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Pinheiros, 706 c/2 - 05422-001 - So Paulo - SP Tel.: (11) 3883-2722
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Produo de Projeto Estrutural no Ambiente BIM - uma viso TQS
Introduo Nos ltimos tempos um novo requisito surgiu na contratao de
projeto estrutural: a capacitao para troca de informaes em BIM
(Building Information Modeling, ou Modelagem de Informaes da
Construo). Trata-se de um conceito que evoluiu e est sendo adotado
pelo mercado, graas aos avanos de hardware e software. H muitos
anos os engenheiros estruturais fazem modelagem digital
tridimensional de suas estruturas. Conectar este modelo ao ambiente
BIM era s uma questo de tempo. A troca de informaes de projetos no
ambiente BIM com o uso de TQS tem sido feita em geral atravs de
operaes simples, como o uso de plantas 2D da arquitetura como
referncia para a entrada de estruturas e a exportao de modelos 3D
em formato IFC para a coordenao de projetos e obteno de ndices.
Vamos examinar com mais detalhes estes conceitos, e as interfaces
do TQS no BIM.
Evoluo do conceito BIM O conceito mais difundido em projeto a
partir do final da dcada de 1970 era o de Projeto Auxiliado por
Computador (CAD - Computer Aided Design). Conforme trabalho do Eng.
Luiz Maria Guimares Esmanhoto (CAD Fundamentos e Tecnologia,1980),
projetos so decompostos hierarquicamente para viabilizar sua
produo. Conforme os projetos crescem, aumentam exponencialmente os
problemas de perda de visibilidade de projeto, esforo de coordenao
e erros na troca de informaes:
O CAD tinha vrios objetivos, tais como tratar subproblemas
maiores de maneira mais automtica, centralizar a base de dados de
projeto para eliminar redundncias e erros
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na troca de informaes, passar tarefas repetitivas para o
computador, e diminuir o esforo de coordenao. O projeto estrutural
usou o conceito CAD, automatizando e integrando modelagem
tridimensional, anlise, dimensionamento, detalhamento, desenho e
integrao com a produo. Este conceito tambm foi bem aplicado em
outras reas como engenharia mecnica, eltrica e eletrnica. Para
outras reas de projeto entretanto, faltou ao conceito CAD uma
definio clara de implementao. Tambm por limitaes dos softwares da
poca, diversos setores de projeto usaram o computador apenas para
automao da produo de desenhos. A palavra CAD tornou-se sinnimo de
desenhos 2D principalmente nos projetos arquitetnicos. O conceito
BIM retomou os conceitos originais do CAD para a construo civil,
mas apontou uma direo quanto base de dados a ser usada: um modelo
tridimensional do edifcio, que pode conter informaes que cobrem
todo o ciclo de vida de uma construo. O BIM deslumbrou a
possibilidade de integrar informaes no apenas no projeto da
edificao, mas tambm de todas as atividades ligadas ao
empreendimento, passando pelo estudo de viabilidade, projeto,
construo e a operao posterior.
O BIM representou um avano, ao mostrar claramente ao projeto
arquitetnico o caminho da modelagem tridimensional com informaes da
edificao. A arquitetura
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por sua vez serve de referncia a todas as outras reas de projeto
e construo. A tendncia cada vez mais que os projetos de arquitetura
sejam modelados desta forma. Entretanto, quando falamos em BIM,
falamos em conceito (modelagem de informaes), no em software. O
tratamento adequado das informaes de BIM nas diversas reas no feita
por um nico software, mas por vrios, e depende da comunicao entre
eles, que chamamos de interoperabilidade. Em muitos casos estamos
ainda no estgio inicial do desenvolvimento de programas altamente
complexos, especficos para cada disciplina de projeto. Trataremos
aqui especificamente da interoperabilidade do software TQS para
projeto estrutural com o BIM. Esta discusso vale tambm,
conceitualmente, para outros softwares.
