Artefatos Propostos

Além dos aspectos abordados até então, inerentes à definição da estratégia de eco- feedback e sua correlação com BIM e IoT, as proposições dos artefatos para resolução do problema embasaram-se nas análises acerca dos artefatos viáveis, próximos do contexto apresentado, identificados em ambas as Revisões Sistemáticas da Literatura, e envolveram como soluções constructo, modelo, método e instanciação.

Considerando constructos como uma conceituação utilizada para descrever problemas dentro de um domínio e especificar suas respectivas soluções, definiram-se os constructos para a integração BIM-IoT, visando Monitoramento de Desempenho, como: (i) Dados Sensoriados do Ambiente Físico; (ii) Estrutura Virtual de Dados da Edificação; (iii) Servidores Web e de Banco de Dados; e (iv) Interfaces de Entrega e Exibição.

Os Dados Sensoriados do Ambiente Físico são dados detectados e capturados de objetos reais sob monitoramento, inerentes ao ambiente físico, através de tecnologias de sensoriamento (ex. RSSF, RFID, BLE). Esses dados devem ser armazenados, periodicamente, em Bancos de Dados tanto para processamento como para relação com a Estrutura Virtual de Dados da Edificação.

A Estrutura Virtual de Dados da Edificação é o schema acrescido de dados da edificação, oriundo do Modelo de Registro BIM, que abrange o conjunto de dados virtuais precisos inerentes às diversas disciplinas (ex. Arquitetura, Estruturas, Sistemas Prediais) que constituem uma instalação e seus objetos. Essa estrutura deve ser manipulada no nível das propriedades dos objetos BIM correspondentes aos objetos reais sob monitoramento. Sua extração é realizada mediante uso de schemas neutros ou baseados em linguagem web (ex. IFC, XML), ou através de conexões ODBC/DSN com Bancos de Dados. Estes dados devem ser armazenados, conforme ação do usuário, em Bancos de Dados tanto para processamento como para relação com os Dados Sensoriados do Ambiente Físico.

Os Servidores Web e de Bancos de Dados comportam as bases centralizadoras do processamento de dados, sendo responsáveis pelo armazenamento, manipulação e tratamento desta coleção nos bancos de dados, para extração de informações estruturadas e interligadas

entre si. Os Servidores Web e de Bancos de Dados atuam em conjunto na leitura e escrita de dados.

Para o estabelecimento de correlações entre o real e dinâmico, e o virtual e estático, os Dados Sensoriados do Ambiente Físico e a Estrutura Virtual de Dados da Edificação devem ser armazenados em servidores de Linguagem de Consulta Estruturada - SQL (ex. SQL Server, MySQL, Oracle, MS Access). Os Dados Sensoriados do Ambiente Físico também podem ser armazenados em servidores NoSQL (ex. MongoDB, CouchDB) ou servidores inerentes aos Portais de Integração17 (ex. ThingSpeak, Xively, Plotly, Autodesk Fusion Connect), para posterior correlação com a Estrutura Virtual de Dados da Edificação através de soluções de interoperabilidade. Em relação à Estrutura Virtual de Dados da Edificação, demanda-se um filtro de redução sobre estes dados, visando sua associação com os Dados Sensoriados do Ambiente Físico.

A Interface de Entrega é a conexão de entrega das informações extraídas de bancos de dados aos usuários, podendo abarcar diversos canais de comunicação. Na perspectiva de um Modelo de Registro BIM como canal de comunicação, a integração de informações demanda o uso de APIs e pode envolver como soluções de interoperabilidade:

a. a entrega em navegadores web e/ou aplicativos, através do uso majoritário de schemas neutros (ex. IFC, DXF) oriundos do Modelo BIM e APIs de linguagens de desenvolvimento web (ex. HTML, CSS, JavaScript)18;

b. a entrega em ambientes BIM nativos associados a add-ins, com a possibilidade de criação de Interfaces do Usuário (UIs), por meio do uso majoritário de formato proprietário e APIs de linguagens da plataforma .NET da Microsoft; e

c. a entrega em ambientes BIM nativos, através do uso majoritário de formato proprietário e ferramentas de linguagem de programação visual e/ou add-ons de linguagens de programação não nativas (ex. IronPython).

Na perspectiva dos demais canais de comunicação, empregados tradicionalmente, como gráficos interativos e/ou tabelas disponibilizados na web para visualização de

17 _{Os Portais de Integração são definidos como websites que contêm interfaces para: (i) facilitar a integração}

M2M; (ii) permitir a visualização de dados obtidos dos sensores; (iii) facilitar a integração do usuário com atuadores; (iv) fornecer um serviço baseado nos dados adquiridos a partir dos sensores; e (v) atualizar recursos

web com base nos dados adquiridos a partir dos sensores (ISIKDAG, 2015).

