O SURGIMENTO DO CONCEITO CIM ATRAVÉS DA
INTEROPERABILIDADE ENTRE BIM E GIS E SUA
IMPORTÂNCIA PARA AS SMARTS CITIES
Marco Deouro Deritti (Engenheiro Eletricista); mderitti@gmail.com
Resumo: O presente artigo traz em seu corpo uma revisão bibliográfica evidenciando o surgimento do termo City Information Modeling (CIM) partido da interoperabilidade entre as tecnologias Building Information Modeling (BIM) e Geographic Informations System (GIS) e sua importância dentro do conceito de Smart City. Nos primeiros capítulos é explicado de forma conceitual cada uma dessas tecnologias e suas contribuições individuais para o desenvolvimento de uma Smart City. Partindo da individualidade, é revisado o conceito da junção através do CIM e como o mesmo contribui para o desenvolvimento de uma Smart City.
Palavras-chave: Tecnologia, Smart City, Information Modeling, Informações
THE EMERGENCE OF CONCEPT CIM THROUGH
INTEROPERABILITY BETWEEN BIM AND GIS AND ITS
IMPORTANCE TO THE SMARTS CITIES
Abstract: This article brings in its body a bibliographical review highlighting the emergence of the term City Information Modeling (CIM) Interoperability party between technologies Building Information Modeling (BIM) and Geographic Information System (GIS) and its importance within the concept of Smart City. In the first chapters it is conceptually explained each of these technologies and their individual contributions to the development of a Smart City, starting from individuality. The concept of the junction is revised through the CIM and as the same contributes to the development of a Smart City.
1. INTRODUÇÃO
O conceito de Smart Cities vem sendo estudado desde meados da década de 90, onde eram embasados na aplicação, utilização e desenvolvimento das tecnologias da informação e comunicação (TICs). O termo Smart City para Gibson, Kozmetsky e Smilor (1992) é o conceito do fenômeno de desenvolvimento urbano através da dependência das tecnologias, inovações e globalização em uma perspectiva econômica.
O Sistema de Informação Geográfica (SIG, ou GIS em inglês) é a base instrumental estabelecida nos meios da produção cartográfica, geográfica e de planejamento urbano e regional. Trata-se de uma base de dados digital de múltiplas finalidades onde o meio comum para referência é dado por um sistema de coordenadas espaciais. Para Foote e Lynch (1995) o GIS se consagrou como um sistema altamente eficaz para tomada de decisões devido a aglomerar dados oriundos de base textuais e bases gráficas georreferenciadas, além de permitir uma livre manipulação destes por meio de pesquisas e combinações variadas, representadas através de gráficos, vetores ou rasters.
O Building Information Modeling (BIM) é uma tecnologia que vem sendo difundida no âmbito da construção civil como substituto do Computer Aided Design (CAD). Através do BIM, muitas etapas de projetos foram facilitadas, tais como compatibilização de projetos de diferentes disciplinas, orçamentação de obras, cronogramas e As Built.
Sabendo que o GIS e o BIM possuem grandes diferenças em suas estruturas, procura-se um meio de unir essas duas plataformas para uma boa integração e assim estabelecer uma ampla rede de interações de informação entre a escala do edifício e a escala da cidade.
O presente artigo tem como objetivo mostrar através de revisões bibliográficas, sítios e materiais gerencias como o BIM em conjunto com o GIS interagem de forma que contribua para o crescimento e surgimento das Smarts Cities. A metodologia abordada foi a de pesquisas de artigos online e de congressos entre os anos de 1990 e 2018.
2. SMART CITIES E O GEODESIGN
Na segunda década de 2000 foi fornecido por Giffinger et al (2007) um modelo de Smart
inteligente; Mobilidade inteligente; Economia inteligente; Vida inteligente e Ambiente inteligente.
Nas pesquisas científicas mais recentes, as Smarts Cities são caracterizadas pelo amplo uso de TIC em suas infraestruturas, visando a melhoria da participação ativa de capital humano e social (DAMERI, 2013).
Segundo Coelho et. al (2014), as Smart Cities fazem parte de um futuro próximo visando primeiramente o melhoramento dos sistemas de transporte. Um dos maiores problemas que grandes cidades enfrentam é o congestionamento de trânsito. De acordo com um estudo realizado na Europa pela empresa de Global Position System (GPS), Tomtom, a média de tempo de viagem é 57% maior do que quando o trânsito flui normalmente e 84% mais longas em horários de pico.
Além dos congestionamentos serem um problema comum em cidades de grande porte (RESENDE; SOUZA, 2009), com eles são carregados outros problemas, como ambientais e eficiência dos transportes públicos (ANDREWS, 2018).
