PROPOSTA DE FERRAMENTA COMPUTACIONAL COM CONCEITO BIM PARA ELABORAÇÃO DE PROJETOS DE PAINÉIS PRÉ-FABRICADOS DE FACHADA Luciana de Cresce El Debs (1) ; Sérgio Leal Ferreira (2) (1) Instituto de Pesquisas Tecnológicas - SP, e-mail: lucianadebs@gmail.com (2) Universidade de São Paulo (USP), e-mail: sergio.leal@poli.usp.br Resumo O presente artigo baseia-se em parte de pesquisa em andamento e associa o conceito de Building Information Modeling (BIM) com a industrialização da construção, utilizando como elo o painel pré-fabricado arquitetônico de concreto (PPAC) aplicado em fachadas. No estudo identificam-se as principais características deste elemento para serem utilizadas no desenvolvimento de uma ferramenta computacional de apoio ao projeto que utilize o conceito BIM. Esta ferramenta será aplicada na especificação dos PPAC pelos projetistas durante as etapas de concepção e representação do projeto além de auxiliar no planejamento da montagem. A associação entre elementos pré-fabricados e o BIM ocorre porque os aplicativos que contém este conceito apoiam-se na ideia de montagem do modelo da edificação. Essa montagem utiliza-se de elementos abstraídos da indústria da construção, como paredes, portas, janelas, entre outros, com características paramétricas e que podem ser relacionados aos elementos pré-fabricados. Estes elementos chegam prontos ao canteiro de obras na etapa de execução ou montagem. Alguns estudos internacionais ajudam a fundamentar o artigo e os painéis arquitetônicos são analisados com base em trabalhos nacionais. O objetivo da análise é identificar características relevantes para sua utilização e definição no projeto, como materiais empregados, revestimentos, isolamentos, entre outras. O estudo demonstra como a associação do conceito de BIM com a industrialização da construção é feita e como, devido a características específicas, as ferramentas BIM promovem e facilitam substancialmente a utilização de elementos pré-fabricados pelos projetistas. Palavras-chave: BIM, Painéis pré-fabricados, Painéis arquitetônicos, Projetos. Abstract This paper is based in a part of an ongoing research links the concept of Building Information Modeling (BIM) with the industrialization of construction, using as link the prefabricated architectural concrete panel (PPAC) applied to facades. The study identifies the main characteristics of this element to be used in developing a computational tool that supports designs that uses the BIM concept. This tool will be applied in specifying PPAC by the designers during the conception and representation stages of the project and assists in planning the assembly. The association of prefabricated elements and BIM is done because applications that contain this concept are based on the idea of assembling of a building model. This assembly uses abstracted elements from construction industry, such as walls, doors, windows, among others, with parametric features that may be related to prefabricated components. These components arrive to the workplace ready to plot, at the construction or assembly stage. Some international studies give support to the paper and architectural panels are analyzed based on national studies. The purpose of the analysis is to identify relevant characteristics for its use and definition in the design like materials used as coatings, insulation, among others. The study demonstrates how the combination of the BIM concept 1441
with the construction industrialization is done and how, due to specific characteristics, BIM tools substantially facilitate and promote the use of prefabricated elements by designers. Keywords: BIM, Prefabricated panels, Architectural panels, Projects. 