UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ FELIPE ALVES DE PAULA LEANDRO BRITO DE GOUVÊA PEDRO CALDAS LORENZI ANÁLISE DE FERRAMENTAS DE MODELAGEM NA ELABORAÇÃO DE UM MODELO BIM 5D CURITIBA 2013
II FELIPE ALVES DE PAULA LEANDRO BRITO DE GOUVÊA PEDRO CALDAS LORENZI ANÁLISE DE FERRAMENTAS DE MODELAGEM NA ELABORAÇÃO DE UM MODELO BIM 5D Trabalho apresentado para conclusão do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Paraná. Orientador: Prof. Dr. Sérgio Scheer CURITIBA 2013
III Resumo A indústria da construção civil apresenta diversas falhas relacionadas ao desenvolvimento de projetos e planejamento das obras. Entretanto, existem recursos e ferramentas disponíveis, capazes de auxiliar e melhorar estes processos. Buscando a inovação no desenvolvimento de ambientes de projeto e acompanhamento da construção de empreendimentos de construção civil, o presente trabalho tem por objetivo a elaboração, análise e realização de simulações de um modelo BIM 5D. Para tanto foi selecionado como pesquisa ação o projeto de uma obra composta por duas residências localizada no município de Fazenda Rio Grande no estado do Paraná. A fim de realizar o estudo da obra foi utilizado um projeto 2D composto da implantação e plantas de cada unidade. Em seguida foi desenvolvido um modelo 3D utilizando o software Revit da Autodesk. A fim de introduzir o conceito BIM (Building Information Modeling) ao projeto, foram inseridas informações, elementos e componentes construtivos no modelo que possibilitam visualização de cada unidade em 3D com essas informações podendo então elaborar cronogramas e orçamentos. Tendo em mãos os quantitativos se torna possível introduzir taxas de produção, dividir o canteiro em locações lógicas e aplicar custos unitários para materiais, equipamentos e mão-de-obra para desenvolver um Modelo 5D. Porém o presente trabalho se limitará apenas à geração automatizada de quantitativos e cronogramas oriundos do modelo desenvolvido. Tendo essas informações integradas ao modelo pode-se, por fim, desenvolver um modelo BIM 5D que possibilita que o cliente tenha uma nova gama de informações e visualização do projeto em um modelo totalmente integrado de modo que conheça bem o empreendimento sendo analisado. Palavras-chave: BIM, Modelagem, 4D/5D, Modelo integrado de informação
AGRADECIMENTOS IV
BIM is beginning to change the way buildings look, the way they function, and the ways in which they are built. Eastman et al., 2008. V
VI Sumário Resumo... 3 Tabela de Siglas... 8 1. Introdução... 1 1.1. Visão geral... Erro! Indicador não definido. 1.2. Justificativa... Erro! Indicador não definido. 1.3. Objetivo... 2 1.3.1. Objetivo Principal... 2 1.3.2. Objetivos Específicos... 2 2. BIM Building Information Modeling... 3 2.1. Histórico... 6 3. Projeto do empreendimento... 8 3.1. Projeto de Arquitetura e Engenharia... 10 3.2. BIM para projetos de arquitetura e engenharia... 10 3.3. Planejamento de prazo... 12 3.4. BIM para Planejamento De Prazo... 17 3.5. Planejamento de Custos... 19 3.6. BIM para planejamento de custos... 22 4. Métodos e Materiais... 24 4.1. Elaboração dos modelos... 25 4.1.1. Arquitetônico... 28 4.1.2. Estrutural... 30 4.1.3. Instalações Hidráulicas... 31 4.2. Estimativa de Custos... 32 4.3. Levantamento de custos... 33 4.4. Elaboração do planejamento de prazo... 35 4.5. Associação do prazo e custo... 35
VII 4.6. Simulação 5D (Prazo + Custo)... 36 5. Resultados... 40 5.1. Modelo 3D... 40 5.2. Tabela de quantitativos... 42 5.3. Orçamento... 44 5.4. planejamento de prazo... 44 5.5. Simulação 5D... 44 6. Conclusões... 46 7. Bibliografia... 48 8. Anexos... Erro! Indicador não definido. 8.1. Anexo 1 - A-01 - Planta baixa e Implantação... 52 8.2. Anexo 2 - A-02 - Cortes, elevações e 3D... 53 8.3. Anexo 3 - E-01 Estrutural... 54 8.4. Anexo 4 - H-01 - Isometrico Banheiro... 55 8.5. Anexo 5 - H-02 - Planta e elevação... 56 8.6. Anexo 6 - PDF 3D ARQ EST... 57 8.7. Anexo 7 - PDF 3D INST... 58 8.8. Anexo 8 - Levantamento de quantitativos... 59 8.9. Anexo 9 - Simulação 5D... 60
VIII LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Ciclo de Planejamento... 13 Figura 2 - Hierarquização do processo do controle de planejamento... 16 Figura 3 - Diferenças entre o orçamento convencional e o orçamento executivo.... 21 Figura 4 - Localização do terreno... 24 Figura 5 - Projeto modelo... 26 Figura 6 - Interface do Autodesk Revit... 26 Figura 7 - Definição das unidades... 27 Figura 8 - Estrutura de objetos e propriedades dos materiais... 28 Figura 9 - Evolução do modelo arquitetônico... 29 Figura 10 - Evolução do modelo estrutural... 31 Figura 11 - Etapas do modelo de instalações hidráulicas... 32 Figura 12 - Exemplo de extração por tabelas do Revit... 33 Figura 13 - Exemplo de composição do SINAPI... 33 Figura 14 - Tabela extraída do Revit em formato.txt... 34 Figura 15 - Levantamento de custo... 34 Figura 16 - Planilha de planejamento... 35 Figura 17 - Demonstração de códigos associados ao elemento... 36 Figura 18 - Tabelas do Revit... 37 Figura 19 - Tabela final de quantitativos... 37 Figura 20 - Planejamento com o custo associado... 38 Figura 21 - Simulação 5D... 39 Figura 22 - Modelo 3D... 41 Figura 23 Modelo 3D seccionado... 42 Figura 24 - Tabela de quantitativos ordenada... 43 Figura 25 - Composição da estrutura do telhado... 43 Figura 26 - Extração do madeiramento... 44
IX TABELA DE SIGLAS AEC BIM CAD CFD COM CUB EAP FEA IFC NIBS SINAPI TIC Arquitetura, Engenharia e Construção Building Information Modeling Computer-Aided Design Computer Flow Design Método do Caminho Crítico Custo Unitário Básico Estrutura Analítica de Projetos Análise por Elementos Finitos Industry Foundation Classes National Institute of Building Sciences Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil Tecnologia da Informação e Comunicação
1 1. INTRODUÇÃO As tecnologias usualmente utilizadas para a gestão do processo de construção revelam-se insuficientes para enfrentar a crescente complexidade dos edifícios e um mercado incessante à procura de prazos mais curtos (AZEVEDO, 2009). Segundo a revista The Economist, trinta por cento do processo de construção é repetido, sessenta por cento do esforço de trabalho é desperdiçado e, ainda, há uma perda de dez devido aos materiais desperdiçados. Isso se dá principalmente devido à falta de integração entre os profissionais envolvidos na indústria AEC arquitetura, engenharia e construção - e a ineficiente troca de informações entre eles. Apesar de problemas bastante enraizados, acredita-se que existem conceitos e recursos disponíveis no mercado, capazes de suprir e orientar os profissionais na busca pela melhoria e eficiência dos processos. A elaboração de um bom projeto, capaz de fornecer informações suficientes para um bom planejamento de prazo e custo, faz parte da busca pela melhoria na indústria da construção civil. Building Information Modeling (BIM) é uma filosofia de trabalho que integra arquitetos, engenheiros e construtores (AEC) na elaboração de um modelo virtual preciso, o qual gera um banco de dados que contém informações topológicas, subsídios para orçamento, cálculo energético e previsão das fases de construção entre outras atividades (Menezes, 2011). O conceito BIM Building Information Modeling foi analisado, ao longo deste trabalho, pois, acredita-se que suas características de criação e análise de projeto digital, parametricidade, agrupamento da informação e interoperabilidade, sejam ferramentas importantes para suprir a as falhas de planejamento e altas demandas do mercado atual. Voltadas para a área de construção civil. Para isso, utilizaram-se quatro diferentes softwares: AutoDesk Revit, MSExcel, MSProjet e NavisWorks. Cada um desses softwares trabalha e é utilizado para diferente finalidade, porém completam-se na elaboração de um modelo virtual de projeto. Neste caso, foi elaborado um modelo 5D, ou seja, a construção de um edifício em 3D, acrescido das dimensões tempo e custo, sendo o software AutoDesk Revit responsável pela elaboração do modelo 3D e extração de informações que complementarão o MSExcel na elaboração do custo e o MSProject na elaboração do
2 planejamento de prazo. Finalmente todas as informações serão consolidadas através do NavisWorks, permitindo a visualização completa de todo o modelo 5D. 1.1. OBJETIVO 1.1.1. Objetivo Principal Desenvolver um modelo BIM 5D para analisar e avaliar os benefícios práticos da utilização de ferramentas BIM na elaboração e condução de projetos. 1.1.2. Objetivos Específicos Especificamente visou-se: 1- Utilizar a metodologia BIM na elaboração de um modelo arquitetônico, estrutural e de instalações hidráulicas. 2- Extrair as informações disponíveis nesse modelo a fim de desenvolver o planejamento de prazo e custo para a edificação, integrando-os em uma simulação BIM 5D.
