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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DIOGO AMORIM CASTRO COMPUTAÇÃO GRÁFICA APLICADA A ENGENHARIA: Estudo de Caso do Laboratório de Engenharia da Computação (UEFS) FEIRA DE SANTANA 2010 DIOGO AMORIM CASTRO COMPUTAÇÃO GRÁFICA APLICADA A ENGENHARIA: Estudo de Caso do Laboratório de Engenharia da Computação (UEFS) Trabalho apresentado à coordenação do curso de graduação em Engenharia Civil da Universidade Estadual de Feira de Santana, como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. MSc. Luis Claudio Alves Borja. FEIRA DE SANTANA 2010 2 FOLHA DE APROVAÇÃO DIOGO AMORIM CASTRO COMPUTAÇÃO GRÁFICA APLICADA A ENGENHARIA: Estudo de Caso do Laboratório de Engenharia da Computação (UEFS) Projeto de pesquisa apresentado à banca Examinadora de qualificação da disciplina TEC 174 – Projeto Final II, do curso de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Feira de Santana, ministrada pela professora Engª Eufrosina Cerqueira e pelo professor Engº Gerinaldo Costa. Feira de Santana, 27 de Julho de 2010 ________________________________________________________ Professor orientador: MSc. Luis Claudio Alves Borja Universidade Estadual de Feira de Santana ________________________________________________________ Professor: MSc. Cristovão César Carneiro Cordeiro Universidade Estadual de Feira de Santana ________________________________________________________ Professor: MSc. Nilo Márcio de Andrade Teixeira Universidade Estadual de Feira de Santana 3 Dedico esse trabalho aos meus pais, irmãos, minha esposa e meu filho. 4 AGRADECIMENTOS Primeiramente a Deus por ter me iluminado durante a elaboração deste trabalho. Aos meus pais Edmundo e Lourdes, e meus irmãos Márcio, Edmundo Filho e Macelly por todo apoio e simplesmente por existirem na minha vida. À minha esposa Kátia pelo amor e companheirismo de toda hora. Ao meu filho Guilherme pela inspiração que proporciona a minha vida. Ao meu orientador Luis Borja por todo aprendizado e suporte que me proporcionou. Aos amigos da Republica “A casa dos 7 Engenheiros”, em especial Felipe. Aos amigos conquistados durante minha passagem pela UEFS. Aos amigos e familiares de Livramento, minha amada terra natal. A toda equipe da GEPRO pela colaboração com o material para o estudo de caso e em especial a Cleberson pelo apoio na modelagem com SketchUp. E por fim a todos contribuíram de alguma forma com este momento. 5 RESUMO CASTRO, D. A. Computação Gráfica Aplicada a Engenharia: Estudo de Caso do Laboratório de Engenharia da Computação (UEFS). Feira de Santana, 2010. Trabalho de Conclusão de Curso. Engenharia Civil, UEFS. O projeto constitui uma das primeiras etapas do processo de produção, e, exerce uma função fundamental na aquisição da qualidade na construção de edifícios, bem como na possibilidade de redução de custos. A especialização de projetistas contribuiu na produtividade, entretanto a segmentação e o seqüenciamento das atividades comprometeram a coerência entre os projetos. Propostas inovadoras que se baseiam no desenvolvimento integrado de projetos, juntamente com o incremento de novas ferramentas computacionais, tornam mais viáveis, não só a redução de interferências, como também estudos mais elaborados de uma determinada disciplina. A modelagem tridimensional permite criar maquetes eletrônicas, muito parecidas com a edificação real. Estas maquetes podem ser exploradas tanto no desenvolvimento e apresentação do projeto, ou ainda como ferramenta de ensino e capacitação profissional dos envolvidos no processo. Esta pesquisa busca mostrar, algumas vantagens da modelagem tridimensional na elaboração de projetos, quando comparado ao modelo tradicional em 2D. Dentre os pontos destacados, estão aqueles em que o uso da modelagem 3D poderia auxiliar o projetista numa melhor visualização do conjunto e de partes específicas, bem como a evitar interferências físicas entre sistemas. Essas falhas normalmente estão ligadas a algumas das características da representação bidimensional (simbolismo, fragmentação, ambiguidade, etc.), que podem induzir projetistas de diferentes disciplinas a soluções incompatíveis, devido a não visualização destas interferências. Palavras-chave: Projeto, Representação Tridimensional, Interferências Físicas. 6 ABSTRACT CASTRO, D. A. Applied Computer Graphics Engineering: A Case Study of the Laboratory of Computer Engineering (UEFS). Feira de Santana, 2010. Completion of course work. Civil Engineering, UEFS. This project is one of the first production’s stages, and exerts a key role in the acquisition of the construction of buildings as well as the possibility of cost reduction. The expertise of designers contributed to productivity, though the segmentation and sequencing of activities undertaken to consistency between projects. Innovative proposals based on the integrated design process, along with the increment of new computational tools, makes more viable, not only the reduction of interference, but further studies in a particular discipline. The three-dimensional modeling allows you to create electronic mockups, very similar to the real building. These mockups can be used both in the development and presentation of the project and a tool of education as a professional training of those involved in the process. This research aims to demonstrate some advantages of three-dimensional modeling in the preparation of projects, compared to the traditional 2D. Among the points highlighted are those where the use of 3D modeling could help the designer to a better observation of the general and specific parts, while avoid physical interference between systems. These failures are usually related to some characteristics of two- dimensional representation (symbolism, fragmentation, ambiguity, etc.), which can lead designers from different disciplines to solutions incompatible in consequence of not viewing these interferences. Keywords: Design, Three-dimensional Representation, Physical Interference. 7 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 11 1.1 JUSTIFICATIVA ................................................................................................... 12 1.2 OBJETIVOS ....................................................................................................... 