FERRAMENTAS BIM DE APOIO À GESTÃO DE OBRA

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1 FERRAMENTAS BIM DE APOIO À GESTÃO DE OBRA Joana Araújo (1), José Carlos Lino (2), João Pedro Couto (3) (1) Universidade do Minho, Guimarães (2) BIMMS, Porto (3) Universidade do Minho, Guimarães Resumo Ao contrário de outras indústrias, onde se privilegia a produção em série e em ambientes controlados, a indústria da construção tem, em cada projeto, um produto único, variando a localização, a forma e a diversidade dos materiais aplicados, o que dificulta a implementação sistemática de processos de gestão neste tipo de empreendimentos. Na ótica da construção, as direções de obra têm procurado aplicar diversas ferramentas para o controlo dos custos e dos prazos da obra, mas que, usualmente, não estão interligados. O BIM (Building Information Modeling) surge como resposta a esta problemática, como metodologia colaborativa integrada. Este artigo tem como principal objetivo, apresentar um conjunto de ferramentas de gestão que controlam melhor o tempo e o custo ao longo da construção, integrando-as com o BIM 4D e 5D. Como exemplo prático, modelou-se um edifício de serviços em REVIT, aplicou-se a clashdetection a esse modelo através do Solibri Model Checker e incluiu-se o faseamento construtivo com o Navisworks Manage. A partir deste, integraram-se gráficos, tabelas dinâmicas de tempos e custos, baseados no Earned Value Management (EVM). Através desta metodologia resultou um modelo de cores identificativas dos elementos e do estado da construção para uma determinada data estado. 1. Introdução Atualmente, a indústria da arquitetura, engenharia e construção (AEC) está perante mudanças e desafios desde a ordem tecnológica até às preocupações energéticas atuais e da melhoria de produtividade [1]. A competitividade no setor é outra razão das mudanças que se vivem: a necessidade de produzir mais, melhor e em menos tempo são um novo desafio para as empresas do setor que queiram sobreviver no mercado [2].

2 Segundo vários autores [3] [5], a indústria da construção é caracterizada por ser diversificada em vários domínios, comparativamente com outras atividades industriais. O maior indicador desta realidade é a relação tempo/custo/dimensão entre o projeto, a execução e a entrega final do produto. Ao contrário das indústrias não-agrícolas, que incorporam a produção em série de produtos de pequena a média dimensão, a indústria da AEC é caracterizada por um produto único, não propenso a produção em massa e a processos contínuos e repetitivos [3], [4]. Por outro lado, o ciclo-de-vida do projeto encontra muitas vezes situações caóticas na contribuição de vários agentes, que usam diferentes métodos e formatos para organizar e entregar a informação. De certa forma, estes fatores tendem a desencorajar os profissionais da indústria AEC em colocar esforço na garantia da qualidade e especificação das tarefas do projeto. Estando perante um desafio no desenvolvimento da sua produtividade, de uma forma mais flexível [3]. Numa obra existem fatores nos quais se associa um grau de incerteza, tais como acidentes de trabalho, avarias ou condições atmosféricas inesperadas, entre outros. Contudo, a maioria dos fatores de incerteza está ligada a fatores humanos resultantes de uma deficiente gestão do tempo e dos recursos [6]. Um estudo feito por Paul Teicholz [7] sobre o declínio da produtividade na indústria da construção, mede uma taxa geral de declínio com uma linha de tendência de -0.32% por ano, em contrapartida à tendência positiva de 3.06% por ano das indústrias não-agrícolas. Este impacto ao longo de 48 anos é bastante significativo (desde 1964 a 2012). Building Information Modeling (BIM) é uma das recentes tecnologias mais promissoras na indústria da AEC [5], [8]. Segundo Eastman [5], num modelo BIM, um ou mais modelos virtuais de um edifício são produzidos digitalmente servindo de suporte ao projeto e aos seus envolventes. 2. Enquadramento teórico 2.1 Gestão de Obra Earned Value Management (EVM) A obtenção de Feedback torna-se relevante no sucesso de um projeto [9]. A obtenção de informação atempadamente e de forma orientada permite ao gestor de projeto identificar e antecipar problemas, e fazer ajustes que mantenham o projeto dentro dos prazos e custos estipulados. Assim, o EVM fornece um sistema de gestão que permite a monitorização integrada, de custos e prazos, fornecendo indicadores de desempenho sobre o estado do projeto e estimativas para a sua conclusão. Este método baseia-se essencialmente em três métricas de medição: o valor do orçamento planeado (Planned value), o valor orçamentado para os trabalhos realizados (Earned Value) e o custo real dos trabalhos realizados (Actual Cost). O Planned Value (PV) ou Budgeted Cost of Work Schedule (BCWS), em português Custo orçamentado acumulado para o planeamento ao longo do plano base, descreve a evolução que o projeto deverá ter para qualquer ponto do planeamento. O Earned Value (EV) ou Budgeted Cost of Work Performed (BCWP), é o custo orçamentado dos trabalhos realizados para um determinado instante ou plano base.

