O que são os BIM? Mestrado Integrado em Engenharia Civil

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1 O que são os BIM? Mestrado Integrado em Engenharia Civil Celestino Maia Fradique Alves ec12086 Francisco Miguel Sarmento Trigueiros Rodrigues de Carvalho ec12140 João Miguel Guimarães Fidalgo Roque ec12134 / ee12307 João Pedro Marques Teixeira ec12062 João Pedro Soares Pereira ec12025 / ei12184 Luís Filipe da Silva Devesa ec12137 Faculdade de Engenharia Da Universidade Do Porto,24 de Outubro de

2 Índice Índice... 2 Introdução... 3 BIM O Conceito... 4 Breve história da criação dos BIM... 6 OpenBIM A interoperabilidade... 7 As diferentes ferramentas do mercado... 9 ArchiCAD... 9 Autodesk Naviswork Autodesk Revit SOLIBRI Conclusão Referências Bibliográficas

3 Introdução A necessidade de optimizar determinados processos construtivos no ramo da Engenharia Civil e restantes ramos associados à construção e desenvolvimento de infra-estruturas obrigou diversos programadores e entidades a procurar encontrar soluções para fazer face a uma estagnação implementada na realização dos projetos. Surgem assim os BIM, uma ferramenta poderosa cuja aplicação possibilitou uma optimização das diferentes fases e necessidades dos agentes envolvidos. No fundo, os BIM representam processos de produção e gestão da informação durante o ciclo de vida da construção. As suas aplicações tridimensionais são utilizadas como repositório dinâmico para integração da informação da construção. Os BIM são frequentemente vistos como a nova geração de ferramentas CAD. A necessidade de criar um modelo central representativo dos processos de construção, 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 objectos. Os BIM estabelecem ligações que definem modelos de ligações entre si e com o modelo global. Os objectos são organizados numa estrutura racional dividida por especialidade e estratificada por nível de pormenorização. 3

4 BIM O Conceito BIM, acrónimo de Building Information Model / Modeling / Management, representa um protocolo universal e simplificado na realização de projectos de grande ou pequena magnitude cuja evolução possibilitou inúmeros desenvolvimentos no ramo da Engenharia Civil. A sua definição não é consensual dadas as diferentes interpretações mediante o contexto onde é aplicado. O termo Building Information Model é utilizado para fazer referência ao conjunto das informações geradas e manipuladas nas diferentes fases da realização de um projeto. Na sua essência, trata-se de um modelo virtual do edifício. Por outro lado, a utilização de Modeling no acrónimo simboliza o processo de geração e manutenção deste modelo. Todas as informações no modelo virtual do edifício podem ser usadas de diversas maneiras: geração da documentação de produção e dados quantitativos, análises de desempenho dos sistemas construtivos, análises de interferências, etc. O processo criativo adjacente à manipulação com utilização dos BIM abrange geometria, relações espaciais, informações geográficas, quantidades e propriedades construtivas de componentes (por exemplo, detalhes dos fabricantes). BIM pode ser utilizado para demonstrar todo o ciclo de vida da construção, incluindo os processos construtivos e fases de instalação. Um projecto realizado em BIM é, a nível de interacção, uma conversação contínua entre todos os protagonistas envolvidos. O BIM pressupõe que quando o arquiteto modela o edifício virtual, utilizando ferramentas tridimensionais, toda a informação necessária à representação gráfica (desenhos rigorosos), à análise construtiva, à quantificação de trabalhos e tempos de mão-de-obra, desde a fase inicial do empreendimento até a sua conclusão, ou até mesmo ao processo de desmontagem ao fim do ciclo de vida útil, se encontra no modelo.visto como a nova geração de ferramentas CAD, os BIM suprimiram a necessidade de criar um modelo central de representação dos processos de construção, levando a que se tomasse conhecimento da importância em abandonar a representação simples de elementos através de linhas, formas e textos, passando a representar-se um modelo como uma associação de elementos individuais. 4

