Utilização de BIM na Prefabricação

U

TILIZAÇÃO DE

BIM

NA

PREFABRICAÇÃO

L

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C

S

Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL —ESPECIALIZAÇÃO EM CONSTRUÇÕES

Orientador: Professor Doutor Alfredo Augusto Vieira Soeiro

Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446  miec@fe.up.pt

Editado por

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO

Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440  feup@fe.up.pt  http://www.fe.up.pt

Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil - 2018/2019 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2019.

As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respetivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir.

Aos meus Pais, à minha Irmã e aos meus Avós

Imagine uma nova história para a sua vida e acredite nela. Paulo Coelho

AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, pelo amor e apoio incondicional que sempre demonstraram ao longo do curso e pelos sacrifícios e obstáculos que tiveram de enfrentar, colocando sempre em primeiro lugar o meu sucesso académico.

À minha irmã, pela sua disponibilidade para me ouvir e me aconselhar ao longo deste percurso. À minha família, aos meus avós, tios e primos, que sempre demonstraram o seu apoio ao longo desta caminhada.

Aos meus amigos, e em especial ao Roque, ao Diego, ao Dinis, ao João, ao Diogo, à Vânia e à Rita, pela convivência, pelas histórias e pelas memórias que ficarão para o resto da minha vida.

Ao meu orientador, Professor Doutor Alfredo Soeiro, pela disponibilidade, compreensão, aconselhamento e ajuda prestada no desenvolvimento deste trabalho.

RESUMO

O Building Information Modeling (BIM) é uma Information Technology (IT) que tem impactado a Indústria da Construção (IC) nos últimos anos, devido aos seus benefícios e capacidades em vários aspetos. O BIM consiste num modelo tridimensional virtual de um edifício com informação sobre todas as componentes, tendo-se vindo a popularizar fortemente na última década por iniciativa própria da IC, mas também por ação de políticas governativas que tendem a acelerar o ritmo de implementação da tecnologia. Contudo, o BIM não é um software, mas sim um conjunto de processos inovadores que se apoiam em softwares e que para serem adotados de uma forma o mais favorável possível, implicam mudanças de mentalidade em todos os participantes do processo construtivo, conduzindo no fundo a uma nova forma de trabalhar na construção.

Estudos anteriores concluíram que, de uma forma geral as vantagens inerentes à adoção de BIM por parte da Indústria da Construção, tendem a suplantar em muito as desvantagens ou adversidades daí decorrentes, dando, contudo, menos ênfase à utilização desta tecnologia num método construtivo com uma cota de mercado minoritária e com características e particularidades distintas da construção tradicional, a prefabricação.

De uma forma geral, podemos definir Prefabricação ou Off-Site Manufacturing (OSM) como sendo um processo que tem lugar numa fábrica especializada e que consiste em produzir os elementos de um edifício num local diferente do definitivo. Este método construtivo, tem já séculos de existência e possui diferentes tipos de áreas de aplicação, tendo vindo a ser utilizado ao longo dos anos em países por todo o mundo e em contextos variados. O mesmo tem evoluído em termos qualitativos ao longo das últimas décadas, contudo, a sua baixa reputação e aceitação por parte da IC e da população em geral refletem-se na sua baixa cota de mercado.

Este trabalho consistirá, portanto, numa abordagem conjunta às duas temáticas anteriormente enunciadas, o Building Information Modeling e a Prefabricação, numa tentativa de analisar as implicações entre ambas e a utilidade que a primeira poderá ter sobre a segunda, de forma a auxiliá-la em vários aspetos e consequentemente a melhorar a sua popularidade entre a população em geral, conduzindo eventualmente a um aumento da sua cota de mercado face ao método de construção tradicional.

Assim sendo, esta dissertação pretende perceber até que ponto a utilização de BIM será útil na Prefabricação, realizando-se um balanço entre pontos positivos e negativos resultantes da aplicação e teste de um modelo para utilização de BIM na Prefabricação constituído no decorrer deste trabalho e onde serão tidos em conta os softwares, processos e operações que mais se evidenciem nos casos de estudo anteriores.

A comparação entre o que se obteve num projeto real sem recurso a BIM, e o que se obteria caso o mesmo se tivesse utilizado, contribuirá fortemente para avaliar a viabilidade da aplicação desta tecnologia na construção prefabricada.

Espera-se que este trabalho e em particular o guia de utilização de Building Information Modeling na Construção Prefabricada elaborado no decorrer do mesmo, possa resultar numa contribuição para as empresas ligadas a este método construtivo e que pretendam a curto ou médio prazo implementar a metodologia BIM.

PALAVRAS-CHAVE: Bim, Tecnologia de Informação, Industrialização, Prefabricação, Offsite

ABSTRACT

The Building Information Modeling (BIM) is an Information Technology (IT) that has been impacting the construction industry over the last few years, due to its benefits and capacities in various aspects. BIM consists in a virtual tridimensional model of a building with information about all its components, and it has been becoming highly popular over the last decade by Construction Industry’s own initiative, but also through the action of government politics that tend to accelerate technology’s implementation rhythm. However, BIM is not a software, but a set of innovative software-based processes that, in order to be adopted as favorably as possible, imply changes of mindset in all participants in the construction process, ultimately leading to a new way of working in construction.

Previous studies have concluded that, in general, the advantages regarding the adoption of BIM by part of the IC tend to overcome the disadvantages or adversities also connected to that, giving, however, less importance to this technology’s usage in a constructive method with a minor market quota and different characteristics from traditional construction, the Prefabrication.

In a general way, we can define Prefabrication or Off-Site Manufacturing (OSM) as being a process that takes place in a specialized factory and consists in producing elements of a building in a different location from the final one. This construction method has been in existence for centuries, with different types of application areas and has been used over the years in several countries around the world and in various contexts. It has evolved in qualitative terms in the last decades, but due to its low reputation and acceptance by the Construction Industry and population in general reflect its low market quota.

This work will therefore consist of a joint approach to the two previously mentioned themes, Building Information Modeling and Prefabrication, in an attempt to analyze the implications between both and the usefulness that the former may have on the latter, in order to help it, and consequently improving its popularity among the general population, possibly leading to an increase in its market quota compared to the traditional method of construction.

With that said, this dissertation aims to understand until which point the usage of BIM will be useful in Prefabrication, by making a balance between positive points and negative results of its application and test in a model for use of BIM in Prefabrication built during the making of the present thesis, in which highlight software’s, processes and operations used in previous studies will be taken in account. The comparison between what was achieved in a real project without using BIM and what would have been achieved if it had been used, will therefore contribute to evaluate the viability of this technology’s usage in prefabricated construction.

It is hoped that this thesis, and in particular the guide for using Building Information Modeling in Prefabricated Construction elaborated during this work, may result in a contribution for companies linked to this constructive method and wishing to implement the BIM methodology in the short or medium term.

KEYWORDS:Bim, Information Technology, Industrialization, Prefabrication, Offsite Construction, Modularization.