• Ambientais: O congestionamento de vários automóveis em vias públicas gera emissões de CO2 e poluição sonora além do comum, o que podem ser facilmente evitadas com um planejamento de mobilidade urbano como, por exemplo, um sistema de metrô subterrâneo.
• Eficiência dos transportes públicos: Um dos problemas para os meios públicos de transporte é a falta de faixas exclusivas para os mesmos, fazendo com que, em horários de pico, dividam a pista com carros de uso pessoal, gerando congestionamentos e atrasos no trânsito.
Contudo, a contínua busca pelo modelo perfeito de uma Smart City traz inúmeras definições diferentes de um mesmo conceito, porém todas as definições convergem em um ponto comum: o investimento inteligente das TIC focadas na infraestrutura física urbana de uma cidade.
Assim como para o termo Smart City, existem várias definições para o Geodesign, mas para o contexto aqui abordado pode-se defini-lo como um método de concepção e planejamento que conjuga firmemente a criação de propostas de concepções com simulações de impacto informadas por contextos geográficos (FLAXMAN, 2012).
Segundo Steinitz (2012) a implementação e planejamento de uma nova área residencial dentro da disciplina de Geodesign, é necessário seguir um roteiro composto de três etapas iniciais: a) Realizar análises e simulações. Por exemplo: como o tráfego será
afetado com mais residentes? b) Coletar informações baseadas em dados existentes, como informação de tráfego, informação de edifício, geologia, redes rodoviárias e etc. c) Criar propostas embasadas em modelos de avaliação e as comunicar ao feedback entre as partes interessadas e aos cidadãos.
Para a execução dessas etapas, o uso de dados atuais é fundamental. Além disso, a criação de novos dados sempre que algo é construído é necessária junto da avaliação da exatidão das simulações e previsões.
3. RELAÇÃO ENTRE O GIS E SMART CITIES
Para Deogawanka (2016) o planejamento de uma Smart City através do uso do GIS parte da sua implantação em todas as etapas de planejamento e desenvolvimento da cidade, operando então em todos os estágios do ciclo de vida e em todo o espectro de funcionalidades como demonstrado na Figura 1.
Figura 1 – A estrutura da Smart City
Fonte: Deogawanka (2016)
Deogawanka (2016) explica que a implantação do GIS em uma Smart City segue da
seguinte forma para os seguintes itens: Planejamento espacial: com uma ou mais áreas de
implantação. Por exemplo, uma cidade existente pode se concentrar no gerenciamento inteligente de resíduos sólidos usando big data e GIS. GIS-ICT: fluxo contínuo de dados /informações; conectando departamentos e partes interessadas. Coleta: digitalização de
dados geográficos, bancos de dados espaciais, fornecimento de dados críticos para o gerenciamento de cidades "inteligentes". Processamento: gerenciamento de dados em tempo real, manutenção de protocolos de dados abertos, integração de arquitetura orientada a serviços (SOA) com uma arquitetura de serviço de dados que não deixa lugar para silos de dados. Comunicação: um fluxo bidirecional de informações entre participantes, partes interessadas e cidadãos. Análise (analysis): análise de big data estruturado (digitalizado) e não estruturado (social, surveys) para análise em tempo real. Tomada de decisão baseada em dados: o ecossistema 'sempre conectado', possibilita a gestão em tempo real e a tomada de decisões
3.1. BIM E GIS, INTEROPERABILIDADE
A maior barreira para a comunicação entre BIM e GIS é como será feita a troca de informações de maneira que haja uma interoperabilidade entre os arquivos de forma que não haja a perda de informações nos processos de importação e exportação dos dados.
O BIM possui como padrão a sua troca de informações através do consórcio chamado Industry Foundation Classes (IFC) consolidado pela BuildingSMART. A partir disso o IFC sofreu várias atualizações durante os anos. Diferente do BIM, o GIS trabalha com estruturas definidas pelo usuário, sem padrões estabelicidos ou normatizados como no IFC, o que dificulta a transição de dados para o BIM e assim sua modelagem.
Figura 2 – Sintese das escalas tradicionais de aproximação em GIS e BIM
Fonte: Almeida, Andrade (2015)
A Figura 2 acima mostra de maneira conceitual um meio de unir o BIM e o GIS estabelecendo uma rede de interações de informação entre a escala do edifício e a escala da cidade. Um dos caminhos para a integração de ambos é a busca por uma
universalização dos formatos dos arquivos, onde o GIS apresenta grande vantagem devido ao fato de utilizar um formato de dados espaciais (o shapefile) (XU, DING, MA 2014).