3 Trata-se de um medidor do trabalho elaborado em termos de orçamento e pode ser representado pelo valor acumulado dos custos orçamentados associados a todas as atividades realizadas até a data de estudo. Por fim, o Actual Cost (AC) ou Actual Cost of Work Performed (ACWP), é o custo real dos trabalhos realizados, ou seja, o que efetivamente foi gasto com os trabalhos realizados. Estas três métricas podem ser representadas e interpretadas com base no gráfico genérico da Figura 1, sendo o PV, EV e o AC representados por três curvas tipo-s, e medidos como referido anteriormente a partir de uma data de estado (status date). Com base nestas três medidas e a introdução de uma quarta data, Budget at completion (BAC) ou orçamento total previsto na conclusão do projeto, desenvolvem-se os restantes desvios/ variações, índices de medição e previsões relativamente aos prazos e aos custos. O gráfico da Figura 1 permite representar estas relações e dar informação das equações de cálculo, e a Tabela 1 em interligar medir os vários índices [9] [11]. Figura 1: Gráfico Tipo EVM, [12]. Tabela 1: Quadro de medição do projeto com base nos índices de tempo e custo, [11]. 2.2 BIM Para além de uma geometria paramétrica precisa, os modelos BIM contêm datas e funções necessárias no uso do ciclo de vida de um edifício. Trazem mudanças na forma como a equipa projetista se relaciona, pela integração das fases de projeto e de construção numa plataforma comum, resultando a otimização da construção, reduzindo os custos e a duração dos projetos.

4 A Figura 2 mostra a evolução trazida pelo BIM na interligação das várias fases de trabalho a iniciar no mesmo instante [13], [14]. Figura 2: Integração das várias fases da construção, [13] BIM 4D O BIM 4D consiste na adição do tempo ao modelo 3D paramétrico. Os modelos BIM-4D mostram a evolução da construção ao longo do tempo, pela combinação das atividades da construção com os elementos, sendo que o principal objetivo é mostrar visualmente o plano de construção, as áreas afetadas por fases e/ou equipas de trabalho. No planeamento tem como objetivo a criação de um modelo estático de visualização, pela sobreposição de cores de informação (override de cores) e divisão dos elementos de construção por implantações e prazos (ver Figura 3). [15] Figura 3: Exemplo de modelo estático de cores, [15] BIM 5D O BIM 5D consiste na adição do custo ao modelo BIM (4D). [8] O 5D integra todo o tipo de informação das datas de custo, como quantidades, cronogramas e orçamentos.[16] O objetivo da utilização do 5D consiste na possibilidade de ter um modelo BIM que gere automaticamente todos os custos e as suas representações em função do tempo. Isto permitiria uma redução instantânea, do tempo despendido com esta fase de projeto, para além de aumentar a precisão das quantidades retiradas, graças à redução das ambiguidades criadas pela utilização de modelos em CAD e pela consulta de informação externa ao modelo. [17], [18] Num estudo elaborado pela McGraw Hill Construction em 2012, [19], relata que a adição dos custos (5D) ao BIM é reconhecido ainda como um processo dificultado, mesmo que se reconheça como um potencial valor do BIM no futuro, caso esta dificuldade seja ultrapassada. Monteiro [20], reconhece ainda que a maioria das ferramentas BIM são capazes de realizar a