Índice Geral

UTILIZAÇÃO DE BIM NA PREFABRICAÇÃO ... I

1

INTRODUÇÃO ... 1

2

ESTADO DA ARTE ... 5

2.1.3.APREFABRICAÇÃO EM PORTUGAL E NO ESTRANGEIRO ... 6

2.1.4.SISTEMAS DE PREFABRICAÇÃO ... 7

2.1.5.ÁREAS DE PREFABRICAÇÃO ... 8

2.1.5.1. Volumetric / Modular Construction – Construção Volumétrica ou Modular ... 8

2.1.5.2. Panellised Construction – Construção com Painéis Prefabricados ... 8

2.1.5.3. Sub-Assemblies and Components – Subsistemas e Componentes ... 9

2.1.6.TIPOS DE LIGAÇÃO ... 11

2.1.6.1. Viga contínua em betão armado com ligação simplesmente apoiada em mísula ... 12

2.1.6.2. Pilar de aço com ligação em placa aparafusada à fundação ... 12

2.1.6.3. Pilar com ligação aparafusada embutida à fundação ... 13

2.1.6.4. Ligações utilizadas na fixação das componentes de estruturas metálicas em perfis de aço ... 13

2.1.6.5. Ligações utilizadas em estruturas metálicas de aço leve galvanizado (LSF) ... 15

... 16

2.1.7.ANÁLISE SWOT DA PREFABRICAÇÃO... 17

2.2.BUILDING INFORMATION MODELING –BIM ... 18

2.2.1.OCONCEITO ... 18

2.2.2.EVOLUÇÃO DOS BIM ... 19

2.2.3.DIMENSÕES DO BIM ... 20

2.2.4.LOD ... 21

2.2.5.PROGRAMAS BIM ... 22

2.2.6.PROCESSO DE IMPLEMENTAÇÃO DE BIM ... 23

2.3.CASOS DE ESTUDO ANTERIORES ... 23

2.3.1.AVALIAÇÃO DO IMPACTO ECONÓMICO DO BIM NA ÁREA DO BETÃO PREFABRICADO –E.U.A. ... 23

2.3.2.IMPACTO DA UTILIZAÇÃO DE BIM NA SEGURANÇA EM OBRA DA CONSTRUÇÃO PREFABRICADA ... 25

2.3.3.IMPLEMENTAÇÃO DE BIM NA PREFABRICAÇÃO -IRÃO ... 25

2.3.4.IMPLEMENTAÇÃO DE BIM NA CONSTRUÇÃO MODULAR:VANTAGENS E DESAFIOS... 27

2.3.4.1. Processo de implementação de BIM na construção modular ... 27

2.3.4.2. Caso de estudo 1: Projeto de expansão de um hospital, Charlotte, North Carolina, USA ... 28

2.3.4.3. Caso de estudo 2: Projeto de escola secundária, Gastonia, North Carolina, USA ... 29

2.3.5.BIM E PREFABRICAÇÃO:PESQUISA RECENTE E OPORTUNIDADES ... 30

2.3.6.PERCEBENDO O CONTEXTO DE IMPLEMENTAÇÃO DE BIM EM EDIFÍCIOS PREFABRICADOS -BRASIL ... 31

2.3.6.1. Caso de Estudo 1: Hangar ... 31

2.3.6.2. Caso de estudo 2: Edifício de escritórios ... 32

2.3.6.3. Caso de estudo 3: Hotel ... 32

2.3.6.4. Caso de estudo 4: Hospital ... 32

2.4.SUMÁRIO ... 32

3

PONTOS RELEVANTES DA REVISÂO BIBLIOGRÁFICA . 33

4

MODELO PARA UTILIZAÇÂO DE BIM NA

PREFABRICAÇÂO ... 39

4.1.DESCRIÇÃO GERAL ... 39

4.2.VISITA A EMPRESA DE PREFABRICAÇÃO ... 39

4.2.1.APRESENTAÇÃO DA EMPRESA -SHAY MURTAGH PRECAST LTD ... 39

4.2.2.PONTOS RELEVANTES DA VISITA ... 40

4.3.MODELO CONCEITUAL PARA UTILIZAÇÃO DE BIM NA PREFABRICAÇÃO ... 40

... 40

4.4.DESCRIÇÃO DAS ETAPAS DO MODELO PARA UTILIZAÇÃO DE BIM NA PREFABRICAÇÃO ... 41

4.4.2.MODELO 3D ... 41

4.4.2.1. Criação do Modelo 3D - Revit ... 42

 Ligação Viga principal/Viga secundária ... 45

 Ligação Viga principal/Viga principal ... 46

 Ligação Viga principal/Pilar ... 46

 Ligação Pilar/Sapata ... 47

4.4.3.TRANSPORTE ... 48

4.4.3.1. Swept Path Analysis - Vehicle Tracking ... 48

4.4.4.PLANEAMENTO ... 49

4.4.4.1. Planeamento do caso teórico no Navisworks ... 50

4.4.5.PRODUÇÃO ... 54

4.4.6.INSTALAÇÃO ... 54

4.5.LIMITES DO MODELO ... 54

5

CASO DE ESTUDO - APLICAÇÃO DO MODELO PARA

UTILIZAÇÃO DE BIM NA PREFABRICAÇÃO A UMA OBRA

... 55

5.1.DESCRIÇÃO DO CASO DE ESTUDO ... 55

5.1.1.CARACTERÍSTICAS MÉTRICAS DO EMPREENDIMENTO ... 55

5.1.2.CARACTERÍSTICAS DA CONSTRUÇÃO ... 55

5.2.SISTEMAS E ELEMENTOS DO PROJETO CONSIDERADOS NA APLICAÇÃO DO MODELO ... 56

5.3.ESTIMATIVA ORÇAMENTAL DA CONSTRUÇÃO DO SISTEMA ESTRUTURAL DE PÓRTICOS SEM RECURSO À METODOLOGIA BIM ... 56

5.4.ETAPAS DE APLICAÇÃO DO MODELO PARA UTILIZAÇÃO DE BIM NA PREFABRICAÇÃO – CASO DE ESTUDO ... 57 5.4.1.PLANEAMENTO INICIAL ... 58 5.4.2.MODELO 3D ... 58 5.4.3.TRANSPORTE ... 60 5.4.4.PLANEAMENTO ... 60 5.4.5.PRODUÇÃO ... 61 5.4.6.INSTALAÇÃO ... 61 5.5.ANÁLISE DE RESULTADOS ... 61

5.5.1.AVALIAÇÃO DAS VANTAGENS ... 61

5.5.1.1. Estimativa da Poupança Anual numa Empresa de Prefabricação devida à Utilização de BIM ... 61

5.5.2.AVALIAÇÃO DOS CONSTRANGIMENTOS ... 62

5.5.2.1. Estimativa de Custos Anuais resultante da implementação da Metodologia BIM ... 62

6.1.CONCLUSÕES FINAIS ... 63

6.2.LIMITAÇÕES DA DISSERTAÇÃO ... 65

6.3.RECOMENDAÇÕES PARA DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ... 66

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 – As três principais etapas na construção prefabricada (Fonte: [1]) ………... 1

Figura 2 – Parâmetros da industrialização (Fonte: [2]) ………. 2

Figura 3 – Sistemas de prefabricação (Fonte: [2]) ………. 7

Figura 4 – Módulo ou unidade tridimensional (Fonte: [1]) ……….. 8

Figura 5 – Ligação dos módulos à fundação (Fonte: [1]) ………... 8

Figura 6 – Ligação entre módulos (Fonte: [1]) ………. 8

Figura 7 – Montagem de painel de fachada em madeira (Fonte: [1]) ……….. 9

Figura 8 – Montagem de fundação prefabricada (Fonte:[11]) ……..………. 9

Figura 9 – Floor cassettes (Fonte: [12]) ………..……….. 9

Figura 10 – Roof cassettes (Fonte: [13]) ……….. 9

Figura 11 – Cobertura prefabricada (Fonte: [1]) ………. 10

Figura 12 – Viga prefabricada de madeira em I (Fonte: [14]) ………..…….10

Figura 13 – Betão prefabricado em viaduto (Fonte: [3]) ………..……. 11

Figura 14 – Betão prefabricado em túnel (Fonte: [3]) ………..……. 11

Figura 15 – Betão prefabricado em pavilhão industrial ..………..………. 11

Figura 16 – Viga contínua em betão armado com ligação simplesmente apoiada em mísula (Fonte: [17]) ………... 12

Figura 17 – Pilar com ligação aparafusada à fundação (Fonte: [18]) …….…….……….. 12

Figura 18 – Pilar com ligação aparafusada embutida à fundação (Fonte: [19]) ….……….………. 13