18 _{As ferramentas BIM apresentadas como soluções BIM-IoT da indústria de software dedicada a BIM, na Seção}

de Integração de BIM e Internet das Coisas (p. 65) do Capítulo 2 – Fundamentação Teórica, são inerentes a esta categoria de entrega do Modelo BIM.

informações, as soluções de entrega podem contemplar tanto APIs de linguagens de desenvolvimento web como gerenciadores de bancos de dados.

A Interface de Exibição abarca os modos de exibição das informações entregues aos usuários, considerando as diversas unidades (ex. monetária, energia direta, externalidade ambiental), frequências (ex. tempo real, diária, mensal, anual) e tipos de exibição (ex. informativo, instrutivo, histórico, normativo) para atender à compreensão, demanda e responsabilidades do grupo alvo definido.

Por sua vez, o modelo proposto, conforme apresentado na Figura 33, foi concebido como uma estrutura esquemática de relações entre os constructos conceituados acima.

Figura 33 - Modelo Proposto

Fonte: A autora.

Explicita-se na estrutura as relações entre os Dados Sensoriados do Ambiente Físico e a Estrutura Virtual de Dados da Edificação, bem como o papel dos Servidores Web e de Bancos de Dados no processamento dos dados e geração das informações. Além disso, explana-se os potenciais meios de interação com os usuários do ambiente de aplicação, através das Interfaces de Entrega e Exibição das informações extraídas, contextualizadas semanticamente no Modelo de Registro BIM e organizadas de acordo com o grupo alvo.

Diante do modelo proposto, foi possível determinar, através de um mapa de processos (Figura 34), o método que deve ser empregado para a execução dos procedimentos de integração de BIM e Internet das Coisas, associado a uma estratégia de eco-feedback, para Monitoramento de Desempenho da edificação.

Por fim, a operacionalização dos constructos, modelo e método convergiu para a proposição do artefato de instanciação, que consistiu em uma solução BIM-IoT aplicada, enquadrada à estratégia de eco-feedback definida. Esta solução envolveu a construção de um protótipo, considerando as características internas e o contexto anteriormente discutidos. A caracterização do cenário de instanciação abrangeu:

a. Atualização e Manutenção de um Modelo de Registro BIM;

b. Habilidades Fundamentais de BIM, por parte dos usuários inerentes ao grupo alvo definido – proprietários e gerentes de facilities; e

c. Monitoramento de Desempenho em um Ambiente BIM Nativo (associado ou não a um add-in) enquadrado na estratégia de eco-feedback definida.

A atualização e manutenção de um Modelo de Registro BIM é requerida devido a demanda recorrente, e dinâmica, de reestruturação e expansão da infraestrutura física de Instituições de Ensino. Assim, definiu-se o emprego de um Modelo de Registro BIM adquirido junto à Coordenadoria de Projetos (CPROJ) da FEC-UNICAMP, composto por duas edificações anexo da FEC. Estas edificações possuem 3 pavimentos constituídos por salas administrativas de professores e funcionários, e laboratórios de pesquisa (Figura 35).

Originalmente, o Modelo de Registro BIM adquirido continha a modelagem das disciplinas de Arquitetura, Estruturas e Sistemas Prediais, representadas como construídas. As disciplinas de Sistemas Prediais limitaram-se às instalações sanitárias, elétricas (somente disposição de luminárias) e de climatização (apenas locação de aparelhos de ar-condicionado de janela e de unidades split).

Figura 34 - Método Proposto

Figura 35 - Modelo de Registro BIM adquirido: Anexos FEC UNICAMP

Fonte: Adaptado de CPROJ.

Entre os ambientes lotados nas edificações anexo, delimitou-se o Laboratório de Arquitetura, Metodologia de Projeto e Automação (LAMPA) como espaço físico de instalação do protótipo. O laboratório de pesquisa, localizado no 1º Pavimento da Edificação Anexo 01 tem 21,84m² de área útil, sendo compartimentado por alvenaria de bloco de concreto e divisórias laminadas, laje aparente e piso Paviflex. Além disso, o laboratório possui, em sua configuração, um único acesso por porta de abrir em uma das divisórias e 3 esquadrias maxim-ar dispostas na alvenaria. Seu sistema de iluminação é internamente dividido em 2 circuitos de luminárias acionados por 2 interruptores simples: o Circuito A e o Circuito B, ambos com três luminárias em série de sobrepor. Os bens patrimoniais pertencentes ao laboratório de pesquisa agregam: mobiliário (3 estações de trabalho, 4 mesas simples, 1 mesa de reunião, 2 gabinetes, 1 gaveteiro e 1 armário baixo) e equipamentos (1 aparelho de ar-condicionado de janela, 1 cafeteira, 1 projetor datashow, 1 impressora multifuncional e 6 computadores).