3 2. BIM BUILDING INFORMATION MODELING Building Information Modeling (BIM) é uma filosofia de trabalho que integra arquitetos, engenheiros e construtores (AEC) na elaboração de um modelo virtual preciso, o qual gera um banco de dados que contém informações topológicas, subsídios para orçamento, cálculo energético e previsão das fases de construção entre outras atividades (Menezes, 2011). Pode ser definida também como o processo de concepção, análise, integração e documentação do ciclo de vida do edifício, através do desenvolvimento de um protótipo virtual inteligente usando um banco de dados de informação (Leicht, et al., 2007). Para (Eastman, et al., 2008) BIM é a Tecnologia de modelagem associada a um conjunto de processos para produzir, comunicar e analisar modelos de construção. A utilização dessa tecnologia possibilita a criação de um modelo digital integrado de todas as especialidades, e que abrange todo o ciclo de vida da edificação. A modelagem 3D paramétrica e a interoperabilidade são características essenciais que dão suporte a esse conceito. BIM é a criação paramétrica, ou inteligente, de modelos em perspectiva 3D em vez de desenhos 2D não inteligentes. O BIM opera sobre uma base de dados digital e qualquer alteração feita na base reflete em todas as peças desenhadas que compõem o projeto. Isto permite que os envolvidos no ciclo de vida de um empreendimento - arquitetos, engenheiros, empreiteiros, proprietários e outros possam visualizar o modelo de modo diferente, conseguindo facilmente compartilhar e sincronizar informações. Serve como um conhecimento compartilhado de recursos para obter informações sobre uma edificação formando uma base sólida para as decisões desde os primeiros desenhos de concepção, até o final da vida útil e eventual desconstrução ou demolição (Azevedo, 2009). Os sistemas baseados na tecnologia BIM podem ser considerados uma nova evolução dos sistemas CAD (Computer-Aided Design), pois gerenciam a informação no ciclo de vida completo de um empreendimento de construção, através de um banco de informações inerentes a um projeto, integrado à modelagem em três dimensões. Nos sistemas Computer-Aided Design (CAD), a geometria é baseada em coordenadas para o desenvolvimento de entidades gráficas, formando elementos de representação (paredes, portas, lajes, etc.). A alteração de um projeto
4 desenvolvido em CAD (2D e 3D) implica em diversas modificações manuais dos objetos representados. Os sistemas BIM adotam modelos paramétricos dos elementos construtivos de uma edificação e permitem o desenvolvimento de alterações dinâmicas no modelo gráfico, que refletem em todas as pranchas de desenho associadas, bem como nas tabelas de orçamento e especificações (Coelho, et al., 2008). Para (Azevedo, 2009), a elaboração de um modelo BIM deve possuir seguintes características: Criação e análise de projeto digital. De acordo com o National Institute of Building Sciences (NIBS), "O Building Information Model (Modelo) é uma representação digital das características físicas e funcionais de uma edificação. Como tal, serve como um conhecimento compartilhado de recursos para obter informações sobre uma instalação formando uma base sólida para as decisões desde o início do seu ciclo de vida em diante". Parametricidade. Objetos paramétricos são aqueles que se ajustam automaticamente a outros objetos num modelo, tal que, se uma alteração é feita para o modelo que afeta o tamanho, localização ou o afastamento do objeto, ele move-se e ajusta-se de acordo. Agrupamento da informação. Para além da representação física de um objeto, os dados funcionais (por exemplo, especificações, garantia, fabrico, etc.) associados a esse objeto são incorporados ou vinculados ao objeto BIM e facilmente acessíveis e legíveis. Interoperabilidade é a capacidade de dois ou mais sistemas ou componentes trocarem informações e usar as informações que foram trocadas. BIM é um conceito amplo que não pode ser utilizado para descrever um tipo de software. Esse seria o mesmo erro cometido durante a disseminação do conceito CAD, que ficou mais relacionado às aplicações de desenho bidimensional do que ao processo de projeto auxiliado pelo computador. Tampouco se pode contemplar a sua totalidade pela utilização de um único software, porque não há aplicações que abranjam todo o ciclo de vida de um edifício. Sistemas dessa natureza seriam complexos e rígidos demais para serem úteis ao processo de modelagem. Ao contrário, o desenvolvimento para a BIM deve continuar orientado para a criação de
5 aplicações específicas para as várias disciplinas envolvidas na construção (Ayres Filho, 2009). Esse conceito oferece uma tecnologia potencialmente transformadora pela sua capacidade de fornecer um recurso compartilhado digital para todos os participantes na gestão do ciclo de vida de um edifício, desde o desenho preliminar, até a gestão de instalações (Santos, et al., 2009). Segundo Florio (2007), o Building Information Modeling e o processo colaborativo aplicado na metodologia de projeto podem: 1. Melhorar a visualização dos dados e informações sobre o projeto, assim como tornar claras as exigências do cliente já nas fases iniciais do projeto, permitindo compreender e participar ativamente do processo; 2. Contribuir para melhorar a eficiência e qualidade da construção civil, com intenção de reduzir custos e desperdícios de materiais e melhorar o aproveitamento de mão-de-obra; 3. Aprimorar a coordenação dos documentos compartilhados da construção a fim de promover tanto a rápida troca de informações, como aumentar a produtividade e melhorar os prazos de entrega dos projetos destinados à execução da obra; 4. Proporcionar uma gestão de projetos que incorpore e compartilhe informações e distribua responsabilidades, riscos e recompensas entre os participantes do projeto; 5. Incorporar e disseminar informações oriundas de fabricantes dos materiais para quantificar e estimar custos. Para Tobin (2008) existem três gerações de adoção do BIM, nomeando as de BIM 1.0, 2.0 e 3.0. Para o autor, o BIM 1.0 é caracterizado pela substituição do desenvolvimento de projetos em CAD bidimensionais por modelos 3D parametrizados. Nesta fase, entretanto, o desenvolvimento do modelo é um processo individualizado, restrito aos projetistas, sem o envolvimento e colaboração de profissionais de outras áreas. O BIM 2.0 expande o modelo a outros profissionais, além dos envolvidos no desenvolvimento dos projetos de arquitetura, estrutura e instalações prediais. Nesta fase, modelos associando informações, tais como o tempo (4D), dados financeiros (5D) e análise de eficiência energética, dentre outros (nd), são associados ao sistema. Para tal, é necessária a cooperação entre os projetistas, consultores,
6 empreendedores e construtores, com as devidas preocupações quanto à interoperabilidade dos dados, tendo em vista permitir o intercâmbio das informações entre os diversos participantes. A adoção efetiva do BIM 2.0 já é realidade em empreendimentos na América do Norte, Ásia e Europa (TOBIN, 2008). A era pós interoperabilidade (BIM 3.0) é considerada a terceira geração da adoção do BIM. No BIM 3.0, o intercâmbio das informações entre os profissionais envolvidos no desenvolvimento de um projeto é realizado através de protocolos abertos, tais como o IFC - industry foundation classes - e os protocolos elaborados pela organização buildingsmart, que permitem aos profissionais o desenvolvimento colaborativo de um modelo de dados que pode ser considerado um protótipo completo da construção do edifício. O autor também especula que o modelo do BIM 3.0 estará disponível através de um banco de dados acessível através da internet, onde os modelos BIM serão construídos colaborativamente em um ambiente 3D. A adoção de sistemas BIM e a evolução do BIM 1.0 ao BIM 3.0 não se limitam a uma implantação de nova tecnologia, mas referem se à adoção de novos fluxos de trabalho envolvendo ambiente colaborativo e planejamento nas fases iniciais do projeto. O novo modelo de colaboração envolve recursos avançados de visualização, aliados à transferência contínua de conhecimento entre os diversos agentes participantes do processo de projeto (projetistas, construtores, contratantes, consultores, etc.) (Tobin, 2008). 2.1. HISTÓRICO No prefácio de Jerry Laiserin (Eastman, et al., 2008) é apontado que os conceitos, abordagens e metodologias que hoje são identificados como pertencentes ao BIM podem ser datados de cerca de 30 anos. Já a terminologia building information modeling, está em circulação há, pelo menos, 15 anos. O documento mais antigo encontrado para o conceito que conhecemos hoje em dia como BIM foi um protótipo em desenvolvimento Building Description System, publicado no AIA Journal de Charles M. Chuck Eastman, na época em Carnegie-Mellon University em 1975. Esse trabalho incluiu noções de BIM, hoje em dia rotineiras, tais como definir elementos interativamente, derivar seções, planos isométricos ou perspectivas pela mesma descrição de elementos. Todas alterações de arranjos e
7 disposições teriam que ser feitas apenas uma vez para que todos desenhos derivados sejam atualizados automaticamente e de modo consistente. Qualquer tipo de análise quantitativa pode ser pareada diretamente com a descrição de materiais utilizados durante a elaboração do projeto, podendo assim gerar, estimativas de custos e quantitativos de materiais, providenciando uma base de dados simples e integrada para análises visuais e quantitativas. Gerar um código automatizado para checagem da edificação na prefeitura ou escritórios de arquitetura. Empreiteiros de grandes projetos consideram essa representação vantajosa para cronogramas e planejamentos de entrega de materiais (Eastman, 1975). Pesquisas e trabalhos similares foram desenvolvidos no final dos anos 1970 e início dos anos 1980 na Europa. Enquanto nos EUA o termo usado era Building Product Models, na Europa, especialmente na Finlândia, utilizavam Product Information Models. Com o tempo, esses dois termos foram se fundindo e foi desenvolvido o termo Building Information Model. O primeiro documento publicado usando o termo Building Modeling, no mesmo sentido em que usamos Building Information Modeling hoje, é de Robert Aish em 1986, no qual definiu todos argumentos para o que conhecemos como BIM e a tecnologia para implementá-lo, incluindo modelagem 3D, extração automática de desenhos, componentes paramétricos inteligentes, bases de dados relacionadas, planejamento temporal das fases de construção, entre outros. O termo Building Information Model apareceu pela primeira vez em 1992 no artigo Automation in Construction de G.A van Nederveen e F. Tolman. Paralelamente com a evolução da nomenclatura e os esforços da academia voltados para pesquisa e desenvolvimento, produtos comerciais também possuem uma longa história implementando a metodologia BIM. Softwares como AllPlan, Archicad, Autodesk Revit, Bentley Building, DigitalProject ou VectorWorks foram também os objetivos de design oriundos dos esforços dos softwares comerciais pioneiros 1. 1 Softwares comerciais como a linhagem britânica desde RUCAPS até Sonata e Reflex. Outra linhagem Britânica de Oxsys até BDS e GDS, na linhagem francesa incluia Cheops e Archtrion. O sistema bélgico Brics e o americano Bausch e Lomb, entre outros sistemas de modelagem que foram pioneiros para o desenvolvimento de sistemas e ferramentas BIM.