Figura 19 – Ligação pilar/viga em joelho ………. ………..………... 13

Figura 20 – Ligação em consola de duas vigas a um pilar de aço ……….. …….………. 14

Figura 21 – Ligação de bielas de contraventamento a pilar de aço ……….. ….…………..………. 14

Figura 22 – Ligação ao centro de quatro perfis de contraventamento ………. ……….... 15

Figura 23 – Ligação de vigas com placas de aço aparafusadas ……….. ………..………... 15

Figura 24 – Ligações aparafusadas em estrutura metálica de LSF………... 16

Figura 25 – Tipos de modelo de informação (Fonte: [1]) ………...……... 17

Figura 26 – Comunicação entre plataformas com IFC (Fonte: [24]) ………..……….………... 18

Figura 27 – Dimensões de BIM (Fonte: [27]) …...………... 20

Figura 28 – Level Of Detail (Fonte: [27]) …………..………... 21

Figura 29 – Level Of Development (Fonte: [27]) ….………... 22

Figura 30 – Impacto do BIM e da prefabricação na segurança em obra (Fonte: baseado em [32])…. 25 Figura 31 – Modelos BIM no projeto de expansão hospitalar (Fonte: [34]) ……….………... 28

Figura 33 – Deteção de conflitos entre elementos de diferentes especialidades (Fonte: [34]) ……….. 29

Figura 34 – Eixos de referência ………. ………..………... 43

Figura 35 – Níveis ………..………..…..………... 44

Figura 36 – Sapata tipo ………..………... 44

Figura 37 – Pilar/Viga tipo ………..………... 45

Figura 38 – Painel de cobertura tipo ………...………..………... 45

Figura 39 – Comando Cortar Por ……….…………...………... 46

Figura 40 – Comando Chanfro ………..………... 46

Figura 41 – Ligação Viga principal/Viga secundária ……….………... 47

Figura 42 – Ligação Viga principal/Viga principal ………...………... 47

Figura 43 – Ligação Viga principal/Pilar …………..………..………... 48

Figura 44 – Ligação Pilar/Sapata ………...………..…………... 48

Figura 45 – Conjunto de elementos estruturais ………...………..…………... 49

Figura 46 – Modelo 3D ………...……….……….………... 49

Figura 47 – Exportador de arquivos Revit ………... 50

Figura 48 – Clash Detection 1 ………....………..……... 50

Figura 49 – Clash Detection 2 ………....………..…………... 51

Figura 50 – Corte Por Contorno ………....……….….... 51

Figura 51 – Sets ………....………..…………... 52 Figura 52 – TimeLiner ………..…....………..…………... 52 Figura 53 – Animator ………....………..……... 53 Figura 54 – Viewpoints ………....………….………..…... 53 Figura 55 – Animação 4D ………...……….... 54

ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 1 – Vantagens ou adversidades inerentes à adoção de BIM em empresas de prefabricação de betão (Fonte: baseado em [4]) ……….………. 24

ACRÓNIMOS E ABREVIATURAS

BIM – Building Information Modeling IC – Indústria da Construção OSM – Off-Site Manufacturing IT - Information Technology CAD – Computer Aided Design IFC – Industry Foundation Classes LOD – Level Of Detail

LOD – Level Of Development

MEP - Mechanical, Electrical and Plumbing FM - Facility Management

EUA – Estados Unidos da América PCA – Precast Concret Association BSI - British Standards Institution ACI - American Concrete Institute

ANIPB - Associação Nacional dos Industriais da Pré-fabricação em Betão EPC – Equipamento de Proteção Coletiva

LSF - Light Steel Frame

SWOT - Strengths, Weaknesses, Opportunities e Threats CNC – Computer Numerical Control

1

INTRODUÇÃO

1.1.CONTEXTUALIZAÇÃO

Ao contrário do Building Information Modeling (BIM) que se apresenta como algo relativamente recente e inovador na Industria da Construção, a prefabricação em sentido lato tem registos desde há quase 400 anos, quando em 1624 os ingleses levaram para Cape Ann, nos Estados Unidos da América, uma casa de painéis prefabricados de madeira que serviria de habitação aos trabalhadores de uma frota pesqueira. [5]

Assim sendo, o BIM e prefabricação possuem origens muito espaçadas no tempo, no entanto, nos dias de hoje, faz todo o sentido analisar a ambos simultaneamente e retirar as implicações de um sobre o outro, constituindo-se como os termos-chave correntemente utilizados ao longo desta dissertação, pelo que importa, desde já, fazer uma abordagem elucidativa a ambos.

A prefabricação pode definir-se como sendo um método construtivo alternativo ao tradicional, em que, em vez de se construir quase a totalidade da obra in situ, se opta por fabricar os elementos num local diferente daquele em que vão estar em serviço, usualmente em fábrica. [1]

→ →

Figura 1 – As três principais etapas na construção prefabricada (Fonte: [1])

Por outro lado, o BIM pode ser definido como um processo em que se combina informação e tecnologia, de modo a criar uma representação digital de um projeto que integra dados de várias fontes e evolui em paralelo ao projeto real durante o seu ciclo de vida, desde o seu desenho, passando pela construção até à fase de manutenção. [6]

As casas prefabricadas escolhidas por catálogo foram populares nos Estados Unidos da América no início do século 20. No entanto, hoje em dia, a reputação da construção prefabricada não é a melhor, muito devido a casos em que esta foi adotada para atender à necessidade de construir habitações muito rapidamente e para um grande número de pessoas, como foi o caso dos pós-guerra, em que a prioridade foi sempre a rapidez, conduzindo por vezes a construções de baixa qualidade e baixa eficiência do ponto de vista térmico. [3]

No entanto, com o desenvolvimento alcançado nas últimas décadas dos processos de informação e comunicação, como por exemplo o BIM, surge a oportunidade de utilizar o mesmo para melhorar a construção prefabricada em vários aspetos, tais como: economia, tempo, transporte, qualidade e segurança. [7]

O BIM e a prefabricação são manifestações da industrialização. Esta, pode segundo Sabbatini (1989) ser definida como: " A industrialização da construção é um processo evolutivo que, através de ações organizacionais e da implementação de inovações tecnológicas, métodos de trabalho e técnicas de planeamento e controle, tem como objetivo incrementar a produtividade e o nível de produção de modo a aprimorar o desempenho da atividade construtiva". Outra definição, ilustrada na figura 2, consiste em considerar a industrialização como o somatório de racionalizar, mecanizar e automatizar. [2]

Figura 2 – Parâmetros da industrialização (Fonte: [2])

Contrariamente ao que sucede noutros setores, a Indústria da Construção (IC) e em particular a construção prefabricada, é considerada como unitária, não repetitiva e sob encomenda. Isto significa que à partida cada projeto é único, um protótipo, e deverá atender a requisitos específicos do mesmo tais como o local onde se insere, o seu uso em serviço e as exigências do cliente e utilizador. Esta característica do setor constitui uma dificuldade no processo de industrialização do mesmo, mas que poderá ser ultrapassada com o aproveitamento das funcionalidades da tecnologia BIM, uma vez que esta permite construir os protótipos de uma forma virtual por intermédio de modelos 3D. [1]

Hoje em dia a abertura da IC para com as tecnologias modernas de construção como o BIM está a aumentar, o que contribuirá para o aperfeiçoamento das técnicas de off-site manufacturing (OSM) em fábrica e consequentemente para a implementação de uma imagem positiva deste método construtivo. Desde Subsistemas e Componentes, à construção com Painéis Prefabricados até à Construção Volumétrica ou Modular, o modelo 3D em BIM contém a informação necessária para fabricantes e empresas de construção reproduzirem réplicas físicas das intenções dos projetistas e clientes. [6]

1.2.OBJETIVOS

O principal objetivo deste trabalho é avaliar as vantagens e desvantagens da utilização de BIM na prefabricação. Para tal, irá analisar-se as práticas utilizadas em casos de estudo anteriores e em trabalhos realizados internacionalmente, fazendo-se uma recolha das vantagens, adversidades, dados e conceitos relacionados com a adoção de BIM na construção prefabricada. Com base na recolha de informação realizada será apresentado um modelo para utilização de BIM na prefabricação, sugerindo-se a aplicação de um conjunto de etapas e de softwares considerados mais relevantes para auxiliar os vários tipos de empresas ligadas a este método construtivo. Posteriormente, dar-se-á o teste do modelo onde se irá aplicar o mesmo num caso de estudo, e donde se retirará, portanto, as mais significativas ilações sobre a viabilidade da utilização de BIM na prefabricação.