Diante da delimitação do LAMPA como ambiente de instanciação, determinou-se o monitoramento de desempenho do consumo de energia de seu sistema de iluminação, devido à facilidade de acesso à fiação elétrica através das canaletas aparentes e maior evidência de visualização no Modelo BIM. Além disso, determinou-se a coleta de dados ambientais de umidade e temperatura, visando atividades futuras de monitoramento de desempenho relativas aos níveis de conforto dos usuários.

Para realização das atividades de atualização e manutenção do Modelo de Registro BIM, estabeleceu-se a demanda do grupo alvo por habilidades fundamentais de BIM e familiaridade com a ferramenta escolhida. Como atividades, considerou-se a reorganização e/ou adição de novos objetos BIM (modelagem de dados geométricos); a criação de propriedades nos objetos BIM, para consequente inserção ou atualização de dados (modelagem de dados não geométricos); e a criação de tabelas e vistas dedicadas para as atividades de Monitoramento de Desempenho. Os dados envolvem dados semânticos estáticos (ex. registros de ativos), inseridos manualmente, e informações dinâmicas (ex. consumo de energia em tempo real), inseridas automaticamente após identificação manual dos objetos BIM sob monitoramento. Reitera-se que, no âmbito dos dados semânticos estáticos, pode-se incorporar propriedades de schemas como COBie e/ou IFC para a inserção dos registros. Já em relação às informações dinâmicas, as propriedades devem ser criadas pelos usuários, de acordo com uma determinada estratégia de exibição, e armazenadas nos objetos BIM como instância. Adiante, sugere-se um conjunto de propriedades dinâmicas.

Finalmente, a definição de gerenciamento e visualização das informações em um Ambiente BIM Nativo está relacionada aos itens anteriormente explanados, ou seja, atribuída à facilidade de acesso direto ao Modelo de Registro BIM para atualização e manutenção, pelo grupo alvo da pesquisa. Com o cenário de instanciação determinado, concebeu-se as diretrizes iniciais de construção do protótipo, que apontam o Projeto, Desenvolvimento e Avaliação da solução BIM-IoT estruturados em uma arquitetura de 4 camadas (Figura 36), conforme explanado de modo genérico por Li, Xu e Zhao (2014) (Figura 16, p.56).

Figura 36 - Arquitetura da Solução BIM-IoT Proposta para Instanciação

802.11 Wi-Fi

Camada de Sensoriamento Camada de Rede

RSSF

ThingSpeak

(Plataforma IoT na Nuvem)

Camada de Interface Camada de Serviço ThingSpeak API Portal Web Autodesk Revit NodeMCU DHT22 Apache HTTP WebServer phpMyAdmin Lógica de Negócio Divisão ThingSpeak/Apache Integração ThingSpeak/Apache Composição ThingSpeak/Apache Implementação ThingSpeak/Apache ThingSpeak MySQL Barramento ThingSpeak/Apache Dynamo/Add-in Connector ODBC/DSN Banco de Dados SCT-013 RSSF

Fonte: Adaptado de Li, Xu e Zhao (2014).

Na Camada de Sensoriamento, definiu-se a elaboração de uma Rede de Sensores Sem Fio para o LAMPA, fundamentada nas recomendações do OpenEnergyMonitor (2017). Estabeleceu-se o uso do protocolo IEEE 802.11 (Wi-Fi) para comunicação e transmissão dos dados sensoriados para servidores web associados à Camada de Rede – o Apache HTTP WebServer e o ThingSpeak. Estes servidores ficaram responsáveis, em conjunto com os servidores de bancos de dados associados – MySQL e ThingSpeak – por processar estes dados na Camada de Serviço. Além do processamento dos dados sensoriados do LAMPA, determinou-se o processamento da Estrutura Virtual de Dados da edificação, oriunda do Modelo de Registro BIM, através de uma conexão ODBC/DSN. Considerou-se também, mediante solução de interoperabilidade (Dynamo e/ou Add-in), a inserção das informações extraídas dos bancos de dados no Modelo de Registro em um Ambiente BIM Nativo (Autodesk Revit), para contextualização semântica e visualização 3D na Camada de Interface. Por fim, salvo o Modelo de Registro BIM, deliberou-se a agregação de meios de visualização complementares, consistindo em uma Interface Web, para acesso a gráficos dinâmicos, e um gerenciador de banco de dados (phpMyAdmin) para consultas semânticas a tabelas textuais e/ou numéricas.