A explicitação das aprendizagens envolveu a retomada das questões de pesquisa (p.23) apresentadas no Capítulo 1 – Introdução e considerou: (i) as Análises Exploratórias e os resultados de ambas as RSLs (Sistemas de Eco-feedback e Integração de BIM e Internet das Coisas); (ii) a Sistematização de uma Estratégia de Eco-feedback e a Identificação de Artefatos e Configuração de Classes de Problemas da Integração de BIM e IoT; e (iii) as Avaliações do 1º e 2º Ciclos do Artefato Selecionado para Instanciação.
A partir de informações adquiridas na Análise Exploratória e extraídas da RSL, caracterizou-se uma estratégia macro de adequação e aplicação de Sistemas de Eco-feedback, levando-se em consideração as etapas apresentadas na Figura 9 (p.40). Este procedimento subsidiou a elaboração da estratégia de eco-feedback utilizada na pesquisa. Restringindo-se o ambiente de aplicação (laboratório de pesquisa de edifício anexo da FEC-UNICAMP) e seus usuários (proprietário UNICAMP e setor de gerenciamento de facilities da FEC) para um cenário de instanciação, os componentes-chave foram detalhados de acordo com o mapeamento apresentado nas Figura 5, Figura 6 e Figura 7 (p.38 e p.39). Diante da proximidade de perfis entre usuários de edificações residenciais estudantis e usuários de edificações comerciais/institucionais, o detalhamento realizado considerou características de ambos os ambientes, conforme apresentado a seguir, na Figura 75.
As definições de cada componente-chave, assim como o emprego da combinação de diversas unidades e múltiplos tipos de exibição, visaram o desempenho adequado, potencial de efetividade e impacto psicológico do sistema. Além disso, as definições almejaram respostas positivas e a cobertura de diferentes motivações e/ou responsabilidades do grupo alvo, identificadas na Figura 31 (p.96).
Figura 75 - Detalhamento de Componentes-chave da Solução BIM-IoT desenvolvida Captura RSSF Processamento MySQL ThingSpeak Entrega Interface Local Interface Web Unidade de Exibição kWh Watts Custo R$ kgCO2e Umidade % Temperatura ºC Frequência de Exibição Tempo Real Tipo de Exibição Informativo* Histórico Instrutivo Desagregação Fonte: A autora.
Em relação aos múltiplos tipos de exibição definidos, é relevante reiterar que o uso de eco-feedback por informação buscou complementar os demais tipos de eco-feedback empregados no contexto do consumo de energia, além de indicar preparação futura para novas exibições acerca das informações ambientais do LAMPA. O eco-feedback por comparação
histórica almejou o rastreamento do desempenho de consumo, e o comportamento de
informações ambientais de umidade e temperatura, após implementação do protótipo; e o eco- feedback por instrução envolveu sugestões de intervenção fundamentadas no monitoramento de condição do sistema de iluminação do laboratório. Essas sugestões de intervenção atuaram como suporte à gestão da manutenção preditiva deste sistema e devem também ser aplicadas futuramente, mediante incremento da solução proposta, em relação aos níveis de conforto ambiental balizados pelas informações de umidade e temperatura fornecidas. Nesse sentido, o monitoramento de condição ambiental pode ser respaldado por indicadores normativos de desempenho pertencentes à série ISO (ex. ISO 7730) ou à norma ANSI/ASHRAE Standard 55 (ASHRAE, 2013). O eco-feedback por desagregação foi incorporado visando o sistema de iluminação e a conexão direta entre equipamentos e o consumo de energia, para associar a exibição de diversos níveis de granularidade de consumo: da luminária, do circuito e do ambiente. Finalmente, o eco-feedback por comparação normativa, inicialmente no escopo desta pesquisa e indicado para edificações comerciais/institucionais (p.31), não foi utilizado por limitações de custo e tempo, devido à necessidade de implementação do protótipo em mais de um ambiente de instanciação. Portanto, recomenda-se sua aplicação em trabalhos futuros.
A partir de Análise Exploratória, foi possível compreender a IoT como uma convergência de perspectivas envolvendo Objetos, Internet e Semântica, subsidiada por um arcabouço de tecnologias facilitadoras. Identificou-se na RSL de BIM e IoT, entre os contextos de aplicação na escala da edificação, a Medição Inteligente, e a Domótica e Automação Residencial, como aqueles que podem efetivamente contribuir para fomentar conscientização e dar suporte às tomadas de decisão, visando a mitigação do consumo de energia (Quadro 12 e Quadro 13, p.80). Além disso, constatou-se uma Arquitetura Orientada a Serviços para IoT (LI; XU; ZHAO, 2014), a qual serviu de esquema para projetar e desenvolver o artefato de instanciação proposto, conforme apresentado na Figura 36 (p.105).