1. INTRODUÇÃO O conceito de Modelagem da Informação da Construção, conhecido pela sigla BIM (Building Information Modeling), está cada vez mais presente dentro da discussão sobre a modernização dos processos de trabalho na área da arquitetura. Essa presença é marcada por mais destaque na mídia especializada, com reportagens em revistas técnicas de divulgação (CONSTRUÇÃO & MERCADO, 2011; REVISTA TECHNE, 2007), eventos, como os Encontros de Tecnologia de Informação e Comunicação na Construção (TIC), que acontecem periodicamente há cerca de uma década e outros eventos, como os seminários BIM organizados pelo Sinduscon-SP em 2010 e 2011. O interesse das grandes construtoras brasileiras sobre o tema também aumentou nos últimos anos, e algumas já estão implantando o conceito BIM no desenvolvimento de seus projetos desde o ano de 2008. Entre os resultados esperados destacam-se a melhoria da qualidade de projeto, através da minimização de incompatibilidades entre disciplinas e a diminuição nos prazos de entrega das representações tradicionais, visto que cortes, fachadas e elevações são obtidos automaticamente a partir do modelo tridimensional, e também um orçamento mais apurado, baseado nas informações extraídas diretamente do modelo (CONSTRUÇÃO & MERCADO, 2011). Existe também uma demanda crescente para a otimização dos processos construtivos e pela diminuição nos prazos de construção. Essa demanda está sendo mais requisitada devido ao aumento do PIB do setor nos últimos anos (com exceção do ano de 2009), conforme levantamento do Sinduscon-SP (2011). Parte da melhoria necessária à diminuição dos prazos pode ser atingida pela industrialização da construção e do canteiro de obras através da utilização de elementos pré-fabricados. No entanto, existe ainda uma grande distância entre as inovações tecnológicas, como a industrialização da construção, e sua aplicação nos canteiros de obra. Entre os motivos indicados para essa distância estão o conservadorismo da indústria, a falta de instrução da mão de obra empregada (NASCIMENTO, SANTOS, 2003) e, no caso específico de Painéis Pré-Fabricados Arquitetônicos de Concreto (PPAC), a falta de conhecimento técnico dos projetistas e arquitetos (ARANTES, 2009), este último é o foco do presente artigo. Atualmente, a definição do uso deste tipo de painel ainda ocorre após o projeto arquitetônico finalizado (ARANTES, 2009), o que geralmente resulta em trabalho adicional e incompatibilidades. Existem atualmente alguns estudos internacionais, que serão indicados mais adiante no presente artigo, que relacionam o conceito de BIM com a utilização desses elementos. A partir deste embasamento teórico e apoiado nos trabalhos de Oliveira (2002) e Arantes (2009) serão analisadas as características do PPAC que contribuem na elaboração de uma ferramenta computacional que apoie e estimule sua especificação por parte do projetista que deverá ser o objetivo final do trabalho em andamento. O resultado da análise deste artigo será uma sugestão para as características incorporadas à ferramenta proposta. Esta ferramenta deve estar associada ao uso de um aplicativo com conceito BIM e poderá servir como base para a criação de um novo elemento (ou família) adaptado aos conceitos nacionais para a utilização de PPACs em fachadas. Esta ferramenta 1442
será tratada com mais detalhes na finalização da dissertação de mestrado em andamento. 2. ESTUDOS SOBRE BIM E PRÉ-FABRICADOS ARQUITETÔNICOS Conforme mencionado anteriormente, já existem alguns trabalhos internacionais relacionando a tecnologia de modelagem da informação da construção com a utilização de peças préfabricadas em concreto. No Brasil ainda não foi publicado nenhum estudo específico sobre essa relação. Estudos indicam que a utilização da tecnologia BIM para projeto de pré-fabricados reduz significativamente os custos do desenvolvimento e de retrabalho relacionados a erros no projeto (SACKS et al., 2005). Estima-se que a utilização de detalhamento em duas dimensões dessas peças causem erros que custam aproximadamente 1% do custo da construção, nos EUA (SACKS et al., 2003 apud EASTMAN et al., 2011). Dois estudos são de grande relevância para o tema, o realizado por Sacks et al. (2005) e o estudo de Eastman et al. (2008) para a Fundação Charles Pankow. O primeiro estudo aponta alguns dos possíveis benefícios para a pré-fabricação do concreto com a utilização da modelagem paramétrica, associada ao BIM. A tabela 1 relata os principais benefícios e custos detectados pela pesquisa. Esta teve objetivo a identificação