COUTO A. VALE E AVEZEDO Eng.ª Civil Eng.º Civil LNEC LNEC Lisboa; Portugal Lisboa; Portugal pcouto@lnec.pt ava@lnec.pt RESUMO A presente comunicação tem por objetivo demonstrar de que forma os sistemas de gestão de informação contribuem para o apoio às diferentes especialidades de projeto (Portaria n.º 701 H/2008, de 29 de julho). A existência de informação técnica e económica estruturada e normalizada relacionada com cada elemento construtivo é fundamental para o apoio aos projetistas de todas as especialidades. Do mesmo modo, a utilização de sistemas de gestão da informação registam e mantêm esta informação ao longo de todas as fases do ciclo de vida da construção, melhorando a qualidade e acessibilidade da mesma e contribuindo para o desenvolvimento económico do setor da construção. Descreve-se e propõe-se a forma como a informação técnica e económica da construção existente na aplicação ProNIC poderá ser transferida para objetos normalizados BIM, apoiando a elaboração do projeto das várias especialidades e dando resposta a diversas questões que têm vindo a ser identificadas no âmbito da transmissão da informação da fase de projeto para as fases subsequentes do ciclo de vida de uma construção. 1. INTRODUÇÃO A utilização de sistemas de gestão da informação permite o registo e armazenamento de informação ao longo de todas as fases do ciclo de vida da construção, melhorando a qualidade e acessibilidade da mesma. Em Portugal, a utilização de metodologias BIM (Building Information Modelling) por parte dos projetistas, nomeadamente os de estabilidade, ainda não se encontra muito difundida. No entanto, os modelos BIM são cada vez mais uma realidade a considerar, não só para a fase de projeto, mas também para as restantes fases, contribuindo para uma evolução na indústria da construção. Preve-se que a sua aplicação a médio e longo prazo traga sucesso e eficácia ao setor, dado tratar-se de uma metodologia de partilha de informação e de comunicação entre todos os intervenientes e durante todas as fases do ciclo de vida de uma construção. A integração destes modelos com outras ferramentas de apoio ao processo construtivo poderá contribuir para a difusão e generalização da sua utilização. Neste aspeto, a aplicação ProNIC (Protocolo para a Normalização da Informação Técnica da Construção) apresenta uma importante contribuição, pois encontra-se já bastante desenvolvida, quer do ponto de vista da normalização e estruturação da informação técnica e económica, quer no que respeita à possibilidade de trabalho em ambiente colaborativo por todos os intervenientes no processo. 2. SISTEMAS DE INFORMAÇÃO NA CONSTRUÇÃO 2.1 Building Information Modelling A metodologia BIM (Building Information Modelling) significa o processo de Modelação de Informação da Construção e compreende um conjunto de informação gerada e mantida durante todo o ciclo de vida de um empreendimento de 1

2 construção. Esta metodologia apresenta diversos benefícios para os projetos de construção [1] [2], na medida em que passam a poder suportar a maioria dos processos desenvolvidos pelas diferentes partes interessadas desde o início até ao final da construção e mesmo durante as fases de exploração/utilização, manutenção e renovação [3] [4] (Figura 1). Figura 1: O BIM e o ciclo de vida de um empreendimento A capacidade de executar diferentes abordagens baseadas no mesmo objeto, através da utilização de perspetivas ou camadas, é essencial para os diferentes intervenientes no processo construtivo e seus objetivos específicos, dependendo da fase do ciclo e vida [5]. No entanto, esses benefícios só são suscetíveis de serem alcançados com um apertado controlo, domínio e disciplina desses processos, sendo essencial estar ciente de que a metodologia BIM é uma tecnologia que requer novas formas e práticas [6]. A partir desta consciência nasce a necessidade de entender que o BIM não é uma questão de modelação de uma obra ou de outras estruturas de aplicações de software, mas é principalmente sobre a organização, as práticas e disciplinas que constituem uma estrutura essencial em termos de informação [7]. O BIM abrange a