Edifícios Virtuais. O que são os BIM? O papel dos BIM na construção actual. Mestrado Integrado em Engenharia Civil. Projeto FEUP

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1 Edifícios Virtuais O papel dos BIM na construção actual O que são os BIM? Mestrado Integrado em Engenharia Civil Projeto FEUP

2 Ano Letivo 2012/2013 Supervisor: Professor João Poças Martins Monitora: Catarina Sousa Grupo 1 António Gonçalves Bernardo Ramos David Martins Eduardo Santos Gonçalo Maia Mário Fernandes 2

3 Resumo Atualmente os avanços na área da informática tem permitido criar tecnologias inovadoras e muito úteis. Uma delas é a relativa aos edifícios virtuais, mais concretamente os BIM, que permitem que se planeie com rigor e qualidade todos os projectos de Engenharia Civil e Arquitectura, diminuindo erros de cálculo e problemas de representação no plano. O conjunto de programas BIM é complementar e o seu uso é muito vantajoso para todos os envolventes da construção pois simplifica muitas tarefas e permite realizar processos que seriam difíceis de prever e simular sem ser em ambiente virtual o que permite que se construa melhor e com mais eficiência. Porém existem problemas de interoperabilidade entre os diversos programas pelo que o IFC pretende minimizar os seus efeitos para evitar perdas de tempo e de recursos económicos. 3

4 Palavras chave - BIM - Edifícios Virtuais - Formatos Padrão - Interoperabilidade - IFC - Modelação de edifícios - Biblioteca de Componentes - Autodesk Revit - Archicad - Autodesk Robot Structural Analysis - Solibri Model Checker - Autodesk Navisworks 4

5 INTRODUÇÃO No âmbito da Unidade Curricular Projecto FEUP o nosso grupo foi incumbido de realizar um trabalho de investigação relacionado com as novas tecnologias aplicadas à construção, mais concretamente Edifícios virtuais. O papel dos BIM na construção actual Problema 1: O que são os BIM. Este trabalho trata portanto de um tema atual que se reflete nos novos desenvolvimentos das tecnologias aplicada à construção civil e sobretudo ao planeamento em Engenharia Civil e Arquitetura. O objetivo do nosso trabalho é abordar três questões relacionadas com o tema: Compreender o papel dos formatos padrão na construção; Identificar os principais formatos padrão; Conhecer algumas ferramentas BIM. Complementarmente faremos uma abordagem da evolução histórica do tema. 5

6 Índice Resumo... 3 Palavras chave... 4 Introdução... 5 BIM (Building Information Model)... 7 História/Origem dos BIM... 8 Interoperabilidade Industry Foundation Classes (IFC) Programas de modelação de edifícios Conclusão: Será BIM uma ferramenta do futuro? Bibliografia

7 BIM (BUILDING INFORMATION MODEL) O conceito de BIM refere-se a um conjunto de informações geradas e mantidas durante todo o ciclo de vida de um edifício. Estas referem-se a todos os processos de planeamento da sua construção que se seguiu à representação geométrica do desenho em 2D, para o planeamento a 3D. Tem como principais vantagens permitir a visualização do projeto final, através da associação de variados projetos como o arquitetónico, o estrutural, o de instalações prediais, e o de orçamento, construção e manutenção do edifício. Assim é possível corrigir eventuais problemas detetados como por exemplo, ao sobrepor os diversos pisos de um edifício permite ver se havia certos componentes que não estavam no prolongamento do andar anterior. Desta forma os custos são muito inferiores aos que seriam de esperar se o problema apenas fosse detetado aquando da construção, já que este é corrigido durante a fase de projeto. Figura 1: Comparação programa BIM/Realidade 7