do benefício da utilização do BIM, apoiando-se em estudo feito com 52 projetos em andamento e uma previsão de desempenho futuro. Este desempenho teve como base a experiência da indústria das estruturas metálicas, testes de desempenho em softwares e experiência adquirida com a modelagem de um edifício em aplicativo de teste em uma fábrica de pré-fabricados (SACKS et al., 2005). Benefício Melhora da definição do projeto no momento das vendas Aumento da acuidade na estimativa de custos Redução de erros em desenhos e projetos Melhora no serviço de assistência técnica Logística simplificada Automação da produção Redução dos custos indiretos Custo Custo direto de máquinas para o BIM 3D Custo da substituição dos sistemas atuais Custos indiretos durante a fase de adoção Tabela 1 - Benefícios e custos da adoção da modelagem tridimensional para a engenharia de pré-fabricados Fonte: (extraído de Sacks et al., 2005 com tradução livre pela autora) Um dos produtos da pesquisa de Sacks et al. (2005) foi a criação de uma biblioteca de detalhes para o encontro de juntas entre painéis pré-fabricados de fachada dentro do aplicativo de teste. Já o estudo realizado para a Fundação Charles Pankow é fundamentado em três etapas, sendo dois experimentos práticos e a elaboração de um Information Delivery Manual (IDM) para concreto arquitetônico (EASTMAN et al., 2008). O primeiro experimento é baseado no desenvolvimento em paralelo em duas e em três dimensões com tecnologia BIM para o projeto de um edifício comercial em Dallas, EUA, chamado de edifício Rosewood (JEONG et al. 2010). O escopo do estudo foi o processo colaborativo para o projeto da fachada em painéis arquitetônicos pré-fabricados de concreto e o detalhamento necessário à sua fabricação. Como conclusão do estudo, têm-se que a 1443
modelagem em BIM chega a ser aproximadamente 58% mais produtiva do que pelo processo tradicional em 2D (EASTMAN et al., 2008). O segundo experimento procurou verificar a interoperabilidade entre softwares BIM para projeto e para análise estrutural. Uma das motivações para este teste foi a de que em um ambiente colaborativo é importante que o modelo seja não somente visualizado por todos os envolvidos, mas também editado (JEONG et al., 2009). Muitas vezes ainda o modelo deve ser redesenhado por quem recebe o arquivo, para que possa ser editado e trabalhado dentro de um aplicativo específico, gerando retrabalho. Foi utilizado para o teste um edifício pequeno, com detalhes complexos. Este foi modelado em aplicativo BIM,exportado como modelo IFC (utilizando a versão 2x3) para um software de cálculo, e depois reimportado para o original. Os testes demonstraram que a maior parte dos elementos exportados foi bem sucedida, porém ainda com erros localizados (JEONG et al., 2009). A conclusão do teste realizado por Eastman et al. (2008) foi de que ainda é necessária a melhora das relações e classes de objetos que ainda não existem no modelo IFC vigente. Finalmente, com base nas informações coletadas através dos experimentos práticos, foi proposto um IDM. Este documento possui orientações para a troca das informações em projetos de pré-moldados arquitetônicos. Eles também alertam que para uma melhora significativa da interoperabilidade desses elementos, o modelo IFC deve ser aprimorado para definir os elementos que deverão armazenar as informações necessárias (EASTMAN et al., 2008). O modelo IFC encontra-se atualmente na versão 2x4, desde Outubro de 2008, com uma revisão mais recente (RC3: Release Candidate 3) apresentada em 2011. Novos testes precisam ser realizados para verificar qual foi a melhoria na qualidade do armazenamento e transferência de informação do IFC, para o caso de elementos pré-fabricados. Os testes propostos, apesar de importantes, não fazem parte do escopo do presente artigo, podendo ser abordados em um futuro trabalho. Na próxima seção serão abordadas características referentes ao objeto deste estudo, o PPAC, que poderiam ser utilizadas para o aplicativo a ser proposto. 