informação geográfica, as relações espaciais, as dimensões do objeto, as quantidades, os custos e as características técnicas dos componentes que constituem a obra, passando por todo o ciclo de vida do processo construtivo. A partir do momento em que se desenha uma peça de arquitetura, toda a informação necessária para a sua validação e execução encontra-se automaticamente associada a cada um dos elementos integrantes da estrutura. Toda a informação necessária à representação gráfica, à análise construtiva, à quantificação de trabalhos e tempos de mão-de-obra também se encontra explicita nos modelos BIM construídos. As aplicações mais correntes permitem a conceção de modelos de arquitetura [8][9], modelos de estruturas [10]e modelos de infraestruturas [8][9]. Certas aplicações separam os módulos por diferentes aplicações, no entanto, este tipo de sistemas vem preparado para sincronizar os vários modelos de modo a centralizar a informação e a permitir a sobreposição de projetos com vista à deteção de erros. Numa aplicação BIM, a conceção do empreendimento de construção é feita através da agregação dos elementos construtivos (2D e 3D), sendo especificados não só parâmetros geométricos como a espessura, o comprimento e a altura, mas também outros parâmetros como o material, propriedades térmicas e acústicas, custos de material e custos de construção, entre outros, permitindo também ao utilizador a introdução de parâmetros ao seu critério [11]. A necessidade de criar um modelo central representativo do processo de desenvolvimento do projeto levou a que se percebesse a importância em abandonar a simples representação de elementos através de linhas, formas e texto, e se passasse a representar um modelo como uma associação de elementos individuais, através de uma modelação orientada por objetos [12]. Para tal, os elementos passam a ser definidos sendo-lhes atribuído significado semântico e associadas propriedades. São estabelecidas ligações que definem o modo de interação dos elementos entre si e com o modelo global. Os objetos são organizados numa estrutura racional dividida por especialidade e estratificada por nível de pormenorização [2]. 2.2 Protocolo para a Normalização da Informação Técnica na Construção A plataforma informática ProNIC (Protocolo para a Normalização da Informação Técnica na Construção) é um projeto de investigação, que foi aprovado em 2005 e o seu desenvolvimento é assegurado por um consórcio representado pelo 2

3 IC-FEUP (Instituto da Construção Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto), pelo INESC Porto (Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores do Porto) e pelo LNEC (Laboratório Nacional de Engenharia Civil) [13]. O seu objetivo é desenvolver um sistema de gestão de informação para apoiar o setor da construção que permita a simplificação dos procedimentos relacionados com empreitadas e a disponibilização de informação técnica e financeira de uma forma estruturada e normalizada. O ProNIC é constituído por uma base de dados de conteúdos técnicos, de trabalhos de construção e respetivas fichas para obras de Edifícios (construção nova e reabilitação) e de Infraestruturas rodoviárias. Contempla também um conjunto de aplicações informáticas que permitem a gestão e a articulação dos seus conteúdos técnicos e a definição de documentos como Medições Detalhadas, Mapas de Trabalhos e de Quantidades, Estimativas Orçamentais e Cadernos de Encargos. Essa informação está relacionada com inúmeros tipos de trabalhos de construção (cerca de ) que, por sua vez, se desdobram em diferentes artigos (cerca de ), tendo-se produzido Fichas de Execução de Trabalhos, Fichas de Materiais e Fichas de Custos e de Rendimentos associadas aos artigos referidos. Esta aplicação informática, para além das bases de dados de informação técnica e económica, tem desenvolvido módulos de interface com os diferentes tipos de intervenientes do processo de construção de uma obra (Dono de Obra, Projetista, Fiscalização e Empreiteiro), permitindo assim a utilização da aplicação em ambiente colaborativo e durante as fases de projeto, de contratação, de construção