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Planeamento da Construção
Apoiada em Modelos 4D Virtuais
Joana Prata dos Santos
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Civil
Júri
Presidente: Prof. Augusto Martins Gomes
Orientador: Prof.ª Alcínia Zita de Almeida Sampaio
Vogal: Prof.ª Maria Helena Neves Pereira Ramalho Rua
Outubro 2010
i
Resumo e Palavras-chave
Palavras-chave: Realidade Virtual, Planeamento da Construção, Modelos 4D Virtuais,
Modelos Evolutivos.
O Planeamento da Construção tem sido tradicionalmente direccionado para a definição
de uma linha temporal utilizada mais como uma orientação para o desenvolvimento da obra,
menorizando-se por vezes a sua importância com uma parte integrante da concepção da
mesma. Adicionalmente, verifica-se que os desenhos técnicos de apoio à construção
apresentam alguma insuficiência na rigorosa definição do conjunto a construir, constituindo
uma ferramenta por vezes limitada na transmissão da ideia principal. Os modelos geométricos
tridimensionais (3D) podem apoiar estas duas componentes, pois oferecem uma capacidade
de apreciação do projecto com uma visualização e, portanto, uma percepção mais imediata.
Estes modelos, quando ligados ao planeamento da construção, transmitem de um modo
bastante claro o processo construtivo, constituindo um apoio importante na concepção e
execução do projecto.
Com este trabalho pretende-se oferecer uma visão sobre a utilização de modelos 4D
virtuais em Engenharia, ou seja, modelos 3D aos quais foi adicionada a componente tempo,
direccionada para a aplicação ao Planeamento da Construção. Adicionalmente, é utilizada a
tecnologia de Realidade Virtual, que aqui é apresentada como uma ferramenta visual inovadora
de apoio à concepção do projecto, e tem assim um papel importante no desenvolvimento dos
modelos 4D virtuais. Sendo uma simulação da realidade criada através de projecções gráficas,
permite uma grande interactividade e o estudo de cenários complexos. O recurso à Realidade
Virtual traduz-se em benefícios no desenvolvimento da construção que assentam numa maior
comunicação entre o gabinete de projecto e o local da obra, na promoção do diálogo e
interacção entre todos os envolvidos, na apresentação de modelos tridimensionais com uma
maior informação e ainda minimizam a ocorrência de incorrecções e erros construtivos,
podendo ser inclusivamente aplicada na planificação do estaleiro.
No âmbito do presente trabalho foi implementado um protótipo elaborado com base na
tecnologia de Realidade Virtual dirigida ao Planeamento da Construção. Este protótipo, na
forma de aplicação virtual, tem como objectivo a apresentação do projecto na sua vertente
tridimensional interligada com o planeamento da construção, resultando assim numa mais-valia
para a aferição do plano de trabalho definido e a sua evolução temporal em obra.
iii
Abstract and Keywords
Keywords: Virtual Reality, Construction Management, 4D Virtual Models, Evolutionary
Models.
Construction Management has traditionally been focused in the creation of a timeline
used more as a guide to the development of the construction, demeaning the importance of
being integrated in its conception. Additionally, technical drawings are sometimes insufficient in
object's total definition, and present themselves as an incomplete tool in transmitting the original
idea. Geometrical tridimensional (3D) models offer a detailed analyses of the construction
project and, when linked to the construction planning, clearly communicate the constructive
process and comprise an important support in project conception and implementation.
This paper offers a global view about the application of 4D virtual models in
Engineering, seeing that these are 3D models to which the time factor was introduced, with
focus on Construction Management. Additionally, Virtual Reality technology is used, and
presented as an innovative visual tool in supporting the project conception and a crucial
element in developing the 4D virtual models. Being a simulation of the reality through the
creation of graphic projection, Virtual Reality permits a great deal of interactivity and the study of
complex scenarios. Also, the communication between the project manager and the construction
site is improved, promoting the dialog and interaction between all those involved, through the
presentation of tridimensional models with more information, avoiding inaccuracies and building
errors.
Bearing in mind the purpose of this paper, a prototype was designed, supported in
Virtual Reality technology with application to Construction Management. This prototype,
presented as a virtual application, intends to present the project in a tridimensional manner,
connected to construction planning, resulting in a valuable asset in monitoring the development
of the construction, based on the construction planning designed.
v
Índice
Resumo e Palavras-chave ............................................................................................................. i
Abstract and Keywords ................................................................................................................. iii
Índice ............................................................................................................................................. v
Lista de Figuras ............................................................................................................................ vii
Capítulo 1 – Introdução ................................................................................................................. 1
1.1 Modelos 4D Virtuais ............................................................................................................ 1
1.2 Organização do Trabalho .................................................................................................... 2
Capítulo 2 – Planeamento da Construção .................................................................................... 5
2.1 Definição .............................................................................................................................. 5
2.2 Integração com o Projecto .................................................................................................. 6
Capítulo 3 – Tecnologia de Realidade Virtual ............................................................................. 13
3.1 Aplicação da Realidade Virtual ......................................................................................... 13
3.2 Realidade Virtual na Construção ...................................................................................... 15
Capítulo 4 – Implementação do Protótipo ................................................................................... 21
4.1 Preparação ........................................................................................................................ 21
4.2 Criação do Protótipo .......................................................................................................... 22
4.3 Configuração do Modelo 3D.............................................................................................. 25
4.4 Âmbito da Aplicação .......................................................................................................... 29
Capítulo 5 – Exemplo de Aplicação ............................................................................................ 33
5.1 Planeamento e Modelo 3D ................................................................................................ 33
5.3 Utilização da aplicação ...................................................................................................... 38
Capítulo 6 – Conclusão ............................................................................................................... 45
Referências Bibliográficas ........................................................................................................... 47
Referências Web ......................................................................................................................... 51
Anexo: Evolução completa do projecto ....................................................................................... 53
vii
Lista de Figuras
Figura 1: Exemplo de Realidade Virtual não imersiva, utilizada em Arquitectura [Autodesk
Architecture, 2010] e Engenharia [Autodesk Civil 3D, 2010]. ..................................................... 14
Figura 2: Exemplos de dispositivos utilizados na RV imersiva: 1) HMD [Virtual Realities, 2010],
2) CAVE [ProSystems, 2010], 3) Data Gloves [Virtual Realities, 2010]...................................... 14
Figura 3: Visualizações possíveis utilizando o software Architectural Anatomy [Computer
Graphics, 2009]. .......................................................................................................................... 15
Figura 4: Aplicação da realidade virtual na assemblagem de estruturas complexas [Computer
Graphics, 2009]. .......................................................................................................................... 17
Figura 5: Exemplo de aplicação de BIM [Durnham, 2010]. ........................................................ 19
Figura 6: Exemplo da utilização do EON Studio para mostrar as várias fases da evolução de
um modelo [Reality Inc products, EON Studio, 2010]. ................................................................ 19
Figura 7: Janela da aplicação, em funcionamento...................................................................... 22
Figura 8: Selecção dos ficheiros. ................................................................................................ 24
Figura 9: Selecção de ficheiros 1) Ficheiro EON e pasta de fotografias; 2) Ficheiros EON e MS
Project e pasta de fotografias; Pasta de fotografias sem elementos *.jpg . ............................... 25
Figura 10: Evolução da construção do pilar na aplicação desenvolvida .................................... 26
Figura 11: Selecção da fase "Armaduras pilares piso -3" ........................................................... 27
Figura 12: Configuração do estado dos elementos correspondentes à fase "Armaduras pilares
piso -3"......................................................................................................................................... 28
Figura 13: Configuração da translação e rotação associadas aos elementos da fase
"Armaduras pilares -3" ................................................................................................................ 28
Figura 14: Configuração da câmara associada ao posicionamento definido para "PosPilar" .... 29
Figura 15: Planeamento da construção utilizando o Microsoft Project 2007 .............................. 33
Figura 16: Layers definidas para o modelo criado no AutoCAD 2008 ........................................ 34
Figura 17: Corte no terreno, permitindo a visualização de fundações e pisos enterrados do
edifício ......................................................................................................................................... 35
Figura 18: Modelo do edifício criado em AutoCAD ..................................................................... 36
viii
Figura 19: Pormenor do faseamento da construção do pilar ...................................................... 36
Figura 20: Pormenor da laje inferior ............................................................................................ 37
Figura 21: Diagrama das acções presentes no modelo EON – posicionamento da câmara .. 37
Figura 22: Diagrama das acções presentes no modelo EON – estado do elemento ............... 38
Figura 23a: Aplicação em funcionamento ................................................................................... 39
Figura 25: Apresentação do modelo e da respectiva fase na lista de tarefas ............................ 40
Figura 26: Fase inicial da obra – escavação, paredes de contenção e fundações .................. 41
Figura 27: Utilização do programa – algumas fases ................................................................... 42
Figura 28: Utilização do programa – fases de pormenor da construção do pilar ....................... 43
1
Capítulo 1 – Introdução
Em Engenharia, os desenhos técnicos têm desempenhado, ao longo dos tempos, um
papel fundamental na comunicação entre os vários intervenientes num projecto. Em muitos
casos, os desenhos representam soluções formais, onde não é possível facilmente detectar
situações de conflito em obra. Os erros de incompatibilidade são resolvidos normalmente em
fases posteriores, já em obra, e com custos adicionais que poderiam ser evitados. Na área da
construção, além da visualização do modelo físico final, é essencial considerar o planeamento
definido ao longo do tempo, tanto da obra em si como de toda a envolvente em termos de
logística e de gestão de recursos. De facto, quanto melhor for a implementação de métodos de
organização e planeamento, mais eficiente será toda a realização do projecto, evitando-se
derrapagens em custos e situações de incoerência entre elementos em obra.