3. PAINÉIS PRÉ-FABRICADOS ARQUITETÔNICOS DE CONCRETO (PPAC) Os painéis pré-fabricados arquitetônicos de concreto (PPAC) têm sua origem na préfabricação da construção e sua utilização voltada para a vedação. O concreto arquitetônico é assim chamado quando age como parte da concepção arquitetônica do projeto e pode ter as mais variadas formas, cores e acabamentos (PCI, 2007). Para a delimitação do objeto de estudo, foram analisados os seguintes tipos de PPACs: painéis de vedação (não estruturais), maciços ou sanduíches, em microconcreto armado com tela eletrossoldada e com acabamento em concreto colorido ou com texturas. As aplicações e usos do PPAC no Brasil têm sido bastante diversificados, abrangendo edifícios residenciais, comerciais, centros de distribuição, centros comerciais, entre outros (ARANTES, 2009). Sua utilização é considerada um diferencial quando o prazo das obras é reduzido. Essa característica é devida à agilidade na montagem das peças e à execução destas fora do canteiro, em fábrica específica. Algumas características dos PPAC aproveitáveis no aplicativo a ser proposto são brevemente descritas a seguir. 1444
3.1. Características a serem consideradas para a ferramenta Entre as principais características a serem levadas em conta para a ferramenta BIM para auxílio ao uso do PPAC, destacam-se as dimensões, os acabamentos, os isolantes (no caso de painéis tipo sanduíche), os insertos metálicos e as juntas. As particularidades e propriedades são brevemente descritas a seguir: Dimensões: os painéis devem ser projetados tendo em vista que, para um melhor desempenho econômico, devem possuir as maiores dimensões possíveis. Porém há um limite, devido à capacidade de transporte de veículos e em geral pode-se trabalhar sem grandes empecilhos com painéis de até 3,75m de altura e 12m de comprimento. Em relação à espessura, os painéis maciços ficam na média entre 10 e 12cm; painéis mais espessos maciços não são comuns, pois são mais pesados e menos econômicos. No caso de painéis sanduíche a espessura pode variar de 12,5 até 30cm. Além disso, para uma maior economia na fabricação, a utilização de repetições para painéis é desejável (ARANTES, 2009; PCI, 2007; OLIVEIRA, 2002); Peso: este também é um fator limitante para o transporte de painéis, visto que as carretas para transporte das peças suportam até cerca de 24-25 ton. O seu cálculo e deve levar em conta o peso do concreto armado e as camadas de revestimento e isolamento, se houver. Esta característica é importante para verificar se é necessário dividir um painel em dois, caso este peso seja ultrapassado (ARANTES, 2009); Acabamentos: os acabamentos utilizados em painéis são muito variados. Como delimitação de trabalho, optou-se pelo concreto colorido, que é a opção mais utilizada no país. A coloração do concreto pode ser feita a partir de pigmentos, da cor do cimento e de agregados utilizados, abrangendo um leque variado de tonalidades. Além das cores, pode-se optar também por deixar o concreto sem tratamento, ou seja, com acabamento liso, ou utilizar texturas através de agregado exposto por lavagem ou jateamento de areia, vidro ou granalha. Além disso, a forma do painel pode incorporar desenhos através de relevos que são transferidos ao painel na concretagem, podendo reproduzir diversos efeitos (PCI, 2007; ARANTES, 2009); Isolantes: esta camada é opcional e pode ser utilizada com o objetivo de melhorar o desempenho acústico e/ou térmico do painel. No caso dos painéis tipo sanduíche ele é incorporado como uma camada no interior do painel, revestida por camadas de concreto. Entre os isolantes que podem ser utilizados para este fim destacam-se o EPS, a lã de vidro e o poliuretano (ARANTES, 2009); Juntas: estas devem ser cuidadosamente estudadas, pois servem para permitir a montagem dos painéis e acomodam as variações dimensionais que possam ocorrer. Elas devem ser vedadas com material isolante para evitar a infiltração de água através da fachada. Pesquisas (ARANTES, 2009) indicam que a largura destas podem variar entre 6,4mm a 50mm e sua profundidade deve ser calculada em função deste valor. As juntas devem ser avaliadas pelos arquitetos, pois podem se tornar linhas de composição de fachada, juntamente com juntas falsas, que podem ser incorporadas aos painéis através das formas (ARANTES, 2009; OLIVEIRA, 2002). Outras características cuja especificação é feita pelo projetista de estruturas (calculista), também devem ser avaliadas no momento da escrita da ferramenta para verificar os benefícios de sua inclusão. Entre estas estão a resistência do concreto (f ck ) os insertos metálicos e as alças de içamento. 1445