e de utilização da obra. Na fase de projeto, o ProNIC permite o desenvolvimento do articulado da obra pelos vários projetistas, com uma codificação única para cada trabalho, e a geração automática das Condições Técnicas do Caderno de Encargos, dos Mapas de Quantidades de Trabalhos e da Estimativa Orçamental. No que se refere aos perfis dos diferentes tipos de utilizadores, o ProNIC disponibiliza quatro módulos principais: o módulo de projeto, o módulo de tramitação de concurso, o módulo de gestão de obra e o módulo de indicadores. O módulo de projeto apresenta uma base de dados de conteúdos técnicos; articulados e especificações técnicas; medições detalhadas, mapas de quantidade de trabalho e estimativa orçamental; organização de documentação de acordo com a Portaria n.º 701-H/2008, de 29 de julho [14]; procedimentos e funcionalidades de selagem de projetos, incluindo assinatura digital (para a totalidade da base de dados ou sectorialmente tipo de obra ou capítulos) visto comtemplar trabalho interativo e a necessidade de validação. Na Figura 2 apresenta-se esquematizada a estrutura do ProNIC de acordo com o descrito em parágrafos anteriores. Figura 2: Estrutura da aplicação informática ProNIC 3. SISTEMATIZAÇÃO DA INFORMAÇÃO EM OBJETOS BIM 3.1. Sistemas de classificação: IFC Os Sistemas de Classificação de Informação da Construção (CICS) têm vindo a crescer e atualmente têm um papel importante na organização da informação que é produzida pelo sector da construção. Desde o seu início, os CICS foram desenvolvidos para resolver problemas específicos no sector da construção. Os IFC (Industry Foundation Classes) são aceites internacionalmente no setor da Arquitetura, Engenharia e Construção (AEC) [15]. O IFC é uma plataforma neutra, com ficheiros em formato aberto não sendo controlada por um único interveniente ou grupo limitado de intervenientes e traduz um modelo destinado a descrever os dados da indústria da construção. É um objeto em formato de arquivo baseado num modelo de dados desenvolvido pela buildingsmart (anteriormente a Aliança Internacional para a Interoperabilidade, IAI) para facilitar a interoperabilidade na indústria de AEC. Trata-se de um formato frequentemente usado em projetos BIM. A especificação do modelo IFC está aberta e disponível, sendo definida pela ISO 16739: 2013 [16]. 3

4 3.1. Proposta de integração entre BIM e ProNIC A metodologia BIM apresenta como principal mais-valia a possibilidade de uma representação precisa da geometria dos elementos constituintes de um empreendimento com integração de informação e de dados organizados [17] em várias dimensões. As três primeiras dimensões (3D) dizem respeito à geometria dos elementos constituintes do modelo BIM. A passagem de 3D para 4D envolve a atribuição, aos elementos do modelo, de valores temporais, ou seja, datas de início e de conclusão dos trabalhos (planeamento da construção). A quinta dimensão (5D) envolve a atribuição de custos aos elementos do modelo (orçamentação). Até à quinta dimensão existe consenso quanto à sua definição, no entanto é frequente já encontrar referência até 7D ou mesmo superior [18]. A integração destas dimensões de informação no modelo BIM é efetuada pelos diversos intervenientes no processo construtivo. Neste aspeto, a aplicação ProNIC encontra-se bastante desenvolvida, pois integra conteúdos técnicos, articulados em diferentes Fichas, de Execução de Trabalhos, de Materiais e de Custos e Rendimentos, associadas aos diferentes trabalhos de construção. Com esta informação, é possível gerar os diversos documentos técnicos necessários para as diferentes fases do processo construtivo. Esta informação encontra-se normalizada e de acordo com as especialidades de projeto previstas na legislação aplicável. Contempla também aplicações informáticas de diferentes módulos de interface com os diversos utilizadores e permite o trabalho em ambiente colaborativo. Relativamente à especialidade de projeto de estabilidade é assim possível compilar toda a informação técnica e económica associada. Do ponto de vista tecnológico, é possível, com maior ou menor dificuldade estabelecer