A partir de informações extraídas da RSL de Integração de BIM e IoT, mapeou-se os propósitos de BIM no contexto abordado (p.77): atuar como estrutura virtual de dados da edificação; subsidiar simulações de desempenho e análises preditivas; e exercer o papel protagonista de visualizador da informação. Estes propósitos evidenciaram que o Modelo BIM pode dar suporte à classificação, associação e contextualização semântica e/ou espacial de informações sensoriadas do ambiente físico; e à fundamentação de regras e estratégias aplicadas em projeto, construção e operação da edificação. Ademais, identificou-se em relação ao papel protagonista de visualizador da informação que este pode ser explorado de 3 diferentes formas (p.99): utilizando-se o Modelo BIM em navegadores web e/ou aplicativos; em ambientes nativos associados a add-in; ou em ambientes nativos somente. Todas estas formas de entrega demandam os usos de APIs e linguagens de programação, entretanto em diferentes níveis de complexidade. No contexto desta pesquisa, fez-se uso de 2 destes propósitos, Estrutura Virtual de Dados da Edificação e Visualizador 3D, sendo a forma de entrega em um Ambiente BIM Nativo.
Ainda em relação à RSL de Integração de BIM e IoT foram configuradas 9 classes de problemas sobre essa abordagem (Quadro 14, p.83 e Quadro 15, p.84), as quais apontaram Sensibilidade à Eficiência Energética, Visualização, Interação e Comunicação entre Agentes no Ambiente de Trabalho e Gestão de Saúde e Segurança no Ambiente de Trabalho como classes em que os esforços de pesquisa estão mais concentrados. Por outro lado, constatou-se Operações de Resposta a Emergência Contra Incêndio como uma classe pouco investigada. Além disso, de acordo com a ótica da DSR, as classes Sensibilidade à Eficiência Energética e Gestão de Saúde e Segurança no Ambiente de Trabalho apresentaram-se mais desenvolvidas em relação às demais; a classe de Concepção e Autoria de Projetos em desenvolvimento inicial; e as outras em desenvolvimento mediano.
Dentro desta caracterização, a presente pesquisa enquadrou-se nas classes de problemas relativas a Sensibilidade à Eficiência Energética e Qualidade Ambiental Interna, tendo em vista o monitoramento de desempenho em tempo real do consumo de energia e de informações de umidade e temperatura da edificação. A solução BIM-IoT proposta agregou 4 Séries de Uso e 5 Usos do Modelo BIM (Quadro 21), seguindo a classificação de Succar, Saleeb e Sher (2016) indicada no Quadro 3 (p.45). Os usos empregados consistiram: (i) na atualização e manutenção de um Modelo de Registro BIM, representando edificações anexo da FEC-UNICAMP; (ii) na manutenção de ativos, por meio do uso do modelo BIM como suporte à gestão da manutenção das luminárias através de seu vínculo com bancos de dados externos via Dynamo; (iii) no monitoramento de desempenho, fazendo-se uso do modelo BIM para monitorar o consumo de energia do sistema de iluminação do LAMPA e outras métricas, como informações de umidade e temperatura; (iv) na utilização do modelo em tempo real, para exibir informações da RSSF implementada; e (iv) na Interface BIM/IoT, através da congregação dos demais usos e consolidação do modelo BIM como um portal 3D de acesso a informações estáticas e dinâmicas da edificação em tempo real, contextualizadas semanticamente e espacialmente.
Quadro 21 - Séries e Usos do Modelo na Solução BIM-IoT desenvolvida
Classes de Problemas Séries de Uso do Modelo Uso do Modelo
Sensibilidade à Eficiência Energética Qualidade Ambiental Interna
Captura e Representação (2000) Manutenção de Registros (2070) Operação e Manutenção (6000) Manutenção de Ativos (6010) Monitoramento e Controle (7000) Monitoramento de Desempenho (7030)
Utilização em Tempo Real (7040) Ligação e Extensão (8000) Interface BIM/IoT (8050)
Fonte: A autora.