14 1.2.1 Objetivo Geral ................................................................................................. 14 1.2.2 Objetivos Específicos...................................................................................... 14 1.3 MÉTODO DA PESQUISA ...................................................................................... 14 2 CONSTRUÇÃO CIVIL – PROJETOS E EXECUÇÃO ..................................... 16 2.1 PANORAMA GERAL ............................................................................................16 2.2 O PROJETO NA CONSTRUÇÃO CIVIL .................................................................... 20 2.3 DEFINIÇÕES DE PROJETO NA CONSTRUÇÃO CIVIL ................................................ 22 2.4 SÍNTESE HISTÓRICA DA EVOLUÇÃO DO PROJETO ................................................. 23 2.5 ETAPAS DO PROCESSO DE PROJETO NA CONSTRUÇÃO CIVIL ................................ 24 2.6 COMPATIBILIZAÇÃO DE PROJETOS ...................................................................... 27 2.6.1 Dimensões da Compatibilização de Projetos .................................................. 30 2.7 DESENVOLVIMENTO INTEGRADO DE PROJETOS E A ENGENHARIA SIMULTÂNEA ....... 32 2.7.1 Desenho Assistido por Computador (CAD) .................................................... 34 2.7.2 Sistemas BIM - Building Information Modeling, .............................................. 35 3 APLICAÇÕES DA MODELAGEM GRÁFICA EM 3D NA ICC ......................... 39 3.1.1 A concepção do projeto .................................................................................. 40 3.1.2 A apresentação do projeto .............................................................................. 41 3.1.3 O 3D na compatibilização do projeto .............................................................. 42 3.1.4 O ensino e a capacitação de profissionais envolvidos .................................... 44 3.1 ALGUNS SISTEMAS DE CAD ............................................................................... 45 3.1.1 O AutoCAD ..................................................................................................... 45 8 3.1.2 Google SketchUp ............................................................................................ 47 4 METODOLOGIA DA PESQUISA .................................................................... 50 5 ESTUDO DE CASO ........................................................................................ 51 5.1 LOCALIZAÇÃO ................................................................................................... 51 5.2 EMPREENDIMENTO ............................................................................................ 52 5.2.1 Tipologia e soluções arquitetônicas utilizadas ................................................ 53 5.2.2 Tipologia do sistema estrutural adotado ......................................................... 57 5.2.3 Tecnologia e procedimentos executivos ......................................................... 58 6 APRESENTAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ............. 60 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................ 73 7.1 CONCLUSÃO ..................................................................................................... 73 7.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................................................. 74 REFERÊNCIAS .............................................................................................. 74 9 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Origens de problemas patológicos das construções (MOTTEU & CNUDDE, 1989 apud MELHADO, 1994). ................................................................. 18 Figura 2 - Capacidade de influenciar o custo final de um empreendimento de edifício ao longo de suas fases (CII, 1987 apud MELHADO, 1994). ..................................... 19 Figura 3 - Gráfico que relaciona o tempo de desenvolvimento de um empreendimento e o custo mensal das atividades, com a idéia de um maior "investimento" na fase de projeto (BARROS & MELHADO, 1993 apud MELHADO, 1994). ........................................................................................................................ 21 Figura 4 - Quadro comparativo entre etapas do processo de projeto descritas por autores nacionais (MIKALDO JÚNIOR, 2006). .......................................................... 25 Figura 5 - Modelo do processo de projeto de edificações (RODRÍGUEZ e HEINECK, 2002). ........................................................................................................................ 29 Figura 6 – Comparação entre a Engenharia Simultânea e a Engenharia Seqüencial (Weck apud Arantes e Andery, s/d). .......................................................................... 33 Figura 7 – Modelo integrado do BIM (REVISTA TÉCHNE, 2007, pg.44). ................. 36 Figura 8 – Comparação entre o CAD e o BIM (REVISTA TÉCHNE, 2007, pg.45). ... 37 Figura 9 – Processo de projeto em 2D e 3D (Adaptado de FERREIRA, 2007) ......... 40 Figura 10 – Representações de projeto em 3D (FLORIO, 2007). ............................. 42 Figura 11 – Verificação de incompatibilidade no modelo tridimensional (Adaptado de MIKALDO JÚNIOR, 2006) ......................................................................................... 43 Figura 12 – Interface do AutoCAD versão 2008 (CASTRO, 2010) ............................ 46 Figura 13 – Central de aprendizagem no Google SketchUp. (CASTRO, 2010) ........ 48 Figura 14 – Localização da UEFS na cidade de Feira de Santana (Adaptado ERBASE, 2004) ......................................................................................................... 51 Figura 15 – Localização do Objeto de Estudo no Campus da UEFS (Adaptada de GEPRO, 2010) .......................................................................................................... 52 Figura 16 - Planta baixa pavimento térreo (GEPRO, 2010) ...................................... 53 Figura 17 - Planta baixa pavimento superior (GEPRO, 2010) ................................... 54 Figura 18 - Planta de cobertura (GEPRO, 2010) ....................................................... 54 Figura 19 - Planta de implantação com perfil do terreno (GEPRO, 2010) ................. 