5 extração de quantidades, mas não efetuam a estimativa de custo, que geralmente é efetuada num software diferente, sendo esta transferência feita através de um ficheiro em formato IFC que ainda não garante que a totalidade da informação é transferida, existindo assim perda de informação que pode levar, em última análise a quantidades e estimativas incorretas. 3. Aplicação Prática Metodologia A metodologia da Figura 4 descreve a estrutura prática deste artigo composto sucessivamente em quatro principais fases de trabalho (identificados a roxo), a modelação 3D do caso de estudo, a identificação de incompatibilidades (clash-detection), a simulação 4D e por fim a elaboração de uma análise de gestão com base no método EVM. Na primeira fase criaram-se modelos de vista que permitem o apoio às restantes fases. Este esquema identifica os caminhos que foram percorridos para se fazer a gestão de obra e explica também as relações entre os vários softwares usados e como se fez a passagem entre eles. Por fim resultou uma análise de gestão alicerçada numa animação 4D e num modelo estático de cores identificativas do estado da construção. Figura 4: Esquema representativo da metodologia usada. 3.1 Modelação 3D de um caso de estudo O caso prático trata-se de um edifício de serviços com uma implantação de m², com um piso de pé-direito de 4,0 m e com uma altura útil não inferior a 2,0 m. A modelação 3D destas componentes foi feita de acordo com o faseamento construtivo, para que houvesse uma melhor interação entre o modelo virtual e a realidade e facilitasse mais tarde na ligação das tarefas do planeamento no modelo 4D. Como exemplo, os pilares estruturais foram modelados por pisos, o que permite sequenciar o seu processo construtivo em alturas de betonagem por níveis.

6 Para a modelação utilizou-se o software Revit 2016, e foram modeladas todas as especialidades, em primeiro as estruturas, a arquitetura e por último as instalações MEP (à exceção das redes elétricas), resultando no modelo federado da Figura 5. Figura 5: Modelação 3D. 3.2 Modelos de Vista Após a modelação 3D do edifício houve a necessidade de criar modelos de vista, para que se pudesse selecionar e visualizar apenas os objetos pretendidos para cada especialidade, e facilitasse na coordenação do modelo e correção das incompatibilidades do mesmo (Passo 2). A criação de vistas no Revit foi elaborada em três passos presentes na Figura 6. Em primeiro, criou-se project parameters do tipo texto (parâmetro subdiscipline ) inserido no grupo visibility do Revit. Depois atribuíram-se filtros filters para cada disciplina e, por último, gravaram-se view templates resultando as vistas de objetos de cada especialidade em baixo (ver Figura 7). Figura 6: Esquema para criação de modelos de vista no Revit.

7 Figura 7: Modelos de vista; (a) Estruturas; (b) Arquitetura e (c) MEP. 3.3 Deteção de conflitos A deteção de conflitos (clash-detection) é relevante no apoio à gestão de obra, pois permite antecipadamente e de uma forma eficaz perceber onde há incompatibilidades, entre todos os elementos envolvidos no processo da construção (importância devido a grande quantidade de objetos/especialidades e dimensão do projeto). O software usado para determinação das incompatibilidades foi o Solibri Model Checker (SMC), da Nemetschek group, por se tratar de um software bastante completo, não sendo só um identificador das clashes mas um bom gestor dos projetos em ambiente BIM. A interoperabilidade entre o Revit e o SMC fez-se através de três ficheiros IFC 2x3 (Estruturas, Arquitetura e MEP). A coordenação dos três ficheiros é automática no solibri, atribuindo a cada IFC um tipo de serviço. A deteção é um processo iterativo entre os softwares Revit e SMC, sendo que as regras encontram-se por defeito no Solibri através de um ficheiro (.cset). Uma vez que se trata de um modelo completo envolvendo todas as especialidades da AEC, é necessário verificar as compatibilidades entre todos os tipos. Em particular, algumas clashes foram importantes de ser estudadas, como a interseção de condutas de AVAC e tubagens de água com os capitéis estruturais. A compatibilização entre os capitéis e as instalações limitou-se ao espaço livre existente entre a laje da cobertura e o teto falso (cerca de 90 cm). Sendo que em alguns casos, nos espaços onde existiam capitéis (35 cm de espessura) houve um desvio das redes para que se pudessem cruzar com os capitéis e os restantes traçados. Por fim apresenta-se na Figura 8 a coordenação entre o Solibri e o Revit lado a lado e respetiva correção efetuada no Revit na Figura 9.