1.1 Modelos 4D Virtuais
Neste campo, os modelos 4D (modelos 3D adicionados ao factor tempo) surgem como
um complemento à apresentação do projecto, promovendo a integração entre o modelo
geométrico e o planeamento faseado da construção. Estes modelos permitem um
entendimento mais imediato da evolução da obra projectada, antes da construção se iniciar,
possibilitando o acompanhamento físico da obra, a par da detecção de erros e incongruências
que apenas com base na interpretação da documentação gráfica do projecto de construção
seriam de mais difícil percepção. Assim, é necessário que o planeamento seja correctamente
pensado e adequado às necessidades dos intervenientes. Os modelos 4D constituem, pois,
uma contribuição positiva no apoio a decisões sobre o estabelecimento de estratégias de
planeamento.
Adicionalmente, a tecnologia de Realidade Virtual permite a apresentação de
alternativas de concepção. Por recurso a esta tecnologia, é possível criar modelos 3D faseados
no tempo, mostrando a evolução construtiva, de um modo interactivo e mesmo imersivo. Os
modelos virtuais permitem uma imersão total com possibilidade de executar alterações
imediatas ao projecto, passando por diversas opções com maior ou menor grau de imersão ou
de interactividade, individualmente ou conjugadas, permitindo que o projectista utilize a técnica
que mais se adapte aos objectivos e ao público-alvo.
2
Neste trabalho é apresentado um protótipo que faz associa três elementos do projecto:
o modelo 3D, o planeamento da construção e a situação da obra em determinado ponto. Serão
descritos os passos necessários à utilização do protótipo, assim como a sequência da sua
concepção e desenvolvimento.
1.2 Organização do Trabalho
Este trabalho está organizado nos seguintes capítulos:
Capítulo 1 – Introdução
Neste capítulo é apresentada uma introdução ao Planeamento da Construção e
referidas as vantagens da tecnologia de Realidade Virtual aplicada à construção.
Capítulo 2 – Planeamento da Construção
Este capítulo está dividido em duas partes. Inicialmente é introduzido o
conceito de planeamento de processos e, em particular, o que se relaciona com o
planeamento na construção. São referidos os aspectos positivos de um correcto
planeamento do processo construtivo e de como este pode influenciar a eficiência de
um projecto. São de seguida referidos os principais elementos a considerar num
planeamento adequado: tempo, recursos e custos. Os três factores conjugam-se entre
si de modo a obter uma optimização em termos de duração do projecto, gestão e
logística de equipamentos e pessoal e, ainda, de administração financeira. Esta
optimização é o objectivo primordial do Planeamento da Construção e o auxílio de
novos métodos gráficos traduz-se numa mais-valia na concepção global do projecto
associado ao seu planeamento.
Capítulo 3 – Tecnologia de Realidade Virtual
O terceiro capítulo, constituído por duas partes, apresenta uma definição da
tecnologia de Realidade Virtual e expõe algumas das suas aplicações em diversas
áreas, após o que apresenta com um maior enfoque as possíveis aplicações no
planeamento da construção, discutindo as vantagens de uma abordagem desta
natureza e descrevendo alguns dos programas mais utilizados para esse fim. É ainda
introduzido o conceito de Modelação de Informação na Construção (BIM, Building
Information Modeling), noção ainda em fase de investigação e implementação, referido
como um modo de redução de erros e, consequentemente, de custos.
3
Capítulo 4 – Implementação do protótipo
O capítulo de manipulação do modelo 4D virtual é composto por quatro etapas:
Preparação, Criação do Protótipo, Configuração do Modelo 3D e Âmbito da Aplicação.
Na primeira parte são especificadas as imposições relativas ao planeamento e criação
do modelo, seguindo-se a apresentação de todo o processo de criação e
desenvolvimento do protótipo, na forma de aplicação virtual, a qual tem como objectivo
a apresentação do projecto na sua vertente tridimensional, com a ligação ao
planeamento da construção. A Configuração do Modelo 3D especifica todo o processo
de transformação do modelo 3D criado no modelo interactivo a apresentar na
aplicação. Por fim, salienta-se a capacidade de o modelo ser abrangente a outros
projectos de construção, assim como as limitações e algumas desvantagens no que diz
respeito ao tempo consumido em toda a preparação do modelo para a sua utilização
na aplicação.
Capítulo 5 – Exemplo de Aplicação
Neste capítulo, é efectuada a aferição do modelo 4D virtual com base na sua
aplicação sobre um projecto simplificado de um edifício e no planeamento concebido
para a fase de construção da sua estrutura. São apresentados alguns pormenores
construtivos da obra, demonstrando a possibilidade de introduzir todo o tipo de
pormenores necessários à completa definição do projecto.
Capítulo 6 – Conclusão
Neste capítulo é apresentado um resumo das principais conclusões deste
trabalho e são salientados os pontos mais relevantes relativos ao protótipo
desenvolvido, assim como as dificuldades encontradas e as possíveis ampliações do
modelo.
5
Capítulo 2 – Planeamento da Construção
2.1 Definição
Uma definição para o planeamento da construção pode ser encontrada no livro Project
Management in Construction como sendo o planeamento, coordenação e controlo de um
projecto desde a concepção até à conclusão (incluindo a concessão) em nome de um cliente
requerendo a identificação dos objectivos do cliente em termos de utilidade, função, qualidade,
tempo e custo, e o estabelecimento de relações entre recursos, integrando, monitorizando e
controlando os envolvidos no projecto e a sua contribuição, e avaliando e seleccionando
alternativas com o objectivo de satisfazer o cliente com o resultado do projecto [Walker, 2002].
Assim, é essencial que o projectista adquira conhecimentos para conceber
correctamente o planeamento de um projecto, nomeadamente em grandes obras, onde a
logística e a gestão de recursos são muitas vezes mais complexas do que o projecto a nível
técnico. Considerando a competitividade existente hoje em dia, é importante que cada empresa
seja o mais eficiente possível, e que saiba organizar adequadamente os recursos requeridos
ao longo do projecto, em termos de materiais, equipamento e pessoal. O recurso humano, por
vezes negligenciado no planeamento, revela-se contudo uma componente bastante importante
na gestão de um projecto, uma vez que tem uma implicação directa em todas as áreas do
processo construtivo, e ao ser minimizado resulta numa indefinição de uma parte importante do
projecto, e mesmo do desenvolvimento da construção.
O planeamento de um processo em geral deve seguir alguns passos essenciais para a
obtenção de uma boa organização do projecto, em particular na área da construção. Em
Network Scheduling Techniques for Construction Project Management são caracterizadas as
seguintes etapas [Hadju, 1997]:
1. Definição das actividades: inventário das tarefas a inserir na rede de planeamento,
conforme o detalhe necessário, e descrição das mesmas;
2. Definição das interdependências entre actividades: determinação das relações entre
tarefas, resultando na definição da lista de precedências e sucessões;
3. Desenho da rede: organização das tarefas, considerando as suas interdependências;
4. Estimativa de recursos e duração: estimativa da duração das actividades com base nos
recursos disponíveis;
6
5. Cálculos de base: cálculo do tempo total do projecto e das datas mais cedo e mais
tarde para o início e término de cada tarefa. Caso estes cálculos resultem num tempo
de projecto superior ao permitido, deve voltar-se atrás e rever o planeamento
efectuado;
6. Cálculos avançados: cálculos relativos ao aumento de eficiência do projecto, no que diz
respeito a tempos dispendidos em tarefas e respectivos custos e ao cálculo dos
recursos necessários para o desenvolvimento do projecto;
7. Controlo do projecto: acompanhamento do projecto em execução e controlo da
previsão de custos;
8. Revisão do projecto: revisão das conclusões obtidas durante o planeamento,
nomeadamente no que se refere à lista de tarefas e suas durações, lista de
interdependências e estimativas dos recursos necessários, com vista à obtenção de
decisões relativas à implementação ou à apresentação de alternativas ao planeamento
estabelecido.
Os primeiros 4 pontos constituem a fase inicial, e, portanto, a mais importante na
definição do planeamento. Os pontos 5 e 6 constituem a fase de calendarização. Os dois
últimos pontos compõem a fase de projecto, uma vez que, mesmo durante a execução do
projecto, o planeamento deve ser constantemente acompanhado, com o objectivo de o manter
ou de efectuar alterações conforme as situações observadas. Frequentemente o trabalho dos
gestores de projecto finaliza após a fase de calendarização. Segundo Hadju, esta atitude é
errada pois devem acompanhar todo o processo até à sua conclusão.