55 Figura 20 - Fachada frontal (GEPRO, 2010) ............................................................. 56 Figura 21 - Fachada posterior e corte (GEPRO, 2010) ............................................. 56 10 Figura 22 – Locação das sapatas (GEPRO, 2010) ................................................... 57 Figura 23 – Laje com blocos de EPS pronta para concretagem (O AUTOR, 2010) .. 57 Figura 24 – Vista posterior – Fachada sul (O AUTOR, 2010) ................................... 58 Figura 25 - Perspectiva noroeste da obra (O AUTOR, 2010) .................................. 58 Figura 26 - Vista posterior – Concretagem da laje (O AUTOR, 2010) ...................... 59 Figura 27 – Frente da obra (O AUTOR, 2010) .......................................................... 59 Figura 28 – Planta de cobertura destacando o elemento “rufo” (Adaptado de GEPRO, 2010) .......................................................................................................... 60 Figura 29 – Ilustração 3D destacando o elemento “rufo” (O AUTOR, 2010) ............. 61 Figura 30 – Representação do edifício em 2D (Adaptado de GEPRO, 2010) .......... 61 Figura 31 – Representação do edifício em 3D (O AUTOR, 2010) ............................. 62 Figura 32 – Várias vistas do edifício (O AUTOR, 2010) ............................................ 62 Figura 33 – Indicação do corte no modelo tridimensional ......................................... 63 Figura 34 - Corte obtido através do modelo 3D ........................................................ 63 Figura 35 – Passeio virtual pelo edifício .................................................................... 64 Figura 36 – Análise da insolação na edificação ........................................................ 64 Figura 37 – Interferência entre instalação sanitária e o forro (O AUTOR, 2010)....... 65 Figura 38 - Sanitário para deficiente (Adaptado de GEPRO, 2010) ........................ 65 Figura 39 – Modelagem de interferência entre instalação sanitária e forro. .............. 66 Figura 40 – Planta baixa térreo (detalhe do sanitário de deficientes) (Adaptado de GEPRO, 2010) .......................................................................................................... 66 Figura 41 – Extensão da viga V3 (Adaptado de GEPRO, 2010) ............................... 67 Figura 42 – Interferência entre eletrodutos e a viga V3 (O AUTOR, 2010) ............... 67 Figura 43 – Representação dos quadros de distribuição em 2D (Adaptado de GEPRO, 2010) .......................................................................................................... 68 Figura 44 – Parede que suporta os quadros de distribuição (O AUTOR, 2010) ........ 68 Figura 45 – Representação em 3D da posição dos quadros de distribuição (O AUTOR, 2010) ........................................................................................................... 69 Figura 46 – Diagramação dos quadros de distribuição em 3D (O AUTOR, 2010) .... 69 Figura 47 – Interferência entre eletrocalha e parede (O AUTOR, 2010) ................... 70 Figura 48 – Representação das eletrocalhas (Adaptado de GEPRO, 2010)............. 70 Figura 49 – Interferência entre eletroduto e verga (O AUTOR, 2010) ....................... 71 Figura 50 – Interferência entre eletroduto e verga (Adaptado de GEPRO, 2010) ..... 71 11 1 INTRODUÇÃO A estabilidade econômica brasileira alcançada ao longo dos últimos anos permitiu conquistas tecnológicas nos diversos setores que contribuem para a formação da riqueza nacional. Na indústria da construção civil não foi diferente e o Brasil apresentou potenciais avanços contribuindo para encurtamento nos tempos de execução das obras e impulsionou o crescimento da produção. A partir 1991 com a vigência do Código de Defesa do Consumidor (Lei nº8078 de 11/09/1990), que estabelece responsabilidades nas três etapas do empreendimento (projeto, execução e pós-ocupação) e com a criação do Programa Brasileiro da Qualidade e Produtividade – PBQP, as empresas vêm buscando continuamente a melhoria da qualidade do seu produto, tanto com intuito de satisfazer as exigências do mercado e redução de custos, como também por estratégia de marketing da empresa (MELHADO, 1994). Consoante ao contexto surgiu uma necessidade de realização de uma verificação prévia do produto dos diversos agentes envolvidos no processo de projeto, com o objetivo de se analisar a coerência e a coordenação entre eles, e, de acordo com Rodriguez (2005), com propósito de se evitar paradas e retrabalhos devido a interferências entre os variados projetos no decorrer da execução da obra. Nos últimos anos, surgiram propostas de mudanças fundamentais buscando o desenvolvimento integrado de projetos (ROMANO et al, 2001), e, juntamente com o incremento de novas ferramentas computacionais, fica ainda mais viável não só a redução de interferências ainda nos lances iniciais do projeto, como também estudos mais elaborados de uma determinada disciplina. O uso da computação gráfica vem sendo, cada vez mais utilizada na construção civil, nos escritórios, etc. Ela permite criar modelos ou maquetes eletrônicas próximas a edificação real a ser construída. 12 As maquetes eletrônicas e o uso da realidade virtual também podem ser explorados como ferramenta de ensino ou capacitação profissional, visto que facilitam a visualização de um elemento, portanto ajudando-o na compreensão do funcionamento de objetos, plantas dentre outros mais complexos. 