8 3. PROJETO DO EMPREENDIMENTO Os edifícios, produtos gerados pela indústria de construção imobiliária, são sem dúvida caracterizados por sua singularidade. O grande tamanho, o elevado valor, a longa vida útil, a importância social e econômica, a variabilidade do mercado consumidor, a inserção urbana e cultural das edificações conferem a estes produtos um caráter único e particular dentro das estruturas produtivas e de consumo da sociedade (Fabricio, 2002). Um empreendimento de construção civil é um conjunto de atividades interrelacionadas e interativas, e que contam com a participação de diversos agentes. É composto por várias fases que são os estudos de viabilidade, prospecção de terrenos, fabricação de materiais e componentes, projetos de diversas especialidades e construção, até as operações de uso e ocupação do edifício (Bertezini, 2006). São quatro as principais fases de um empreendimento: a montagem, onde são realizados os estudos preliminares e o programa do empreendimento; o desenvolvimento do projeto e escolha das empresas construtoras; a organização e a execução dos serviços, onde se destacam as fases de preparação da execução de obras e a gestão da sua e, por fim, a entrega da obra e a gestão do empreendimento (Melhado, 2001). Tradicionalmente, a concepção de novos empreendimentos de construção é associada aos projetos de arquitetura e engenharia que representam o desenvolvimento espacial e tecnológico dos edifícios (Fabricio, 2002). O projeto de empreendimento é a fase onde ocorre a concepção do produto, baseado na identificação das necessidades dos clientes, em termos de desempenho e custos. A qualidade do projeto determinará a qualidade final do produto, e condicionará o nível de satisfação do usuário. Esta qualidade depende, ainda, do nível de descrição da solução adotada, resultante da clareza e da precisão do projeto executivo, dos memoriais de cálculo e dimensionamento, das especificações técnicas (Andrade Jr., 2003), do planejamento de prazo e custos. Normalmente, no processo de projeto tradicional, os representantes de várias equipes de projetos independentes se reúnem temporariamente para estabelecer parâmetros e compatibilizar os diferentes projetos necessários para a
9 execução de um mesmo edifício. A intenção é minimizar ou eliminar possíveis conflitos entre os diversos projetos e melhorá-los em cada área de competência (Andrade Jr., 2003). O problema nesse processo sequencial centralizado é que as decisões acabam sendo hierárquicas entre os profissionais, com um único líder assumindo a responsabilidade de coordenar o desenvolvimento do processo e compatibilizar os projetos. Esse processo centralizado acarreta o risco tanto de diminuir o desempenho do produto como de reduzir possíveis contribuições e compromissos dos outros participantes, pois estes acabam percebendo sua menor influência nos processos decisórios. Consequentemente, essa compartimentação das responsabilidades desestimula a participação e as possíveis e preciosas contribuições que reside nos conhecimentos e experiências de cada profissional (Florio, 2007). Surgiu a necessidade de revisão da forma tradicional de projeto, feita de forma sequencial e com atividades isoladas, a qual leva sempre a atrasos através das atividades de reprojeto e adaptações na fase de produção. Procura-se assim, adicionar novos métodos de projeto, tentando evitar estas perdas e aumentar produtividade (Andrade Jr., 2003). A TIC tecnologia da informação e comunicação - alterou o paradigma fordista-taylorista, apoiados pela divisão social do trabalho, especialização e fragmentação do conhecimento, por um paradigma baseado na rapidez de acesso e do fluxo de informações, na produção e compartilhamento do conhecimento e no uso de computadores e comunicações eletrônicas. Com os recentes avanços na TIC e dos programas BIM tem crescido as experiências com os denominados projetos colaborativos. O rápido aumento da velocidade e acesso às informações oferecido pela TIC agilizou a troca de idéias e tomada de decisões em prazos mais curtos. Segundo Yehuda Kalay, a facilidade de comunicação à distância via Internet tem acelerado a troca de informações e tem estimulado profissionais a trocar e compartilhar conhecimentos e experiências, de modo confiável e seguro. Isso tem afetado também o modo com que as equipes de projeto relacionadas a área de AEC tem trabalhado (Florio, 2007). Colaboração exige que os profissionais trabalhem juntos, extraindo o máximo de seu potencial de conhecimentos e experiências. No projeto colaborativo em rede, os profissionais podem trocar informações sobre seus respectivos projetos
10 de um modo mais ágil em prazos menores. O controlador hierárquico é substituído por um facilitador que recebe e transmite informações, cujo papel passa a ser de certificar que as contribuições individuais sejam acatadas, enriquecendo a solução do produto a partir dos conhecimentos e sugestões de todos os participantes do processo. No projeto colaborativo as responsabilidades, riscos e sucessos são distribuídos por todos os participantes (Florio, 2007). 3.1. PROJETO DE ARQUITETURA E ENGENHARIA Na indústria da construção civil o projeto de Arquitetura e Engenharia é um conjunto de informações (desenhos, especificações, etc.) que instruem a implantação de um empreendimento (Nascimento, et al., 2001). A elaboração de projeto de edificação se entende como a determinação e representação prévias dos atributos funcionais, formais e técnicos de elementos de edificação a construir, a pré-fabricar, a montar, a ampliar, etc., abrangendo os ambientes exteriores e interiores e os projetos de elementos da edificação e das instalações prediais (Nascimento, et al., 2001). Uma característica do processo de projeto é o uso de diferentes tipos de desenhos, que são associados com diferentes estágios do processo (Ito, 2007). Ao longo do processo de projeto, vários projetistas, consultores e agentes do empreendimento são mobilizados para contribuir no projeto. Cada agente participa com os seus interesses e conhecimentos de forma a desenvolver uma parte das decisões e formulações projetuais. Estas decisões são condicionadas por cronogramas, legislações e normas, disponibilidades econômicas e financeiras, possibilidades tecnológicas e construtivas, etc. (Fabricio, 2002). A ineficiente troca de informações no processo atual entre as diversas disciplinas acarreta erros e retrabalho. Utilizando como exemplo a elaboração dos projetos de instalações que não possuem uma visualização adequada do projeto estrutural. Frequentemente ocorrem conflitos espaciais, corrigidos muitas vezes apenas na execução da obra. 3.2. BIM PARA PROJETOS DE ARQUITETURA E ENGENHARIA
11 A confiança em modelos digitais de projetos tem sido uma prática comum na indústria da manufatura por décadas. Times de projeto de companhias como Boeing e Toyota colocaram o modelo digital como o núcleo do processo de projeto colaborativo, utilizando eles para o suporte de todo o ciclo de vida do projeto desde o projeto e documentação até a fabricação e suporte de campo (Autodesk, 2011). BIM ajuda provedores de serviços de arquitetura, engenharia e construção (AEC) a aplicar a mesma abordagem em projetos de edifícios e infraestrutura. Diferentemente do CAD, que usa as ferramentas do software para gerar desenhos digitais 2D e 3D, o BIM facilita uma nova maneira de trabalhar: criando projetos com objetos inteligentes. Independentemente de quantas vezes se mude o projeto ou quem faz essas alterações os dados continuam consistentes, coordenados e precisos para todos os interessados. Equipes multifuncionais de projetos nas indústrias de construção e infraestrutura usam estes projetos baseados em modelos como base para fluxos mais eficientes de trabalho colaborativos que dão a todos os interessados uma visão mais clara do projeto e aumenta a capacidade de tomar decisões melhores e mais rápidas. Modelos criados usando softwares que permitem BIM são inteligentes porque são construídas automaticamente as relações e informações dentro do modelo. Os componentes do modelo sabem como interagir. Um quarto, por exemplo, é mais do que um conceito abstrato. É um único espaço contido por outros componentes da construção (como paredes, pisos e forros) que definem os limites do quarto. Com o BIM o modelo é, na verdade, um banco de dados complexo e o quarto é um elemento do banco de dados que contém informações geométricas e dados não gráficos (Autodesk, 2011). Desse banco de dados, diferentes tipos de informações podem ser geradas automaticamente, como vistas, plantas, elevações, cortes e cronogramas. Caso haja alteração no modelo BIM, as alterações refletem automaticamente nos documentos derivados do mesmo banco de dados central, garantindo um conjunto completo e consistente de documentação (Biotto, 2012). Times de projeto também podem usar a informação contida no modelo para realizar uma variedade de tarefas complementares incluindo análise de energia ou ambiental, visualização, simulação da construção, melhorar a precisão da documentação (Autodesk, 2011).