3.2. APLICANDO BIM E GIS EM CONJUNTO PARA A FORMAÇÃO E PLANEJAMENTO DAS SMARTS CITIES
Como ainda não é definido um padrão para a interoperabilidade de ambas as tecnologias, uma maneira de usá-las para o desenvolvimento de Smart Cities é dividindo as etapas entre as tecnologias. De um modo conceitual, para Andrews (2018), um fluxo de dados segue uma ordem de planejamento, administração, design e construção. Sabendo que o GIS é uma tecnologia que fornece informações sobre os testes no contexto do ambiente construído natural e o BIM fornece informações detalhadas sobre ativos, é possível dividi-los da seguinte forma (Figura 3).
Figura 3 – BIM e GIS
Fonte: Adaptado de Andrews (2018)
O GIS fornece a estrutura para análise e tomada de decisões para o desenvolvimento de uma cidade em todas as áreas possíveis, como:
• Integração e gerenciamento de dados; • Visualização e mapeamento;
• Análises e modelagem; • Planejamento e Geodesign; • Tomada de decisões; • Ação;
O BIM precisa de um contexto para garantir resultados de design e construção. Buscando o conceito de uma Smart City, sabe-se que o uso de dados para orquestrar a qualidade de vida, segurança, economia e transporte das comunidades cria um
contexto para o BIM. Sendo assim, BIM e GIS trabalharão de forma contínua para o surgimento das Smarts Cities, como mostrado na Figura 5.
Figura 5 – Worflow BIM e GIS
Fonte: Andrews (2018)
Porém, mesmo com esse conceito básico de comunicação entre ambos, volta-se aos pontos críticos da integração entre as plataformas, o que retornaria ao ponto inicial da busca de uma universalização de arquivos para que haja uma comunicação precisa sem perda de dados.
Duas empresas, uma desenvolvedora de softwares BIM e outra produtora de soluções para as áreas de geografia, vem desenvolvendo em conjunto um software capaz de unificar as informações em uma única visualização, facilitando assim o trabalho de arquitetos e engenheiros para a leitura e visualização de informações GIS e facilitando o uso do BIM para profissionais GIS. Deve-se ressaltar que o BIM é uma tecnologia que facilita a construção civil em todos os quesitos, devido ao fato de se trabalhar de maneira digital com simulações reais e precisão de materiais, evitando o conflito entre projetos de diferentes disciplinas, erro em quantitativo de materiais, cronogramas falhos sem previsões de atrasos e etc. Ou seja, o uso do BIM para o desenvolvimento de uma Smart City deve ser explorado ao máximo.
3.3. SURGIMENTO DO CITY INFORMATION MODELING (CIM)
Stalder e Kolbe (2007) afirmam que mesmo o GIS sendo um conceito de extrema importância pois o mesmo trouxe uma forma de juntar informações geográficas em um
sistema, ainda é mal distribuído. Ambos também afirmam que o BIM ainda não é utilizado para modelagens de grande porte como a modelagem de cidades, sendo necessário o desenvolvimento de um sistema que permitisse modelagens em grandes escalas. É nesse ambiente que surge o City Information Modeling (CIM).
Para Xu, Ding e Ma (2014) o CIM é um banco de dados digital que é utilizado pela engenharia civil com finalidade de facilitar a integração no sistema viário real. Todo software agregado ao CIM será interligado e permite uma análise mais fina e um desenvolvimento do design e da construção também mais finos. Também definem que as divisões básicas para um software CIM devem conter cinco módulos: módulo de edificações; transportes; mobiliária; corpos hídricos e módulo Mechanical, Eletrical and Plubing (MEP), onde o uso do BIM se faz necessário para alimentar o modelo e a tecnologia GIS para georreferenciar cada parte da cidade. De uma maneira lógica, o CIM não apenas engloba o BIM, mas sim será uma evolução do mesmo onde abrangerá todas as informações dos softwares GIS para uma melhor produção e desenvolvimento de planejamentos de cidades e comunidades.
Outro ponto que favorece o surgimento do CIM é a integração do GIS com o padrão de arquivos IFC. O IFC4 (março de 2013) promoveu alterações em seus principais elementos possibilitando novos fluxos de trabalho, incluindo trocas de modelos 4D (cronogramas) e 5D (orçamentos) além de também possibilitar uma pequena interoperabilidade com o GIS, promovendo melhorias em simulações térmicas.
A BuildingSMART vem trabalhando para integrar as informações das infraestruturas com os padrões já aplicados para infraestruturas GIS com o auxílio da Open Geospatial Consortium (OGC). Partindo desse sentido, para Amorim (2016) a adoção do CIM pode ser uma ótima estratégia para melhorar a infraestrutura e os serviços prestados aos habitantes de uma cidade, visando então alcançar o conceito ou status de Smart City, considerando que a implementação do CIM vise a eficiência e eficácia de todos os sistemas de infraestrutura urbana.