2.2 Integração com o Projecto
Previamente ao início do estabelecimento de um planeamento da construção de uma
obra deve ser considerada a organização geral do projecto e os elementos associados. O
planeamento deve ser realista, considerando as peças escritas e desenhadas, medições e
respectivo mapa de quantidades, caderno de encargos e especificações técnicas, e
regulamentos relevantes para o projecto em causa. A sua total definição deve partir de um
nível mais alto numa primeira fase, ou seja, mais abrangente, e evoluir tendo em vista uma
correcta determinação de prazos, custos e necessidades reais de recursos a um nível mais
baixo, ou seja, em maior detalhe. Deve ainda ter-se em consideração o objectivo do
planeamento e o estado actual do projecto, isto é, numa fase ainda não adjudicada será de
evitar construir um planeamento demasiado pormenorizado, uma vez que, além da falta de
7
informação relativa a prazos e custos, existe a hipótese real de o projecto não ser adjudicado,
comportando esta situação custos de planeamento elevados que poderiam ser reduzidos ao
planear adequadamente.
O planeamento deve ser dividido por áreas de actuação, proporcionando uma maior
facilidade na determinação de recursos necessários e custos associados, e encorajando o
envolvimento dos responsáveis por cada área, proporcionando um conhecimento intrínseco da
tarefa a planear, assim como um maior sentido de participação e, consequentemente, vontade
de aplicar correctamente o planeamento desenvolvido. O planeamento não deve ser um
elemento imutável, mas sim sensível às alterações ao projecto que vão surgindo ao longo da
vida útil da sua criação e à sua posterior implementação. O grau de detalhe a considerar deve
ser o adequado para que não haja nem falta de informação nem elementos supérfluos que
compliquem ou avolumem desnecessariamente o planeamento.
Os elementos a considerar num bom planeamento são [Levine, 2002]:
âmbito do projecto;
tempo/prazos;
recursos;
custos;
qualidade;
comunicação;
risco;
contratos e obrigações.
O âmbito do projecto é um dos elementos mais importantes no planeamento, uma vez
que a correcta definição dos objectivos do projecto é a base para a correcta definição de todos
os outros elementos referidos. Levine refere ainda que as funções envolvidas no planeamento
e controlo de projectos (...) são apenas uma parte do âmbito do gestão do projecto.
Adicionando algumas das competências mais básicas, como a gestão de recursos, que
reportam a outros gestores, utilizando mão-de-obra temporária ou subcontratada, comunicando
com um largo espectro de personalidades envolvidas ou com interesses no projecto, a diversos
níveis, e satisfazendo múltiplos participantes, a tarefa torna-se bastante abrangente e
especializada.
8
Relativamente aos restantes elementos do planeamento a ênfase é, em geral,
direccionada para o triângulo tempo-custos-recursos [Casimiro, 2006]. Os três pontos estão
interligados e são interdependentes.
O tempo tem uma importância vital no planeamento de um projecto. Cada tarefa a
executar tem uma duração que deve ser correctamente dimensionada, e do conjunto das
tarefas resulta a duração total do projecto, obrigatoriamente adequada a prazos
pré-estabelecidos para a sua conclusão. Muitas vezes existem também prazos intermédios a
ser cumpridos.
Na definição da duração de cada tarefa intervém o factor recursos (humanos, materiais
e equipamento), que deve ser considerado em termos de produtividade, capacidade,
localização e horário. Todos estes agentes determinam a disponibilidade dos recursos e a
velocidade no desenvolvimento de cada tarefa. Existe assim uma proporção óptima entre o
número de operários e equipamentos a utilizar, tendo o cuidado de analisar a existência de
várias tarefas em simultâneo num espaço limitado, e de modo a que cada tarefa seja cumprida
no menor espaço de tempo possível. As equipas de trabalho e a sua produtividade devem ser
tidas em consideração na elaboração do planeamento. Esta produtividade é medida através do
rendimento de cada elemento da equipa, valor constante em tabelas disponibilizadas pelo
Laboratório Nacional de Engenharia Civil.
A distribuição dos recursos ao longo do desenvolvimento do projecto deve ser
efectuada considerando a possibilidade de ocorrência de imprevistos e métodos para
solucionar os prováveis atrasos a que uma situação desse tipo conduz. A duração de cada
tarefa ou de cada grupo de tarefas deve também considerar tempos de espera obrigatórios em
determinados trabalhos ou intervalos entre diferentes tarefas. Assim, as relações entre as
diferentes tarefas podem ser do tipo:
Início - Início (SS, Start-to-Start)
Fim - Fim (FF, Finish-to-Finish)
Início - Fim (SF, Start-to-Finish)
Fim - Início (FS, Finish-to-Start)
A relação FS, Fim - Início, é a mais comum. Aqui, a tarefa seguinte só começa quando
a anterior termina. Pode começar imediatamente a seguir ou existir um período de espera entre
ambas. É também possível uma tarefa começar algum tempo antes de a anterior terminar, caso
existam recursos livres para alocar à segunda tarefa sem comprometer a primeira, e
conseguindo-se deste modo uma possível redução na duração total do projecto. A relação FS,
9
Início - Fim, é porventura a menos utilizada. Neste caso, o início de uma tarefa condiciona o
final de outra, e aplica-se, por exemplo, quando uma tarefa tem uma data específica para ser
iniciada e a conclusão da tarefa anterior está dependente da data de início desta. Nas relações
SS, Início - Início, e FF, Fim - Fim, o ponto inicial ou final de uma tarefa condiciona,
respectivamente, o ponto inicial ou final de outra.
Depois de definidas as relações entre actividades é possível criar um diagrama de
rede, onde vão ser determinadas as datas-chave para a definição do planeamento do projecto:
Data de Início Mais Cedo (EST, Earliest Start Time)
Data de Fim Mais Cedo (EFT, Earliest Finish Time)
Data de Início Mais Tarde (LST, Latest Start Time)
Data de Fim Mais Tarde (LFT, Latest Finish Time)
A data de início mais cedo, EST, corresponde à data mais cedo em que estão
disponíveis todos os recursos necessários, tendo em consideração o posicionamento desta
actividade em relação às suas dependentes, e resulta numa data de fim mais cedo, EFT. A
data de fim mais tarde, LFT, corresponde à data mais tardia em que a actividade poderá ser
concluída sem prejudicar o prazo global da obra, e resulta da data de início mais tarde, LST. As
actividades críticas são aquelas que têm EST = LST, e portanto não permitem margem para
atrasos no seu início, ao contrário das actividades que têm a chamada folga, que indica o
espaço de tempo em que é possível adiar o início da actividade sem que a duração total do
projecto se altere.
O terceiro elemento do triângulo supracitado é referente a custos. No que foi descrito
apenas se considerou o tempo, nas durações das tarefas, e os recursos, necessários para o
desenvolvimento do projecto. Em princípio, o objectivo de qualquer planeamento seria utilizar
todos os recursos necessários de modo a que a duração do projecto fosse a mais correcta. É,
no entanto, essencial considerar os custos associados à utilização de recursos, os quais são
limitados, e a sua alocação a actividades concretas, acarretando custos que devem ser tidos
em consideração no planeamento. Deve ser, inclusivamente, considerada uma gestão conjunta
de vários projectos que estejam a decorrer em simultâneo e a partilhar recursos.
Na estimação de custos devem ser considerados os custos directos, com o fabrico,
subempreiteiros e o estaleiro, e os custos indirectos, relativos à gestão e administração da
empresa, e é tão importante saber onde vão incidir os gastos como a sua organização ao longo
do tempo, de modo a se proceder a uma gestão eficiente das receitas e despesas. Do lado das
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receitas, a margem de lucro é um elemento bastante importante em qualquer empreendimento,
sem ela não faria sentido desenvolver-se o projecto, no entanto, é importante haver sempre um
equilíbrio entre a margem de lucro e a atractividade do projecto para potenciais clientes.
A estimação de custos está assim intimamente ligada à estimação da duração das
tarefas, e depende dos recursos disponíveis em cada empresa. Deve, assim, existir uma base
de dados particular que disponha de informação correcta sobre as características de cada
recurso humano e de equipamento, de modo a que a estimação da duração das tarefas seja o
mais realista possível.