1.1 JUSTIFICATIVA O forte crescimento que o segmento da construção civil tem vivenciado nos últimos anos, fruto provavelmente da melhoria do grau de investimento e a existência de uma forte demanda reprimida, vem alavancando a busca da otimização de processos e procedimentos para a melhoria dos índices de produtividade, qualidade e rentabilidade dos empreendimentos. Muitas vezes, problemas ocorridos na obra nascem ainda na etapa de projeto, devido a uma elaboração com falhas no planejamento e ausência de interação e comunicação entre as diversas especialidades criadoras envolvidas, o que responde por uma enorme parcela das perdas na eficiência produtiva. Romano et al (2001) destaca que, a origem de boa parte dos conflitos entre os projetos das edificações, reside na segmentação e o seqüenciamento das atividades de projeto. Neste contexto, torna-se interessante a criação de mecanismos que possibilitem a melhoria na qualidade do projeto e de seus produtos e processos (ROMANO et al 2001), e que sejam adequados às exigências sucedidas com a recente evolução que o segmento vem alcançando. Torna-se também importante uma boa apresentação do conteúdo com propósito de mostrar da melhor forma o produto aos interessados, reduzindo ao máximo as ambigüidades e aumentando de tal forma a confiança dos clientes e demais integrantes do processo. No que diz respeito ao desempenho produtivo e à qualidade final do produto, deve- se ainda dar a merecida relevância do investimento no aperfeiçoamento da qualidade dos projetos potencializando estes resultados não somente à 13 competitividade, mas também garantindo resultados positivos para todo o ciclo de vida do empreendimento (MELHADO, et al, 2005). Ainda que, a necessidade de coordenar e compatibilizar projetos sejam fruto da separação entre o exercício projetual e a execução da obra, existem outros fatores que a justificam na contemporaneidade, tais como: Especialização cada vez maior das diferentes áreas de projetos; Constituição de equipes de projeto situadas em diferentes localidades; Soluções tecnológicas agregadas nos empreendimentos muito rapidamente. De acordo com Solano (2005), no sub-setor de edificações da indústria da construção civil são raros os casos – principalmente nas pequenas empresas – em que existam procedimentos voltados para o projeto bem elaborado com a devida interação entre os diferentes projetistas envolvidos no processo de criação. Entretanto, segundo Romano (2001), ultimamente várias ações vem sendo implementadas para a integração do binômio projeto/execução por meio do desenvolvimento integrado de projetos. Recentemente, diversos autores entre eles Solano (2005), Mikaldo (2006), Ferreira (2007), etc. abordaram acerca da importância da compatibilização de projetos e os métodos para que se possa realizá-la, dentre eles destaca-se a utilização de softwares de CAD com sobreposições de projetos 2D e a integração dos projetos em modelos em 3D e também o método FMEA - Failure Mode and Effect Analysis ou Análise do Modo e Efeito de Falhas, destacando as vantagens e tendências em se utilizar tais modelos. Muitas das ferramentas utilizadas na compatibilização de projetos trabalham com a representação ou simulação de modelos geométricos em plataformas de desenho assistido por computador (CAD). Dessa forma, acredita-se que a aplicação de programas computacionais de modelagem sobre o objeto de estudo, vai permitir reconhecer contribuições Hryck Realce 14 importantes da aplicação destas ferramentas para a integração de projetos e a compatibilização do binômio projeto/execução. Este trabalho vem, como uma tentativa de mostrar algumas destas aplicações e suas vantagens no desenvolvimento de projetos de engenharia, caso sejam utilizados recursos da modelagem geométrica tridimensional assitida por computador. 1.2 OBJETIVOS 1.2.1 Objetivo Geral Comparar a representação do modelo em “2D” com o modeloem “3D”, verificando parâmetros como facilidade de leitura de projeto, observação do conjunto e das partes. 1.2.2 Objetivos Específicos Analisar a aplicação da modelagem gráfica computacional em projetos de engenharia. Avaliar benefícios na compatibilização entre projetos utilizando as ferramentas de modelagem escolhidas. Identificar problemas durante o processo de compatibilização. 1.3 MÉTODO DA PESQUISA Revisão bibliográfica através de livros, artigos científicos, teses, dissertações, normas técnicas, periódicos (jornais, revistas, etc.), internet; 15 Estudo de projetos já existentes; Modelagem do empreendimento em 2D e depois em 3D; Observação de campo, com registro fotográfico. Análise e discussão dos dados; Resultados. 2 CONSTRUÇÃO CIVIL – PROJETOS E EXECUÇÃO 2.1 PANORAMA GERAL A Indústria da Construção Civil (ICC) confronta-se com um processo de produção complexo, inerente não só à sua natureza e às peculiaridades do empreendimento a ser construído, mas também à sua organização e modo de gestão. As diferentes partes envolvidas neste processo apresentam-se de maneira fragmentada e cada uma com seus próprios interesses, às vezes até conflitantes, no que diz respeito às características e objetivos do empreendimento (FABRICIO, 2002). Uma das particularidades da indústria da construção civil pode ser observada inclusive no layout (arranjo produtivo) e seu fluxo de produção. Ao contrário do arranjo fixo (linha de montagem) de outras indústrias, onde muitas vezes os recursos transformadores são fixos e o produto em transformação é que se locomove (fluxo), na construção civil o produto em transformação está em local fixo e os recursos transformadores é que se locomovem. Diferentemente das demais indústrias, na ICC há uma dificuldade a mais, pois cada novo empreendimento de construção exige uma formulação e projeto próprio, pois neste setor não existem produtos idênticos, uma obra pode ser muito parecida com outra, entretanto nunca será idêntica. Dessa forma, a cada empreendimento realizado, a concepção e projeto devem mobilizar múltiplas técnicas e agentes para realização da sua tarefa (FABRICIO, 2002). O ritmo acelerado nos últimos anos a construção civil contribuiu de maneira ainda mais acentuada na composição do PIB na economia brasileira. Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE, em 2008, esse crescimento ficou em torno de 8% contribuindo para afastar os efeitos da crise financeira mundial da economia brasileira. 