1.3.ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

Este trabalho encontra-se organizado em seis capítulos.

O primeiro capítulo inicia-se com uma contextualização às temáticas abordadas, seguida de uma apresentação dos objetivos e da estrutura da dissertação.

No segundo capítulo é realizada uma exposição e descrição daquelas que são as temáticas centrais deste trabalho: o BIM e a Prefabricação. Apresentando-se também os casos de estudo realizados a nível internacional, com uma listagem das vantagens e adversidades encontradas em cada caso de estudo. De seguida, no terceiro capítulo, é realizada uma revisão da informação encontrada no capítulo anterior para vários tópicos considerados mais relevantes.

No quarto capítulo é apresentado um modelo para utilização de BIM na prefabricação com o intuito de apoiar as empresas ligadas à construção prefabricada.

No quinto capítulo é apresentado um caso de estudo onde se aplica o modelo para utilização de BIM na prefabricação e se realiza uma comparação entre os resultados obtidos e os anteriormente descritos na revisão bibliográfica.

Para finalizar, o sexto capítulo corresponde às conclusões retiradas desta dissertação e aos seus possíveis desenvolvimentos futuros.

2

ESTADO DA ARTE

De forma a analisar com propriedade os casos de estudo anteriores relacionados à utilização de BIM na prefabricação, importa previamente apresentar e reter um conjunto de informações essenciais relativas a cada um dos principais termos-chave isoladamente, sendo os mesmos o BIM e a prefabricação. Assim sendo, pretende-se definir e clarificar ambos os conceitos referindo quais as conceções e definições adotadas hoje na Indústria da Construção (IC). Deste modo, obter-se-á uma ampla base de conhecimento, que permitirá de uma forma sustentada compreender e expor os casos de estudo anteriores relacionados à utilização de BIM na prefabricação e a partir daí listar as vantagens e desvantagens encontradas nesses trabalhos.

2.1.CONSTRUÇÃO PREFABRICADA 2.1.1.OCONCEITO

Na IC, a prefabricação ou construção prefabricada pode ser definida como um sistema de construção com elementos estandardizados, fabricados previamente e montados segundo um esquema preestabelecido. A mesma, pode também segundo alguns autores definir-se como sendo um método construtivo alternativo ao tradicional, onde em vez de se construir quase a totalidade da obra in situ, se opta por fabricar elementos num local diferente àquele em que vão estar em serviço, usualmente em fábrica. [1] Sendo que, entende-se por “Construção Tradicional”, como o método construtivo mais comum em Portugal, em que se realiza a construção in situ da quase totalidade de uma determinada obra. [3]

A grande diferença entre os dois métodos construtivos reside no faseamento construtivo, que no caso da construção prefabricada consiste essencialmente em [3]:

 Subdivisão do empreendimento em sistemas, subsistemas e elementos de menor dimensão;  Produção destes elementos num local diferente daquele em que vão estar em serviço;  Transporte dos elementos para o local do empreendimento;

 Montagem e ligação dos vários elementos de forma a garantir o comportamento exigido a todos os sistemas e subsistemas que compõem o empreendimento, em termos estruturais, de conforto e de qualidade.

2.1.2.DESIGNAÇÕES E CONCEÇÕES

A nível internacional e em particular na literatura inglesa, existem as mais diversas designações para o conceito de Construção Prefabricada ou Prefabricação. Destas, importa realçar três que, embora sejam usualmente utilizadas alternadamente e com pouco critério, possuem diferenças subtis, sendo elas:

 Prefabrication – Prefabricação: corresponde ao processo de fabricar e planear a instalação de um edifício por completo ou componentes do mesmo num ambiente mais controlado, geralmente numa fábrica especializada, onde vários materiais são conjugados para formar cada uma das componentes. Uma vez completas, as mesmas são transportadas para o local da obra onde se dará a instalação. [8]  Offsite Construction: encontra-se estreitamente relacionada com a anterior, no que se refere aos aspetos gerais de planeamento, desenho, fabricação e montagem dos elementos de um edifício numa localização diferente da definitiva. [8] Localização esta que, não necessita de ser um ambiente de fábrica propriamente dito, podendo o processo de fabrico de elementos realizar-se em estaleiro num local diferente ao de serviço. [1] Contudo, e em contraponto com a Prefabrication não é especificado como as componentes produzidas se irão conectar ou interligar. Assim sendo, e de uma forma resumida a Offsite Construction refere-se ao (Onde), e por sua vez a Prefabrication ao (Como). [8]

 Modularization – Construção Modular: é frequentemente confundida com a Prefabrication, sendo semelhante no processo de produzir em fábrica antes de se instalar em obra. Contudo, a diferença é que a Modularization se refere à Pré-Construção de um sistema completo. Estes módulos são conjugados e instalados em obra formando assim o conjunto do edifício. [8]

Todas as designações acima apresentadas contemplam: racionalização de processos, mecanização de tarefas e automatização de operações. Desta forma, e segundo a figura 2 inserida no capítulo anterior, constituem manifestações da Industrialização utilizadas para melhorar o processo construtivo. [8] Contudo, para uma aplicação o mais eficiente possível, o projeto deverá desde início ser pensado e concebido para ser composto de elementos prefabricados, devendo, portanto, todo o processo ser realizado de uma forma integrada. [7]

No âmbito desta dissertação e de forma a simplificar a sua compreensão serão utilizados correntemente os termos Prefabricação ou Construção Prefabricada de uma forma generalista para se referir a qualquer uma das designações.

2.1.3.APREFABRICAÇÃO EM PORTUGAL E NO ESTRANGEIRO

Devido às razões apresentadas no primeiro capítulo, a reputação da Construção Prefabricada nunca foi a melhor. No entanto, em alguns países este método construtivo tem alguma tradição, tendo a aposta no mesmo sido realizada por razões económicas, ambientais e culturais. Embora a prefabricação tenha tido origem no Reino Unido, esta tem sido amplamente utilizada nos Estados Unidos, Japão e em países nórdicos. [9]

Na europa, mais propriamente no Reino Unido existem entidades regulamentadoras que definem os parâmetros técnicos a respeito da construção prefabricada, como por exemplo a Precast Concrete Association (PCA) e a British Standards Institution (BSI). Nos EUA, a entidade que regulamenta a construção com elementos prefabricados é a American Concrete Institute(ACI).