Depois da definição inicial dos tempos, recursos e custos do projecto há que optimizar
os resultados obtidos. Deve evitar-se a subcontratação, assim como períodos de inactividade
dos recursos disponíveis. Em pontos de pico de necessidade de recursos deve ser analisada a
melhor hipótese de modo a evitar a contratação extra, quer de equipamentos quer de mão de
obra. Assim, a relocação de recursos de outros trabalhos ou a alteração da organização das
tarefas para uma melhor distribuição pode levar a uma redução nos custos. Também em
pontos de aproveitamento reduzido, ou seja, com poucos recursos a serem utilizados, é
importante fazer uma avaliação das tarefas que poderiam estar a decorrer nessas datas de
baixa utilização de modo a libertar as alturas mais lotadas. Na redução da duração do projecto
podem tomar-se, ainda, algumas medidas, tais como imposição de um aumento de afectação
recursos a actividades críticas, realização em paralelo de actividades definidas inicialmente
determinadas como sendo em série, ou alterando, sempre que possível, os processos
construtivos. Há que ter em atenção que, ao reduzir a duração das tarefas críticas, a folga de
outras tarefas pode ser reduzida ou até extinguir-se, tornando o desenvolvimento do projecto
mais susceptível a atrasos e dificultando futuras possibilidades de nova redução na duração
total do projecto.
Ainda que com toda a esta complexidade, o planeamento é uma componente da
construção que mais frequentemente é analisada com base em modelos 4D. Como este tipo de
aplicações são formalmente modelos 3D evolutivos, estão portanto intimamente ligados ao
planeamento da construção. O detalhe relacionado com o faseamento estabelecido em cada
caso de obra depende das entidades ou intervenientes a que se destina a criação e
manipulação do modelo. Por exemplo, pode definir-se um faseamento construtivo mais
abrangente do processo geral destinado ao cliente, e um outro, com um maior grau de
pormenorização destinado à sua utilização em obra.
11
Webb descreve as inúmeras vantagens deste tipo de modelos. De seguida são
referidas algumas das mais relevantes considerando os objectivos deste trabalho [Webb et al.]:
melhoramento na comunicação entre os intervenientes no projecto, facilitando
a tomada de decisões;
simplificação da avaliação, implementação e monitorização de alterações ao
projecto;
avaliação e desenvolvimento de alternativas quando há uma quebra com o
planeamento original;
monitorização do desenvolvimento do projecto pela comparação entre o
planeado e o construído;
apresentação do método construtivo a elementos da equipa de construção,
assim como a outros interessados, antes do início da construção.
Ainda no mesmo artigo são enumeradas diversas situações que implicam a
modificação do planeamento original, como uma nova localização para obra, experiência das
equipas de trabalho, alterações ao projecto ou condições e disponibilidade de infra-estruturas
locais. Muitas vezes, a alteração das condições iniciais definidas num planeamento e aplicadas
a um modelo é um processo moroso e até de difícil implementação num sistema 4D CAD. No
Cap. 4.4 é exposto como essa adaptação pode ser concretizada sobre o protótipo
desenvolvido.
13
Capítulo 3 – Tecnologia de Realidade Virtual
A Tecnologia de Realidade Virtual (RV) é considerada frequentemente como um modo
de obter uma simulação da realidade, criada através de projecções gráficas, permitindo que o
utilizador possa interagir com o meio envolvente. A capacidade mais relevante da RV é,
naturalmente, esta interactividade, pois possibilita o estudo de cenários complexos e visualizar
pormenores não tão facilmente entendíveis com base em protótipos físicos ou desenhos
técnicos.
3.1 Aplicação da Realidade Virtual
A RV pode ser utilizada na forma imersiva ou não-imersiva. Esta última está
amplamente difundida nos modelos 3D utilizados em Arquitectura ou Engenharia (Figura 1) e
nos videojogos, e necessita apenas de um computador com as especificações necessárias à
aplicação. A RV imersiva requer adicionalmente dispositivos específicos, como Head Mounted
Displays (HMD), Data Gloves, Binocular Omni-Orientation Monitors (BOOM) ou Cave
Automated Virtual Environments (CAVE) (Figura 2). As aplicações são também muito mais
abrangentes, e é possível a interacção total com o ambiente, incluindo a experimentação de
sensações como frio, calor ou toque. A RV pode ser descrita como intensiva, interactiva,
imersiva, ilustrativa e intuitiva [Grilo et al., 2001].
Relativamente às possibilidades de utilização da RV imersiva, é de salientar as
aplicações nas áreas da medicina, em diagnóstico e pesquisa, da mecânica, na produção de
protótipos virtuais, da construção, no projecto e planeamento, e da educação, onde a
representação visual toma um papel fundamental na compreensão do objecto de estudo.
14
Figura 1: Exemplo de Realidade Virtual não imersiva, utilizada em Arquitectura
[Autodesk Architecture, 2010] e Engenharia [Autodesk Civil 3D, 2010].
Figura 2: Exemplos de dispositivos utilizados na RV imersiva: 1) HMD [Virtual Realities, 2010],
2) CAVE [ProSystems, 2010], 3) Data Gloves [Virtual Realities, 2010].
As representações virtuais têm como principal vantagem a tridimensionalidade,
permitindo vários pontos de vista dentro e fora do objecto simulado. As diferentes perspectivas
podem ser criadas com facilidade, utilizando um mesmo modelo, e incluindo todas as
características necessárias à sua total definição, como texturas e sombras [Grilo et al., 2001].
15
Uma das principais aplicações desta tecnologia é a Arquitectura na apresentação de
projectos, facilitando a comunicação entre o Arquitecto e o cliente. Ainda relacionados com
esta temática, podem encontrar-se alguns projectos direccionados para a pós-produção, como
a aplicação Architectural Anatomy, desenvolvida na Universidade de Columbia. Dispondo de
um capacete de realidade aumentada, o modelo permite a visualização de uma representação
gráfica da estrutura de um edifício sobre a vista actual do utilizador, assim como informação
adicional sobre os elementos (Figura 3).
Figura 3: Visualizações possíveis utilizando o software Architectural Anatomy
[Computer Graphics, 2009].
3.2 Realidade Virtual na Construção
Relativamente à utilização da RV na construção, nomeadamente dos modelos 4D, é de
salientar que estes permitem uma maior comunicação entre o gabinete de projecto e o local da
obra, promovendo o diálogo e a interacção entre todos os envolvidos em ambas as partes, e
permitindo conciliar os objectivos da arquitectura, em termos de funcionalidade e estética, com
os da construção, em termos de segurança estrutural e economia de custos. Adicionalmente,
possibilita a construção da totalidade do cenário de obra em que cada elemento, temporário ou
permanente, pode ser inserido e gerido ao longo do tempo. Esta capacidade da RV tem uma
aplicação bastante real em termos de planificação do estaleiro, uma vez que existe sempre
uma grande quantidade de recursos que têm de ter o seu espaço para operar, e verifica-se
que, por vezes, num planeamento menos cuidado, não é considerado o espaço físico ocupado
por cada um deles.
16
Na concepção de um projecto, e posterior construção, são actualmente utilizados
suportes gráficos na transmissão da ideia do projectista e na sua amostragem ao cliente que
idealizou originalmente a obra. Os desenhos são apresentados essencialmente em suporte de
papel, conceito que está culturalmente ainda bem presente no dia a dia. Contudo,
frequentemente, as duas dimensões não são suficientes tanto do ponto de vista da concepção,
onde podem ocorrer erros imprevisíveis, como do da leitura em obra, onde certos pormenores
podem passar despercebidos ou ser mal interpretados.
De modo a evitar situações de incorrecção, os modelos 3D apresentam uma notória
vantagem no que se refere à fácil apreensão de todas as características do edifício em
construção, uma vez que a visualização do modelo físico permite o entendimento de qualquer
dúvida relativa ao posicionamento de todas as componentes. Permite ainda, se o modelo é
criado com rigor e detalhe suficiente, analisar a obra com o pormenor necessário de modo a
evitar erros construtivos.
A utilização de modelos na visualização das etapas construtivas pode ser subdividida
em dois níveis: o modelo das operações e o modelo do projecto. A bibliografia consultada
revela que o conceito relativo às operações se encontra ainda a um nível bastante teórico, com
algumas experiências académicas. Este modelo considera a integração de uma maqueta digital
com o seu faseamento, equipamentos, estruturas temporárias e outros recursos inerentes à
construção, implicando um grande esforço de concepção, mas com resultados potenciais muito
positivos, como os demonstrados pelas experiências descritas em Using 4D CAD and
Immersive Virtual Environment to Improve Construction Planning [Yerrapathruni et al., 2003]. O
modelo relacionado com o projecto é de mais simples implementação, e é na sua
implementação que foi mais centrado o objectivo deste trabalho, sem minimizar a importância
de um bom planeamento a nível de logística e recursos.
Os sistemas computacionais para a representação gráfica utilizados na área da
construção têm sofrido uma enorme evolução, permitindo novas formas de conceber e de
apresentar projectos. Os modelos 4D, também designados por modelos 3D evolutivos,
permitem uma melhor compreensão do projecto desde a ideia até ao produto final, ao
minimizar a perda de informação ao longo da cadeia de eventos e ao permitir visualizar as
diferentes etapas construtivas através dos modelos digitais. Na apresentação deste tipo de
modelos é possível incluir na aplicação toda a informação relativa às propriedades e às
características de cada elemento construtivo, além da capacidade de total visualização dos
mesmos, fornecendo os dados técnicos e geométricos necessários à sua completa definição.