8 Os BIM utilizam uma biblioteca digital com componentes que permitem escolher janelas, portas, paredes, vigas e pilares ao invés de linhas e pontos, sendo entendidos pelo sistema que elabora estudos relativamente à sua aplicação. Assim, permite ver até que ponto um determinado material é adequado à situação em que foi escolhido. Além disso este tipo de software permite realizar variados testes ao longo do tempo e de variadas áreas como a energética, estrutural e acústica. Estas vantagens permitem não só um melhor planeamento aos projetistas e engenheiros mas também permite ao cliente ver o produto final, o que é muito bom em termos de marketing. Abordaremos melhor o contexto da sua aplicação no decorrer do trabalho. HISTÓRIA / ORIGEM DOS BIM No início da história da humanidade, o Homem tem vindo a desenvolver novas maneiras de facilitar as suas obras de uma maneira mais simples, rápida e com menos perigo de incorrer em erro. O surgimento das novas tecnologias, neste caso, das máquinas autónomas, que têm taxas de erro bastante baixas (quase nulas), levou a um constante melhoramento das técnicas de trabalho, a que o Homem tem por dever, ser capaz de se equiparar ou até ser melhor do que essas mesmas que ele próprio criou. No caso do BIM (Building Information Modeling) propriamente dito, este tem ganho uma grande popularidade, devido a ser dos melhores softwares de design de edifícios. Este programa consegue aglomerar várias qualidades que nenhum outro software conseguiu, tal como o facto de conseguir visualizar e interagir com o projeto a três dimensões e ao mesmo tempo incorporar detalhes e informações (dentro das quais, quantidades dos materiais e suas propriedades, etc.) do trabalho em questão. Ora, juntando tudo isto à inteligência humana e à capacidade de se conseguir adotar várias situações conseguem-se fazer cada vez mais progressos na construção de edifícios. 8

9 O BIM foi usado pela primeira vez como um acrónimo para Building Information Modeling pelo arquiteto e estratega industrial, Phil Bernstein. Passado algum tempo, Jerry Laiserin ajudou a dar fama ao termo e a torná-lo como uma palavra usada no dia a dia, sendo agora conhecido maioritariamente por representação digital da construção de um projeto. No entanto, várias empresas denominam o termo por edifício virtual, modelos do projeto integrado ou ainda pelo significado antigo de Building Information Modeling. Figura 2: Representação de um projeto Uma definição mais comum do termo é, e passando a citar segundo a National Building Information Model Standard Project Committee: Building Information Modeling (BIM) is a digital representation of physical and functional characteristics of a facility. A BIM is a shared knowledge resource for information about a facility forming a reliable basis for decisions during its life-cycle; defined as existing from earliest conception to demolition 1. Antes do BIM, apenas se tinha, por norma, o hábito de usar duas dimensões na representação de um projeto, mas ao surgir este tipo de softwares, não só se podem usar as três dimensões (comprimento, altura e profundidade), como também se podem usar uma quarta e até uma quinta dimensão, sendo elas, o tempo e o custo, respetivamente. 1 National Building Information Model Standard (NBIMS) Project Committee 9

10 Desde o início da criação de projetos de construção, tem-se usado os desenhos representados à mão. Estes eram definidos como contratos - documentos legais, e avaliados pelas leis de construção. Eram também usados para gerir a instalação mais tarde. Mas há duas limitações estratégicas dos desenhos: Requerem várias vistas para representar um objeto 3D e os detalhes suficientes para a construção do mesmo, tornando-os altamente redundantes e, portanto, aberto a erros; Eles são armazenados como linhas, arcos e anotações de texto que só outros humanos os conseguem compreender, ou seja, nenhum computador consegue interpretar esses desenhos. O BIM passa então a representar um projeto como objetos vagos e indefinidos, genéricos ou específicos, formas sólidas ou espaços vazios orientados (como a forma de um quarto), que têm a sua própria geometria, relações e atributos. Os objetos podem ser abstratos e conceituais ou construções detalhadas. Compor vários desses objetos resulta num modelo de construção. Se um objeto for alterado ou movido, esse apenas precisa de ser atualizado uma única vez. Ferramentas de design do BIM, em seguida, permitem extrair diferentes vistas de um modelo de construção para o desenho de produção e outros usos. Estas diferentes vistas são automaticamente consistentes - no sentido de que os objetos são todos de um tamanho e localização consistente - desde que cada parte do objeto seja definida apenas uma vez, tal como na realidade eliminando assim, muitos erros. As ferramentas de design mais modernas do BIM vão ainda mais longe. Estas definem objetos parametricamente, ou seja, os objetos são definidos como parâmetros e apresentam relações com outros objetos, assim, se algo for alterado, as relações com os outros objetos também sofrem alterações. 10