Em Portugal, segundo a Associação Nacional dos Industriais da Pré-fabricação em Betão (ANIPB) existe um mercado que contempla 200 empresas de prefabricação de betão, o que totaliza um total de 6400 trabalhadores e um volume de negócios no valor de 550 milhões de euros. Estas empresas consomem aproximadamente 10% do total de cimento utilizado em Portugal, demonstrando já alguma capacidade de dar resposta às necessidades de mercado no setor dos edifícios comerciais e industriais. [2]

 Baseada no produto fabricado: realiza-se uma adaptação da estrutura a construir aos elementos disponibilizados pelos fabricantes, tornando-se um pouco limitador ao nível da conceção do projeto. [1]

 Baseada no projeto: os elementos são projetados com base na conceção da estrutura, adaptando-se o fabricante à obra em questão. [1]

Contudo, no que diz respeito a edifícios de habitação, a aplicação deste método construtivo é ainda relativamente limitada, existindo, no entanto, de alguns anos a esta parte, uma aposta considerável na área dos “Subsistemas e Componentes” como por exemplo: pilares, vigas e painéis de fachada. [1] Alguns dos entraves à prosperidade deste método construtivo em Portugal e em particular na área dos edifícios de habitação, prendem-se com:

 Existência de pouca formação académica sobre as técnicas de Prefabricação. [1]

 Seleção de soluções construtivas baseada quase que exclusivamente em custos, negligenciando a análise de outros critérios. [1]

 Escassez de informação disponibilizada aos participantes do processo construtivo, por parte das fábricas produtoras de elementos prefabricados. [1]

2.1.4.SISTEMAS DE PREFABRICAÇÃO

Define-se Sistema de Prefabricação como sendo um sistema de construção onde se descreve o planeamento de um dado empreendimento e os processos e operações que se irão realizar tanto na fase de produção em fábrica, como na fase de montagem no local do empreendimento. Podemos afirmar que estamos perante um sistema de prefabricação, quando a taxa de prefabricação de um dado empreendimento é muito elevada, sendo o trabalho em obra reduzido para um número reduzido de operações.

Figura 3 – Sistemas de prefabricação (Fonte: [2])

No que diz respeito à disponibilidade de um dado fabricante colaborar com outros fabricantes, um sistema poderá ser classificado de aberto, quando um fabricante admite a utilização de elementos e materiais de construção produzidos por outros fabricantes ou de fechado caso o mesmo não se verifique. Quando um empreendimento é quase totalmente prefabricado trata-se de um sistema de prefabricação total. Caso a prefabricação se cinja a apenas alguns elementos específicos do empreendimento estamos perante um sistema de prefabricação parcial. [2]

2.1.5.ÁREAS DE PREFABRICAÇÃO

Como verificado anteriormente, em Portugal, o termo Prefabricação ainda está muito conotado a obras que são construídas recorrendo à utilização de componentes específicos, tais como, pilares e vigas de aço ou betão armado do sistema estrutural de pavilhões industriais. No entanto, este método construtivo é abrangente e divide-se em diversas áreas com diferentes técnicas construtivas que podem ser aplicadas nos mais diversos tipos de obra.[10]

2.1.5.1. Volumetric / Modular Construction – Construção Volumétrica ou Modular

A construção volumétrica, também designada de construção modular, consiste na fabricação de unidades tridimensionais ou módulos, utilizando para isso materiais como aço, madeira, betão ou derivados. Aproximadamente 90% do processo construtivo é realizado em fábrica, realizando-se posteriormente in situ a montagem e ligação entre módulos à fundação previamente construída. [1]

Figura 4 – Módulo ou unidade tridimensional (Fonte: [1])

Figura 5 – Ligação dos módulos à fundação (Fonte: [1]) Figura 6 – Ligação entre módulos (Fonte: [1]) 2.1.5.2. Panellised Construction – Construção com Painéis Prefabricados

Nesta técnica construtiva, os painéis podem ter ou não capacidade estrutural, sendo produzidos em fábrica e de seguida transportados e instalados no local de implantação do empreendimento. Estes painéis podem ser produzidos de forma a constituírem diversos tipos de elementos, tais como paredes interiores, paredes de fachada, lajes ou coberturas. [1]

Figura 7 – Montagem de painel de fachada em madeira (Fonte: [1]) 2.1.5.3. Sub-Assemblies and Components – Subsistemas e Componentes

Esta técnica construtiva, consiste na utilização de certos subsistemas ou elementos específicos prefabricados incorporados em edifícios, tendo estes sido construídos pelo método tradicional ou não. De seguida apresenta-se uma lista com diversos elementos deste tipo:

 Fundações prefabricadas: consistem numa série de vigas e outros componentes prefabricados, montados de forma a constituir uma fundação de forma rápida e precisa. [1]

Figura 8 – Montagem de fundação prefabricada (Fonte: [11])

 Floor / Roof cassettes: são painéis prefabricados desenhados especialmente para constituírem os pisos ou a cobertura de uma construção. [1]

 Coberturas prefabricadas: esta técnica construtiva consiste em montar a cobertura no chão em sobreposição temporal com a restante estrutura do edifício. De seguida, a cobertura é sobreposta com auxílio de gruas à restante estrutura. A realização simultânea dos dois trabalhos de montagem permite reduzir o tempo total necessário para realização dos trabalhos, assim como aumentar a segurança em obra, uma vez que se diminui a quantidade de trabalho realizado em altura. [1]

Figura 11 – Cobertura prefabricada (Fonte: [1])

 Tubagens e acessórios de canalização previamente montados que são posteriormente instalados nos módulos, diminuindo o tempo de produção das unidades tridimensionais em fábrica. [1]

 Vigas de madeira maciça ou derivados com secção transversal em I, que devido a possuírem um peso próprio reduzido permitem formar grandes vãos e espaços amplos. [1]

 Elementos para estruturas prefabricadas de betão: este tipo de prefabricação estende-se desde os edifícios de habitação a todas os ramos da IC. Estes elementos são produzidos em fábrica com mão de obra especializada, permitindo obter elevados padrões de qualidade. A simplicidade e a repetição dos elementos utilizados conduzem a uma redução dos prazos globais de execução tornando esta técnica construtiva economicamente atrativa. Este tipo de solução, por envolver menos pessoas em obra e os trabalhos serem de menor duração contribui para aumentar a segurança da construção. Estes elementos podem ser aplicados em: edifícios de habitação, edifícios comerciais, edifícios industriais, pontes, viadutos, túneis, muros de suporte entre outras aplicações. [3]

Figura 13 – Betão prefabricado em viaduto Figura 14 – Betão prefabricado em túnel (Fonte: [3]) (Fonte: [3])

Figura 15 – Betão prefabricado em pavilhão industrial

2.1.6.TIPOS DE LIGAÇÃO

A ligação nas estruturas prefabricadas diz respeito ao conjunto de peças e sua pormenorização que permitem globalmente assegurar a transmissão de tensões entre dois ou mais elementos estruturais. [15] Estas podem ser classificadas segundo o tipo de fixação (aparafusadas, rebitadas, apoiadas ou soldadas), assim como segundo a rigidez das mesmas (rígidas, simplesmente apoiadas e semirrígidas). [16]  Ligação rígida – este tipo de ligação consegue suportar ações verticais e horizontais assim como

momento fletor. O ângulo relativo entre elementos ligados é mantido devido à rigidez da ligação. [16]

 Ligação simplesmente apoiada – este tipo de ligação consegue suportar ações verticais e horizontais não reagindo a momento fletor. Os elementos ligados são livres para rodar nessa direção uma vez que a ligação não possui rigidez. [16]

 Ligação semirrígida – este tipo de ligação é meio termo entre a ligação rígida e a simplesmente apoiada, uma vez que é capaz de suportar ações verticais e horizontais assim como algum momento fletor. [16]

De seguida, serão apresentados de forma gráfica, variados tipos de ligações utilizadas para fixar elementos prefabricados constituídos por materiais como aço e betão armado.