12 3.3. PLANEJAMENTO DE PRAZO A quantidade de conceitos para definir o termo planejamento, na literatura, é tão extensa quanto o número de autores que o definem (Bernardes, 1996).MENDES JR (1999) adota a definição que planejamento é considerado o processo de tomada de decisão resultando num conjunto de ações necessárias para transformar o estágio inicial de um empreendimento em um desejado estágio final. Essas ações fixam padrões de desempenho contra o qual o progresso do empreendimento é mensurado e analisado no controle durante a fase de construção. Entretanto, este conceito não se refere ao controle como parte do processo de planejamento (Bernardes, 2001). Outra definição similar é que planejamento pode ser definido como o conjunto de atividades estruturadas e medidas destinadas a resultar num produto especificado para um determinado cliente ou mercado, sendo este, o processo de tomada de decisão realizado para antecipar uma desejada ação futura, utilizando para isso meios eficazes para concretizá-lo (BERNARDES, 1996). Laufer e Tucker (1987) apontam como objetivos do planejamento da produção, as seguintes atividades: 1. Assistir o gerente na direção da empresa; 2. Coordenar as várias entidades envolvidas na construção do empreendimento; 3. Possibilitar o controle da construção; 4. Possibilitar a comparação de alternativas, facilitando, assim a tomada de decisão. O planejamento e controle da produção podem ser representados por meio de duas dimensões básicas: a horizontal e a vertical. A primeira se refere às etapas pelas quais o processo de planejamento e controle é realizado. A segunda define como as etapas são vinculadas entre diferentes níveis gerenciais de uma organização (Zen, 2006). Segundo Laufer e Tucker (1987), a dimensão horizontal do processo de planejamento compreende as seguintes etapas: 1. Preparação do processo de planejamento; 2. Coleta de informações; 3. Preparação de planos; 4. Difusão da informação; 5. Avaliação do processo de planejamento.
13 Figura 1 - Ciclo de Planejamento (Laufer, et al., 1987) Na Figura 1 verifica-se a existência de dois ciclos: um intermitente e o outro contínuo. A primeira e última etapas têm um caráter intermitente e ocorrem em períodos específicos na empresa construtora. Antes do início da construção, no término da mesma ou em alguma etapa importante durante a realização do empreendimento. Já as outras etapas formam um ciclo contínuo, no qual é realizado durante toda a execução do empreendimento e inclui a coleta de informações, a preparação de planos e a difusão da informação (Villas-Bôas, 2004). Na etapa de preparação do processo de planejamento, são tomadas decisões relativas ao planejamento que será efetuado: seu horizonte, nível de detalhamento, freqüência de replanejamento e grau de controle a ser efetuado. O horizonte de planejamento é definido como o intervalo de tempo compreendido entre a geração dos planos e a realização da ação inerente às metas fixadas naquele plano (Zen, 2006). Na segunda etapa são coletadas, processadas e avaliadas as diversas fontes de dados, com o objetivo de fornecer subsídios à tomada de decisão. Geralmente, estas informações incluem contratos, plantas, especificações técnicas, condições do canteiro, tecnologias construtivas, disponibilidade de recursos internos e externos, produtividade da mão-de-obra e dos equipamentos, além de metas estabelecidas pelos vários níveis gerenciais. A partir do início da construção, o processo de reunião de informações continua, mas com ênfase nos recursos consumidos e metas alcançadas (Zen, 2006). A etapa de preparação dos planos tem tradicionalmente recebido maior atenção por parte de gerentes e pesquisadores e se baseia fundamentalmente na
14 tomada de decisão a partir da avaliação das informações coletadas na fase anterior (Laufer, et al., 1987). Geralmente, são utilizadas técnicas de planejamento e programação de recursos, baseadas no Método do Caminho Crítico (COM), devido ao grande número de programas computacionais disponíveis no mercado para o seu processamento (Mendes Jr, 1999). Outra técnica que também é utilizada nesta etapa é a Linha de Balanceamento. Ela procura explicitar os ritmos de produção e os fluxos de trabalho, conferindo, assim, maior visibilidade ao processo produtivo (Villas-Bôas, 2004). Quando ocorre a difusão de informações, são levadas em conta as diferentes necessidades de informação e os formatos associados a cada nível gerencial. A informação deve ser preparada de acordo com as necessidades das pessoas que irão utilizá-las. O responsável por difundir a informação deve, com o auxílio dos usuários da mesma, identificar aquelas que são pertinentes em seus processos decisórios (Villas-Bôas, 2004). A última fase corresponde à avaliação de todo o processo de planejamento, que serve de base para o desenvolvimento deste processo nos próximos empreendimentos. A utilização de indicadores globais, como, a relação entre os custos orçados e os custos reais, acompanhados através de relatórios de controle operacionais, pode ajudar na análise dessa fase (Zen, 2006). A dimensão vertical está relacionada com a idéia de hierarquia na elaboração e execução dos planos (Villas-Bôas, 2004) demonstrada na figura 2. O gerenciamento é normalmente desenvolvido por diversas pessoas, cada uma com um distinto nível de especificidade na abordagem do problema. Os diferentes níveis de gerenciamento para quais planos são elaborados definem a dimensão vertical do processo de planejamento (Formoso, 1991). Segundo a dimensão vertical, o planejamento se divide em três níveis gerenciais: estratégico (longo prazo); tático (médio prazo); e operacional e controle (curto prazo) (Laufer, et al., 1987). Devido à incerteza presente no processo construtivo, é importante que os planos sejam preparados em cada nível com um grau de detalhe apropriado (Formoso, 1991). No nível estratégico são definidos o escopo e as metas do empreendimento a serem alcançadas em determinado intervalo de tempo. No nível tático enumeramse os recursos e suas limitações para que essas metas sejam alcançadas, incluindose a organização destes recursos e estruturação do trabalho. Finalmente o nível
15 operacional refere-se à seleção dos cursos de ações através das quais as metas são alcançadas. O planejamento operacional está relacionado com as decisões a serem tomadas a curto prazo referentes as operações de produção da empresa (Zen, 2006). O plano de longo prazo, também conhecido como plano mestre, é realizado no início da fase de construção do empreendimento e se dá identificando os objetivos principais do empreendimento através do estabelecimento de metas gerais. Ele deve ser executado com baixo grau de detalhes devido à incerteza existente no ambiente produtivo. O planejamento de longo prazo fornece um padrão de comparação para o monitoramento do desempenho do empreendimento, além da orientação dos demais níveis de planejamento, que por sua vez retroalimentarão este plano (Biotto, 2012). Também chamado de lookahead planning, o planejamento de médio prazo analisa o horizonte de algumas semanas a frente para identificar e remover restrições das atividades, garantindo a sua execução nas datas planejadas. Esse plano tem como objetivo a modelagem da taxa e sequência do fluxo de trabalho, igualando-o com sua capacidade produtiva. Decompor as atividades de longo prazo em pacotes de trabalho e operações e detalhar os métodos de execução do trabalho a fim de manter pacotes de trabalhos prontos para o curto prazo (Biotto, 2012). Também chamado de commitment planning, o planejamento de curto prazo é realizado fracionando as atividades programadas no médio prazo em pacotes menores e se inicia listando as atividades com recursos disponíveis para sua execução. Os pacotes de trabalho semanal são chamados de tarefas e devem conter definições de ação (natureza da tarefa executada), elemento (componente físico da ação) e local (onde a tarefa será realizada (Biotto, 2012).