Para realizar a integração proposta visando a estratégia de eco-feedback definida, os aprendizados explanados acima foram primeiramente correlacionados na Figura 32 (p.96). Em seguida, foram definidos os constructos e estruturado o modelo associado de suas relações, sendo este reorganizado e detalhado na Figura 33 (p.100). Após proposição destes artefatos, desenvolveu-se o método de implementação da integração (Figura 34, p.102) e delineou-se o cenário de instanciação como prova de conceito, se estabelecendo para este os requisitos apresentados na p.101. O artefato de instanciação envolveu projeto, desenvolvimento e avaliação da solução BIM-IoT proposta, cujos procedimentos iterativos, realizados em 2 Ciclos, conduziram a diversos aprendizados.
No 1º Ciclo, a RSSF apresentou-se como uma Tecnologia de Sensoriamento adequada para instanciação no LAMPA. Devido aos objetos alvo de monitoramento escolhidos e às definições de hardware e software, a solução desenvolvida agregou como características principais baixo custo, otimização e eficiência. Na sua implementação, fez-se uso do roteador do laboratório para conexão Wi-Fi e comunicação com os servidores web e de bancos de dados. Diante do sinal de alcance do roteador, observa-se que este pode ser utilizado para atender às conexões e comunicações diretas de soluções semelhantes instaladas nos demais ambientes localizados nos 3 Pavimentos da Asa Esquerda do Anexo 01.
Tendo em vista experimentar possibilidades de implementação, empregou-se 2 servidores web e de bancos de dados no protótipo: ThingSpeak e Apache HTTP WebServer/MySQL, a primeira opção por tratar-se de uma plataforma IoT na nuvem, também denominada Portal de Integração; e a segunda opção por sua robustez, devido ao uso de linguagem SQL. No ThingSpeak foram identificadas limitações no processamento de dados visando a extração de informações de sua interface, enquanto no Apache HTTP Webserver/MySQL confirmou-se a robustez do banco de dados SQL, conforme Testes Estruturais explanados na Avaliação do 1º Ciclo (p.128). Logo, o ThingSpeak atendeu parcialmente às finalidades de monitoramento de desempenho estabelecidas na pesquisa, ao assegurar somente o monitoramento de condição. O MySQL atendeu totalmente às finalidades, ao assegurar também o agrupamento de informações visando os impactos econômicos e ambientais do consumo de energia.
Ainda no contexto do MySQL, destacou-se a contribuição de um dos propósitos do BIM, enquanto Estrutura Virtual de Dados da Edificação, utilizando-se o Autodesk Revit 2017 como ferramenta, cujas funcionalidades nativas permitiram interação com o referente banco de dados. Nesse sentido, destaca-se a limitação da pesquisa pela restrição de seu desenvolvimento a uma única ferramenta de modelagem BIM. Os procedimentos de exportação desta estrutura via ODBC, geração automatizada de tabelas com propriedades de todos os objetos do Modelo de Registro BIM e criação de relacionamento destas com as tabelas de monitoramento anteriormente elaboradas, significaram redução de esforço na construção de um banco de dados contextualizado semanticamente. No sentido de validar este propósito, é essencial que a geração, atualização e manutenção de um Modelo de Registro sejam de estratégia da organização – para torná-lo uma fonte precisa, confiável e centralizada de informações da edificação. Dessa forma, a carga de trabalho para resgatar documentações de fases anteriores do ciclo de vida, checar a veracidade de informações, criar propriedades
correspondentes a essas informações e inseri-las manualmente no Modelo BIM, para gerenciamento de facilities, pode ser minorada. Esta constatação ratifica o estudo de Becerick-Gerber et al. (2012).
As Interfaces de Entrega e Exibição do 1º Ciclo agregaram consultas semânticas às tabelas em uma Interface Local e acesso a gráficos dinâmicos em um Interface Web. Atribui- se ao acesso local das tabelas do banco de dados MySQL uma restrição institucional da FEC- UNICAMP de acesso e controle do roteador Wi-Fi do LAMPA. Caso a restrição não existisse, as tabelas também seriam visualizadas na web. Apesar disso, essas tabelas geradas e estruturadas por Dados Sensoriados do Ambiente Físico e Estrutura Virtual de Dados da Edificação deram suporte ao monitoramento de desempenho e se mostraram capazes de abarcar as definições da estratégia de eco-feedback, como a frequência de atualização em tempo real, as unidades e tipos de exibição. Devido ao seu uso como recurso secundário de visualização, utilizou-se somente as unidades de energia direta (Watts) e informações ambientais (% e ºC). Em relação aos tipos, foram empregados apenas os eco-feedbacks por informação e comparação histórica. Os gráficos gerados e exibidos na Interface Web não apresentaram contextualização semântica. Ainda assim, atenderam às definições da estratégia de eco-feedback, de forma equivalente às tabelas. Em ambos os casos, sentiu-se a ausência de recursos de contextualização espacial para melhor compreensão das informações de monitoramento de desempenho.