2.1.6.1. Viga contínua em betão armado com ligação simplesmente apoiada em mísula

Figura 16 – Viga contínua em betão armado com ligação simplesmente apoiada em mísula (Fonte: [17])

Este tipo de ligação é mais frequentemente utilizado para suportar vigas com um carregamento considerável. [16]

2.1.6.2. Pilar de aço com ligação em placa aparafusada à fundação

Figura 17 – Pilar com ligação em placa aparafusada à fundação (Fonte: [18])

Neste tipo de ligação, o pilar de aço prefabricado contém uma placa constituída pelo mesmo material afixada na sua base, que após ser inserida nos varões de aço provenientes da fundação é aparafusada aos mesmos. A fixação do pilar à placa de base é correntemente realizada com recurso a processos de soldadura previamente realizados em fábrica ou in situ. A área em redor dos parafusos poderá então ser preenchida com uma argamassa não extensível para finalizar a ligação. [16]

2.1.6.3. Pilar com ligação aparafusada embutida à fundação

Figura 18 – Pilar com ligação aparafusada embutida à fundação (Fonte: [19])

Este tipo de ligação tem a singularidade de apresentar uma maior resistência ao fogo, de melhorar o aspeto visual e de maximizar o pé direito do espaço. Em caso de necessidade de ajustar a altura do pilar in situ devido por exemplo a um erro de fabricação ou a um assentamento de apoio da fundação, o mesmo poderá ser realizado com a utilização de uma placa de base ajustável. [16]

2.1.6.4. Ligações utilizadas na fixação das componentes de estruturas metálicas em perfis de aço

Na construção de estruturas metálicas com recursos a perfis de aço com geometrias diversas e que são selecionadas segundo os requisitos a cumprir para uma determinada obra, é frequente recorrer-se a métodos de ligação dos elementos que englobam a utilização de parafusos, rebites, soldadura, placas e outros elementos de aço de pequenas dimensões.

De seguida apresentam-se alguns exemplos deste tipo de ligações.

A ligação em joelho apresentada na figura 19, consiste num conjunto de reforçadores, placas de aço e soldadura que permitem fazer a ligação entre a viga e o pilar de aço prefabricados.

Figura 20 – Ligação em consola de duas vigas a um pilar de aço no Revit

A ligação apresentada na figura 20 consiste numa consola de aço fixa ao pilar e à alma das vigas com recurso a parafusos, assegurando-se assim a transmissão dos esforços dos elementos horizontais para os verticais.

Figura 21 – Ligação de bielas de contraventamento a pilar de aço no Revit

A ligação apresentada na figura 21 consiste num conjunto de bielas de contraventamento que são soldadas na sua base ao elemento em consola representado a laranja e que se encontra fixo por soldadura ao pilar de aço.

Figura 22 – Ligação ao centro de quatro perfis de contraventamento no Revit

A placa metálica a laranja representada na figura 22, corresponde ao elemento de fixação ao centro dos perfis de contraventamento, podendo os mesmos serem aparafusados, rebitados ou soldados à mesma.

Figura 23 – Ligação de vigas com placas de aço aparafusadas no Revit

O tipo de ligação representado na figura 23, consiste na fixação de duas vigas por intermédio de placas de aço de fixação soldadas nos seus topos e posteriormente aparafusadas in situ.

2.1.6.5. Ligações utilizadas em estruturas metálicas de aço leve galvanizado (LSF)

Este tipo de estruturas consiste na utilização de perfis de aço leve galvanizado ou LSF do inglês Light Steel Frame que é um material de baixo peso e, portanto, de fácil manuseamento e corte em obra. [21] Uma vez que requer uma quantidade de trabalho considerável in situ, as estruturas metálicas em LSF constituem um sistema de prefabricação parcial, garantindo, contudo, uma grande versatilidade na sua utilização. [21]

A fixação dos elementos poderá ser realizada com recurso a ligações aparafusadas como abaixo ilustrado. [21]

2.1.7.ANÁLISE SWOT DA PREFABRICAÇÃO

Nos dias de hoje, prevêem-se a curto/médio prazo uma série de benefícios recorrentes da correta implementação da Prefabricação, não só ao nível da poupança de tempo e de custos, mas também na possibilidade de salvar vidas, decorrente de um ambiente de produção mais controlado, com menos trabalhadores em obra e com menos tempo de trabalho realizado em altura. [8]

Assim sendo, e de forma a finalizar este subcapítulo diretamente relacionado com este método construtivo, apresenta-se de seguida de uma forma sucinta e com auxílio a uma análise SWOT, um conjunto de aspetos importantes diretamente relacionados à construção prefabricada.

O acrónimo SWOT resulta das palavras Strengths (Pontos fortes), Weaknesses (Pontos fracos), Opportunities (Oportunidades) e Threats (Ameaças). De uma forma resumida uma análise SWOT é uma ferramenta em que se avaliam os fatores externos e internos, de forma a otimizar o desempenho no mercado de uma dada empresa ou neste caso em concreto, de um método construtivo inserido na IC, a prefabricação.

No que respeita a fatores internos e em particular aos pontos fortes descritos, é de salientar uma série de vantagens competitivas da Construção Prefabricada face à via tradicional, como por exemplo: a maior rapidez de construção, o aumento da segurança em estaleiro e a redução das paragens e atrasos em obra. Contudo, as desvantagens competitivas face à construção tradicional também se mostram bem evidentes em fatores como: o custo, a necessidade de coordenação desde as fases iniciais de projeto ou a necessidade de mão de obra especializada.

Nos fatores externos, e começando pelas oportunidades, evidencia-se o aumento da produtividade da IC e a aposta em edifícios mais eficientes em termos energéticos. No entanto, também são de salientar algumas influências negativas ou Ameaças à Prefabricação como a má reputação deste método construtivo ou a inércia à mudança por parte dos participantes no processo de construção.

Desta forma, e com objetivo de melhorar a Prefabricação, importa corrigir os Pontos Fracos, manter os Pontos fortes, minimizar as Ameaças e potenciar as Oportunidades. Para tal, uma das ferramentas que poderá impactar os quatro tópicos distintos acima apresentados será o BIM, uma vez que a sua implementação e aplicação implicará uma vasta alteração de processos, tarefas e operações.

2.2.BUILDING INFORMATION MODELING –BIM

2.2.1.OCONCEITO

Os primeiros passos na área do Building Information Modeling (BIM) foram dados no final dos anos 70 por Charles M. Eastman, quando este apresentou as suas teorias sobre modelação de dados de produtos da construção. A partir desta época o interesse neste tema por parte da IC tem vindo a acentuar-se, muito devido aos bons resultados obtidos com métodos semelhantes em outros setores da indústria. [22] O BIM é uma tecnologia avançada que constitui uma Information Technology (IT), consistindo num modelo de informação digital para a construção, formado pelos elementos que constituem a obra e que pode ser acedido e ampliado ao longo do ciclo de vida da construção. A informação atribuída aos elementos permite aos profissionais da construção gerirem de forma organizada e partilhada os seus projetos, auxiliando e facilitando o trabalho das diferentes especialidades envolvidas no processo construtivo. [23]

Esta IT, tem por base a modelação paramétrica e a interoperabilidade suportada por ficheiros de padrão aberto, e é devido às relações paramétricas contidas no modelo que toda a informação se interliga e conduz a atualizações automáticas e em tempo real de todas alterações realizadas. [22]

Em BIM tudo se processa em redor do modelo tridimensional do edifício, que poderá ser criado através da utilização de diversos programas de modelação BIM. Estas ferramentas de modelação vão além dos modelos puramente geométricos realizados por exemplo em CAD. Em BIM os modelos são paramétricos, isto é, representam um conjunto de informações e propriedades definíveis pelo utilizador. Isto permite fornecer dados como o tipo de materiais ou o tempo de construção da obra, representando de forma mais rigorosa as etapas de construção da mesma. Para isso, os elementos do modelo virtual estão representados por objetos, que posteriormente são catalogados por ordem de semelhança em famílias e bibliotecas.

BIM é um processo constituído por várias etapas e não apenas um determinado programa, e para a sua utilização ser bem-sucedida requer que pessoas e tecnologia trabalhem colaborativamente. Um modelo BIM poderá estar em constante evolução ao longo do ciclo de vida de um edifício, enriquecendo-se e atualizando-se constantemente o modelo. [25]

2.2.2.EVOLUÇÃO DOS BIM

Como anteriormente descrito, o acrónimo BIM surge do inglês Building Information Modeling, porém, devido à vastidão de implicações inerentes à aplicação do mesmo, uma determinada empresa dizer que irá adotar BIM, em concreto, significará muito pouco. De forma a contornar esta situação, foram criados quatro níveis de desenvolvimento, que consistem num conjunto de guias e standards específico para cada um dos mesmos. [6]

Na figura 26 encontram-se ilustrados os quatro níveis de desenvolvimento de BIM, sendo estes baseados no nível de tecnologia usada na modelação do projeto e no nível de colaboração envolvido no processo.  Nível 0: consiste no processo tradicional de troca de informação através de representações CAD

bidimensionais ou tridimensionais, porém apenas com uso de objetos vetoriais e sem a inserção de informações relevantes para o projeto.