16 Figura 2 - Hierarquização do processo do controle de planejamento (Biotto 2012) Villas-Bôas (2004), apresenta o funcionamento do planejamento de uma obra. Embora este seja um estudo de caso de uma empresa e empreendimento específico, retrata bem a realidade brasileira atual, tendo apenas algumas especificidades em relação ao método de planejamento adotado. Inicialmente quando é entregue a proposta de preços já existe um cronograma de longo prazo, traçado com o engenheiro da obra e o diretor da empresa. Assinado o contrato, é realizada uma reunião na central da empresa para definir como a obra será executada, com quantas frentes de serviço e qual número de funcionários iniciais. O cronograma de médio prazo é então traçado pelo engenheiro da obra, a partir do cronograma de longo prazo. Depois de realizado o plano de médio prazo, o engenheiro de obra se reúne com os empreiteiros contratados para determinar as metas para um mês de trabalho. Estes, ao serem contratados, já sabem quanto deve ser cumprido de serviços por mês e ficam conhecendo o método de planejamento adotado pela empresa. O médio prazo é realizado para um período de 4 semanas e só é revisto após 3 semanas. Inicialmente a empresa tentou ir reprogramando o médio prazo à medida que passava uma semana de curto prazo, mas achou que estava dando muito trabalho e não estava sendo aproveitado.
17 Reuniões semanais são realizadas para montagem do cronograma de curto prazo. O engenheiro leva pronto um planejamento com suas idéias para a próxima semana, que ele retira do médio prazo. E durante a reunião conversa com o mestrede-obras e empreiteiros para saber qual a possibilidade de se cumprir este cronograma. Nesta mesma reunião ajustes são feitos, caso seja necessário. Durante a semana, o engenheiro da obra vai verificando quais serviços estão sendo realizados e quais não irão cumprir o planejamento da semana em questão. Durante a reunião semanal ele faz o relacionamento das tarefas não cumpridas e o motivo pelos quais isto aconteceu. Nas tarefas programadas não são anotados o número de funcionários necessários para realização do serviço. Os próprios empreiteiros se responsabilizam em colocar um número suficiente de funcionários para o cumprimento do planejado, assim como é o empreiteiro que faz a divulgação entre os funcionários de quais serviços deverão ser realizados na próxima semana. Mas o mestre-de-obras verifica a freqüência dos funcionários e anota em quais serviços os mesmos estão trabalhando. 3.4. BIM PARA PLANEJAMENTO DE PRAZO Modelos e ferramentas 4D foram inicialmente desenvolvidas no final dos anos 1980 por grandes organizações envolvidas na construção de projetos complexos de infraestrutura e energia, nos quais erros de planejamento impactavam diretamente no custo (Eastman, et al., 2008). Nos Estados Unidos da América, Finlândia e Brasil, o conceito de modelagem 4D entrou em discussão apenas no final da década de 1990. Com a introdução dos fatores tempo e custo na modelagem de informações do edifício (ou Building Information Modeling BIM), os construtores puderam gerenciar e simular as etapas da construção, assim como analisar melhor a construtibilidade antes da execução (Florio, 2007). Planejamento 4D pode ser definido como o processo de planejamento de um empreendimento e visualização do mesmo a nível espacial conforme o planejado, ou seja, consiste em visualizar o andamento da obra em terceira dimensão (3D) ao longo do tempo, sendo este último (o tempo) a quarta dimensão (Witicovski, 2011). Modelagem 4D (modelo 3D + custos) consiste basicamente de modelos tridimensionais ligados ao tempo que pode ser o tempo real, planejados de
18 processos ou da conclusão de seus elementos (Biotto, 2012). Tendo em mãos um cronograma de execução, pode-se então realizar a simulação esquemática da sequência de execução. Isso torna mais fácil a visualização de todo o processo construtivo e permite a consideração de alternativas para sequenciamento, implantação no canteiro, posicionamento de gruas, entre outras. Os componentes do modelo também podem conter informações referentes às taxas de produtividade, podendo assim, analisar um planejamento da linha de balanço. Essa abordagem permite um refinamento de atividades baseadas no seu posicionamento no projeto e taxas de produtividade e ajuda a eliminar ciclos de início e fim dentre tarefas (Kymmell, 2008). Uma vez importado, o modelo 3D tem seus objetos conectados à uma ou mais tarefas, e uma certa tarefa pode ser conectada a um ou mais objetos. Os softwares e ferramentas especializados em 4D provém conexão direta com o cronograma e o modelo da construção (Biotto, 2012). Eastman (2008) aponta os benefícios da modelagem 4D como: Comunicação: O modelo 4D pode capturar aspectos temporais e espaciais do planejamento. Portanto planejadores podem exibir para as partes interessadas o cronograma de construção com muito mais eficiência do que o tradicional gráfico de Gantt. Input de múltiplas partes interessadas: Modelos 4D são utilizados em fóruns para demonstrar como um projeto poderia afetar transito, acesso a um hospital ou outras preocupações da população Logistica de canteiro: Planejadores conseguem gerenciar acessos, locação de equipamentos e instalações provisórias, etc, através de simulações. Coordenação de transações: Planejadores podem coordenar os fluxos de tempo e espaço de transações no canteiro além da coordenação de tarefas em pequenos espaços Comparação de cronogramas e verificação do progresso de construção: Gerentes de projeto podem facilmente comparar diversos cronogramas e rapidamente verificar se a produção está atrasada ou conforme o planejado. A aplicação do BIM no projeto colaborativo pode contribuir tanto para aprimorar o processo de obtenção das quantificações dos elementos desenhados a partir do modelo digital 4D, como para o levantamento de custos e prazos para a execução (Florio, 2007). O uso de BIM para apoiar a gestão da construção pode
19 reduzir o desperdício de materiais no canteiro de obras. Uma melhor gestão de materiais e programação de obras através da eliminação de erros no levantamento de quantitativos e cronogramas de obras mais precisos obtidos com 4D CAD/BIM, este processo obtido com suporte (Witicovski, 2011). Um projeto utilizando o conceito de modelagem 4D possibilita visualizar o andamento de uma obra num programa de visualização gráfica segundo um cronograma e permite também a interação e comunicação entre os vários participantes do projeto através de um único meio durante o desenvolvimento do modelo e pode ser utilizado para realizar análises adicionais relacionadas ao planejamento. Os modelos 4D constituem uma contribuição positiva no apoio a decisões sobre o estabelecimento de estratégias de planejamento. A devida compreensão do planejamento apoiado no CAD4D/BIM proporciona simulações de atividades críticas antes da execução (Witicovski, 2011). 3.5. PLANEJAMENTO DE CUSTOS Todo e qualquer empreendimento, nos dias atuais, tendo em vista um mercado cada vez mais competitivo e um consumidor bastante exigente, requer um estudo de viabilidade econômica, um orçamento detalhado e um rigoroso acompanhamento físico-financeiro da obra (Santos, et al., 2009). Diversos métodos são usados para dar conta de todas as quantidades e os custos associados a um projeto de construção. Um orçamentista deve considerar os planos de construção, especificações, as condições do local, custos, inflação provável, lucros potenciais, o tempo, especiais situações, jurídicas, municipais, administrativas e questões de segurança. Corretamente, quantificar cada um desses itens, pode ser desafiador e demorado (Alder, 2006). Dentre os métodos de estimativas existentes, encontra-se o orçamento discriminado, fundamentado em características geométricas definitivas, como os métodos mais complexos. Já outros se fundamentam em características mais simples e oferecem uma maior velocidade no processamento dos resultados, embora menos precisos. Mesmo que a precisão de uma estimativa de custo esteja diretamente relacionada à quantidade de informações disponíveis sobre um determinado projeto, nota-se que diferentes tipos de informações afetam distintamente tal precisão, sendo que aqueles dados de caráter mais geral
20 apresentam-se como os mais relevantes e, desta forma, as informações gerais concentram um conhecimento suficiente para a tomada de decisão e somente após a conclusão do orçamento pode-se determinar a viabilidade técnico-econômica do empreendimento, o cronograma físico-financeiro da obra, o cronograma detalhado do empreendimento e os relatórios para acompanhamento físico-financeiro. (Santos, et al., 2009). Santos (2009) ressalta que existem muitos tipos de orçamento de produto utilizados na construção civil. Como exemplo, pode-se destacar o orçamento convencional, o executivo, o paramétrico, por características geométricas, processo de correlação, dentre outros a) Convencional: é feito a partir de composições de custo, dividindo os serviços em partes e orçando por unidade de serviço. b) Executivo: este tipo de orçamento preocupa-se com todos os detalhes de como a obra será executada, modelando os custos de acordo com a forma que eles ocorrem na obra ao longo do tempo. c) Paramétrico: é um orçamento aproximado, utilizado em estudos de viabilidade ou consulta rápidas de clientes. Está baseado na determinação de constantes de consumo dos insumos por unidade de serviço. d) Método pelas características geométricas: baseia-se na análise de custos por elementos de construção de edifícios do mesmo tipo e com alguma semelhança relativa do elemento analisado no edifício de estudo. e) Processo de correlação: o custo é correlacionado com uma ou mais variáveis de mensuração, podendo ser uma correlação simples (produtos semelhantes) ou uma correlação múltipla (o projeto é decomposto em partes ou itens). No caso de obras de edificações, um indicador bastante usado é o custo do metro quadrado construído. Inúmeras são as fontes de referência desse parâmetro, sendo o Custo Unitário Básico (CUB) o mais utilizado. Os critérios e normas para o cálculo do CUB estão estabelecidos na norma brasileira NBR 12.721/2006 que descreve um método de avaliação de custos unitários de construção e incorporação imobiliária e outras disposições de condomínios de edifícios, sendo responsabilidade dos sindicatos da construção civil, estaduais, calcular e divulgar este índice paramétrico.