17 Entretanto, apesar dos últimos avanços na construção civil praticada no Brasil, esta ainda é rotulada como um setor atrasado se comparada aos demais setores, principalmente pela mão-de-obra desqualificada, pelos altos índices de desperdício e baixa produtividade e nível de industrialização. (FONTENELLE, 2002 apud MIKALDO JR, 2006). Segundo Agopyan (2001), até recentemente, estimava-se uma taxa de desperdício em torno de 25% do custo final do empreendimento, entretanto, na atualidade existe uma maior preocupação quanto à redução de perdas. As exigências dos empreendedores em busca da conclusão o mais rápido possível de suas obras, para 'aproveitar' os bons momentos econômicos ('boom') reduziu consideravelmente o tempo para projetos, “para planejar, pensar, refletir, aferir e optar por melhores alternativas." E esta colocação é legítima na atualidade, visto que frequentemente esse tipo de comportamento, se estabelece entre empreendedores e projetistas, na área de edificações (CAMBIAGHI, 1992 apud MELHADO, 1994). A "pressão psicológica" que o empreendedor exerce, motivada por fatores de instabilidade do mercado e pelas precisões comerciais envolvidas, pode ser maior para o projetista do que verdadeiramente tais fatores demandariam. Esta ação na maioria das vezes prejudica a qualidade do projeto, comprometendo o sucesso pleno do empreendimento (CAMBIAGHI, 1992 apud MELHADO,1994). Esta baixa valorização do real valor da etapa da concepção e detalhamento resulta em projetos entregues à obra repletos de falhas e de lacunas, e isto gera grandes perdas de eficiência nas atividades de execução, bem como ao prejuízo de características do produto que foram previamente idealizadas. Isso é comprovado devido à grande incidência de patologias em edifícios atribuídas a falhas de projeto, os quais podem representar até 46% do total, de acordo com a Figura 1 (MOTTEU & CNUDDE, 1989 apud MELHADO 1994). 18 Figura 1 - Origens de problemas patológicos das construções (MOTTEU & CNUDDE, 1989 apud MELHADO, 1994). De acordo com os autores Melhado (1994), Mikaldo Júnior (2006), a falta de racionalização e coordenação do projeto influencia diretamente na taxa de desperdícios, pois aumenta o número de interferências entre projetos, originando paradas e retrabalhos e, consequentemente, baixa a produtividade e qualidade do produto final. Em concordância com Rodriguez (2005) apud Mikaldo Júnior (2006), a falta de racionalização e coordenação dos projetos implica diretamente nos custos do desperdício, dentre estes fatores destacam-se: i. Superdimensionamento ou subdimensionamento dos sistemas; ii. Paradas e retrabalhos devido a interferências físicas entre os projetos, omissão de informações ou informações incorretas; iii. Paradas e retrabalhos por indisponibilidade dos projetos nas obras; iv. Baixa produtividade devido ao emprego de componentes sem padronização; v. Maior uso de recursos materiais e de mão-de-obra pela falta de construtibilidade, operação e manutenção. 19 O correto seria investir em tempo e recursos para a elevação da qualidade das etapas de projetos e suas peças gráficas. Segundo Souza et al (1995), o projeto de uma edificação é o elemento fundamental na concepção do empreendimento e existe uma grande necessidade de aprimoramento ainda na sua fase de elaboração visando a interação com a parte executiva no intuito de majorar a otimização do processo agregando assim valor ao produto final. Portanto, conforme a Figura 2 é o projeto que possui o maior potencial para redução dos custos de um empreendimento. Figura 2 - Capacidade de influenciar o custo final de um empreendimento de edifício ao longo de suas fases (CII, 1987 apud MELHADO, 1994). Neste contexto, as ações que valorizam a melhoria da qualidade na construção de edifícios implicam em benefícios para o desenvolvimento da economia nacional, já que ocorre uma melhor utilização dos recursos aplicados e consequentemente leva a melhores produtos, a maior produtividade e também permitindo uma maior geração de empregos (MELHADO, 1994). 20 2.2 O PROJETO NA CONSTRUÇÃO CIVIL O projeto na ICC, assim como em outras áreas, constitui uma das primeiras etapas do processo de produção. Deste modo exerce uma função fundamental na aquisição da qualidade na construção de edifícios, já que, nesta etapa, são definidos os conceitos de organização do espaço e a tecnologia que será adotada na fase de execução. De modo geral, ele deve informar o design e as características físicas do produto a ser construído e também deve permitir o ingresso de inovações tecnológicas, e buscar reduzir a ocorrência de patologias futuras além de garantir características de qualidade, racionalidade e construtibilidade do empreendimento. Desse modo, um bom projeto gera reflexos positivos na adequação ao uso, reduz o tempo total de execução da obra e os custos finais do empreendimento (FABRÍCIO, 2002). Nas edificações, os projetos podem ter alta variabilidade, a depender da sua finalidade,do nível de complexidade e em função da quantidade de recursos investidos no ato de construir. Segundo Rufino (1999), dentre os principais aspectos que influenciam a qualidade e produtividade do projeto, quatro itens merecem destaque: i. Integração entre projetos: Conseguida através de coordenação e gerenciamento, diminuindo o improviso e a repetição dos erros; ii. Simplificação de projetos: Reduzindo a variabilidade do processo, através de padronização, repetição e coordenação modular; iii. Comunicação: Criando uma metodologia de transferência de informações, sem margem para dúvidas e ambiguidades; iv. Integração projeto produção: Otimiza o fluxo de produção, a seqüência de tarefas e o layout do canteiro que gera uma melhor circulação de materiais, equipamentos e mão-de-obra. Observa-se então, que para uma mesma tipologia de empreendimento com métodos executivos idênticos, existe uma correlação entre o nível de qualidade dos projetos 21 (seu grau de detalhamento e harmonia entre as partes) com percentual de perdas de materiais e na eficiência produtiva. De acordo com Melhado (1994), qualquer esforço realizado durante o projeto repercute em ganhos sensíveis e justifica os custos reduzidos se comparados aos que advêm das modificações que por ventura apareçam posteriormente, visto que as alterações são muito mais simples de serem efetuadas ainda "no papel". Entretanto muitas vezes o que ocorre na prática corrente é o contrário, o que acarreta em um maior custo ao final do empreendimento, conforme ilustrado na comparação da Figura 3. Figura 3 - Gráfico que relaciona o tempo de desenvolvimento de um empreendimento e o custo mensal das atividades, com a idéia de um maior "investimento" na fase de projeto (BARROS & MELHADO, 1993 apud MELHADO, 1994). Em sua tese de doutoramento, Melhado (1994), sugeriu que: A evolução do setor de construção de edifícios deve introduzir novas situações, para as quais a forma convencional de projetar um edifício não está apta a oferecer respostas adequadas; faz-se necessária uma maior integração entre os especialistas que participam do projeto. A tendência de subdivisão cada vez maior do projeto em partes distintas desenvolvidas por profissionais diferentes, dentro de um nível de especialização crescente, traz como decorrência a necessidade de uma coordenação eficiente do processo - tanto no que diz respeito à informação utilizada (dados de entrada) quanto à decisão (dados de saída). 