Caractersticas do projeto estrutural no Brasil Todo projeto
estrutural envolve um alto grau de responsabilidade e de
especializao por parte do engenheiro devido sua complexidade. Mas o
projeto estrutural no Brasil tem caractersticas nicas. Os contratos
no Brasil exigem o projeto completamente detalhado da estrutura,
muitas vezes com especificaes de execuo. O engenheiro estrutural
tem que atuar na modelagem, anlise, dimensionamento, detalhamento e
desenho final de execuo. O Brasil tambm o nico pas do continente
que no usa as normas ACI, e onde as normas da ABNT tm fora de lei.
O projeto estrutural est no caminho crtico da construo, pois a obra
sempre iniciada por ele. E a obra comea aonde termina o projeto
estrutural: nas fundaes. Caractersticas do Modelo TQS Os sistemas
BIM disponveis no mercado em geral so modeladores slidos com
capacidade de gerar slidos arbitrrios. O TQS no um modelador de
slidos genricos. Ele trata de um subconjunto de elementos
estruturais, bem definido, com as seguintes caractersticas
principais: elementos prismticos predominantemente posicionados em
planos horizontais e verticais, com poucos elementos inclinados, de
concreto armado e protendido, moldado in-loco ou pr-moldado e
alvenaria estrutural. A entrada de dados feita a partir de planos,
chamada de "2.5D", mas com visualizao 3D de todos os modelos
gerados.
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Os tipos de estruturas tratadas so restritos (por exemplo, no
vivel modelar uma ponte estaiada ou um tnel). Apesar disto, os
sistemas TQS tm sido usados para detalhar diversos tipos de
estruturas complexas.
Mas, nos tipos de elementos tratados, o sistema tem grande
automao na anlise, dimensionamento, detalhamento e desenho. Alm
disto, tem diversas interfaces para transferncia de informaes para
a produo, incluindo um sistema de corte e dobra de barras.
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Objetivos de Alcance Imediato Cada uma das ligaes do projeto
estrutural com o BIM precisa ser estudada e prevista por programao.
Os seguintes objetivos so obtidos diretamente com o uso do TQS:
Lanamento da estrutura tridimensional usando os planos dos
pavimentos como referncia sobre uma arquitetura. Assim a estrutura
lanada com sistema de coordenadas coerente;
Exportao do modelo tridimensional da estrutura em formato IFC. O
formato IFC um arquivo para transporte de modelos em BIM
padronizado pela norma ISO-16739.
Verificao de interferncias e coordenao de projetos; Levantamento
de volumes de concreto; Levantamento de quantidades e custos;
Integrao com a produo da estrutura.
Os objetivos acima so alcanados atravs de interfaces do TQS com
outros sistemas usando BIM. O TQS faz tambm a exportao de dados
para a execuo da estrutura e corte e dobra de ao. Esta exportao
feita para os sistemas TQS GerPrE e G-Bar, e ser discutida
adiante.
Importao do Modelo Fsico e Lanamento do Modelo Estrutural no TQS
O TQS faz a modelagem tridimensional de estruturas definindo os
elementos estruturais plano a plano. Esta entrada de dados adequada
ao o tipo de modelo estrutural tratado.
O lanamento da estrutura feito usando-se o desenho de
arquitetura como uma referncia externa. Isto garante um sistema de
coordenadas coerente entre o modelo estrutural e os demais modelos
do BIM.