21 Os orçamentos tradicionais geralmente dividem os custos da obra em custos diretos e indiretos. Consideram como custos diretos todos aqueles referentes aos insumos da obra, como, por exemplo, os custos de materiais, equipamentos, mãode-obra e encargos sociais, sendo os custos indiretos aqueles referentes à administração, ao financiamento e aos impostos (Santos, et al., 2009). Para evitar gastar recursos significativos de cada mudança no projeto, orçamentistas precisam de ferramentas que possibilitam ajustar rapidamente a estimativa dos custos do projeto (Alder, 2006). O orçamento convencional não reflete a maneira pela qual o trabalho é conduzido no canteiro, pois os itens são agrupados por equipes, independentemente de onde o trabalho ocorre ou da dificuldade de construção. Comparando o orçamento executivo, com o convencional, percebe-se que a maior distinção está no fator tempo. No orçamento convencional, os custos são obtidos para cada serviço. No orçamento executivo, os custos são obtidos para cada operação. Nessa abordagem parte-se de uma programação prévia, analisando detalhadamente todo o processo construtivo para se chegar a uma estimativa de custo detalhada Apenas o custo dos materiais é proporcional à quantidade produzida, enquanto os custos de mão-de-obra e equipamentos são proporcionais ao tempo (Santos, et al., 2009). Figura 3 - Diferenças entre o orçamento convencional e o orçamento executivo. (Santos, et al., 2009) O levantamento de quantitativos pode ser realizado tanto manualmente quanto eletronicamente, dependendo da preferência e das ferramentas disponíveis
22 pelo orçamentista. Os métodos tradicionais de se realizar um levantamento incluem a medição e todos os elementos de um edifício, utilizando-se da escala. Este método pode ser bastante tedioso, especialmente a transferências de medições para um arquivo, sendo que estas devem ser verificadas cuidadosamente para assegurar a exatidão (Alder, 2006). Na lógica do orçamento executivo, a forma de levantamento de quantitativos vai ao encontro à estratégia de execução do empreendimento. Desta forma, o orçamento pode ser elaborado para cada período desejado (semanas, quinzenas, meses), gerando listas de materiais mensais de acordo com os serviços programados para serem executados em tal período (Santos, et al., 2009). 3.6. BIM PARA PLANEJAMENTO DE CUSTOS A principal vantagem da modelagem 5D (modelação + tempo + custos) para os construtores é o aumento da precisão durante a construção, com menos desperdício de tempo, de materiais e de redução de alterações durante a execução das obras. Pode-se controlar tanto as atividades críticas que se sobrepõem durante a execução, compreender através de imagem virtual o projeto final, existindo uma maior conciliação das especialidades. Esse tipo de modelagem pode ser utilizado para várias necessidades de visualização, algumas invisíveis, tais como a simulação dos esforços estruturais (análise por elementos finitos - FEA), do movimento de ar dentro de um ambiente (CFD), ou visualizar a acústica e distribuição do som (Azevedo, 2009). O enfoque da modelagem 5D são os custos e portanto é necessário traçar um paralelo a estimativas de custos e orçamentos, que juntos ao quantitativo fornecido por ferramentas BIM possível atingir mais precisão e economia em orçamentos e cronogramas físico-financeiros. Os orçamentos para obras de construção civil compreendem o levantamento da quantidade de serviços, seus respectivos preços unitários e os preços globais do investimento; que devem ser apresentados numa planilha onde consta a descrição dos serviços com suas respectivas unidades de medidas e quantidades, composição dos preços unitários envolvendo mão-de-obra e materiais, preço unitário de cada serviço e, preferencialmente, o valor total por item e o valor global da obra. Orçamento é definido como a determinação dos gastos necessários para a realização de um
23 projeto. A preparação de um orçamento é imprescindível, para um bom planejamento, pois é com base nele que advém o sucesso de qualquer empreendimento de construção predial. Somente após a conclusão do orçamento pode-se determinar a viabilidade técnico-econômica do empreendimento, o cronograma físico-financeiro da obra, o cronograma detalhado do empreendimento e os relatórios para acompanhamento físico-financeiro (Santos, et al., 2009). Com o orçamento tradicional preconizam-se os custos e quantidades totais dos serviços; isso resulta na necessidade de se fazer um novo levantamento de quantitativo cada vez que se tem um ajuste no projeto original. A falta de comunicação entre setores resulta também na realização de nova quantificação de serviço, seja por não confiar no dado do orçamento, seja por ter havido modificações de projeto sem que as mesmas fossem consideradas no cálculo de quantitativo do orçamento. Em geral, a entrega do projeto integrado resultará em maior intensidade com maior envolvimento da equipe de orçamento nas fases iniciais do projeto (Santos, et al., 2009). Todas as ferramentas BIM fornecem recursos para extração de quantitativos de componentes, quantidades de material, área e volume dos espaços. Esses recursos também incluem ferramentas para exportação de dados quantitativos em uma planilha ou uma base de dados externa (Eastman, et al., 2008) Referindo-se ao 5D-BIM, a empresa norte-americana VICO Softwares apresenta como potencialidades da plataforma: fornecer cronograma de custos; mostrar ao proprietário o que acontece com o cronograma e o orçamento quando é feita uma alteração no projeto; organizar seu banco de dados com custos e preços de informação, taxas de produtividade do trabalho, dados de composição da equipe e subkpis (detalhamento do key performance indicator, ou indicador-chave de desempenho, que mede o nível de desempenho do processo, focando no como e indicando quão bem os processos de tecnologia da informação permitem que o objetivo seja alcançado); proporcionar múltiplas e iterativas evoluções de estimativas, para que o proprietário possa rapidamente fazer comparações com o custo-alvo (Menezes, 2011).
24 4. MÉTODOS E MATERIAIS O presente capítulo descreve os materiais e métodos aplicados na pesquisa, as ferramentas utilizadas e as técnicas adotadas para a criação de um modelo BIM para habitação de interesse social. Para possibilitar a elaboração de um projeto de empreendimento utilizando a metodologia BIM, foi selecionado como objeto de estudo um lote com condições de serem executadas duas unidades de habitação de interesse social. O lote escolhido se encontra no município de Fazenda Rio Grande, PR, região metropolitana de Curitiba. Possuindo 12 metros de testada e 30 metros de profundidade totalizando 360 m². Na figura abaixo é apresentada a localização do terreno no mapa e uma vista da frente do terreno. Figura 4 - Localização do terreno Fonte: Google Maps, 2013
25 A concepção e metodologia de projetos utilizando um modelo BIM não segue os mesmos moldes e padrões utilizados hoje em dia. Visto que ainda não há um processo de modelagem consolidada no mercado atualmente, os projetos ainda são feitos do modo tradicional e a partir deles feito um modelo tridimensional. Apesar dos autores discordarem do método, neste trabalho foi adotada a mesma abordagem devido à carência em relação a fundamentos técnicos para a elaboração de projetos. Através de um processo colaborativo de projetos, compostos por profissionais das disciplinas interessadas, é possível suprir escassez do conhecimento técnico necessário para a realização de um projeto realizado integralmente em BIM. 4.1. ELABORAÇÃO DOS MODELOS Para a elaboração do modelo BIM 5D foram realizadas as seguintes etapas: 1. Modelo arquitetônico 2. Modelo estrutural 3. Modelo de Instalações Hidráulicas 4. Extração de quantitativos 5. Levantamento de custos 6. Elaboração do planejamento de prazo 7. Associação do prazo e custo 8. Simulação 5D (Prazo + Custo) O projeto arquitetônico utilizado como base para a elaboração do modelo tem as seguintes características: 60,45 m² de área construída 3 dormitórios 1 cozinha 1 banheiro 1 sala Na figura x é apresentado o projeto sobre o qual o modelo foi desenvolvido.