5 Esses elementos encontram-se definidos, sendo-lhes atribuído significado semântico e associadas propriedades. A ligação entre elementos é assegurada através de um modo de interacção entre os próprios e o modelo global, organizados numa estrutura racional dividida por especialidade e estratificada por nível de pormenorização. A concepção do edifício numa aplicação BIM é obtida a partir da agregação dos elementos construtivos nas diferentes dimensões (2D e 3D). Utilizando como exemplo uma parede, os BIM possibilitam a especificação de parâmetros geométricos como a espessura, o comprimento e a altura ou, noutro capítulo, parâmetros como o material da parede, especificidades da superfície, propriedades térmicas e acústicas, custos associados ao material e à construção, permitindo a qualquer utilizador do projeto a manipulação e introdução de características ao seu critério. As diferentes fases de um projecto tradicional no que, à vertente arquitectónica, diz respeito são a esquematização do design, a sua tradução em trabalho, documentação da construção e a sua administração. Assim que os BIM são utilizados no processo, estas fases podem ser consolidadas e, por consequente, simplificadas, diferenciando os tempos despendidos nas diferentes fases do projecto. Na prática, tal introdução permitiu uma optimização no ritmo laboral ao reduzir o tempo utlizado nas fases de documentação e aplicando-o no processo construtivo do projeto. Diversas especialidades da construção encontram-se englobadas num ficheiro BIM. Desta forma, as aplicações mais correntes possibilitam a criação de modelos de arquitetura, estruturas e redes. Determinadas aplicações, como é o caso do Autodesk Revit (a abordar em maior detalhe numa fase posterior do relatório), incluem uma separação entre módulos por diferentes aplicações. No entanto, este tipo de sistemas vem preparado para sincronizar os diferentes modelos com o intuito de alcançar a centralização da informação, permitindo uma sobreposição de projectos com vista à detecção de erros. Inerente a todos os desenvolvimentos introduzidos pelos BIM, a compatibilização de elementos permitiu igualmente a interoperabilidade dos elementos, aliada a uma melhorada capacidade de identificação de erros e omissões, à produção de vistas e pormenores complexos, bem como à extracção de quantidades globais. 5

6 Breve história da criação dos BIM Não se sabe com certeza quem realmente criou o Building Information Model (BIM). Atualmente existem duas teorias sobre quem criou o termo: A primeira coloca Jerry Laiserin como nome comum para uma representação digital do processo de construção para facilitar o intercâmbio e a interoperabilidade de informação em formato digital. De acordo com o próprio, a primeira aplicação do BIM nasceu com o conceito de Edifício Virtual do ARCHICAD Graphisoft da Nemetschek, na sua estreia em A segunda teoria posiciona o Professor Charles M. Eastman do Instituto de Tecnologia da Georgia como criador do conceito, embora não necessariamente do termo. Essa teoria é baseada no facto de o termo Building Information Model ser basicamente o mesmo que Building Product Model, termo esse utilizado recorrentemente nos seus livros e documentos desde os finais da década de 70. 6

7 OpenBIM A interoperabilidade Um dos principais problemas na construção e idealização de uma obra reside nas dificuldades comunicativas entre todos os elementos associados à realização da mesma. Inevitavelmente, um arquiteto e um engenheiro civil, a título de exemplo, têm diferentes percepções e preocupações no desenvolvimento de determinado projecto. Surge assim a necessidade de obter um modelo generalizado capaz de auxiliar todos os elementos envolvidos. Aparentemente, a solução poderá parecer utópica dados o tamanho provável associado bem como possíveis conflitos entre dados. Mas será que a troca de informações não pode ser alcançada de outra forma? A chave é a interoperabilidade, a troca de informação que seja compreendida e assimilada pelos diferentes programas disponíveis no mercado da construção civil. ( A capacidade de trocar dados entre sistemas representa um dos factores que mais contribui para a falta de produtividade e para o não cumprimento dos planos de trabalhos e dos orçamentos, com os custos de (não) interoperabilidade a poderem atingir valores superiores aos 15 mil milhões de dólares anuais de acordo com um estudo. ) In Cost Analysis of Inadequate Interoperability in the U.S. Capital Facilities Industry. Um dos ícones desta revolução reside na possibilidade de usar ferramentas CAD ("Computer Aided Design" - Desenho Assistido por Computador) em detrimento do muito trabalhoso e, por vezes menos rigoroso, trabalho manual. As ferramentas CAD, consoante o utilizador, podem ser bastante distintas, mas para a realização de determinado projeto é essencial que todas as vertentes de, por exemplo, uma planta, sejam conhecidas, quer seja uma varanda ou um cabo eléctrico. Tendo em conta estas condicionantes, surgiu a necessidade de criar formatos abertos como o DXF, o SAT ou o IGES. Infelizmente, verificou-se que existia uma grande perda ou corrupção de dados que exigia depois uma posterior correcção sem auxílio tecnológico, conduzindo inevitavelmente a novas perdas rigorosas. 7