11 Objetos paramétricos são alterados automaticamente de acordo com as regras que os incorporam. As regras podem ser simples, (por exemplo: exigindo a uma janela estar inteiramente dentro de um muro e mover a janela com a parede), ou complexos, (por exemplo: definindo o tamanho, varia o seu detalhamento, como a conexão física entre uma coluna e viga de aço). INTEROPERABILIDADE Todos os participantes no projeto de construção necessitam de estabelecer trocas de informação durante toda essa fase de planeamento. Existem fatores limitantes do uso do BIM neste processo tal como a interoperabilidade, isto é, a capacidade de identificar os dados necessários para serem transferidos entre programas, sendo um dos obstáculos que provoca muitas derrapagens orçamentais. Estes devem-se a diferenças nos formatos, diferença nos protocolos, diferenças nas rotinas e ainda diferença a nível de linguagem de programação dos programas informáticos. O acesso a metodologia colaborativa avançada, materializada na centralização e compatibilização de todas as especialidades num só modelo aumenta as exigências a nível dos requisitos de interoperabilidade. Se houver uma boa interoperabilidade elimina-se a necessidade de duplicar dados de entrada que já tenham sido gerados, facilitando de uma forma automática e sem obstáculos o fluxo de trabalho entre as diferentes aplicações no decorrer do projeto. Para que isto se obtenha com uma boa qualidade é essencial que haja a implementação de um padrão de protocolo internacional de intercâmbio de dados nos programas e nos processos do plano de trabalho. Alguns formatos abertos permitem que os problemas de interoperabilidade sejam muito reduzidos evitando que um projeto tenha de ser 11

12 reconstruído várias vezes devido a incompatibilidades ao nível do software, que produzia vários erros, custos e uma enorme perda de recursos. Existe um formato standart produzido pela Organização Internacional para a Standardização (ISO) denominado por ISO-STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data), porém como apenas transmitia informação geométrica foi necessário criar um novo formato que além desta informação que contivesse informação espacial, ligações paramétrica e atributos. Atualmente há a tendência para concentrar toda a informação num só modelo para evitar os erros e as incompatibilidades ao máximo. Porém, já estão a desenvolver-se sistemas que agregam projetos de diferentes especialidades verificando problemas e identificando sobreposições, omissões, conflitos e erros no modelo global. INDUSTRY FOUNDATION CLASSES (IFC) O principal protocolo usado hoje é o Industry Foudation Classes (IFC), que é um modelo de dados do edifício virtual baseado em objetos, não proprietário. Mesmo assim, o que se observa na prática é que o uso de padrões IFC compreende determinados requisitos para diversas funcionalidades, o que faz com que este formato seja limitado em termos de compatibilidade, sendo a perda de robustez na interface disponível um dos maiores impedimentos para a sua utilização. Para a passagem de informação entre dispositivos informáticos são utilizados arquivos baseados em diferentes formatos de trocas. Algumas destas aplicações apresentam maior capacidade de interoperabilidade, enquanto outros se limitam a trocas internas. A necessidade de transferência de dados entre programas não é algo recente na construção civil. Desde o primeiro CAD 2D já existiam formatos capacitados para troca de algum tipo de dado. 12