26 Figura 5 - Projeto modelo Fonte: Os autores, 2013 O software utilizado para a modelagem foi o Autodesk Revit. O principal motivo para a escolha foi a familiaridade com a interface, pois os autores já possuíam conhecimento nesta ferramenta de modelagem. Figura 6 - Interface do Autodesk Revit Fonte: Autodesk, 2011 Primeiramente ocorreu a interpretação de todas as informações representadas no projeto em CAD, como, disposição dos cômodos, medidas, cotas, posições de janelas e portas, entre outras. Os autores verificaram que para a elaboração de um modelo virtual preciso, teriam que ocorrer diversas definições de projeto. Com isso são agregadas as informações necessárias para um entendimento
27 pleno da edificação, como materiais utilizados, espessuras de camadas dos elementos de pisos e paredes, métodos construtivos, entre outras. Iniciou-se a modelagem pela adaptação das unidades que seriam utilizadas ao longo trabalho, seguindo os padrões brasileiros. Figura 7 - Definição das unidades Fonte: Os autores, 2013 Uma vez definidas as medidas, os autores decidiram criar as propriedades referentes a cada um dos materiais que seriam inseridos nos elementos construtivos. Isso foi determinado já pensando no método construtivo e nos materiais aplicados. Cada elemento do projeto apresenta uma composição de materiais distintos. Estes por sua vez são criados de maneira independente e podem ser selecionados numa base de dados de materiais, conforme sua necessidade. Podem ser inseridas informações gráficas, físicas, térmicas, entre outras. Na Figura 8 é apresentada, como exemplo, a composição de uma parede, a biblioteca de materiais e o editor do material em questão. Nesse caso foi utilizada a parede nomeada 15cm Sala-Quarto e a partir dela definida a estrutura de sua composição e quais materiais serão utilizados em cada fase dessa estrutura (alvenaria, chapisco, reboco, massa corrida e tinta). Um dos materiais editados foi o bloco cerâmico, criado a partir dos materiais disponíveis na biblioteca e personalizado de acordo com a necessidade do projeto e com o disponível no mercado.
28 Figura 8 - Estrutura de objetos e propriedades dos materiais Fonte: Os autores, 2013 A plataforma Revit permite a importação direta de arquivos DWG, o que facilita e agiliza a transformação das linhas que compõe o projeto em elementos paramétricos. Entretanto, como neste caso, possuía-se apenas o projeto em papel, a modelagem do empreendimento ocorreu inteira e diretamente no Revit. Após a definição e criação de todos os materiais e elementos que seriam utilizados ao longo do processo de modelagem, foi dado início à transformação de representações bidimensionais em um modelo BIM. É importante ressaltar que, devido à parametricidade, o processo de modelagem não precisa seguir nem existe uma sequência, dita correta para a criação de um modelo. 4.1.1. Arquitetônico A modelagem da edificação estudada seguiu uma sequência de passos, metodologia de projeto, definida pelos autores. 1. Paredes: No lançamento das paredes, num primeiro momento, não houve uma preocupação com as medidas exatas de cada elemento, apenas desenhando de maneira que a forma fique parecida com o resultado desejado. Uma vez que todos os elementos estejam
29 lançados definiu-se a medida de cada um de acordo com o projeto em questão. 2. Portas e janelas: Foram inseridas a partir de componentes da própria biblioteca do software. Ao posicioná-los nas paredes os recortes são feitos de maneira automatizada, impedindo que haja conflito de componentes distintos no mesmo espaço. 3. Pisos: Definidos no projeto arquitetônico comportam o material de acabamento. Sendo assim foram delimitados os perímetros dos pisos em cada cômodo, sua espessura e composição a partir da laje. 4. Forros: São automaticamente desenhados a partir das faces da parede, reconhecendo os limites e sendo fixadas na altura estabelecida em projeto. 5. Madeiramento e telhas: Utilizado o tutorial elaborado por Eron Costin (2011), no qual são criados 4 elementos de telhado e customizados para a realização do madeiramento e telhas. 6. Implantação: Inseriu-se pontos com elevações distintas da qual foi criada a superfície. Para a diferenciação das superfícies foi criada subregiões e modificado seu material dando o acabamento desejado. Figura 9 - Evolução do modelo arquitetônico Fonte: Os autores, 2013
30 4.1.2. Estrutural O estudo de caso não possuía um projeto estrutural. Para a avaliação da metodologia BIM em projetos de estrutura os autores o desenvolveram sem o intuito de dimensionar ou calcular a estrutura. Foi feito apenas o lançamento e modelagem 3D da estrutura. O modelo estrutural seguiu a seguinte metodologia de projeto: 1. Baldrames: O lançamento da viga baldrame foi feito automaticamente pelo software apenas selecionando as paredes das quais a viga seria a base. Os autores definiram apenas seção da viga de 15x30cm 2. Piso alicerce: Utilizando as delimitações do baldrame são criados os pisos alicerces, com espessura de 7cm. 3. Blocos de fundação: Os blocos foram posicionados nas interseções das vigas, após estabelecida uma dimensão padrão de 40x40x40cm. 4. Estacas: Em cada bloco foi inserida uma estaca com 20cm de diamêtro e 6m de profundidade. 5. Vigas: O lançamento das vigas utilizou o traçado das paredes. Diferentemente das vigas baldrame, estas não são lançadas automaticamente, tendo que desenhar a linha do eixo ou face. A seção destas vigas são de 9x20cm. 6. Pilares: Utilizando um método similar ao dos blocos, são determinadas as intersecções mais apropriadas. Considerando o método construtivo usual para este tipo de edificação foi escolhida uma seção de 9x9cm para os pilares.
31 Figura 10 - Evolução do modelo estrutural Fonte: Os autores, 2013 4.1.3. Instalações Hidráulicas Considerando as limitações do software em relação à biblioteca de componentes e a grande discrepância nos padrões utilizados no Brasil e o país de origem do software, foi estabelecido que a modelagem compreenderia apenas as instalações hidráulicas de um banheiro.