22 2.3 DEFINIÇÕES DE PROJETO NA CONSTRUÇÃO CIVIL De acordo com a NBR 5674 (1999), “projeto” é definido como uma descrição gráfica e escrita das propriedades de um serviço ou obra de Engenharia ou Arquitetura, onde constam seus atributos técnicos, econômicos, legais e financeiros. No dicionário Aurélio encontram-se as seguintes definições para projeto: “o que se tem a intenção de fazer”, (...) “plano de realizar qualquer coisa”, (...) ou mais especificamente no setor de construção, “estudo, com desenho e descrição, de uma construção a ser realizada”. No guia PMBoK, a definição de projeto é “um empreendimento temporário feito para criar um produto, serviço ou resultado único” (PMI, 2004 apud CARVALHO e MIRANDA, 2007). Segundo Melhado (1994), a maior parte dos conceitos e definições presente na bibliografia relacionada com o tema, para o termo “projeto", estão ligados ao procedimento ou prática de projetar, com enfoque no sentido de “criação”, envolvendo a idealização, análise e implementação de idéias, e também no sentido de resultados segundo as mudanças esperadas pela implementação do projeto. Porém, quando se trata de projeto de edifícios, deve-se ultrapassar a visão do produto ou da sua função sendo o projeto afrontado, também, sob a ótica do processo (que no caso, é a atividade de construir). Ele ainda deve ser encarado como informação, de caráter tecnológico (como no caso de indicações de detalhes construtivos ou locação de equipamentos) ou no sentido puramente gerencial - sendo útil ao planejamento e programação das atividades de execução, ou que a ela dão suporte (como no caso de suprimentos e contratações de serviços), portanto de importância crucial (MELHADO, 1994). Na prática corrente existe uma frequente dissociação entre a atividade de projeto e a de construção propriamente dita. Melhado & Violani (1992) apud Melhado (1994), apontam que no modelo tradicional de construção, “o projeto geralmente é entendido como instrumento, esquecendo-se o seu prazo e o seu custo, fazendo jus a um mínimo de aprofundamento e assumindo um conteúdo quase meramente legal, ao ponto de torná-lo simplesmente indicativo e postergando-se grande parte das decisões para a etapa de obra. 23 2.4 SÍNTESE HISTÓRICA DA EVOLUÇÃO DO PROJETO Conforme relatado por Graziano (2003), os escritórios técnicos especializados em arquitetura, estrutura e instalações começaram a surgir por volta dos anos de 1960 devido à ocorrência de uma forte demanda imobiliária. O surgimento dos escritórios especializados desencadeou a decadência do modelo anterior, onde os projetistas trabalhavam de forma conjunta, onde de tal modo estes conseguiam uma boa integração entre os participantes, pois vivenciavam um contato direto com a obra, visto que as mesmas empresas que projetavam eram as que construíam, logo coordenavam o desenvolvimento de suas atividades. Esta forma de trabalho inicialmente rendeu resultados satisfatórios, pois as equipes de projetos contavam com um acervo intelectual que fora acumulado ao longo dos anos de contato com a prática da construção. Entretanto, nos anos posteriores os construtores ficaram mais distanciados das atividades de projeto e os projetistas perderam o contato com a execução das obras por eles concebidas. Aumentaram-se os prejuízos quanto à solução do projeto bem elaborado, já que os projetistas não mais detinham o conhecimento das necessidades da construtibilidade e das solicitações das demais especialidades abrangidas no processo (GRAZIANO, 2003). Verificou-se a partir dessa transição e da perda do elo entre os participantes o aumento nos índices de desperdício na etapa construtiva, atingindo seu ápice em meados dos anos oitenta do século passado, foi onde se tornou mais evidente a necessidade de compatibilizar os projetos, surgindo os coordenadores e/ou as equipes internas ou externas de projeto, aumentando os custos das construtoras e dos projetistas, visto que o trabalho de compatibilização requer uma dedicação maior de ambas as partes (GRAZIANO, 2003). 24 2.5 ETAPAS DO PROCESSO DE PROJETO NA CONSTRUÇÃO CIVIL O processo tradicional de elaboração de projetos na construção de edifícios é constituído por várias etapas e especialidades de projeto, em que os principais são os de arquitetura, estruturas, sistemas prediais, etc. Na medida em que se elaboram os projetos, são desenvolvidas as soluções em nível crescente de detalhamento, cumprindo as diferentes etapas de projeto. A NBR 13531/1995 destrincha esse processo nas seguintes etapas: i. Levantamento (LV): etapa destinada à coleta de informações de referência (dados físicos, técnicos, legais e jurídicos, e outros) que representem as condições já existentes, que são de interesse na elaboração do projeto; ii. Programa de necessidade (PN): etapa que determina as exigências de caráter prescritivo ou de desempenho (necessidade e expectativas dos usuários), que devem ser satisfeitas pela edificação; iii. Estudo de viabilidade (EV): etapa na qual se elabora a análise e as avaliações para a escolha e recomendação de alternativas para concepção da edificação e de seus elementos,instalações e componentes; iv. Estudo preliminar (EP): etapa em que ocorre a concepção e a representação do conjunto de informações técnicas iniciais e aproximadas precisas para a compreensão da configuração da edificação, podendo existir soluções alternativas; v. Anteprojeto (AP) e/ou Pré-executivo (PR): etapa destinada à concepção e à representação das informações técnicas provisórias de detalhamento da edificação necessárias ao inter-relacionamento das atividades técnicas de projetos e suficientes à elaboração de estimativas aproximadas de custos e de prazos dos serviços inerentes a obra; vi. Projeto legal (PL): etapa da representação das informações técnicas exigidas para analise e aprovação por parte dos órgãos competentes para 25 obtenção das licenças e demais documentos indispensáveis para as atividades de construção; vii. Projeto básico (PB): etapa opcional que se destina à representação técnica ainda não completa ou definitiva, mas consideradas compatíveis com os demais projetos e suficientes à licitação (contratação) dos serviços de obras correspondentes; viii. Projeto para execução (PE): etapa em que ocorre a representação final das informações técnicas completas, definitivas, necessárias e suficientes à licitação e à execução; Mikaldo Júnior (2006) idealizou uma tabela com as divisões das etapas de projeto segundo alguns autores brasileiros. Conforme a Figura 4, na qual se percebe que as definições são similares, porém com algumas diferenças nas etapas iniciais e finais, justamente devido à dimensão do projeto como processo, que considera a concepção e planejamento como etapa inicial e o acompanhamento da execução e uso como etapa final. Figura 4 - Quadro comparativo entre etapas do processo de projeto descritas por autores nacionais (MIKALDO JÚNIOR, 2006). Melhado (1994) engloba os levantamentos, o programa de necessidades e o estudo de viabilidade numa só etapa nomeada de idealização do projeto e a considera 26 como a etapa na qual são realizadas apenas análises sobre o potencial do terreno que servirá de base para elaboração das etapas posteriores. O estudo preliminar, segundo Melhado (1994), é a concepção e representação gráfica preliminar, que deve atender aos parâmetros e exigências da edificação a ser concebida, possibilitando avaliar o partido arquitetônico adotado e a configuração física das edificações, inclusive a implantação no terreno. Ainda na fase de estudo preliminar, são lançadas as soluções básicas para cada projeto. Existe uma maior necessidade de se realizar reuniões de definições. Tal atitude propicia, futuramente, o desenvolvimento coesivo do processo de projeto, aumentando potencialmente a identificação precoce de possíveis falhas e/ou conflitos entre soluções afins dos diferentes participantes (MELHADO, 1994). Os documentos técnicos gerados neste ambiente são alteráveis, visto que são dependentes das necessidades do processo como a geração de idéias, cotações, negociações, aprovações, etc., que geram um considerável volume de resultados parciais de projeto (SANCHEZ, et al, s/d). O anteprojeto é uma prévia do projeto legal, aprofundando-se nas questões pertinentes e trazendo à tona novas proposições, que serão então aprovadas pelo cliente. Somente a partir de então serão preparadas as documentações das informações, tais como desenhos, planilhas de composição de custos, relatórios orçamentários, representações gráficas, maquetes, contratos, simulações, e outros de natureza mais específica se necessário. No que diz respeito às especialidades de cada projeto, observa-se também que há uma hierarquia entre a arquitetura e os demais componentes, pois esta é ponto de partida do processo, seguindo pela parte dos sistemas estruturais e os projetos de instalações de natureza diversa, as quais se desenvolvem com soluções em nível crescente de detalhamento (FABRICIO, et al, 1998). Convencionalmente neste setor é comum que uma etapa de projeto de determinada especialidade só seja iniciada com o fim de uma etapa de outra especialidade. Observa-se, então, que não existe paralelismo no processo. Uma simples ilustração deste fato ocorre na etapa de anteprojeto de estruturas que só pode ser iniciado 27 após passar pelo seu precursor, que, neste caso, é a etapa de anteprojeto de arquitetura (FABRICIO, et al, 1998). Segundo Fabrício et al (1998), muitas vezes, no desenvolvimento dos projetos é pequena a participação da construtora e do usuário. Todavia, em compensação, a influência que o incorporador exerce é bastante significativa. Com relação ao processo de projeto do edifício, alguns dos fatores mencionados acima, colaboram para uma deficiência na qualidade do projeto como um todo, pois esse é desenvolvido sem uma visão sistêmica, na qual deveriam ser consideradas todas as necessidades e exigências dos diversos clientes do processo. A negligência da visão sistêmica e das necessidades dos futuros usuários aumenta a necessidade de compatibilização de projetos. Este contexto abre pressuposto para a idealização de novos métodos para o processo de projeto, tais como os que se baseiam nos fundamentos da engenharia simultânea, que serão descritos com maiores detalhes nos capítulos posteriores. 2.6 COMPATIBILIZAÇÃO DE PROJETOS A expressão compatibilização é utilizada em muitas áreas do conhecimento sempre no sentido de explicar a capacidade de “coisas” coexistirem e concordarem entre si. Na construção civil, a compatibilização de projetos consiste na resolução dos conflitos existentes nos produtos advindo dos diversos projetistas buscando uma melhor integração entre tais projetos. Segundo Picchi apud Mikaldo Júnior (2006), a compatibilização de projetos é a identificação das interferências entre os vários projetos, por meio de uma sobreposição dos mesmos, por meio de reuniões com os diversos colaboradores e a coordenação até que seja encontrada uma solução para a tais interferências. Embora o processo de compatibilização já esteja difundido no setor, acontecem na prática de muitas obras, que as interferências físicas (IF) entre a estrutura e as 28 instalações são resolvidas nos próprios canteiros, com critérios que, por muitas vezes, comprometem a qualidade e o custo do produto. Essas falhas têm origem na ausência ou na ineficiência da compatibilização dos projetos, esta que deve ser uma etapa em que se buscam soluções para eliminar as falhas ocorridas durante a fase de execução, reduzindo paradas e retrabalho e em seguida o custo das edificações. Logo que detectadas, as incompatibilidades devem ser retiradas ou adequadas antes da execução dos projetos. De acordo com Mikaldo Júnior (2006), embora não haja consenso na literatura, sobre o escopo da compatibilização, nota-se que existe a necessidade de verificar interferências físicas e discutir informações que interligam as características de cada projeto. Para obtenção de resultado satisfatório é preciso um exercício constante de compatibilização nas fases seguintes da elaboração dos projetos, realizadas concomitantemente com a disposição entre as soluções inseridas pelos diferentes projetistas, sempre verificando os níveis de precisão advindos do detalhamento das soluções construtivas, das composições e dos dimensionamentos de espaços e componentes. Rodríguez e Heineck (2002) indicam que a compatibilização fica facilitada na medida em que ela é introduzida a partir dos estudos preliminares. Ainda afirmam que a compatibilização deve aparecer logo nas primeiras etapas do projeto, desde os estudos preliminares, anteprojeto, projetos legais e projetoexecutivo, indo de uma integração geral das soluções até as verificações de interferências geométricas das mesmas, conforme ilustrado na Figura 5. 