8 Figura 8: Trabalho colaborativo entre os softwares Revit e SMC. Figura 9: Correção das tubagens no Revit. 3.4 Simulação 4D A simulação 4D da construção baseia-se na ligação das tarefas do cronograma/planeamento aos objetos da modelação 3D, em função do tempo e do espaço, originando um vídeo 4D. É importante referir que quanto mais detalhado for o planeamento maior é a qualidade da simulação. Deve também haver uma coerência entre o planeamento e a modelação 3D tal como referido no subcapítulo da modelação. O planeamento da empreitada fez-se no MS Project 2013 e a exportação direta do modelo do Revit para o Navisworks Manage A associação dos elementos às respetivas tarefas foi feita pela utilização de selection sets do Navisworks e do campo find items usando o parâmetro subdisciplines criado no Revit para dividir a informação. Obteve-se assim a animação 4D. 4. Ferramentas de apoio à gestão de obra 4.1 Planeamento através do MS Project O primeiro passo para uma boa gestão consiste em definir o melhor possível o planeamento que irá servir de base para a obra, com o detalhe que se pretenda para a mesma. Assim, no Project editou-se o Planeamento inicial por semanas (ver Figura 10), que permitirá ao gestor de obra preencher os custos efetuados em cada semana de construção.

9 A WBS presente na Figura 10 foi criada pelo Project estruturando as tarefas da construção para este artigo. Por fim, criou-se duas funções no Project, a number e a number finish que registam em que semana (do ano) corresponde as datas de inicio e fim planeadas. Estas funções irão guiar na construção das tabelas dinâmicas no Excel e dão informação ao utilizador (gestor de obra). Figura 10: Planeamento editado no MS Project Ligação do Navisworks ao Excel Para se poder trabalhar os dados no Excel importou-se um ficheiro CSV gravado do Navisworks e fez-se a ligação desse ficheiro a partir de uma nova folha no Excel (separador Dados - Ligações, ver Figura 11-(c)). (a) (b) (c) Figura 11- (a) Planeamento por semanas; (b) Custos e datas das tarefas; (c) Ligação Excel. Esta folha pode ser atualizada sempre que houverem alterações feitas no software de simulação. As colunas das tarefas Name (Figura 11-(a)), do registo das semanas de inicio e fim (colunas X e AB da Figura 11-(b)) e as colunas de custo (ver colunas T, Z e AA da Figura 11-(b)) encontram-se conectadas as restantes folhas para a análise EVM do Excel, de modo a que a informação seja introduzida e editada de forma automática.

10 4.3 Análise EVM - Gráficos e Tabelas dinâmicas Excel Neste artigo apenas será abordada a especialidade de Estruturas para a análise EVM, como validação da metodologia usada em 3. Pela recolha dos dados dos custos e datas, referidos no subcapítulo 4.2, determinou-se automaticamente os acumulados do PV (azul), EV (verde) e AC (vermelho) e criou-se o gráfico da Figura 12. Os valores apresentados para o EV e o AC são meramente hipotéticos, para se fazer o estudo presente neste artigo Análise EVM - Especialidade de Estruturas Data estado PV EV AC Figura 12: Análise EVM feita no Excel. Pela análise do gráfico verifica-se que ao longo das semanas 12 a 15 e 23 a 29, a curva EV está por cima da curva PV, ou seja, que se realizou mais trabalho do que o planeado fazer nessas semanas (em termos monetários), e nas semanas 15 a 23 realizou-se menos trabalho do que o planeado, em que no primeiro caso a curva AC está acima da EV e no segundo intervalo abaixo da EV, sucessivamente no primeiro caso gastou-se mais do que o que se planeou, e no segundo caso gastou-se menos do que planeado. 4.4 Análise dos dados Indicadores EVM O exemplo da seguinte Tabela 2 apresenta os valores e os indicadores de medição (SV, CV, SPI, CPI) para as semanas da construção até a semana 19, semana de estudo deste artigo para a data estado (ver Figura 12, a reta a tracejado). Tabela 2: Resultados semanais da consrução SV 8 533, , , , , , ,71