Por fim, na instanciação piloto do 1º Ciclo, constatou-se influência entre equipamentos da rede elétrica da edificação Anexo 01 (Figura 35, p.103) e seu desdobramento no desempenho inadequado do consumo de energia do sistema de iluminação. Além de indicar consumo excedente e demandar revisão das instalações elétricas do LAMPA e da edificação, esta influência resultou em ação corretiva na faixa de operação estabelecida para o monitoramento de condição das luminárias. Logo, sinaliza-se que redes elétricas, principalmente aquelas alvo de aplicação de Medição Inteligente, necessitam de projetos que levem em consideração a não influência entre equipamentos. Dessa forma, o Monitoramento de Desempenho, além de dar suporte à manutenção preditiva, serve de parecer e/ou indicador de qualidade de soluções de projeto, cujas respostas podem ser empregadas em edificações semelhantes (ex. no caso da UNICAMP em projetos de edifícios anexo padrão), e/ou em cenários de retrofit.
No 2º Ciclo, o Autodesk Revit atuou como Ambiente BIM Nativo e o Dynamo, sua ferramenta de VPL, como middleware responsável por integrar o Modelo de Registro BIM
com os bancos de dados externos para inserção de informações de monitoramento de desempenho. Constata-se que as partes da solução dedicadas somente à IoT e inerentes às Camadas de Sensoriamento, Rede e Serviço devem estar consolidadas neste momento. Os procedimentos envolveram ajustes no Modelo de Registro BIM da Edificação Anexo 01 da FEC-UNICAMP (p.133), na qual o LAMPA está lotado.
Em relação às propriedades estáticas do Modelo BIM, devido à falta de disponibilidade de informações relacionadas aos registros de ativos da edificação, parte destas não foram preenchidas manualmente. Essa limitação destaca a relevância de criar propriedades desde as fases iniciais do ciclo de vida da edificação, associadas aos Requisitos de Informação da Entidade Contratante visando O&M, e inserir informações de cada fase correspondente no decorrer do processo (EAST, 2013; BECERICK-GERBER, 2012; MOTA; 2017). A ausência dessas informações não necessariamente impacta no propósito de utilizar- se o Modelo BIM para Monitoramento de Desempenho, uma vez que, conforme apontado em Eastman et al. (2014), os requisitos mínimos necessários nesse contexto são propriedades geométricas e funcionais em objetos BIM genéricos, associados às disciplinas de Arquitetura, Estrutura e Sistemas Prediais. No entanto, considerando as capacidades do Modelo BIM em proporcionar contextualização semântica a este monitoramento, a ausência de informações é prejudicial.
Em relação às propriedades dinâmicas do Modelo BIM, por sua vez, observa-se que suas configurações, principalmente os tipos de propriedade, estão diretamente associadas às estruturas dos bancos de dados externos as quais serão vinculadas, conforme apresentado no Quadro 20 (p.136). As aprendizagens em relação ao preenchimento destas propriedades serão abordadas a seguir. No script criado no Dynamo, foram estabelecidos 5 passos para a integração das informações, conforme explicitado na Figura 60 (p.139): (i) seleção e filtro de objetos BIM; (ii) comunicação, resgate e organização de informações; (iii) agregação de requisitos de monitoramento de condição; (iv) inserção de informações nos objetos BIM; e (v) sobreposição gráfica nos objetos BIM. A possibilidade de executar o script em modo periódico assegura a continuidade, sem ação do usuário, de inserir informações de monitoramento de desempenho no Modelo BIM. Logo, observa-se a capacidade do Dynamo em viabilizar a integração de BIM e Internet das Coisas e tornar o Modelo BIM dinâmico, fazendo-se uso de linguagem de programação visual. Por outro lado, constata-se que a execução do script em modo periódico é influenciada pelos recursos de hardware e software definidos na solução BIM-IoT. Em relação ao hardware, devido ao tempo de processamento
da máquina. Em relação aos software, devido ao intervalo de atualização determinado para os bancos de dados na camada de serviço.
Em relação à inserção de informações, observa-se que as limitações do ThingSpeak, destacadas no 1º Ciclo, influenciaram diretamente no preenchimento das propriedades de monitoramento nos objetos BIM, como apresentado nas Figura 62 (p.143) e Figura 63 (p. 144). No MySQL todas as propriedades de monitoramento dos objetos BIM foram preenchidas (Figura 64, p.145 e Figura 65, p.146). Recomenda-se, portanto, o uso de bancos de dados mais robustos para a integração de informações de monitoramento de desempenho no Modelo BIM, já que as possibilidades de processamento de dados são extensas e podem atender a uma ampla gama de requisitos. No caso do ThingSpeak, e demais Portais de Integração com recursos semelhantes, estes podem contribuir para o monitoramento de condição, já que fornecem as informações em tempo real, médias por hora e dia, viabilizando o eco-feedback por instrução.