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Como lanar o modelo no TQS quando a arquitetura 3D Para maior
facilidade, o engenheiro estrutural deve requisitar do contratante
as plantas baixas e elevaes da edificao em formato DXF/DWG 2D. Isto
entretanto nem sempre possvel. Se o contratante fornecer os
arquivos do edifcio em um formato 3D, a primeira providncia ser
adquirir uma licena do software capaz de ler este arquivo, para
ento gerar as plantas e elevaes necessrias para uso como referncia
no TQS. Se os arquivos estiverem em formato IFC, qualquer sistema
poder ser usado. Mas, se for especfico de um sistema, somente este
poder l-lo. Por exemplo, o arquivo tipo .RVT nativo do Revit
Structure:
No Revit, assim como em outros sistemas BIM, os pisos so
separados hierarquicamente (observe a rvore esquerda). Quaisquer
vistas podem ser exportadas como desenhos 2D, em formato DWG ou
DXF. Para obter as plantas do edifcio no Revit, basta selecionar a
vista de cada uma das plantas baixas e acionar o comando "Export,
CAD Formats, DXF Files". Temos comandos equivalentes nos sistemas
Graphisoft Archicad, Bentley Microstation, Nemetscheck VectorWorks
e outros. Em geral os pisos podem ser mostrados em uma rvore
hierrquica como nas figuras do Archicad e Bentley Microstation
abaixo:
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Exportao do Modelo Estrutural TQS para o BIM O principal padro
de exportao de arquivos para projetos em BIM o formato IFC. Este
formato, desenvolvido pela buldingSMART (International Alliance for
Interoperability, IAI), normalizado pela ISO 16739, que est em fase
de aprovao. O comando no TQS para gravar modelo IFC est na janela
"Ferramentas, Importar ou exportar":
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A lgica do TQS para gravao do arquivo IFC derivada do
visualizador 3D TQS - o contedo do IFC exatamente igual ao
visualizvel em 3D. Isto significa que o projetista que recebe o
arquivo IFC, tem em coordenadas coerentes toda a volumetria do
modelo estrutural em mos. O modelo IFC tem a descrio de todos os
elementos estruturais TQS, tais como vigas, pilares e lajes,
inclinados ou no, furos, escadas, fundaes, estacas, elementos
pr-moldados, acessrios e alvenaria estrutural.
Vigas pr-moldadas, consolos retos e trapezoidais, vigas com
dente gerber, pilares com duto de gua pluvial (Solibri Model
Viewer).
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Vigas pr-moldadas de seo qualquer, lajes pr-moldadas "Pi" e
alveolares (Autodesk Naviswork Review).
Vigas e lajes com furos (Solibri Model Viewer).
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Vigas, lajes e pilares inclinados, escadas e patamares, lajes
nervuradas, capitis, fundaes em sapatas, blocos sobre estacas,
blocos sobre tubules (Solibri Model Viewer).
Alvenaria estrutural (Revit Structure).
Opes de gravao de IFC O formato IFC tem uma especificao
complexa, que exige o uso de modeladores slidos sofisticados para a
interpretao de todo o tipo de contedo 3D. O resultado que a maioria
dos softwares do mercado pode no ler perfeitamente qualquer tipo de
elemento definido em um arquivo IFC. Para contornar este problema,
a TQS criou
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alguns parmetros opcionais de gravao. Estes parmetros se adaptam
a alguns softwares testados na TQS:
A principal opo a definio dos elementos por superfcies de
contorno ou por slidos de extruso. A primeira opo de leitura mais
fcil, mas gera arquivos quatro vezes maiores. A segunda opo gera
arquivos mais compactos, mas s vezes no legveis por qualquer
software. O boto "Sugerir" preenche as opes certificadas para
alguns softwares testados na TQS:
O engenheiro pode gerar o mesmo modelo em vrias verses com
parmetros diferentes, e verificar quais delas os demais projetistas
conseguem ler.
possvel verificar interferncias em 3D no escritrio de projeto
estrutural?
Se o engenheiro estrutural possui o modelo 3D de arquitetura ou
de outras disciplinas, pode adquirir uma licena de um programa de
verificao de interferncias e no prprio escritrio verificar
previamente a se h interferncias. Entre os sistemas com esta
capacidade esto o Solibri e o Autodesk Naviswork, que so capazes de
ler arquivos IFC.