13 Existem quatro modos distintos de transferências de dados entre programas BIM: -Ligação direta; -Formatos proprietários para troca de dados, desenvolvido por empresas para criarem ligações entre diferentes programas; -Formatos de arquivos de trocas de domínio público, que carregam propriedades e relações de objectos e materiais; -Formatos de troca baseados em XML, extensões do formato HTML (língua base da web), que possibilitam a criação de esquemas pelo utilizador. PROGRAMAS DE MODELAÇÃO DE EDIFÍCIOS Com o progreso das tecnologias de informação e comunicação (TIC) alguns ramos da construção e informática interessadas na modelação do projeto da construção foram criando ao longo do tempo diversos programas informáticos específicos com o objetivo de ajudar todos os envolvidos no projeto arquitetónico de diversas infraestruturas. Estes foram melhorados e aperfeiçoados com o intuito de diminuir imprecisões e solucionar diversas incompatibilidades que existiam entre ficheiros de programas diferentes. Há diversos programas que tentam satisfazer o mesmo objetivo de formas diferentes, fazendo parte do conjunto dos BIM (Building Information Model). Apesar de tudo não importa o tipo de programa que se usa desde que a peça desenhada/objeto virtual faça crescer a obra com qualidade e organização. No fundo, cada programa realiza um conjunto de operações complementares, sendo estas reunidas no final para atingir o objetivo o projeto completo. 13

14 Figura 3: Diferentes programas integrados BIM e protocolo IFC O AUTODESK REVIT foi criado com o objetivo de ser o primeiro BIM do mercado e substituir dessa forma o Autocad 2D e 3D no projeto. Apesar disso, como versão inicial, não poderia obter logo a perfeição desejada, pelo que necessita de outros programas complementates não sendo autónomo, apresentando essa desvantagem. Figura 4: Projeto em Autodesk Revit 14

15 O ARCHICAD é um programa de desenho auxiliado por computador ligado à arquitetura, CAD (Computer Aided Design), criado pela Graphisoft em 1982 com o objetivo de ajudar arquitetos, engenheiros e projetistas, permitindo a realização de inúmeras tarefas com modelos arquitetónicos através da modelação em 2D e 3D. São possíveis, por exemplo, o desenho de interiores e da envolvente do edifício através da utilização de Layers, o que permite reunir diversa informação. Este programa possui também uma biblioteca de componentes que permite ao utilizador escolher o que melhor se adequa a cada unidade que desenha como portas, janelas, telhados e muito mais. Figura 5: Software Archicad 16 Além destas funções, o Archicad 16, incorporado nos BIM (Building Information Modeling), permite: a atualização de dados em tempo real, ou seja sempre que algo é modificado, a modificação é substituída em todos os locais onde existia o que foi substituído; o acompanhamento do processo de modelação; a realização do seu orçamento, permitindo uma posterior avaliação energética do edifício. 15

16 Algumas desvantagens deste programa estão associadas a alguma falta de rigor, por exemplo na elaboração terreno já que a ferramenta a usar possui elementos curvos em vez retos verificando-se desde logo imprecisões e incompatibilidades com o mundo real. Figura 6: Projeto em Archicad mostrando a biblioteca de componentes. O software Autodesk Robot Structural Analysis Professional providencia aos engenheiros ferramentas avançadas de construção, simulação e análise de estruturas complexas e de grande escala. Este fornece uma ordem de trabalho suave que permite aumentar a produtividade e também possui interoperabilidade com programas como o Autodesk Revit. 16

17 Figura 7: Projeto em Robot 1 É uma aplicação de software colaborativa, versátil e rápida, que pode ajudar a competir e a triunfar na economia global. Desenvolvido especialmente para o BIM, o Autodesk Robot Structural Analysis Professional calcula eficientemente mesmo nos modelos mais complexos, graças à potente criação automática de malhas de elementos finitos, algoritmos não-lineares e um conjunto completo de códigos de projeto, para ajudar a conseguir resultados em minutos. 17