Em relação às sobreposições gráficas no Modelo BIM, constata-se que apesar do Dynamo proporcionar a aplicação deste recurso para instâncias de objetos, a visualização promovida está vinculada à Vista 3D ativa no Autodesk Revit 2017. Esta limitação desdobra- se em uma defasagem de visualização das sobreposições entre vistas e requer das ferramentas envolvidas alinhamento e aprimoramento para melhor uso dessa intervenção no Modelo BIM.
Na instanciação piloto do 2º Ciclo, a relevância das contextualizações semântica e espacial proporcionadas pelo Modelo BIM dinâmico para Monitoramento de Desempenho foram evidenciadas. Apreendeu-se de modo simples e interativo as informações de monitoramento do consumo de energia e do comportamento de umidade e temperatura do LAMPA, através de filtros de sobreposição gráfica e do acesso aos eco-feedbacks por informação, instrução, desagregação e comparação histórica, este último através do vínculo dos objetos BIM com a Interface Web. Além disso, o monitoramento de condição mostrou-se potencializado pelo recurso de sobreposição gráfica nos objetos BIM. Este recurso também pode ser adotado em trabalhos futuros que utilizem o eco-feedback por comparação normativa. Os aspectos mencionados foram destacados nas Figura 71, Figura 72, Figura 73 e Figura 74 (p. 154 a p.157).
Diante da solução BIM-IoT implementada, é possível evoluir a estratégia de eco- feedback, a partir do momento em que uma linha de referência do consumo de energia do laboratório poderá ser estabelecida. A ausência de um sistema de monitoramento na FEC- UNICAMP foi um fator limitador que restringiu em parte a elaboração de um eco-feedback
dedicado diretamente ao comportamento. Diante da coleta, compartilhamento e processamento de dados pelo tempo equivalente a 1 ano (que agrega todos os períodos de funcionamento e recesso da instituição), torna-se viável incrementar a extração de informações para oferecer aos usuários alertas de consumo de energia em relação a seu caráter estável, crescente ou decrescente por período de tempo (ex. mensalmente) e suas devidas correlações com impactos econômico e ambiental; aprimorando aspectos de senso de controle e auto monitoramento. A solução BIM-IoT também pode evoluir mediante implementação de outros tipos de sensores, como os sensores de presença, e/ou introdução de tecnologias de rastreamento como RFID, BLE e NFC, para correlacionar tempo de funcionamento do sistema de iluminação e consumo de energia com identidade, quantidade e permanência de ocupantes no ambiente.
Finalmente, considerando os artefatos de instanciação existentes identificados na RSL de BIM-IoT e a solução proposta nessa pesquisa, realizou-se uma análise comparativa conforme os propósitos de BIM na integração – em vista de uma abordagem geral.
Diferente de Kensek (2014, 2015b), Habibi (2016), Park, Kim e Cho (2016), Osello et al. (2013) e Gokçe e Gokçe (2014b), não utilizou-se BIM nessa pesquisa visando simulações de desempenho e análises preditivas. Este propósito deve ser aplicado em um cenário de reforma e/ou retrofit do Edifício Anexo 01 da FEC-UNICAMP. Em relação ao propósito de BIM atuar como Estrutura Virtual de Dados da Edificação, o conjunto de estudos identificados que realizaram sua inserção nos bancos de dados executaram esta ação: (i) manualmente, desassociada do Modelo BIM (LEE; AKIN, 2010; LEE, CHA, PARK, 2016); (ii) manualmente, com auxílio de schemas associados ao Modelo BIM (GOKÇE; GOKÇE, 2013, 2014a, 2014b); e (iii) automaticamente, com auxílio de add-in ou middleware proprietário (ARSLAN et al., 2014; RIAZ et al., 2014; MARZOUK; ABDELATY, 2014a, 2014b). A solução BIM-IoT proposta executou esta ação automaticamente, com auxílio de um recurso nativo de conexão ODBC disponível no Autodesk Revit 2017.
Em relação ao propósito de ser visualizador da informação, discriminou-se os estudos em 3 grupos. O Grupo de Estudos A36 que empregou o modelo BIM em navegador e/ou