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Limitaes de uso do formato IFC Alguns softwares BIM tratam os
elementos importados por IFC como elementos especiais e no permitem
sua edio. Mesmo assim podem ser usados na visualizao, levantamento
de quantitativos e na verificao de interferncias.
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Exportao em outros formatos O TQS tem trs outros formatos que
podem ser usados na comunicao com outros projetistas ou
contratantes:
DXF 3D: um formato onde os slidos so ocos descritos somente por
suas faces. lido pela maioria dos softwares BIM, assim como pelo
Autocad e Google Sketchup Pro. Serve para visualizao e verificao de
interferncias.
Exportador de projetos: grava arquivos em formato nativo TQS,
junto com um visualizador que funciona sem necessidade de licena. O
engenheiro estrutural escolhe os arquivos a serem gravados.
Formato TQR para importao pelo Revit Structure: comentaremos a
seguir. Lanamento do Modelo Estrutural no Revit Structure O uso do
Revit Structure um caminho alternativo aos mtodos de importao e
exportao mostrados anteriormente. A TQS desenvolveu em cooperao
tcnica com a Autodesk uma interface bidirecional com o Revit
Structure. A lgica bidirecional funciona da seguinte maneira:
O modelo estrutural pode ser lanado ou modificado atravs do
Revit ou do TQS. O modelo s pode ser alterado em um sistema por
vez. Uma vez alterado, deve ser sincronizado no outro aplicativo.
Sincronizao somente de geometria (esto excludos: cargas e
armaduras).
Na sincronizao, do lado TQS os elementos estruturais novos so
marcados com a cor verde, e os modificados com a cor amarela. Um
comando adicional mostra em vermelho quais os elementos podero ser
apagados pela prxima sincronizao. O principal motivo de usar a
interface bidirecional poder modelar a estrutura no Revit Structure
em vez do Modelador TQS. A exportao do modelo TQS para o Revit
feita na mesma janela "Importar ou Exportar", atravs dos botes
"Importar / Sincronizar modelo do Revit" e "Exportar / Sincronizar
modelo para o Revit". Para importar a partir do Revit, necessrio
fazer download de um plugin disponvel no site da TQS.
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Este plugin um programa desenvolvido pela TQS que acoplado ao
Revit com a finalidade de executar a importao e a exportao de
modelos para o TQS. Para obter este plugin necessrio acessar o site
www.tqs.com.br e acionar "Recursos do site", "Downloads". Ser
mostrada a pgina de plugins, com verses especficas para cada verso
do Revit Structure desde 2009, 32 ou 64 bits. Escolha o plugin
especfico da sua verso instalada e faa o download. O arquivo deve
ser descompactado e executado para completar a instalao. O plugin
no depende da instalao dos sistemas CAD/TQS.
Uma vez instalado, uma nova opo aparece nos menus do Revit. No
menu "Add-Ins", acionar "External Tools, TQS Plugin".
Vantagens do lanamento estrutural no Revit Structure No Revit
Structure a modelagem 3D, e a arquitetura usada como referncia para
o lanamento da estrutura no precisa ser extrada em planos 2D. A
qualquer momento possvel manipular elementos atravs das vistas
espaciais.
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Somente est previsto o lanamento geomtrico dos elementos
estruturais. Outras informaes estruturais, carregamentos e
combinaes, critrios e condies de contorno devem ser completadas no
TQS. A lgica de reimportao feita de maneira que elementos
modificados no Revit no percam os atributos definidos no TQS no
retorno. Uma estrutura lanada no Revit tambm pode ser entregue para
ser manipulada e/ou modificada por terceiros.
Dificuldades no lanamento pelo Revit A interface TQS-Revit foi
desenvolvida para a transmisso de elementos estruturais, no
volumes. Existem diferenas nas estruturas de dados entre os dois
sistemas, que podem exigir acertos nos modelos importados. Vamos
mostrar algumas delas.