17
Um dos exemplos da aplicação dos modelos 4D virtuais associados ao planeamento da
construção é o projecto desenvolvido pela Universidade de Columbia que apresenta, em
realidade virtual, instruções precisas para a montagem de treliças complexas, com o objectivo
de facilitar o correcto posicionamento das barras, tal como demonstrado na Figura 4. As barras
a utilizar são verificadas através de leitura de código de barras, também utilizada para a
verificação do trabalho após cada instrução estar concluída [Computer Graphics, 2009].
Figura 4: Aplicação da realidade virtual na assemblagem de estruturas complexas
[Computer Graphics, 2009].
Este tipo de modelos associados ao planeamento não é ainda utilizado massivamente,
mas existem alguns casos em que a sua implementação foi feita com sucesso, como o modelo
IKEA, utilizado em diversas indústrias e com algumas aplicações na construção. Aqui, os erros
de projecto são eliminados ao apresentar uma assemblagem virtual, permitindo uma análise
antes da construção física, referida como “experimenta antes de construir” [Heng Li et al.,
2008]. Igualmente, o processo de construção é apresentado passo a passo, reduzindo os
custos associados à montagem ao deixar essa função para o cliente.
Há ainda a salientar a possibilidade de um cenário virtual poder ser percorrido por
vários especialistas das diferentes áreas da construção, levando à troca de ideias e correcção
de erros que de outro modo poderiam ser, eventualmente, encontrados já após o início dos
trabalhos. Esta multidisciplinaridade é já aplicada por alguns programas desta área, onde um
mesmo projecto, tendo a participação de vários intervenientes, é gerido de forma autónoma,
alertando as várias partes das alterações efectuadas. Isto possibilita a divisão de tarefas e
trabalho simultâneo, levando à redução do tempo de concepção.
18
A utilização de modelos 3D em conjunto com o planeamento de todas as fases do
projecto, incluindo gestão de recursos e logística, e a interdisciplinaridade entre os vários
intervenientes pode ser definida como BIM. Este é um conceito, actualmente alvo de
investigação e implementação, que tem como objectivo a redução de erros, e
consequentemente de custos, utilizando para isso softwares onde poderá ser gerado um
modelo com todos as características do produto final, de onde se poderão extrair as
informações necessárias aos vários intervenientes na sua construção e manutenção [Digital,
2010]. Note-se que a vantagem do BIM não se centra apenas no software, mas abrange todo o
processo de construção do projecto nas suas várias especialidades. Nos projectos que não
utilizam este tipo de tecnologia a interligação entre as várias áreas é reduzida ou, a existir,
exige um grande esforço de cooperação e gestão dos vários desenhos existentes, cada um
guardado no seu ficheiro de CAD e sem ligação a outros que dele dependem. Este processo
implica a actualização individual de todos os desenhos que estejam associados a um qualquer
objecto que sofra modificações. Com a utilização da tecnologia BIM, todos os ficheiros estão
relacionados e qualquer alteração efectuada é automaticamente direccionada e efectuada nos
desenhos correspondentes de outras áreas do projecto.
A Autodesk, empresa de produção de software na área da modelação, foi a grande
pioneira na utilização de BIM. Os softwares da gama Revit permitem uma interdisciplinaridade
entre arquitectura, engenharia e especialidades, com os AutoCAD Revit Architecture Suite,
AutoCAD Revit Structure Suite e AutoCAD Revit MEP Suite. Estes programas permitem que
cada profissional trabalhe na sua área e exporte para os demais os seus modelos, após o que
o próprio programa faz a sobreposição dos mesmos, pondo em evidência e dirigindo a atenção
para impossibilidades de construção e ajudando à comunicação entre as várias especialidades.
No website da Autodesk é possível encontrar um de muitos exemplos de utilizadores dos três
softwares, que testemunham as mais valias alcançadas pela sua utilização: Dunham
Associates, uma empresa de consultoria mecânica e electricidade do Minnesota, Estados
Unidos, apresenta as vantagens de utilizar um software que permite coordenar o projecto
através da interacção entre os modelos da canalização, electricidade e AVAC, e os modelos de
arquitectura e estruturas, como se pode observar na Figura 5. Nas palavras do vice-presidente
executivo da companhia, “Através deste processo colaborativo BIM, fomos capazes de
identificar e resolver as interferências e outros problemas cedo na fase de projecto – antes que
tivessem impacto nos custos e calendários da construção” [Durnham, 2010].
19
Figura 5: Exemplo de aplicação de BIM [Durnham, 2010].
Existe também outro tipo de programas que, em vez de se centrarem na construção do
modelo 3D, são mais direccionados para a utilização desse modelo no âmbito da apresentação
e manipulação. O EON Studio 5.0 é um desses programas (Figura 6), permitindo que o
utilizador crie um modelo interactivo através da simples programação de acções localizadas.
Como é publicitado no website do programa, "utilizadores de todos os níveis de experiência
podem rapida e facilmente construir aplicações interactivas complexas e de alta qualidade"
[EON, 2010]. Assim, e da maneira mais simples, a cada objecto presente no modelo pode ser
adicionado um comando, como o reconhecimento do pulsar do rato e consequente alteração
de estado por parte do objecto, ou, numa vertente mais avançada, podem ser programadas
acções específicas para comportamentos controlados exteriormente ao programa, isto é,
promover uma ligação a uma aplicação exterior, que comanda a acção que se visualiza no
modelo.
Figura 6: Exemplo da utilização do EON Studio para mostrar as várias fases
da evolução de um modelo [Reality Inc products, EON Studio, 2010].
20
Sendo um programa focado na manipulação do modelo e não na sua criação formal, o
EON Studio tem a capacidade de importar modelos de vários outros programas específicos
dessa área, e comporta também a utilização de diversas variantes do Visual Basic e Java
Script para a sua integração com outras aplicações.
Há, no entanto, algumas limitações na utilização dos modelos 4D, uma vez que, além
do tempo necessário para a construção de um modelo 3D, não existem ainda programas
comerciais que permitam criar este tipo de modelos associados a uma linha temporal. Muitas
empresas e potenciais utilizadores deste tipo de tecnologia argumentam que há dispêndio
considerável de tempo na geração dos modelos, além de ser requerida uma formação para a
utilização de novos softwares mais complexos de forma a obter vantagens na sua aplicação e
obter de um modo correcto o planeamento de uma obra.
O que se pretende com este trabalho é contribuir para a criação de uma aplicação que
permita a apresentação do modelo 3D de uma obra associado ao seu planeamento, de modo a
possibilitar a comparação da evolução da construção com o previsto de um modo visual.
21
Capítulo 4 – Implementação do Protótipo
O protótipo desenvolvido tem como objectivo a apresentação de um modelo
tridimensional associado ao projecto, incluindo a relação com o planeamento da construção,
resultando assim num benefício para a aferição do plano de trabalho definido e a sua evolução
temporal em obra. Este protótipo assenta em três fases, baseadas num projecto de construção:
criação do planeamento de tarefas, desenvolvimento do modelo 3D e integração dos
resultados das duas fases anteriores com a visualização de fotografias de obra referentes a
momentos específicos do planeamento.
4.1 Preparação
O planeamento das tarefas deve ser efectuado considerando o objectivo final da
apresentação. Assim, o detalhe aplicado ao faseamento da construção deve apresentar um
grau tanto maior quanto maior for a necessidade de pormenorizar cada acção individual dentro
da construção global do elemento projectado. O planeamento, para esta aplicação, deve ter
como suporte o programa Microsoft Office Project 2007, onde são introduzidas as tarefas com
as respectivas datas de início, fim e/ou duração. Podem ser indicadas relações entre tarefas,
como o início de uma dependente do fim de outra, e assim construir um gráfico temporal do
desenvolvimento dos trabalhos.
Relativamente ao modelo 3D, é de salientar que este deve ser desenvolvido de acordo
com as tarefas definidas no planeamento. Neste processo pode ser utilizado um sistema CAD,
como o programa AutoCAD, onde a definição de layers permite fazer esta distinção. Também
no modelo o pormenor está associado ao grau de detalhe pretendido na apresentação. É
possível apresentar certos elementos mais pormenorizados, associados posteriormente a um
maior número de fases construtivas, enquanto outros elementos apresentam um menor
detalhe. As duas primeiras fases ficam assim concluídas, existindo agora um modelo virtual do
elemento projectado e o seu planeamento faseado.
As fotografias da obra, incluídas nesta aplicação para permitir um seguimento visual da
correcta evolução da obra, devem ser tiradas nos dias correspondentes ao término de cada
fase especificada no planeamento, de modo a poderem ser observados atrasos e/ou
adiantamentos relativamente ao mesmo. Para o desenvolvimento da aplicação referida na
22
terceira fase foram utilizados dois programas: o EON Studio 5.0 e o Microsoft Visual C# 2008
Express Edition. O primeiro foi utilizado para poder integrar o modelo 3D numa aplicação
desenvolvida no segundo.