8 O facto de existirem vários formatos abertos não se manifestou de forma positiva dentro do meio e, como tal, a Organização Internacional para a Standardização (ISO) lançou uma campanha para a criação de um formato standard, o ISO-STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data). O formato tenta ser o mais abrangente possível, incluindo vários domínios distintos, como a indústria automóvel, a indústria da construção, a indústria naval e a indústria eléctrica. O desenvolvimento do formato foi perdendo fulgor à medida que se constatava que a dimensão de domínios em que o formato operava era de tal ordem de grandeza que os esforços de desenvolvimento não se tornavam sustentáveis. Os BIM surgem portanto como uma solução para centralizar e integrar a informação do edifício num modelo virtual tridimensional. Os BIM são uma nova etapa no desenvolvimento de uma construção, uma vez que não transmitem apenas informação geométrica, mas informação espacial, ligações paramétricas e atributos, pelo que os formatos anteriormente apresentados já não estão preparados para operar. No espírito original da interoperabilidade entre os vários utilizadores, foi organizada uma nova tentativa de criação de um standard para a representação e organização de produtos da construção, das quais se destacam como as mais importantes: o CIS/2 ("CIMSteel Integration Standards") e o IFC (Industry Foundation Classes). O formato CIS/2 especializou-se sobretudo em estruturas metálicas, deixando o IFC como o único formato capaz de englobar todos os produtos associados à construção. O IFC ganhou solidez e, com o decorrer do tempo, foram surgindo novos protocolos baseados neste modelo com grandes potencialidades. 8

9 As diferentes ferramentas do mercado ArchiCAD ArchiCad é um software BIM de arquitetura desenvolvido pela companhia húngara Graphisoft. Este software foi criado para máquinas equipadas com os sistemas operativos Windows e Macintosh. O seu desenvolvimento e criação foram iniciados em 1982 pela companhia mundialmente conhecida como Apple Macintosh. Este programa é conhecido por ter sido o primeiro software CAD para computadores pessoais capaz de criar desenhos em duas dimensões e geometria paramétrica em três dimensões. ArchiCad proporciona uma diversidade de ferramentas, no qual se pode selecionar, configurar e produzir uma imensa variedade de objetos de construção como paredes, cadeiras, portas, janelas, telhados, tábuas e até nos fornece as ferramentas necessárias para procedermos à construção de edifícios virtuais. Oferece, também, soluções para manusear todos os aspetos de estética e de engenharia durante um grande processo de design na construção do ambiente que envolve os objetos como os restantes edifícios, interiores, áreas urbanas, etc. Tudo isto é possível graças à sua grande capacidade de gerar e modificar objetos em diferentes dimensões, conseguindo não só modificar linhas como também modificar e produzir desenhos arquitetónicos e modelos de edifícios. É possível, desse modo, criar cenas com luz e sombra e proporcionar imagens dinâmicas, vídeos ou cenas interativas de realidade virtual, objetos ou ambientes. 9

10 O ArchiCAD é muito útil para a produção de modelos 3D simples de fácil modificação. Isso permite que o utilizador visualize e teste as suas ideias com maior rapidez do que através da construção de um modelo físico, e mais profundamente do que os esboços em desenho. Este software, utilizado diariamente na indústria de design industrial por mais de arquitetos em todo o mundo, foi também implementado pela BIM, no início do ano de 1987, sob a supervisão do conceito de Graphisoft's "Virtual Building". Os programadores do ArchiCAD criaram uma linguagem gráfica própria, a GDL, que faculta a criação de objetos e formas futuramente guardadas em código numa base de dados, a Library Objects. É possível usar essa linguagem para criar novas formas e sombras ou apenas para modificar e criar variantes de objetos já existentes. Como a tecnologia BIM ainda é uma tecnologia relativamente recente, isso abre uma imensa oportunidade a qualquer pessoa de se tornar um reconhecido programador ou criador de plataformas virtuais. 10

11 Autodesk Naviswork Autodesk Navisworks é um software que auxilia a arquitetura, a engenharia e a construção profissional no que toca a possuir o controlo dos resultados de cada projeto. Integra, partilha e prevê modelos gravados em diversos formatos com todos os detalhes do projeto. Possui um conjunto abrangente de ferramentas de integração, análise e comunicação que ajudam melhor as equipas a coordenar disciplinas, resolver conflitos, e projetar planos antes da construção ou iniciação de renovação. Os recursos dos produtos Autodesk Navisworks para a análise do projeto de construção permitem a coordenação, simulação, construção e análise de um projeto inteiro para seguidamente poder gerenciar projetos de construção. Os softwares Autodesk Navisworks Simulate, Autodesk Navisworks Manage, e Autodesk Navisworks Freedom incluem ferramentas para simular e otimizar a programação, identificar e coordenar os confrontos e interferências, colaborar com as equipas de projeto, e obter insights sobre os problemas potenciais antes do início da construção. Navisworks suporta Building Information Modeling (BIM) para a construção e infraestrutura, assim como também suporta projetos baseados em modelo 3D para plantas processadas e poderosas. 11