uma ligação entre a metodologia BIM e a aplicação ProNIC com o objetivo de se produzirem resultados comuns permitindo assim economia de tempo e melhoria na qualidade e compatibilidade do produto final. Considera-se essencial, o estabelecimento de estratégias e a identificação de desafios e dos passos a executar, no sentido de se proceder à sua integração. Apresenta-se de seguida uma proposta de metodologia de trabalho destinada à realização da ligação entre os conteúdos técnicos do ProNIC e os elementos do modelo BIM: 1. Definição de procedimentos normalizados com vista à parametrização dos modelos BIM e definição do tipo de informação e do nível de detalhe em cada etapa do processo construtivo; 2. Implementação e configuração dos princípios fundamentais de forma a ser obtida uma definição clara, objetiva e concisa da informação e de acordo com a legislação aplicável e com a realidade nacional; 3. Estabelecimento da correspondência entre a parametrização da metodologia BIM e o sistema de classificação do articulado dos trabalhos de construção do ProNIC. A. O ProNIC apresenta como critério de classificação dos seus trabalhos a divisão por capítulos, subcapítulos e artigos com um determinado código atribuído, sendo alocado sempre o mesmo código ao mesmo trabalho de construção. B. No caso da metodologia BIM, são parametrizados os elementos de construção e a cada um desses elementos estarão associados vários artigos da aplicação ProNIC. C. As especialidades de projeto são as mesmas na aplicação ProNIC e na metodologia BIM e estão de acordo com o previsto na Portaria n.º 701-H/2008 [14]; 4. Consideração dos conteúdos técnicos disponíveis na aplicação ProNIC no modelo BIM, através da sua integração na informação disponível para cada elemento de construção parametrizado no modelo: A. Levantamento dos artigos dos trabalhos de construção no ProNIC a partir dos elementos parametrizados no modelo BIM, com o objetivo de elaboração dos cadernos de encargos, das medições detalhadas, dos mapas de quantidades de trabalhos e das estimativas orçamentais. B. Possibilidade de, na aplicação ProNIC, fazer a ligação direta da informação de projeto aos módulos de concurso e de gestão da obra. A proposta de metodologia descrita pretende apresentar uma contribuição do ProNIC para o desenvolvimento e aplicação de modelos BIM em Portugal. Neste sentido o LNEC encontra-se a desenvolver estudos para o estabelecimento de ligação da informação técnica e económica existente no ProNIC e os modelos BIM através de IFC. 4. CASO DE ESTUDO 4.1 Estrutura e organização da informação O ProNIC tem como objetivo a normalização da informação técnica na construção, sendo relevante a estrutura de desagregação de trabalhos com descrições e regras normalizadas. A estrutura é composta por 26 capítulos de trabalhos e vários níveis hierárquicos que terminam na descrição normalizada dos artigos, com parâmetros a preencher. 4

5 Cada obra é uma entidade independente, sendo a respetiva informação inserida de uma forma estruturada. Estes capítulos de trabalhos enquadram-se em diferentes especialidades de projeto, conforme definido na Portaria n.º 701- H/2008 [14], que aprova o conteúdo obrigatório do programa e do projeto de execução. O artigo tem uma descrição genérica no ProNIC que deve ser complementada com especificações do projetista através do preenchimento de parâmetros, com a escolha de opções dentro das soluções técnicas possíveis para o trabalho de construção. Algumas dessas opções já estão disponíveis na aplicação ProNIC, no entanto, o projetista pode considerar outras opções através da inserção de texto em campos de edição livre. Depois de elaborado o artigo, é selecionada a sua unidade de medição e inserida a quantidade de trabalho e o preço unitário. A quantidade de trabalho de cada artigo pode ser inserida como um valor final global ou na forma de medições detalhadas. Dependendo do trabalho em causa, a medição do trabalho poderá ser feita com mais do que uma unidade de medição (mas nunca na mesma instância do artigo) de acordo com as regras de medição do LNEC, sendo apresentada pelo ProNIC, nesses casos, uma lista de opções de unidades que podem ser escolhidas. Em relação ao preço unitário do trabalho descrito no artigo, o mesmo pode ser inserido pelo projetista ou escolhido entre os apresentados pelo ProNIC, sob a forma de fichas de custo. A lista de preços apresentada resulta das combinações de opções possíveis, traduzindo as que foram escolhidas pelo projetista no preenchimento dos parâmetros quando da elaboração da descrição do artigo. 