 Nível 1: corresponde ao nível mais aplicado nos dias de hoje e consiste na utilização de formatos bidimensionais em CAD para a apresentação de documentos no formato tridimensional para a conceção de projetos, não sendo, contudo, incentivada a colaboração entre os participantes do processo construtivo.

 Nível 2: cada equipa desenvolve o seu projeto em modelos tridimensionais em BIM, contudo estes modelos são individuais, não existindo um modelo único e partilhável entre equipas. Contudo, a informação criada por uma dada equipa, pode ser consultada pelas restantes através de um ambiente de trabalho comum. Para que tal ocorra é necessário garantir a interoperabilidade entre diferentes plataformas BIM, ou seja, garantir a troca de informação entre equipas independentemente dos programas utilizados. Isto é conseguido através do uso de um formato aberto de exportação e importação de ficheiros como o IFC (Industry Foundation Classes).

Este nível de evolução é também conhecido como BIM colaborativo, e desde 2016 que é obrigatório no Reino Unido em todos os projetos de construção financiados pelo governo com o objetivo de modernizar o setor da construção, melhorando a qualidade e reduzindo os custos e o tempo de construção.

 Nível 3: este é o nível de máximo desenvolvimento do BIM, consistindo num processo aberto e integrado, em que todos os participantes do processo construtivo podem aceder e fazer alterações a modelos partilhados disponíveis numa plataforma online, sendo desta forma eliminado o risco de existirem projetos conflituosos entre si. [22]

2.2.3.DIMENSÕES DO BIM

O conceito de Dimensões do BIM é diferente do anteriormente apresentado de Níveis de Desenvolvimento, referindo-se o primeiro à forma especifica como diferentes tipos de informação se conjugam. Desta forma, o entendimento do projeto tenderá a aumentar à medida que se adicionam dimensões extra de informação ao mesmo. [26]

Estas dimensões, são então categorizadas, de acordo com o conjunto de informação que a partir delas pode ser acedido. Cada uma das mesmas, fornece informação distinta, mas complementar, tendo-se nos últimos anos popularizado os termos BIM nD e Modelo nD.

Por definição, cada dimensão contém em si mesma as dimensões numericamente inferiores a si. Por exemplo, a partir de um modelo 4D pode ser extraída uma representação 3D de um determinado elemento.

De seguida será apresentado o conjunto de informação que cada dimensão pode fornecer, e que são designadas de: 3D, 4D, 5D, 6D e 7D.

Figura 27 – Dimensões de BIM (Fonte:[27])

 BIM 3D: esta é a dimensão de BIM mais simples e mais utilizada. Com o BIM 3D é possível obter uma representação gráfica tridimensional do edifício em estudo, permitindo desde cedo a colaboração entre equipas e participantes do processo construtivo, gerar cortes e plantas automaticamente a partir do modelo, realizar clash detection, entre outras funcionalidades.

 BIM 4D: esta dimensão de BIM relaciona o modelo 3D com o tempo, de modo a obter o planeamento de tarefas. A possibilidade de realizar animações 4D que representam o decorrer da construção, permite melhorar o planeamento de tarefas, resultando num melhor encadeamento dos trabalhos, e na melhor gestão do espaço de estaleiro.

 BIM 5D: esta dimensão de BIM relaciona os custos com o modelo 3D e o seu planeamento, permitindo realizar estimativas de custos reduzindo muito o tempo consumido em tarefas de quantificação de elementos.

 BIM 6D: esta dimensão está diretamente relacionada com a sustentabilidade na IC e engloba todo o ciclo de vida de um edifício. Ao incorporar a sustentabilidade no modelo BIM, os projetistas passam a conhecer a pegada de carbono associada a um dado edifício e poderão realizar avaliações ao consumo energético das soluções. Desta forma, o BIM 6D poderá contribuir para validar as decisões tomadas na fase inicial de projeto.

 BIM 7D: esta dimensão de BIM está diretamente relacionada com o Facility Management (FM), que é um conceito que engloba tarefas como: gestão financeira, limpeza e manutenção dos sistemas de mecânica, de eletricidade, de canalização e de segurança contra incêndios. O objetivo passa por reduzir os custos com energia, prolongar o tempo de vida útil dos edifícios, melhorar a satisfação dos utilizadores e diminuir os custos operacionais. [28]

2.2.4.LOD

LOD é um acrónimo utilizado para dois conceitos, Level Of Detail (Nivel de Detalhe) e Level Of Development (Nível de desenvolvimento), sendo que o primeiro mede a quantidade de informação inserida para caracterizar um objeto e o segundo reflete o grau de confiança que os utilizadores do modelo poderão ter na informação contida no mesmo.

O conceito de Level Of Detail representa uma medida de quantidade onde se admite que toda a informação inserida é correta e com relevância para o projeto, encontrando-se os diferentes níveis de detalhe ilustrados e exemplificados para um objeto na figura 28. [28]

Quanto ao Level of Development, é de referir que este conceito não mede a quantidade de informação ou o grau de realismo da representação gráfica, uma vez que a aparência é apenas uma das características de um determinado objeto e normalmente a menos importante. [28] Na figura 29 encontram-se ilustrados e exemplificados para um objeto em concreto os vários níveis de desenvolvimento.

Figura 29 – Level Of Development (Fonte: [27]) 2.2.5.PROGRAMAS BIM

O mercado de programas BIM disponíveis no mercado é muito alargado, sendo o Autodesk Revit o mais utilizado entre os profissionais da IC. De seguida serão apresentados e descritos alguns dos softwares BIM com maior relevância para o decorrer desta dissertação.

 Revit: é uma plataforma BIM desenvolvida pela Autodesk vocacionada para a criação de modelos tridimensionais de estruturas, MEP (Mechanical, Electrical and Plumbing), construção e arquitetura. Os participantes do processo construtivo poderão utilizar esta plataforma com o objetivo de facilitar o seu próprio trabalho e de extrair e partilhar informações relevantes.

Esta é uma plataforma multidisciplinar que envolve arquitetos, engenheiros e profissionais diretamente relacionados com a construção, promovendo a comunicação e a colaboração no setor.  Navisworks: é uma plataforma BIM desenvolvida pela Autodesk. A diferença entre Navisworks e

Revit é que a primeira se vocaciona mais para a revisão de projetos e para o planeamento, permitindo realizar Clash Detection, animações walk-through e animações 4D que ilustram a construção do projeto de acordo com o planeamento de tarefas escolhido, corrigindo-se numa fase prévia à construção muitas das falhas dos projetos.