Definio de andar tipo: do ponto de vista da estrutura, o andar
tipo um objeto nico com repetio, pois a frma de um piso reutilizada
no outro. No Revit, como os objetos podem ter um atributo "data de
construo", so diferentes e duplicados. A importao precisa
compatibilizar os pisos duplicados com a andar tipo da
estrutura.
Continuidade de vigas: uma viga contnua pode ter sees
diferentes. No Revit, cada elemento com seo diferente um elemento
diferente.
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Apoios de lajes: o TQS trata lajes como elementos independentes
apoiados em vigas
ou pilares. No Revit, aceitvel definir um macio que abrange toda
a estrutura:
Diferena na continuidade de pilares: um pilar que nasce na
fundao e sobe at o
ltimo piso um nico elemento estrutural no TQS. No Revit, isto
pode atrapalhar a visualizao dos elementos de um piso.
Lajes nervuradas, treliadas e outras. O TQS pode transmitir uma
laje macia subtrada dos macios de nervuras. Mas o modelo slido
resultante no Revit to complexo, que a importao e visualizao podem
inviabilizar o processamento do modelo. Isto dificulta a verificao
de interferncias de instalaes com nervuras da laje.
Elementos inclinados e escadas: so definidos com vrias restries
no TQS, e
dependem de identificao manual dos elementos de apoio. Precisam
de interao grfica no TQS aps a importao.
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Dificuldades no desenvolvimento de atributos estruturais no
Revit
O TQS gera automaticamente as combinaes de carregamentos
prescritas pela norma brasileira. Durante o processamento da
estrutura, gera outros carregamentos tais como vento:
Este modelo no compatvel com o do Revit, onde as cargas so
definidas diretamente sobre o modelo. O Revit tambm desenvolve um
modelo analtico que no pode ser usado, pois difere do conceito do
TQS:
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No TQS, os modelos analticos so gerados durante o processamento
da estrutura, com base nos critrios previamente definidos pelo
usurio. Uma alterao no critrio permite reprocessar a estrutura com
novo modelo analtico, sem alterao no modelo fsico.
Viabilidade da interface bidirecional TQS-Revit A modelagem da
estrutura com o Revit pode ser justificada em uma fase de estudo de
viabilidade, onde a estrutura pode ser simplificada com o objetivo
de levantamento de quantitativos. Neste caso, a confiabilidade do
modelo estrutural no to importante, e se torna possvel fazer
simulaes rpidas de solues estruturais alternativas no modelo 3D. A
interface bidirecional na fase executiva atualmente no recomendvel.
Exportao de Informaes para a Produo O resultado final do projeto
estrutural a descrio detalhada de frmas, concreto e armao dos
elementos estruturais. Visando o controle dos insumos envolvidos no
processo de produo das estruturas a TQS atualmente desenvolve o
sistema GerPrE, integrando o TQS e o GBar e direcionado s
construtoras e obras.
A TQS desenvolve o sistema GBar h cerca de 20 anos para
controlar os processos envolvidos na produo de posies de ao em uma
central de corte e dobra. O GBar alimenta os equipamentos para
corte e dobra de forma digital, usando diretamente o ao gerado pelo
projeto estrutural. O GBar leva em conta fatores como
disponibilidade de equipamento, capacidade produtiva, minimizao de
perdas, prazos para entregas, etc. Aps a produo do ao pelas
centrais, as obras recebem as etiquetas de posies do ao devidamente
identificadas para montagem dos elementos estruturais.
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O GerPrE, integrado ao TQS e GBar, trar para a construtora e
para a obra informaes do projeto estrutural em tempo real,
permitindo:
Controle tecnolgico do concreto e do ao e controle de qualidade
da execuo; Montagem das formas e armao dos elementos estruturais;
Rastreabilidade do lanamento do concreto; Criao e gerenciamento de
pedidos com especificaes aos fornecedores de
insumos para as estruturas; Gerenciamento do recebimento dos
materiais nas obras; Controle e identificao de corpos de provas do
concreto recebido;
Atravs de dispositivos como tablets, o GerPrE poder fornecer
mobilidade para gerenciar o controle de qualidade da execuo, e o
recebimento de materiais nas obras.