12 Autodesk Revit Autodesk Revit é um software BIM desenvolvido para arquitetos e engenheiros. Este foi criado e desenvolvido especificamente para ajudar em design profissional de edifícios e na optimização da sua qualidade, com maior eficiência energética, permitindo aos utilizadores projetar um edifício e os seus componentes em 3D, anotar o modelo com elementos em duas dimensões e a elaboração e o acesso a informações de construção a partir do banco de dados de modelos de construção. Revit é um software capaz de usar o 4D BIM e permite, assim, usar ferramentas para planear e acompanhar as várias fases do ciclo de vida do edifício, desde a concepção à sua respectiva construção e, mais tarde, a demolição. Entre as várias funcionalidades e possibilidades que o Autodesk Revit proporciona às entidades que o utilizam, as que mais se destacam são: Soberanas ferramentas de projeto arquitetónico auxiliam a captura e análise de conceitos, mantendo a consistência através da concepção, construção e documentação; Ferramentas específicas para engenheiros estruturais ajudam, com mais precisão, a projetar e construir estruturas de edifícios de forma eficiente; Poderosas ferramentas de modelagem ajudam os profissionais de construção a previsão e comunicação da viabilidade do projecto. 12

13 SOLIBRI A empresa Solibri foi fundada em 1999, com o intuito de melhorar a qualidade dos BIM (Building Information Models) e tornar todo o processo mais produtivo, ao criar um software que seja mais consistente, fácil e proveitoso em termos económicos. Esta é uma firma privada, cuja direcção e equipa responsável pela programação são pessoas com um enorme conhecimento na área e representam grandes pioneiros na aplicação deste programa em projetos na indústria da construção. Existem quatro tipos de produtos na Solibri: Optimizer Model Viewer Model Checker Issue Locator Optimizer Esta ferramenta tem como principal função a compactação do projeto com os restantes programas que trabalhem em IFC. O utilizador fica assim com cerca de 6% do tamanho original do ficheiro, denotando uma clara melhoria em relação aos softwares de compressão mais usuais (15 a 30%). Por tudo isto, o optimizer traz vantagens como o carregamento mais rápido de qualquer trabalho com formato IFC e a diminuição do espaço ocupado (possibilitando assim o envio por correio electrónico e facilitando a troca de informação entre todos os agentes envolvidos no projeto). Issue Locator e Model Checker Estes produtos, que neste momento podem ser utilizados usando o Graphisoft ArchiCAD 11, 12, e 13, permitem ao utilizador obter uma visualização em raio-x e aceder a qualquer problema directamente na sua fonte, possibilitando uma correcção eficaz do erro. As suas potencialidades permitem também uma análise da situação propondo, posteriormente, uma solução que visa melhorar o design do trabalho assim como a produtividade no geral. 13

14 Todas estas vantagens fazem com que esta ferramenta seja cada vez mais utilizada tanto por arquitetos e engenheiros entre si, na realização do projeto, como para apresentarem um possível protótipo do trabalho aos respectivos proprietários. Model Viewer Model Viewer é um programa gratuito criado com o intuito de visualizar qualquer ficheiro IFC e é um dos mais rápidos e consistentes com arquivos deste formato. Quando em parceria com o SOLIBRI Model Checker, permite analisar e partilhar todo o projeto com a equipa de design. Funciona com os sistemas operativos Windows 32 e 64 bits e com Macintosh e, embora não esteja dotado do sistema de certificação internacional, é reconhecido e aprovado pela IAI (International Alliance for Interoperability). 14

15 Conclusão O BIM abriu uma grande possibilidade no mundo da engenharia, arquitetura e construção, uma vez que facilitou a comunicação, leitura e execução dos projetos, permitindo prever quaisquer problemas na realização do modelo. Com o aumento do número dos programas BIM surgiu um problema: a maior parte do software sofria problemas de incompatibilidade. A resolução deste problema passou pela criação dos OpenBIM, embora inicialmente tenham surgido diversos formatos criando distorções a nível da interoperabilidade dos ficheiros. Assim, por forma a minimizar os erros observados ao longo de todo o processo evolutivo, a ISO lançou uma campanha para a criação um formato estandardizado. Atualmente existe um grande número de ferramentas no mercado, abrangendo cada uma delas uma vertente diferente e diferentes funcionalidades e potencialidades. Assim o futuro torna-se incerto com o que será possível realizar no processo construtivo. Contudo, algo parece ser unânime no que ao desenvolvimento do ramo diz respeito: o futuro passará pelos BIM. 15

16 Referências Bibliográficas Leite, Fernanda; Akinci, Burcu; Garrett, James; Akin, Omer (2009). "Representation of Facility Contents and Threats for Supporting Identification of Vulnerabilities in Building Emergencies". Computing in Civil Engineering. pp. 58. Liu, Xuesong; Akinci, Burcu (2009). "Requirements and Evaluation of Standards for Integration of Sensor Data with Building Information Models". Computing in Civil Engineering. pp. 10 Yezioro, A; Dong, B; Leite, F (2008). "An applied artificial intelligence approach towards assessing building performance simulation tools". Energy and Buildings 40 (4):