11 CV SV (%) CV (%) 2 556, , , , , ,77 1,00 1,00 1,00 0,26 0,14-0,14-0,17-0,19-0,20-0,17 1,00 1,00 1,00 1,00-0,10-0,06-0,18-0,21-0,16 SPI ,0 1,0 1,3 1,1 0,9 0,8 0,8 0,8 0,8 CPI 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,9 0,9 0,8 0,8 0,9 Pela consulta do quadro da Tabela 1 presente no capítulo 2 percebe-se que o projeto na semana 19 de estudo está atrasado e abaixo do orçamento. 4.5 Representação/ Criação do modelo de cores - Integração do método EVM no BIM Depois de analisados os indicadores da Tabela 2 do subcapítulo 4.4 e através do DataTools no Navisworks atribuíram-se esses dados a uma nova coluna adicionada às propriedades de cada elemento Override_cores, que regista a semana da construção, a cor do seu estado, o nome do elemento e o seu Element ID, ver Figura 13 sublinhado a amarelo no canto inferior esquerdo. De seguida, através do Appearence Profiler seleciona-se essa informação ( Category, Property e equals ), ver Figura 13 sublinhado a amarelo no canto inferior direito. E por fim, grava-se esse registo através de um ficheiro.dat. O modelo de cores (Override de cores) resulta pela seleção desses objetos e pela atribuição da cor que se pretende (ver exemplo da Figura 13), em que os objetos da semana 19 se encontram pintados a vermelho. Figura 13: Override de cores ligados a análise da Semana 19.

12 5. Conclusões O desenvolvimento de trabalhos em BIM permite acrescentar valor aos projetos, sem perda de informação, com as várias especialidades. Assim, o objetivo deste artigo consistiu em agregar a vária informação do modelo, fornecendo bases que poderiam antecipar os problemas a surgir em obra (compatibilização da modelação), e apresentar ferramentas para a gestão dos custos e do tempo ao longo da construção. Com base nestes pressupostos concluiu-se que a criação de modelos de vista e de parâmetros para cada objeto da modelação, no software Revit 2016 contribuiu para uma eficiente visualização/ filtro da informação e facilitou nos processos envolvidos no restante software (SMC e Navisworks Manage 2016), uma vez que o parâmetro SUBDISCIPLINE passou eficazmente através de um ficheiro IFC ou por exportação direta (no caso do Navisworks). Concluiu-se também que a necessidade de um modelo completo (constituído por todas as especialidades) é pertinente, sendo que cada elemento/objeto da modelação 3D pode ser associado de um modo detalhado a tarefa do planeamento correspondente acrescentando a informação necessária para a gestão de obra. Além disso, a clash-detection permitiu perceber que haviam colisões entre as várias especialidades antes da construção, havendo a necessidade de reajustar a modelação. Permitiu também a passagem de informação limpa para software de simulação 4D. A integração entre os vários softwares e metodologias de cada capítulo foi conseguida. Por último, de uma forma indireta, é possível integrar a gestão de obra a um modelo BIM, introduzindo a informação relevante no software da simulação 4D e na criação de um modelo estático de cores que acrescenta informação do estado da obra (no tempo e do custo) a cada objeto/ elemento 3D. Referências [1] J. C. Lino, M. Azenha, and P. Lourenço, Integração da Metodologia BIM na Engenharia de Estruturas, Encontro Nac. Betão Estrutural -BE2012, pp , [2] ndbim Virtual Building, Uma metodologia avançada de planeamento potenciada pelo BIM, [Online]. Available: [Accessed: 15-Jun-2015]. [3] A. Monteiro, P. Mêda, and J. P. Martins, Framework for the coordinated application of two different integrated project delivery platforms, Autom. Constr., no. 38, pp , [4] P. Teicholz, Labor Productivity Declines in the Construction Industry: Causes and Remedies., [Online]. Available: [5] C. Eastman, P. Teicholz, R. Sacks, and K. Liston, BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers, and Contractors, 2nd ed. John Wiley & Sons, Inc., [6] H. De Sousa and A. Monteiro, Linha de Balanço-Uma nova abordagem ao Planeamento e Controlo na Construção, CD do 2 o Fórum Int. Gestão da Construção GESCON 2011, pp. 1 12, [7] P. Teicholz, Labor productivity declines in the construction industry: causes and remedies (Another Look), AECbytes, no. 67, [8] S. Azhar, Building Information Modeling (BIM): Trends, Benefits, Risks, and Challenges for the AEC Industry, no. Bazjanac 2006, pp , 2011.

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