4.2 Aplicação a elementos estruturais de betão armado Como caso de estudo, apresentam-se descrições existentes no ProNIC integradas no capítulo referente a estruturas de betão armado. Este capítulo do ProNIC tem diversos artigos associados à execução de trabalhos de estruturas de betão armado: i) pilares, ii) vigas, iii) lintéis, iv) tirantes, v) palas, vi) bordadura de lajes, vii) platibandas, viii) parede de caixa de escadas, ix) escadas, x) lajes maciças (com e sem rede eletrossoldada), xi) lajes nervurada (com e sem rede eletrossoldada), xii) pavimento térreo, xiii) montantes (com e sem cofragem), xiv) cintas (com e sem cofragem) e xv) outros elementos. A título de exemplo apresenta-se de seguida a descrição genérica de um artigo enquadrado no capítulo de estruturas de betão armado (Figura 3 e Tabela 1). As opções de preenchimento são representadas genericamente por diferentes $ e representam especificações técnicas do betão, de cofragem e respetivo escoramento, e relacionadas com a armadura: Execução de em betão armado normal cinzento, incluindo fornecimento, colocação, compactação e cura de betão $1 $2 $3 $4 $5 $6; transporte, montagem, desmontagem, óleo descofrante e limpeza de cofragem para $7 e escoramento $8; fornecimento, colocação, carga e descarga, desperdícios e empalmes e elementos de montagem de armaduras certificadas em aço $9, e todos os trabalhos, materiais e execução de acordo com o projeto. Figura 3: Opções ProNIC disponíveis, em que os símbolos $1 a $9 representam as especificações técnicas (elementos de betão armado) 5

6 Tabela 1 Especificações ProNIC para qualquer elemento de betão armado OPÇÕES CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS $1 C8/10, C12/15, C16/20, C20/25, C25/30, C30/37, C35/45, C40/50, C45/55, C50/60, C55/67, $2 C60/75, X0, XC1, C70/85, XC2, XC3, C80/95, XC4, C90/105 XD1[a], ou XD1[b], C100/115 XD2[a], XD2[b], XD3[a], XD3[b], XS1[a], XS1[b], $3 XS2[a], Cl 0.20 ou XS2[b], Cl 0.40 XS3[a], XS3[b], XF1, XF2, XA1[a], XA1[b], XA2[a], XA2[b], XA3[a] ou XA3[b] $4 S1, S2, S3, S4 ou S5 $5 6, 8, 12, 16, 20, 32 ou outro (opção de preenchimento livre) $6 com incorporação de hidrófugo ou sem incorporação de hidrófugo $7 betão a revestir, betão oculto, betão à vista com superfície lisa ou betão à vista com estereotomias $8 até 4.0 m ou acima de 4.0 m $9 A400 NR, A400 NR-SD, A500 NR, A500 NR-SD ou A500 ER Como exemplo ilustrativo, apresenta-se um objeto BIM, concebido em software apropriado, relativo a um elemento estrutural, nomeadamente um pilar de betão armado. Para este objeto BIM selecionado, a informação já existente em bases de dados da aplicação informática ProNIC (Figura 3 e Tabela 1) pode ser utilizada para integrar modelos BIM. Esta informação diz respeito a parâmetros de natureza técnica que são requeridos em normas e regulamentos aplicáveis a este tipo de trabalhos de construção e a parâmetros de natureza económica. Apresenta-se na Figura 4 a informação técnica e económica ProNIC que pode ser inserida no referido exemplo de um objeto BIM. INFORMAÇÃO PRONIC OBJETO BIM (PILAR DE BETÃO ARMADO) 1. Informação técnica: a) Características do betão: Resistência à compressão Classe de exposição ambiental Cloretos Consistência Diâmetro máximo do agregado Incorporação de hidrófugo b) Características da cofragem: Tipo de acabamento da superfície Altura máxima do escoramento c) Características da armadura: Tipo de aço 2. Informação económica Custo unitário do betão Custo unitário da armadura Custo unitário da cofragem Custo dos equipamentos associados Custo da mão-de-obra associada Figura 4: Informação ProNIC para integrar um objeto BIM (pilar de betão armado) 6