Para a utilização deste protótipo é necessário que o utilizador final, ou seja, o operador
no local de apresentação, disponha do software indispensável ao bom funcionamento da
aplicação, ou seja, o computador terá de ter instalado o Microsoft Project 2007 e o EON Viewer
(aplicação descarregada da página da internet da Reality Inc. Products sem custos).
4.2 Criação do Protótipo
Utilizando a Framework .Net com a linguagem de programação C#, foi desenvolvida
uma aplicação que efectua a interligação entre o modelo virtual, o planeamento e a obra. A
interface principal é apresentada na Figura 7.
Figura 7: Janela da aplicação, em funcionamento.
1 2
3
4
23
A organização desta janela tem em conta o espaço necessário para a correcta
apresentação dos vários módulos, considerando a sua dimensão e proporções. Os quatro
espaços estão fixos, assim como a dimensão da janela, impossibilitando alterações que
poderiam levar a uma visualização menos correcta dos elementos. Os elementos inseridos em
cada módulo têm a seguinte distribuição:
1 Modelo Virtual
2 Fotografias da Obra
3 Lista de Tarefas do Planeamento
4 Mapa de Gantt
O desenvolvimento do protótipo foi efectuado por fases. Numa primeira fase foi inserido
um controlo do tipo EONcontrol em 1 para permitir a visualização do modelo EON construído
anteriormente, foi inserido também um controlo do tipo pictureBox em 2, definindo assim o
espaço para apresentação das fotografias da obra, e foi programada a interacção com o MS
Project com vista à apresentação das tarefas definidas no planeamento em forma de lista (em
3) e em forma de gráfico (em 4): a aplicação lê informação a partir do ficheiro *.mpp e
estabelece uma lista de tarefas contendo os dados relativos à data de início, à data de fim e à
duração da tarefa. É de salientar que a duração das tarefas planeadas no MS Project vem
inicialmente em dias úteis e aqui houve a necessidade de especificar a data de início e de fim
de cada actividade de modo a ter um calendário mais real e não apenas correspondente aos
dias úteis. É ainda calculado o período de tempo entre o início do projecto e o início da tarefa,
para posteriormente posicionar correctamente cada tarefa no mapa de Gantt.
A geração tanto da lista de tarefas como do mapa de Gantt é feita automaticamente, o
que leva à segunda fase do desenvolvimento da aplicação. Foram assim utilizados controlos do
tipo botão para cada tarefa importada do MS Project. O texto apresentado em cada botão é o
definido no planeamento e, no caso da lista de tarefas, é acrescentada a duração em dias de
cada uma. As barras do mapa de Gantt têm o comprimento correspondente à duração de cada
tarefa. Cada um destes botões, ao ser pressionado, envia informações ao EON e desencadeia
a apresentação do modelo na respectiva fase, como será explicitado. Ainda no sector 4 foi
adicionada uma barra temporal, com o objectivo de facilitar a leitura no que diz respeito a datas
e extensão de cada tarefa, e no sector 1 foi introduzida uma etiqueta com a data de fim da fase
seleccionada.
Tal como já foi referido, os botões em 3 e 4, ao serem seleccionados na interface,
enviam informação ao modelo EON para que este apresente a configuração correspondente à
24
fase seleccionada, como explicitado no Cap. 4.3. De modo a melhorar a leitura do utilizador foi
também introduzida a alteração na cor do fundo dos botões em 3 e 4. Assim, onde em
condições normais estes são, respectivamente, branco e azul-escuro, ao ser seleccionada
determinada actividade o fundo do botão correspondente em ambos os quadros altera-se para
azul-claro, voltando ao seu estado “normal” após selecção de outra actividade. Houve ainda a
preocupação em centrar o mais possível tanto o mapa de Gantt como a lista de tarefas na fase
corrente. Para tal foi necessário impor que a acção scroll desses quadros se posicionasse no
ponto correcto, relativo ao canto superior esquerdo do botão em questão no caso do mapa de
Gantt, e utilizando um comando de automatização de posicionamento no da lista de tarefas.
Ao pressionar os botões são também apresentadas as fotografias de obra. Estas
imagens estão contidas numa pasta a seleccionar pelo utilizador, remetendo para a terceira
fase. Na realidade, em termos de utilização, esta é o primeiro ponto na interacção com a
aplicação: a selecção dos ficheiros a utilizar pelo programa, como se ilustra na Figura 8.
Figura 8: Selecção dos ficheiros.
Ao escolher a opção "Abrir" no canto superior esquerdo da aplicação é apresentada
uma janela de pesquisa de ficheiros, ou de pastas, no caso das imagens, que devem ter a
extensão correspondente ao tipo de ficheiro pretendido: *.eoz, *.mpp ou *.jpg para EON, MS
Project ou imagem, respectivamente. Após selecção de cada ficheiro a janela principal da
aplicação altera-se, confirmando que os ficheiros estão correctos: nos módulos 3 e 4 são
apresentadas imediatamente as tarefas constantes do ficheiro *.mpp e os módulos 1 e 2 ficam,
respectivamente, em branco e com o símbolo de confirmação ou de erro, como se mostra na
Figura 9.
25
Figura 9: Selecção de ficheiros 1) Ficheiro EON e pasta de fotografias; 2) Ficheiros EON e MS
Project e pasta de fotografias; Pasta de fotografias sem elementos *.jpg .
Deve salientar-se que cada fotografia deve ser nomeada apenas com o número
correspondente à tarefa que representa para que o programa a reconheça e a associe à fase
construtiva correcta. O protótipo está assim concluído e pronto a funcionar. Para melhor
demonstrar as potencialidades desta aplicação será desenvolvido um caso específico.
4.3 Configuração do Modelo 3D
Na aplicação desenvolvida, o modelo 3D vai apresentando a evolução da obra, mas é
importante salientar que se trata de um modelo apenas, cujos elementos vão sendo mostrados
ou ocultados conforme a fase da obra em apresentação. Esta é uma das capacidades da
Realidade Virtual, introduzir alterações a um modelo único de maneira a apresentá-lo de
acordo com cada objectivo definido, e de modo a alcançar-se o resultado pretendido neste
protótipo é necessário proceder à programação, no EON Studio, dos eventos necessários à
apresentação das várias fases na aplicação desenvolvida. Estes eventos estão relacionados
com o estado de cada elemento, visível ou invisível, e com a posição da câmara em
determinado momento, proporcionando algumas aproximações visuais a pormenores
específicos do modelo construído em AutoCAD é introduzido no programa EON Studio através
da exportação para um ficheiro com formato aceite pelo programa, como o tipo com extensão
*.3ds. Como exemplo explicativo apresenta-se a evolução da construção de um pilar. Na Figura
10 mostra-se a aplicação em funcionamento, com as fases construtivas correspondentes ao
exemplo referido.
26
Figura 10: Evolução da construção do pilar na aplicação desenvolvida
Numa primeira fase apresenta-se o edifício ainda em fase de execução das fundações,
sobre as quais serão construídos os pilares. Ao seleccionar a fase seguinte (Figura 11), por
intermédio da selecção na lista de tarefas (1) ou no mapa de Gantt (2), a aplicação envia a
informação ao EON de que há uma alteração de estado dos elementos, assim como da
posição da câmara: é mostrada a fase correspondente à introdução da armadura do pilar e a
câmara aproxima-se desse pormenor, favorecendo a visualização do detalhe em detrimento da
perspectiva global do edifício. Do mesmo modo, ao ser seleccionada a fase seguinte é
mostrada a cofragem do pilar e de seguida a betonagem. Esta apresentação da evolução da
obra é gerida pelo EON, ao receber instruções relativas à fase que o utilizador selecciona, e
portanto é essencial que a configuração do modelo no EON Studio seja feita correctamente.
27
Figura 11: Selecção da fase "Armaduras pilares piso -3"
Para que as acções solicitadas ao modelo decorram em conformidade com as
necessidades do programa desenvolvido, é necessário aplicar a designação específica aos
elementos e eventos no EON Studio. Assim, os elementos são nomeados através da atribuição
de um número, com uma ordenação correspondente à ordenação das tarefas no planeamento,
o evento de alterar o estado de cada elemento tem o nome “showElement{0}” e o evento de
alteração da câmara tem o nome “CamChange{0}”, em que {0} é o número do elemento. Estes
eventos são da forma InEvent, ou seja, recebem instruções exteriores, e do tipo SFBOOL, ou
seja, retornam verdadeiro ou falso. Assim, sempre que um destes eventos recebe a informação
de estado positivo, envia uma instrução que desencadeia todo o processo de mostrar e
esconder elementos e consequente posicionamento da câmara ("OnRunTrue > SetRun"). No
exemplo demonstrativo, a fase em questão tem o número 5, e portanto a resposta ao comando
"showElement5" será a alteração de estado do elemento 5 para visível (ou, como se pode
observar na Figura 12, é removida a selecção do estado como "Hidden").