4. CONCLUSÕES PARCIAIS O estudo teórico sobre a modelagem da informação da construção e também sobre painéis pré-fabricados arquitetônicos de concreto permitiu determinar com maior precisão as características essenciais a uma ferramenta para modelagem BIM destes elementos. Através do trabalho, a ligação entre a montagem dos elementos pré-fabricados durante a obra é associada à etapa de modelagem do projeto, dentro do conceito BIM. Ainda que seja possível utilizar elementos personalizados, a existência de elementos padronizados é desejável e representada pelas bibliotecas de objetos. Deste modo, os elementos são compostos entre si para a modelagem do edifício. Além disso, conclui-se que a tecnologia BIM permite que os projetos sejam desenvolvidos colaborativamente, aumentado a capacidade de correção de erros e resolução de incompatibilidades. Essa melhora na qualidade do projeto certamente contribui para a maior utilização de elementos pré-fabricados, já que não podem ser alterados na obra. Depois do estudo teórico foi feita a validação das características destacadas junto a profissionais e fornecedores do setor de PPAC através de entrevistas. Seus resultados serão utilizados no próximo passo da pesquisa para delimitar o escopo da ferramenta a ser proposta. Esta será voltada para projetistas e utilizará o conceito BIM com o objetivo de auxiliar a elaboração e concepção de projetos de painéis pré-fabricados de fachada. REFERÊNCIAS ARANTES, Camila Meirelles Fonseca. Diretrizes para produção e instalação de painéis pré-fabricados arquitetônicos para fachadas. 2009. 232 f. Dissertação (Mestrado Profissional) - Curso de Mestrado em Habitação, IPT, São Paulo, 2009. CONSTRUÇÃO & MERCADO. BIM. O que você ganha com isso. Revista Construção & Mercado. São Paulo: Pini, n. 115, Fev. 2011. EASTMAN, Charles M., SACKS, Rafael, JEONG, Yeon-Suk, KANER, Israel. Building Information Modeling (BIM) for precast architectural concrete. Atlanta: Charles Pankow Foundation, 2008. 215 p. Disponível em: <http://www.spur.org/files/pankow/08-06nibscpffinalreport3-08.pdf>. Acesso em: 20 maio 2012. EASTMAN, Charles, TEICHOLZ, Paul, SACKS, Rafael, LISTON, Kathleen. Bim Handbook: A guide to building information modeling for owners, managers, designers, engineers, and contractors. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc., 2011. 648 p. JEONG, Y-S, EASTMAN, C.M., SACKS, R, KANER, I. Benchmark tests for BIM data exchanges of precast concrete. Automation in Construction, Oxford, v. 18, n. 5, p. 469-484, ago. 2009.. NASCIMENTO, L. A.; SANTOS, E. T. A indústria da construção na era da informação. Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 3, n. 1, p.69-81, jan./mar. 2003. Trimestral. OLIVEIRA, Luciana Alves de. Tecnologia de painéis pré-fabricados de concreto para emprego em fachadas de edifícios. 2002. 175 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Mestrado em Engenharia, Departamento de Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2002. PRECAST / PRESTRESSED CONCRETO INSTITUTE - PCI (EUA) (Ed.). Architectural Precast Concrete Manual. 3. ed. Chicago: Precast / Prestressed Concrete Institute, 2007. 588 p. REVISTA TECHNE. Construção Integrada. Revista Téchne. São Paulo: Pini, n. 127, Out. 2007. p.44-49. SACKS, Rafael; EASTMAN, Charles M.; LEE, Ghang; ORNDORFF, David. A target benchmark of the impact of three-dimensional parametric modeling in precast construction. Journal of the Precast / Prestressed Concrete Institute, n. 50, p. 126-139. Jul-Ago, 2005. SINDUSCON-SP. Construcarta Banco de Dados. Disponível em: <http://www.sindusconsp.com.br /envios/2011/construcarta/banco_de_dados_461.htm>. Acesso em: 25 maio 2011 1446