7 Com esta informação associada a cada objeto BIM é assim possível, através da plataforma ProNIC, elaborar diversos tipos de documentos, como por exemplo especificações técnicas, cadernos de encargos, mapas de quantidades de trabalho e estimativas orçamentais. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS No que se refere à utilização de sistemas de informação no setor da construção, considera-se que o cenário de integração ideal é aquele em que todos os intervenientes num dado processo construtivo se encontram interligados a trabalhar de uma forma colaborativa, ao longo de todas as fases do ciclo de vida da construção, e no qual todas as ferramentas utilizadas comunicam entre si com o intuito de produzir os resultados pretendidos. A integração de modelos BIM com outras ferramentas de apoio ao processo de construção é essencial para se desenvolver e difundir a sua utilização. O exemplo apresentado neste artigo, embora ainda em fase preliminar, tem como objetivo integrar a informação técnica e económica já normalizada no ProNIC em vários objetos BIM. Neste sentido, está a ser desenvolvido no LNEC, trabalho de investigação para a incorporação de informação técnica em diversos objetos BIM contemplados em diferentes especialidades de projeto, nomeadamente Estabilidade e Arquitetura, através de IFC Considerando a crescente utilização dos sistemas de gestão da informação na construção, e na perspetiva da obrigatoriedade imposta pelo Estado Português para a utilização do ProNIC a curto prazo, prevê-se que a utilização do BIM em Portugal venha a ser obrigatória a médio prazo em processos de obras públicas. 6. REFERÊNCIAS [1] Molz, M.; Wehrle, G. More value in 3D, German Engineering Journal, Vol. No. 03, 26-31, [2] A. Monteiro, J.P. Martins SIGABIM: a framework for BIM application, Proceedings of the XXXVIII IAHS World Congress - Visions for the Future of Housing Mega Cities April , Istanbul Technical University. [3] Paavola, S.; et al. BIM technologies and collaboration in a life-cycle project, ECPPM th European Conference on Product and Process Modelling, Reykjavik - Iceland, 25-27th July 2012, [4] Modelo BIM e o ciclo de vida de um edifício. ( ). [5] Hollermann, S.; et al., BIM A challenge for communication between parties involved in construction, ECPPM th European Conference on Product and Process Modelling, Reykjavik - Iceland, 25-27th July, [6] Van Nederveen, G. A. and F. P. Tolman "Modelling multiple views on buildings", Automation in Construction 1(3): , [7] Parreira, J., & Cachadinha, N., Implementação BIM e integração nos processos intraorganizacionais em empresas de construção: estudo de caso. 4º Congresso nacional da construção. Monte da Caparica: FCT, 2012 [8] [9] [10] [11] Myoung Bae Seo, Ki Beom Ju, A Study on the Interoperability between 2D Drawings and BIM-Based 3D Drawings, Open Journal of Social Sciences, Vol.1, No.5, 10-14, 2013 [12] Chae, K. S., Lee, G.. A study on the problems of and measurements needed for improving the representations and drawing me- thods of architectural drawings by adopting BIM. Proceedings of Architectural Institute of Korea, Planning, 27, 67-74, 2011 [13] Protocolo para a Normalização da Informação Técnica na Construção. ( ). [14] Conteúdo obrigatório do Programa e do Projeto de Execução e Normas a adotar na elaboração e faseamento de Projetos de Obras Públicas (publicado pela Portaria n.º 701 H/2008, de 29 de julho). Diário da República, n.º 145/2008, Série I, de 29 de julho de 2008, p. 5106(37)-5106(80). [15] Monteiro, A.; Martins, J.P. SIGABIM: a framework for BIM application, Proceedings of the XXXVIII IAHS World Congress - Visions for the Future of Housing Mega Cities, April 16-19, 2012, Istanbul Technical University. [16] ISO 16739: Industry Foundation Classes (IFC) for data sharing in the construction and facility management industries,

8 [17] CRC Construction Innovation 2007 Adopting BIM for facilities Management: Solutions for Managing the Sydney Opera House. [18] Henriques, A. F. P. Integração do ProNIC em ambiente BIM. Um modelo para o trabalho em ambiente colaborativo, Dissertação de Mestrado, Instituto Superior Técnico,