1
2
28
Figura 12: Configuração do estado dos elementos
correspondentes à fase "Armaduras pilares piso -3"
O posicionamento da câmara pode ser definido consoante as necessidades de
visualização do utilizador, sendo possível a livre movimentação pelo cenário ou a restrição
desse movimento. Neste exemplo aplicam-se vistas específicas a cada fase do planeamento,
restrição que tem vantagens, relativamente ao manuseamento e à correcta visualização do
modelo no protótipo. Assim, e tal como para o estado do elemento, a instrução inicial é do tipo
("OnRunTrue > SetRun"), indicando que à acção "CamChange5" ficarão associadas as
coordenadas especificadas no elemento de posicionamento "PosPilar" (Figura 13). Este
elemento de posicionamento enviará por sua vez a informação ao elemento de câmara do seu
correcto posicionamento associado a esta fase, em termos de translação e rotação (Figura 14).
Figura 13: Configuração da translação e rotação
associadas aos elementos da fase "Armaduras pilares -3"
29
Figura 14: Configuração da câmara associada ao posicionamento definido para "PosPilar"
Por recurso ao EON Studio, é ainda possível aplicar materiais a cada objecto, caso
seja necessário, para tornar mais realista o modelo importado.
4.4 Âmbito da Aplicação
Caso o utilizador queira acrescentar novos elementos ao seu projecto bastará proceder
à modelação dos objectos atendendo às coordenadas definidas para os elementos já
existentes, isto é, tendo o cuidado de os posicionar correctamente relativamente ao total do
modelo geométrico, e introduzi-los no EON Studio, programando os eventos como indicado
anteriormente, aumentando assim o número de elementos existentes na simulação. Terão de
ser incluídas novas fases no planeamento, ou, caso os novos elementos façam parte de
alguma das fases já definidas, será necessário incluí-los na correspondente árvore da
simulação. O programa de integração fará a recolha automática das fases indicadas no MS
Project e toda a interacção está dependente do número de elementos definidos no EON Studio
e respectivos posicionamentos e alterações de câmara.
30
No Cap. 2.2 foram definidos conceitos como Data de Início Mais Cedo ou Data de Fim
Mais Tarde, entre outros. Estes conceitos, relativos a intervalos de tempo em que é possível
cada tarefa estar inserido, não foram introduzidos neste protótipo. No entanto, é possível
proceder-se à alteração de prazos estipulados para as tarefas, no caso de estes serem
alterados no decurso da obra, apresentando-se este como um processo bastante mais simples
do que o descrito para a introdução de novos elementos. Neste caso é apenas necessária a
alteração do ficheiro do MS Project e, seleccionando o novo ficheiro ao iniciar a aplicação, toda
a listagem de tarefas e o mapa de Gantt ficarão de acordo com o novo planeamento.
O programa está também totalmente capacitado para ser utilizado com qualquer
projecto de estruturas ou até mesmo de arquitectura, bastando para isso ser desenvolvido o
respectivo modelo com base num planeamento predefinido no MS Project, tendo em atenção a
distribuição de cada elemento pela layer correspondente à respectiva fase construtiva. O
modelo pode ser efectuado em AutoCAD, como neste trabalho, mas, em princípio, pode ser
utilizado qualquer outro programa de modelação, desde que seja possível fazer a exportação
do modelo para um formato aceite pelo EON Studio, nomeadamente o 3D Studio, o SolidWorks
ou o Quickdraw . Após introdução do modelo geométrico no EON Studio, toda a programação
das acções por elemento deve ser efectuada tendo em consideração as designações
atribuídas anteriormente a cada tipo de acção, como indicado. Adicionalmente, este programa
pode ser utilizado na gestão do estaleiro e na movimentação de máquinas, bastando para tal
desenvolver os modelos apropriados a cada utilização.
O protótipo permite ainda a movimentação livre dentro do modelo de modo a
proporcionar uma maior liberdade de visualização ao utilizador. No EON Studio ficam definidas
à partida todas as visualizações necessárias para o melhor entendimento do modelo,
facilitando assim a apresentação de áreas de pormenor, que dentro da aplicação aparecem
posicionadas automaticamente, de modo a que a câmara acompanhe adequadamente a
evolução da obra. No entanto, o utilizador poderá movimentar-se livremente, aproximando-se
dos elementos de modo a obter um maior entendimento de pormenores ou afastando-se,
permitindo uma visão mais abrangente e de qualquer ângulo.
Relativamente a desvantagens, é de salientar que a preparação necessária para a total
utilização do programa pode ser bastante demorada, dependendo do número de actividades
descritas no planeamento. Enquanto que a construção do modelo 3D pode ser feita
rapidamente por uma equipa com alguma experiência, a manipulação do mesmo no EON
31
Studio pode demorar bastante tempo, uma vez que têm de ser definidos os eventos para cada
actividade separadamente. Este problema pode ser ultrapassado se forem utilizados scripts no
EON Studio, automatizando a criação de eventos para todas as actividades, no entanto essa
capacidade não foi explorada no âmbito deste trabalho.
33
Capítulo 5 – Exemplo de Aplicação
Neste trabalho foi utilizado como exemplo um projecto de uma obra que não chegou a
ser realizada, e por esse motivo não será possível apresentar fotografias reais na aplicação.
Este projecto contém a documentação gráfica, incluindo a pormenorização de armaduras, uma
memória descritiva e o planeamento da construção. No âmbito deste trabalho foi efectuada
uma simplificação do projecto e do planeamento, com o objectivo de apresentar a
implementação do modelo 4D virtual completo e analisar a sua eficácia. Com base no protótipo
desenvolvido é, posteriormente, apresentado como extrapolar para a criação de modelos mais
complexos e de maior volume.
5.1 Planeamento e Modelo 3D
Da análise do planeamento da construção foi possível obter uma lista de tarefas
básicas, as quais foram implementadas no modelo. O diagrama de planeamento, considerando
todas as actividades essenciais para a concepção da obra, é apresentado na Figura 15. Os
nomes introduzidos neste diagrama são os mesmos apresentados na aplicação, na lista de
tarefas e no mapa de Gantt.
Figura 15: Planeamento da construção utilizando o Microsoft Project 2007
34
Com base nesta informação foi criado o modelo em AutoCAD. Pode observar-se na
Figura 16 a lista de layers, coerente com a lista de tarefas definidas no planeamento. Como foi
já referido anteriormente, a modelação foi efectuada com base na documentação gráfica. A
partir das plantas, alçados e cortes de arquitectura foi possível obter informação relacionada
com a disposição geral dos elementos, sua localização e medidas exteriores.
Figura 16: Layers definidas para o modelo criado no AutoCAD 2008
Nas layers correspondentes à construção do edifício, cada layer contém na sua
identificação o piso e o elemento a ser construído, por exemplo "-2 laje" corresponde à
construção da laje do piso -2 e "1 p+p" corresponde à construção dos pilares e das paredes
estruturais do piso 1. Existem ainda duas layers referentes à cobertura, "cob laje" e "cob
muros", correspondentes à construção da laje e dos muros da cobertura, respectivamente. Em
termos de fundações, existem as layers referentes à escavação dos buracos para as
fundações, "buracos fund", e à construção das saparas e vigas de fundação, "fund sap+vf". A
criação de uma layer para o “terreno” teve como objectivo apresentar uma superfície de base
que revelasse a posição do edifício relativamente à cota zero, diferenciando os pisos abaixo
dos pisos acima do solo. Na documentação, as caves do edifício apresentam-se parcialmente
35
enterradas, no entanto a apresentação das mesmas ficaria bastante incompleta caso o modelo
seguisse essa condição, portanto na definição da fase de escavação retirou-se a metade
frontal do terreno, além da zona real de escavação onde estará implantado o edifício,
permitindo assim uma melhor visualização de todos os pisos (Figura 17). Falta apenas referir
as layers que contêm os elementos associados ao pormenor da construção da laje do piso -3 e
de um pilar do mesmo piso, com os nomes "-3 laje armadura", para o primeiro pormenor, e "-3
pilar armadura", "-3 pilar cofragem" e "-3 pilar betonagem", para o segundo.
Figura 17: Corte no terreno, permitindo a visualização de fundações e pisos enterrados do edifício
Uma vez que o edifício analisado é bastante simples e com uma grande repetição de
elementos estruturais, a sua modelação não foi muito trabalhosa, tendo sido efectuada em
cerca de seis horas (por um utilizador com pouca experiência em modelação tridimensional).
Inicialmente, foram criados os elementos do piso inferior (piso -3): a laje, os pilares e as
paredes interiores existentes na estrutura, após o que foram seleccionados e então
reproduzidos às cotas dos pisos -2 e .-1. Os pisos acima do solo têm alguns elementos
dispostos de modo distinto, portanto, após copiar um dos pisos inferiores para a cota do piso 0,
foi necessário efectuar certas alterações, como a remoção de uma parte do piso, e replicar este
novo módulo duas vezes, às cotas dos pisos 1 e 2. De seguida, foi criada a laje da cobertura,
com os muretes em toda a volta e o topo da caixa do elevador. Foi também efectuada a
modelação das fundações do edifício, assim como de um novo bloco para o terreno com os
espaços vazios para inserir as mesmas, correspondente à fase de escavação dos buracos para
as fundações definida no planeamento.