32 Primeiramente posicionaram-se os equipamentos hidraúlicos (bacia sanitária, lavatório, chuveiro e caixa d água) para definir o ponto de conexão destes com os tubos. Em seguida foram traçados os tubos das instalações de água fria e esgoto. As conexões são inseridas de maneira automatizada. A Figura 11 apresenta o modelo de instalações nas duas fases. Figura 11 - Etapas do modelo de instalações hidráulicas Fonte: Os autores, 2013 4.2. ESTIMATIVA DE CUSTOS O software utilizado para a elaboração do modelo apresenta um recurso que permite a extração de diversas tabelas, como quantitativos de materiais ou até mesmo tabelas de diversos elementos (esquadrias, portas). Os quantitativos gerados podem ser customizados, tanto para definir as unidades ou dimensões dos elementos, quanto para estabelecer a própria formatação das tabelas. Porém, as informações extraídas dessa maneira, resultam em tabelas segregadas para cada categoria de elementos. Isso ocorre por uma limitação da ferramenta utilizada. Para ilustrar o processo de extração de informações foi gerada uma tabela com o quantitativo dos materiais que compõem as paredes da edificação. Cada material presente na Figura 12 foi criado ou customizado no início da modelagem, adaptando suas principais características para a realidade brasileira. O mesmo procedimento foi
33 repetido para cada elemento modelado que foi verificada a necessidade de quantificar. Figura 12 - Exemplo de extração por tabelas do Revit Fonte: Os autores, 2013 4.3. LEVANTAMENTO DE CUSTOS Devido à indisponibilidade de um software comercial com a finalidade de realizar a integração do modelo 3D com a dimensão custo, os autores optaram pela utilização de uma pasta de trabalho, já elaborada, através de programação VBA do software Microsoft Excel. Mensalmente esta pasta de trabalho é atualizada com informações oriundas dos Relatórios de Serviços e Insumos do SINAPI (Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil). Relacionando este banco de dados com os dados extraídos do modelo, obtém-se uma estimativa de custo. Cada item do relatório de serviços possui um código que representa uma composição de insumos e suas quantidades para realizar uma quantidade unitária do serviço. A Figura 13 apresenta a composição do código 5999 Azulejo 2a 15x15 cm fixado com argamassa colante, juntas a prumo, rejuntamento com cimento branco. Figura 13 - Exemplo de composição do SINAPI Fonte: Os autores, 2013
34 A Figura 14 ilustra a tabela extraída do modelo, exportada em.txt, contemplando o elemento geométrico com código equivalente ao da planilha do SINAPI e sua quantidade. Figura 14 - Tabela extraída do Revit em formato.txt Associando os dados extraídos do modelo com este banco de dados, obtémse uma estimativa de custo na pasta de trabalho utilizada. A Figura 15 apresenta o resultado da combinação desses dados para o custo do item 5999- Azulejo 2a 15x15 cm fixado com argamassa colante, juntas a prumo, rejuntamento com cimento branco. Este procedimento é realizado automaticamente para cada elemento modelado que possui um código e sua quantidade. Figura 15 - Levantamento de custo Fonte: Os autores, 2013
35 4.4. ELABORAÇÃO DO PLANEJAMENTO DE PRAZO O planejamento de prazo foi elaborado com a finalidade de estudar a integração do modelo 3D com a dimensão tempo. No entanto, não foi realizado um planejamento detalhado da execução da obra, mas o suficiente para atribuir atividades para cada elemento modelado. A ferramenta utilizada para o desenvolvimento dessa etapa foi o Microsoft Project. A fim de realizar a integração das informações extraídas do modelo com o planejamento foi adotado seguinte método. A cada atividade representada no planejamento do empreendimento, está atribuída um código da EAP (Estrutura Analítica de Projetos). Para todo elemento modelado existe uma atividade descrita no planejamento de prazo. Associando o código da EAP para cada elemento do modelo é possível fazer a relação entre o modelo 3D e o que foi planejado. A Figura 16 ilustra uma parte do planejamento desenvolvido e o gráfico de Gantt para as respectivas atividades. Figura 16 - Planilha de planejamento Fonte: Os autores, 2013 4.5. ASSOCIAÇÃO DO PRAZO E CUSTO A solução desenvolvida para possibilitar a simulação 5D do empreendimento foi de agregar a cada elemento ou material dois novos códigos. Estes, são criados utilizando a ferramenta de parâmetros compartilhados do software. Com a finalidade de associar o modelo com o prazo, atribui-se um código da EAP do planejamento
36 para cada elemento ou material modelado. Já para a associação dos componentes do modelo com o levantamento de custos foram agregados a aqueles um código da composição, retirados da planilha do SINAPI. A figura x mostra o elemento estaca com os respectivos códigos. Figura 17 - Demonstração de códigos associados ao elemento Fonte: Os autores, 2013 4.6. SIMULAÇÃO 5D (PRAZO + CUSTO) Por fim, foi realizada a simulação 5D (3D + prazo + custo). O software escolhido para fazer a compilação de todas as informações do modelo e gerar a simulação foi o Autodesk Navisworks. O início dessa etapa se deu reunindo todos os quantitativos extraídos do Revit em uma única planilha. A Figura 18 evidência a necessidade dessa organização das tabelas, a fim de deixar todos os elementos modelados com códigos na ordem do planejamento.
37 Figura 18 - Tabelas do Revit Fonte: Os autores, 2013 Como o Revit levanta os quantitativos separando os elementos por categorias, a ordenação deve ser feita manualmente. A Figura 19 apresenta uma parte da planilha organizada e composta por todos elementos modelados, contendo o código da EAP, código da composição e a quantidade. Figura 19 - Tabela final de quantitativos Fonte: Os autores, 2013 Tendo em mãos o levantamento de custos elaborado anteriormente pode-se então inserir esses custos no planejamento de prazo. Assim, tem-se para cada
38 elemento modelado uma atividade e um custo para sua realização. A Figura 20 mostra exemplos do custo inserido no planejamento da edificação. Figura 20 - Planejamento com o custo associado Fonte: Os autores, 2013 Apesar dessa etapa ser realizada manualmente, esse foi o método encontrado pelos autores para conseguir adaptar as ferramentas utilizadas e poder executar a simulação 5D. O software Navisworks importa o arquivo criado em Microsoft Project e é a partir da ligação do modelo 3D com o planejamento que se faz a simulação da construção. É por esse motivo que os custos são inseridos nesse arquivo. A Figura 21 mostra a simulação da edificação mostrando que o andamento da construção para uma definida data e o custo da obra até então.
Figura 21 - Simulação 5D Fonte: Os autores, 2013 39
40 5. RESULTADOS O presente capítulo contém uma análise dos resultados obtidos ao longo do desenvolvimento do trabalho. Os resultados foram os seguintes: Modelo 3D, contendo informações de projeto arquitetônico, estrutural e instalações hidráulicas de um banheiro da residência. Tabela de quantitativos extraída automaticamente Orçamento Planejamento de prazo Simulação 5D 5.1. MODELO 3D O modelo 3D elaborado possibilitou a criação automática de pranchas de plantas, elevações e cortes. No apêndices de 1 a 5 são apresentadas as pranchas do projeto arquitetônico, estrutural e hidráulico, respectivamente. Além das pranchas também foi extraído do modelo dois PDFs 3D (apêndices 6 e 7), possibilitando a visualização tridimensonal em um formato altamente acessível. A qualidade no detalhamento e normatização das pranchas estão diretamente ligadas à qualidade e nível de detalhe do modelo, além de uma customização dos padrões disponibilizados pelo software. As pranchas desenvolvidas apresentam apenas as vistas selecionadas pelos autores para melhor visualização dos projetos e um carimbo no qual foram alterados apenas os campos já pré-definidos pelo padrão do Revit. O modelo 3D possibilitou uma visualização e entendimento facilitado do projeto. A realização dos projetos de estrutura e instalações hidráulicas a partir do modelo arquitetônico possibilitaram uma compatibilização praticamente imediata dos projetos. A modelagem BIM permitiu um entendimento mais abrangente da edificação e seus projetos. Mas, simultaneamente levantou questionamentos a respeito dos métodos construtivos, materiais a serem empregados, entre outros. Isso implicou na tomada de decisões que hoje em dia seriam feitas no canteiro de obras, nas fases iniciais do projeto.
41 Figura 22 - Modelo 3D Fonte: Os autores, 2013 Ocorreu um ganho de produtividade, devido à parametricidade, visto que ao sofrerem alguma alteração, os elementos se adaptam sem ser necessário atualizá-lo na representação gráfica. Os desenhos extraídos a partir do modelo facilitaram a coordenação e prevenção de erros de projeto. Os projetos complementares foram desenvolvidos desde o início, considerando as características geométricas dos elementos e as limitações físicas do projeto, diminuindo consideravelmente a margem para erros. A maior dificuldade encontrada na modelagem foi a falta de bibliotecas de elementos e uma restrita base de dados do software. A criação desses elementos necessita de um grande conhecimento da ferramenta, tornando complicada o desenvolvimento por usuários com pouca experiência. O nível de detalhe que uma modelagem complexa demanda é alto, mesmo em fases iniciais do projeto. A modelagem BIM exige um grande investimento, tanto em softwares, quanto em hardware, para poder usufruir de todas os seus benefícios.
42 Figura 23 Modelo 3D seccionado Fonte: Os autores, 2013 5.2. TABELA DE QUANTITATIVOS A extração dos quantitativos gerou como resultado uma tabela em.txt, que pode ser lido no software Excel. A Figura 24 apresenta a tabela de quantitativos ordenada.
43 Figura 24 - Tabela de quantitativos ordenada Fonte: Os autores, 2013 A partir da modelagem da edificação, foi realizada a extração dos quantitativos como demonstrado no capitulo 4. Na maioria dos elementos modelados a extração aconteceu sem nenhum problema porém em alguns elementos não foi possível devido a característica da modelagem. Por exemplo só existem composições de custo por m², Figura 25, e.a extração da estrutura do telhado é feita com metro linear dos elementos, Figura 26. Figura 25 - Composição da estrutura do telhado Fonte: Os autores, 2013
44 Figura 26 - Extração do madeiramento Fonte: Os autores, 2013 Para elaborar o levantamento de custos usando a base de dados, foram necessárias adaptações de elementos que não são possíveis as extrações no formato correto e também ordenamento manual da EAP. 5.3. ORÇAMENTO Utilizando a tabela extraída e ordenada na macro criada no software Excel foram levantados todos os insumos e custos para cada item da EAP do projeto. No apêndice 8 encontra-se o orçamento completo. 5.4. PLANEJAMENTO DE PRAZO A elaboração do planejamento de prazo, foi realizada apenas para demonstrar o funcionamento do simulação 5D. O custo obtido para cada atividade no orçamento já está incorporado no planejamento da obra. No apêndice 9 encontrase o planejamento completo com os custos. 5.5. SIMULAÇÃO 5D A simulação 5D fornece diversos tipos de visualização. Obtivemos como resultado esta visualização tanto no próprio software como também uma animação e seus respectivos frames separados em imagens. Como o resultado final é