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Fluxo da Informao
Alguns Itens na Lista de Desenvolvimento Naturalmente isto tudo
o incio de um trabalho de longo prazo. Entre os itens que j esto na
lista de desenvolvimento esto:
Importao e exportao direta de furaes. uma modificao comum que
pode ocorrer no projeto executivo;
Tratamento refinado do modelo importado, mantendo por exemplo a
geometria original de curvas e arcos sem discretizao;
Importao e exportao de volumes genricos, incluindo atributos de
concreto, forma e armao;
Tratamento de ferros como objetos no TQS, para diminuir os erros
de interao grfica com desenhos de armao;
Importao de modelo 3D para extrao das plantas e modelagem.
Questes comuns sobre TQS e BIM Muitos engenheiros em contato com a
tecnologia BIM pela primeira vez tm dvidas em responder a perguntas
feitas por contratantes. Muitas destas perguntas so vlidas para uma
das disciplinas de projeto, mas no para o projeto estrutural:
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O lanamento da estrutura sobre um desenho 2D no BIM? O lanamento
estrutural sobre planta baixa perfeitamente adequado para
estruturas com predominncia de planos horizontais e verticais. O
modelo lanado desta maneira tridimensional, definido por objetos
inteligentes com atributos especficos do projeto estrutural. Este
modelo pode ser visualizado em 3D e exportado no ambiente BIM.
Lanar sobre um modelo 3D permite enorme ganhos? Nas estruturas
com planos horizontais e verticais, o lanamento dos elementos
estruturais feito sempre atravs de planos 2D. A quantidade de
informao a ser lanada independe do fato do editor grfico ser um
modelador slido 3D ou no.
Sem tecnologia paramtrica no BIM? A tecnologia de desenho
paramtrico permite a definio de famlias de slidos quaisquer com o
fornecimento de parmetros. No projeto estrutural com TQS, todos os
tipos de objetos (elementos estruturais) permitidos so pr-definidos
por software, assim como seus parmetros. Neste caso, o desenho
paramtrico genrico no aplicvel.
Sem transferncia bidirecional no BIM? Considerando-se que o TQS
modela e analisa a estrutura, pode-se dizer que existe uma
transferncia bidirecional perfeita entre o modelo fsico e analtico.
Mas se considerarmos a possibilidade do modelo estrutural ser
alterado por terceiros em um modelo exportado, neste caso no temos
bidirecionalidade. O projeto estrutural envolve responsabilidade
civil e penal do engenheiro estrutural, e esta responsabilidade no
pode ser compartilhada por terceiros. importante que todas as
alteraes a serem realizadas no projeto estrutural sejam
formalizadas, para que possam ser estudadas, viabilizadas, oradas e
documentadas. A transferncia bidirecional com o Revit Structure
ainda assim vivel em uma etapa de estudo preliminar.
Sem objetos com atributos no BIM? Os modeladores de BIM permitem
a definio de objetos arbitrrios com atributos arbitrrios. Em um
sistema como o TQS, os tipos de objetos (elementos estruturais) so
pr-definidos, assim como seus atributos. O TQS exporta seu modelo
atravs de um banco de dados de objetos tridimensionais com
atributos. O Engenheiro com TQS est preparado para BIM? O BIM como
conceito e filosofia est rapidamente sendo adotado pela cadeia da
construo, e deve se tornar um padro a mdio e longo prazo. O
engenheiro que usa sistemas TQS tem todas as condies de participar
desta cadeia, recebendo e transmitindo informaes de modelagem do
edifcio, e colaborando efetivamente no processo da construo.