Concluída a geração do modelo geral do edifício, e uma vez que se pretende obter
mais informação sobre a construção dos pilares e lajes, com fases próprias definidas no
planeamento, foram modelados ainda um pilar e parte da laje inferior, com o respectivo
36
faseamento na construção, ou seja, incluindo a cofragem, armadura e betonagem no caso do
pilar e disposição da armadura no caso da laje. Toda a informação relativa à quantidade de
armadura e sua disposição encontra-se incluída na documentação gráfica do projecto que
serviu de base. Tal como referido, a modelação deste edifício foi efectuada utilizando uma
simplificação do projecto original, assim como dos trabalhos efectuados, e portanto apresenta
um grau de detalhe associado a esta simplificação. O modelo completo e os pormenores do
pilar e da armadura da laje podem ser observados nas Figura 18, Figura 19 e Figura 20. A
modelação foi efectuada aplicando diferentes cores aos diferentes elementos de cada piso
para permitir uma maior simplicidade na identificação da posição de cada elemento e correcta
distribuição dos elementos pelas layers respectivas.
Figura 18: Modelo do edifício criado em AutoCAD
Figura 19: Pormenor do faseamento da construção do pilar
37
Figura 20: Pormenor da laje inferior
Após a sua conclusão, o modelo completo foi introduzido no EON Studio através da
exportação para o tipo de ficheiro com extensão *.3ds, formato aceite pelo programa. De modo
análogo ao descrito no Cap. 4.3, procedeu-se à programação dos eventos necessários à
apresentação das várias fases na aplicação, e cujos diagramas finais se apresentam nas
Figura 21 e Figura 22.
Figura 21: Diagrama das acções presentes no
modelo EON – posicionamento da câmara
38
Figura 22: Diagrama das acções presentes no modelo EON – estado do elemento
Os elementos cuja legenda é apenas um número representam os vários blocos de
elementos presentes em cada fase, e estão associados ao respectivo comando de alteração de
estado do elemento ("showElement"). Foi também necessário criar posições de câmara pré-
definidas. Existem três posições de câmara distintas, definidas em “PosPilar”, referente ao
pormenor do pilar, “PosLaje”, referente ao pormenor da laje e “PosGeral”, para todos os outros
elementos. Também no EON Studio foram definidos materiais para cada elemento, neste caso
apenas cores atribuídas a cada tipo de material, como cinzento para o betão ou laranja para a
armadura.
5.3 Utilização da aplicação
Depois de definido o planeamento e de ter um modelo 3D construído de acordo com
esse planeamento foi finalmente possível iniciar a aplicação desenvolvida para a integração
39
destes elemento. Como foi referido no Cap. 4.2, ao iniciar o programa é necessário seleccionar
os ficheiros a utilizar. É necessário especificar o ficheiro *.eoz, que deve estar de acordo com o
que foi referido relativamente ao modelo desenvolvido no EON Studio, o ficheiro *.mpp, o qual
contém o planeamento e que vai constituir a base de toda a interacção, e a pasta contendo as
fotografias da obra.
Na Figura 23 pode observar-se o programa já em funcionamento. Como foi já referido,
o projecto utilizado neste trabalho não chegou à fase de obra, e portanto não é possível
apresentar fotografias da sua evolução. No entanto, e para um melhor entendimento do que se
pretende com esta apresentação, incluiu-se uma imagem de uma outra obra [Austin, 2010],
não relacionada com o projecto aqui desenvolvido, apenas para ilustração desta capacidade do
protótipo, incluindo a movimentação e rotação dentro do modelo de modo a obter um ângulo
mais favorável de comparação do modelo com a fotografia.
Figura 23a: Aplicação em funcionamento
40
Figura 23b: Aplicação da rotação ao modelo
Ao pressionar qualquer um destes botões, tanto da lista de actividades como do mapa
de Gantt, a interacção com o modelo EON é activada e é mostrada a fase do modelo
correspondente à actividade escolhida, ou seja, o elemento que naquela etapa ficou concluído,
assim como todos os elementos concretizados até à data escolhida. Conjuntamente com o
quadro em que é visualizado o modelo, está identificada a data de término da fase
correspondente, permitindo uma leitura fácil do desenrolar temporal da obra (Figura 24, ver
canto superior esquerdo da janela do modelo virtual).
Figura 24: Apresentação do modelo e da respectiva fase na lista de tarefas
41
Como em qualquer obra, o início deste projecto incide sobre a escavação e construção
das paredes de contenção e fundações. A evolução desta fase inicial da obra pode ser
observada na Figura 25.
Figura 25: Fase inicial da obra – escavação, paredes de contenção e fundações
Na Figura 26 é possível observar algumas das fases mais gerais do projecto, com as
datas presentes para referência e comparação com o desenvolvimento real do edifício em
questão. Como se pode constatar, caso este edifício estivesse realmente na sua fase
construtiva facilmente se poderia obter uma avaliação do seu estado em relação ao
planeamento, apenas com a introdução de fotografias correspondentes a datas específicas,
constituindo uma boa ferramenta de controlo.
42
Figura 26: Utilização do programa – algumas fases
Na Figura 27 estão apresentados alguns dos pormenores que poderiam ser
considerados relevantes para o desenrolar da obra, como a construção dos pilares, tendo-se
representado apenas uma unidade, ou a aplicação da armadura para a sucessiva betonagem
das lajes (aqui apenas a inferior). Foram incluídas, em anexo, diversas imagens do protótipo
relativas à evolução de toda a obra. Com este programa, e como tudo se baseia em ficheiros
exteriores do modelo 3D e do planeamento, é possível pormenorizar tanto quanto o necessário,
criando tarefas exaustivamente, bastando para isso compatibilizar o modelo com o
planeamento desenvolvido.
43
Figura 27: Utilização do programa – fases de pormenor da construção do pilar
45
Capítulo 6 – Conclusão
Os desenhos técnicos acompanhados por textos explicativos muitas vezes pouco
detalhados são frequentemente insuficientes para a total compreensão do objecto. Quem os
interpreta tem como base a sua experiência, podendo dar origem a erros na construção. Ao
observar o objecto final, assim como o seu desenvolvimento ao longo do tempo, pode
transportar toda a informação para a fase de construção, e comparar o modelo com a realidade
ao longo do tempo.
A tecnologia de Realidade Virtual foi aplicada essencialmente na sua vertente de
interacção e de capacidade de interligação com outros programas. O protótipo criado vem
oferecer inúmeras vantagens tanto na apresentação de projectos concluídos como na
colaboração em fases de desenvolvimento. Muitos erros de projecto podem ser facilmente
detectados antes da fase construtiva, reflectindo-se num decréscimo dos custos e do tempo de
construção. Em termos de planeamento da construção, as vantagens estendem-se à
diminuição de custos nas áreas de logística e de gestão de recursos. Esta tecnologia foi
utilizada neste trabalho como um apoio aos métodos tradicionais, permitindo a cooperação à
distância e o controlo do projecto construtivo. Assim, o recurso a esta tecnologia aplicada ao
Planeamento da Construção permite uma melhor concepção do projecto e a diminuição de
custos associados a incertezas e incorrecções tanto no projecto como no planeamento.
Neste trabalho foi apresentado um protótipo que tem por objectivo facilitar o controlo do
Planeamento da Construção durante a implementação de um projecto. A aplicação pode ser
utilizada com qualquer tipo de projecto associado a um planeamento, nomeadamente projectos
de construção e organização de estaleiro. É uma aplicação bastante flexível, podendo receber
dados adicionais sempre que se revele necessário, e permite um fácil controlo do estado da
obra relativamente ao planeamento numa data específica através da apreciação visual
comparativa entre o modelo virtual e a imagem real.
Grande parte das dificuldades encontradas no desenvolvimento deste protótipo estão
relacionadas com a falta de informação disponível relativa à manipulação de objectos EON e à
programação de eventos no EON Studio. Na criação da aplicação em si, é de referir que
apenas a parte respeitante à integração com o MS Project foi objecto de alguma investigação
mais profunda.
46
O modelo interactivo criado pode ser ampliado de forma a abranger outras vertentes do
planeamento, contituindo uma ferramenta bastante eficaz. Nomeadamente, é possível incluir o
estudo da gestão de recursos afectos a cada tarefa, informação actualmente incluída no
planeamento desenvolvido em programas próprios, como o MS Project. Uma outra
componente a integrar é a ligação ao local da obra através da montagem de câmaras in situ
(de controlo remoto), que apresentariam diversos pontos de vista ao longo de toda a evolução
da obra. Com os avanços tecnológicos em termos de mobilidade de dispositivos, seria
inclusivamente possível transportar esta aplicação para a obra, e esclarecer em cada instante
dúvidas relativas à localização e posicionamento de cada elemento, bastando para isso que o
modelo fosse o adequado a esse tipo de utilização.
47
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Anexo: Evolução completa do projecto
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