18 O Autodesk Robot Structural Analysis Professional também oferece um fluxo de trabalho sem problemas, colaborativo e interoperabilidade com ligações bidirecionais 3D com produtos de parceiros da Autodesk. A API (interface de programação de aplicações) aberta ajuda a proporcionar uma solução de análise dimensionável e específica do país para estruturas de edifícios grandes e complexos. Figura 8: Projeto em Robot 2 18

19 O SOLIBRI MODEL CHECKER é um programa de computador que analisa modelos arquitetónicos e de engenharia para assegurar a sua integridade, qualidade e a segurança física dos edifícios. Tem como vantagens possuir grande facilidade na sua utilização e uma navegação intuitiva pelas suas funcionalidades. Figura 9:Projeto em Solibri Model Checker Inclui a funcionalidade de analisar e extrair a informação disponível em modelos BIM. SMC tem como objetivo localizar todos os erros nestes ficheiros, reduzindo custos em projetos de construção, e permitindo desde modo uma modelagem mais eficiente e qualidade assegurada na medida em que o sistema analisa e revela potenciais falhas e fraquezas no desenho. 19

20 O AUTODESK NAVISWORKS é o nome de um programa que ajuda profissionais da arquitetura, engenharia e construção a controlar os resultados do projeto. Integra, partilha e revê modelos e dados de vários formatos com todos os participantes do projeto. As suas ferramentas de análise e comunicação ajudam as equipas a coordenar tarefas, resolver problemas e planear projetos antes da construção começar. Figura 10: Projeto em autodesk Navisworks Convém ainda destacar que no conjunto destes programas apresentados, há dois tipos fundamentais: design/arquitetura e cálculo estrutural (mais ligado à Engenharia Civil). Destes destacam-se o Archicad e o Robot, respetivamente. 20

21 CONCLUSÃO: SERÁ BIM UMA FERRAMENTA DO FUTURO? Apesar de serem uma tecnologia recente, os BIM tornaram-se já bastante promissores, sendo possível constatar notórias vantagens: existem agora boas condições para a realização de trabalhos de vários projetistas em simultâneo, encurtando os prazos para o desenvolvimento dos projetos; a repetição de tarefas de projeto e as verificações das especificações elaboradas foram reduzidas em grande número; e a informação conseguiu passar a ser partilhada mais rapidamente e sem erros. No entanto, embora em pouco número, nem sempre foi dada sequência à experiência desta tecnologia, representando estes casos o insucesso dos BIM devido a não ter continuado o seu aperfeiçoamento e inovação. Este facto fez com que algumas empresas regressassem aos processos mais tradicionais, pois concluiram que a sua utilização não trazia vantagens decisivas relativamente aos procedimentos habituais/tradicionais. Apesar de tudo defende-se a ideia de que esta tecnologia deve ser introduzida nas fases iniciais do processo de construção, durante a fase do projeto para assim ser tudo planeado com rigor, atempadamente e com a disucussão e participação dos intervenientes. 21

22 BIBLIOGRAFIA (Consultado em ) (Consultado em ) (Consultado em ) em ) (Consultado (Consultado em ) (Consultado em ) (Consultado em ) (Consultado em ) es (Consultado em ) (Consultado em ) (Consultado em ) (Consultado em ) (Consultado em ) 22

23 (Consultado em ) %A7%C3%A3o_para_a_Constru%C3%A7%C3%A3o:BIM (Consultado em ) (Consultado em ) (Consultado em ) (Consultado em ) (Consultado em ) (Consultado em ) (Consultado em ) % pdf (Consultado em ) (Consultado em ) LKnIBLtqCkA/TfJtaPRt4PI/AAAAAAAABo8/zYXg63aAxlY/s1600/10.jpg (Consultado em ) BIM Handbook, Eastman C. et al, Wiley