4. CONCLUSÕES
Como se nota até aqui, existem ainda muitos desafios para a integração das tecnologias para utilização nas futuras cidades do século XXI, as Smart Cities. Um conceito bem integrado de uma Smart City faz-se necessário para uma estratégia de resolução de problemas onde os encaminhamentos são feitos de formas mais adequadas, rápidas e
integras. Além dessa conceituação, depende-se também de investimento do governo em conjunto com os profissionais e cidadãos para o amplo desenvolvimento. Mesmo com as inúmeras barreiras de integração das tecnologias BIM e GIS, nota-se que ambas as ferramentas em conjunto podem proporcionar um excelente resultado de planejamento e desenvolvimento de cidades e Smart Cities.
O GIS por trabalhar com coleta de informações pode ser visto como um excelente banco de dados para a utilização da ferramenta BIM, que por sua vez precisa de um contexto para poder ser utilizada. Utilizando-a dentro do contexto das Smarts Cities e em conjunto com o GIS, pode-se obter uma modelagem precisa das informações, já que o BIM se trata da modelagem de informações.
Por fim, implementar de forma integrada o CIM e Smart City reduzem quaisquer riscos aos processos de implantação, minimizam custos e maximizam resultados, partindo do ponto de vista que o BIM já faz isso no âmbito da construção civil.
REFERÊNCIAS
ALMEIDA, F., ANDRADE, N. A integração entre BIM e GIS como ferramenta de gestão urbana. VII Encontro de Tecnologia de Informação e Comunicação na Construção. 371-383. 10.5151/engpro-tic2015-034. 2015
AMORIM, A. L. Cidades inteligentes e City Information Modeling. SIGraDI 2016, XX Congress of the Iberoamerincan Society of Digital Graphics. p. 9-11, Buenos Aires, Argentina, 2016
ANDREWS, C. The Future of GIS and BIM Leads to Smart Cities. Geodesign Summit, ESRI | The science of where, 2018.
BUILDINGSMART IFC development history. Disponível em: http://www.buildingsmart-tech.org/specifications/ifc-releases/figures/20100409_ifc_development_history.png/view COELHO, N., PAIVA, R., BALDAQUE, S., ALMEIDA, S. SALGADO, S. Cidades
Inteligentes – “Smart Cities”: Infraestrutura tecnológica: caracterização, desafios e tendências. Projeto FEUP – Faculdade de Engenharia Universidade do Porto, 2014/2015. Acessado em 21 de abril de 18. Disponível em:
DAMERI, R. P. Searching for Smart City definition: a comprehensive proposal. International Journal of Computers & Technology, 2013.
DEOGAWANKA, S. How GIS Supports the Planning and Development of Smart Cities. GIS Lounge, fevereiro de 2016. Disponível em:
https://www.gislounge.com/how-gis-supports-the-planning-and-development-of-smart-cities/
FLAXMAN, M. Citação da Geodesign Summit. Redlands, California. 2010 FOOTE, K. E.; LYNCH, M. Geographic Information Systems as an Integrating
Technology: Context, Concepts, and Definitions. Boulder, USA, 1995. Acessado em 15 de abril de 18. Disponível em: http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/intro/intro.html. GIBSON, D. V., KOZMETSKY, G., & SMILOR, R. W. The Technopolis Phenomenon: Smart Cities, Fast Systems, Global Networks. New York, Rowman & Littlefield, 1992
GIFFINGER, R., FERTNER, C., KRAMAR, H., KALASEK, R., PICHLER-MILANOVIC, N., & MEIJERS, E. Smart Cities: Ranking of European Medium-Sized Cities. Vienna, Austria: Centre of Regional Science (SRF), Vienna University of Technology, 2007. Acessado em 15 de abril de 18. Disponível em:
http://www.smart-cities.eu/download/smart_cities_final_report.pdf
RESENDE, P. T. V.; SOUZA, P. R. Mobilidade urbana nas grandes cidades brasileiras: Um estudo sobre os impactos do congestionamento. Fundação Dom Cabral, Caderno de ideias CI 0910, 2009.
STALDER, A.; KOLBE, T. H. Spatiosemantic coherence in the integration of 3D city models. Proceedings of the 5th International Symposium on Spatial Data Quality, Enschede. 2007.
STEINITZ, C. A Framework for Geodesign. Redlands, Esri Press. 2012
XU, X.; DING, L.; MA, L. From Building Information Modeling to City Information Modeling. Journal of Information Technology in Construction, v19, 9. 01-16, 2014.