 Vehicle Tracking: é uma plataforma BIM desenvolvida pela Autodesk, vocacionada para analisar detalhadamente os itinerários possíveis para o trajeto de veículos, otimizando a escolha dos mesmos com base no trânsito, na largura e nas limitações de altura das vias, revelando-se especialmente importante aquando da necessidade de transportar elementos de grandes dimensões. [22]

 Dynamo: é uma plataforma BIM desenvolvida pela Autodesk, lançada em 2011, que pode ser corrida sozinha ou como plug-in do Revit. O seu principal propósito passa por criar representações gráficas de geometrias complexas através de programação em code blocks (blocos de código). [29]

2.2.6.PROCESSO DE IMPLEMENTAÇÃO DE BIM

Como já anteriormente referido, na última década o BIM tem vindo a popularizar-se a grande ritmo, sendo, contudo, o nível de implementação do mesmo diferenciado em cada país. No Reino Unido, a adoção desta metodologia foi realizada com base numa abordagem top-down, uma vez que a mesma foi imposta por lei em 2011, declarando a obrigatoriedade de utilização de BIM Nível 2 em todas as obras públicas até 2016, e implicando assim uma formação acelerada de técnicos especializados. [27]

De acordo com o “NBS National BIM Report 2017”, 90% dos utilizadores de BIM no Reino Unido concordam que a sua implementação requer alterações nos seus processos e procedimentos de trabalho, contudo apenas 4% desejaria voltar atrás com a decisão de o ter implementado. As empresas que não adotaram o BIM apresentam dois tipos de barreiras para o não terem realizado: internas, tais como falta de técnicos especializados, tempo ou fundos disponíveis; e externas, especialmente a não exigência do cliente e o facto de os projetos serem demasiados pequenos para necessitarem da utilização do BIM. [30]

A exemplo do Reino Unido, outros países têm vindo a adotar uma abordagem top-down, recorrendo para isso iniciativas governativas de legislação e regulamentação. Em Portugal, tem-se privilegiado a abordagem bottom-up, em que a própria IC se organiza de forma a estudar o melhor plano de adoção de BIM, sendo exemplo disso o BIMForum Portugal que é uma entidade constituída por projetistas, empresas de construção, instituições de ensino superior e empresas de software que procura incentivar a implementação de BIM na IC. [27]

2.2.7.VANTAGENS E CONSTRANGIMENTOS

A implementação de BIM e o consequente controlo global de toda a informação relevante para um determinado projeto, conduzirá a uma redução de custos e prazos assim como a uma melhoria da qualidade e segurança dos projetos realizados. Contudo, a adoção desta metodologia exige às empresas uma reorganização dos seus processos de trabalho e a formação ou contratação de profissionais especializados. Estes fatores, corresponderão a um custo para as empresas que tenderá a ser avultado com a aquisição de hardware e licenças de utilização de software. [27]

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2.3.CASOS DE ESTUDO ANTERIORES

Uma vez apresentado o conjunto de informações essenciais relativas à Construção Prefabricada e ao BIM isoladamente, importa agora expor e analisar os casos de estudos anteriores em que se conjugam os dois conceitos. De forma a catalogar os resultados encontrados, será realizada para cada caso de estudo, uma listagem das vantagens e adversidades encontradas nesses projetos.

2.3.1.AVALIAÇÃO DO IMPACTO ECONÓMICO DO BIM NA ÁREA DO BETÃO PREFABRICADO –E.U.A.

Este estudo de 2004, apresenta uma listagem das vantagens e adversidades da implementação de BIM no âmbito da prefabricação de betão em empresas pertencentes à North American Precast Concrete Software Consortium.

O facto de quase 100% das empresas norte-americanas de betão prefabricado já terem à data deste trabalho adotado um meio de IT (Information Technology) como o CAD (Computer-Aided Drafting), não resultou contudo numa mudança significativa do fluxo de trabalhos, uma vez que os desenhos em CAD não são suscetíveis de serem automaticamente utilizados em processos como análise estrutural, listagem de materiais, controlo de qualidade e produção de peças, o que requer reintrodução de dados e portanto não se traduz numa grande mais valia do ponto de vista económico. Na prática, CAD substitui desenhos físicos por digitais, com impactos mínimos quer ao nível de projeto, quer ao nível da automação da produção. Assim sendo, e de forma a explorar o potencial inerente à IT importa portanto conhecer as vantagens e adversidades trazidas por outro meio de IT, o BIM. [4]

De uma forma geral, para a maioria das empresas de betão prefabricado um empreendimento poderá ser dividido em quatro etapas distintas; projeto, produção, armazenamento e construção. No âmbito deste estudo o foco foi direcionado no projeto e na produção.

No quadro 1, representado na página seguinte, apresenta-se a listagem de vantagens e adversidades identificadas neste estudo.

Vantagem ou adversidade Descrição

Melhor definição do projeto aquando da venda A apresentação de propostas de projetos aos clientes resulta na sua melhor definição.

Melhor estimativa de custos Os projetos podem ser estimados com mais detalhe, precisão e menor custo.

Redução dos custos de projeto Os ganhos de produtividade alcançados quer ao nível dos projetos de arquitetura, quer ao nível dos projetos de estabilidade, conduzem a uma redução de custos correspondente a 2,6 até 6.7 porcento do custo total do empreendimento (incluindo construção).

Redução dos erros de desenho O conjunto de erros nos desenhos de montagem e detalhe de peças corresponde a 0.40 até 0.46 porcento do custo total de projeto.

Melhoria de serviço ao cliente Redução significativa do tempo de espera entre contratação e produção, e melhor resposta às solicitações de alterações por parte dos clientes. Melhor logística Melhor controlo da gestão, redução de erros de comunicação interna e menores inventários de componentes e peças acabadas.

Automação da produção Fornecimento de dados para laser layout projection systems e para máquinas controladas por computador.

Custos diretos das estações de 3D BIM Custos diretos para compra de software, hardware, instalação, formação, contratos de manutenção e para aumento salarial dos funcionários formados para operar os sistemas. Com base num ciclo de cinco anos, a estimativa anual dos custos por cada estação de trabalho é de $11,390 até $20,165.

Custos indiretos durante a fase de adoção Necessidade de despender tempo e recursos, assim como reduzida produtividade durante a adoção, ou seja, no começo da curva de aprendizagem e restruturação organizacional.

Quadro 1 – Vantagens ou adversidades inerentes à adoção de BIM em empresas de prefabricação de betão (Fonte: baseado em [4])

2.3.2.IMPACTO DA UTILIZAÇÃO DE BIM NA SEGURANÇA EM OBRA DA CONSTRUÇÃO PREFABRICADA

Como visto anteriormente, a construção prefabricada por si só, já contribui positivamente para a segurança em obra, desde logo devido ao facto de a necessidade de mão de obra ser muito mais reduzida, no entanto, este efeito tenderá a ser maximizado se a este método construtivo aliarmos o BIM. [31] A figura 30 representa graficamente o impacto da implementação da prefabricação e de BIM conjuntamente. De onde se conclui que a segurança em obra foi melhorada em 34% das empresas selecionadas. Os valores apresentados são resultado de um estudo de 2011 onde se recolheu durante sete anos dados de empresas, por parte da McGraw-Hill Construction, que é uma editora de ciência da aprendizagem norte americana. Contudo, 56% das empresas consideram que as mudanças realizadas nesse período não conduziram a alterações na segurança em obra, e uma minoria de 10% considera até que a mesma foi reduzida. [32]

Figura 30 – Impacto do BIM e da prefabricação na segurança em obra (Fonte: baseado em [32])

As empresas que consideram um impacto positivo na segurança em obra, relatam ter ocorrido uma redução significativa do número de acidentes e consequentemente dos encargos de seguro dos trabalhadores. As razões para tal são a redução do número de trabalhadores em obra, a redução da necessidade de utilização de escadas e andaimes e o facto de a disposição em estaleiro dos elementos prefabricados, das vias de circulação, e dos EPC’s (Equipamentos de Proteção Coletiva). poder ser devidamente acautelada no modelo 3D do empreendimento. [32]

2.3.3.IMPLEMENTAÇÃO DE BIM NA PREFABRICAÇÃO -IRÃO

Este estudo de 2016, teve como objetivo perceber de que forma a adoção de BIM poderia ajudar a ultrapassar certas limitações encontradas na indústria da prefabricação Iraniana, na tentativa de dar resposta à migração em massa de jovens para as zonas urbanas e obter um crescimento planeado das cidades.

Assim sendo, para o conjunto de constrangimentos encontrados na Construção Prefabricada, passará a descrever-se de que forma a implementação da metodologia BIM poderia auxiliar a ultrapassar cada um dos mesmos.