29 Figura 5 - Modelo do processo de projeto de edificações (RODRÍGUEZ e HEINECK, 2002). A falta de compatibilização gera graves problemas durante a execução da obra, e diversas autoridades no assunto recomendam a valorização da compatibilização dos projetos para a melhoria da solução final do empreendimento. 30 2.6.1 Dimensões da Compatibilização de Projetos De maneira simplificada e de acordo com o pensamento de Solano (2005) existem as seguintes dimensões para compatibilizar projetos de edificações em incorporação ou construção imobiliária. a) Dimensão do plano estratégico do projeto O compatibilizador trata do cumprimento da interação do cronograma físico- financeiro com o desenvolvimento dos projetos, focando na satisfação dos clientes do projeto, desde projetistas até o consumidor final. Ainda fornece diretrizes para processo de produção e conformidade do produto final. b) Dimensão da pesquisa de mercado O compatibilizador foca nas ações dos projetos para o cliente final e possibilita que a representação gráfica dos projetos atenda os requisitos de lay-out; dos ambientes de permanência prolongada e transitória, da relação entre lados dos compartimentos da orientação solar, da vista do panorama e da acessibilidade. Também regulamenta as prescrições e o cumprimento do memorial descritivo dos projetos atendendo os requisitos de estética, de durabilidade e de facilidade de manutenção. c) Dimensão da viabilidade técnico-econômica O compatibilizador deve utilizar os indicadores geométricos, de consumo, de custos e de produtividade considerados no estudo de viabilidade econômico- financeira do empreendimento para verificar possíveis desconformidades com este instrumento balizador do sucesso do empreendimento. Vários indicadores são conhecidos para o sub-setor da construção, como por exemplo: índice de compacidade, taxa de formas, taxa de armaduras, taxa de concreto, taxa de esquadrias, taxa de tubos de esgoto, entre outros. d) Dimensão da construtibilidade 31 É a dimensão normalmente praticada pelos compatibilizadores e citada pelos autores aqui indicados. Para atingir os objetivos do método, o compatibilizador deve pelo menos: i. Elaborar listas de verificação das zonas vulneráveis podendo ser utilizado os métodos conhecidos como engenharia simultânea e FMEA – Análise dos Modos e Efeitos de Falhas; ii. Elaborar as regras para compatibilização, devendo conter a ordem e os itens, como por exemplo, verificar a atualidade, padronização, controle das versões e das desconformidades e alterações nos documentos que referenciaram o desenho; iii. Elaborar o plano de compatibilização em sintonia com o cronograma dos projetos, sem esquecer que o número de interação é grande e deve ser calculada pela quantidade tempo disponível; iv. Compatibilizar os desenhos dos projetos dois a dois; v. Manter o controle da compatibilização, podendo ser utilizado os sistemas compartilhados; vi. Divulgar os resultados da compatibilização amplamente entre os intervenientes do projeto. Embora seja a dimensão mais aplicada, geralmente as pequenas empresas não compatibilizam seus projetos, transferindo para a produção da obra esta responsabilidade, evidentemente com todos os efeitos negativos também já destacados. Até as médias e grandes empresas aplicam esta dimensão, porém muitas delas sem um método definido, ficando restrita a sobreposição dos projetos na procura de inconformidades que venham a comprometer o fluxo da construção. e) Dimensão da facilitação de fluxo da produção dos projetistas Esta é a dimensão não é aproveitada por grande parte dos compatibilizadores e consiste em fazer cumprir os prazos previstos no cronograma de projetos e para compatibilização dos mesmos, divulgando o processo de compatibilização por 32 meio compartilhado. Somente liberando os desenhos quando as pendências sejam resolvidas, não cedendo à pressão do engenheiro de produção, pois a obra não deveria ter sido iniciada antes dos projetos terem sido concluídos e liberados. Dentre todas citadas, a dimensão da construtibilidade é mais aplicada na prática das construções. Neste contexto, o conceito dessa dimensão reforça a conformidade da adoção de soluções de projetos que simplifiquem e melhorem o processo executivo, sendo que quanto mais se acentua a construtibilidade mais a execução está próxima do processo ótimo de execução. (MIKALDO JÚNIOR, 2006). 2.7 DESENVOLVIMENTO INTEGRADO DE PROJETOS E A ENGENHARIA SIMULTÂNEA Devido ao processo de evolução na elaboração de projetos, mencionados anteriormente, ainda há uma cultura inserida no mercado, em que a atividade projetual é baseada na segmentação e sequenciamento das atividades. E este fato acarreta numa perda da visão sistêmica no desenvolvimento do produto e de seus possíveis conflitos com as diversas disciplinas. Na atualidade, geralmente cada projetista desenvolve sua atividade isoladamente, trabalhando numa espécie de revezamento, que consiste numa sucessão hierárquica, em que o projeto é a soma das contribuições isoladas dos diversos projetistas e agentes de decisão e, por isso, este esquema de trabalho também é conhecido como modelo de projeto hierárquico. Aos poucos, porém com muita expectativa, vem sendo encorpada uma nova visão que se baseia no desenvolvimento integrado dos projetos, visto que as necessidades de compatibilização são realizadas concomitantemente à realização da tarefa, trazendo consigo um novo conceito, no que diz respeito à elaboração de projetos. Surge então o modelo de projeto colaborativo. A indústria da construção civil passa por um processo de busca por características de industrialização e está implantando conceitos de organização e montagem, 33 visando a redução de prazos e custos. Essa tendência abre caminho para a engenharia simultânea, que começou a ser utilizada no setor a fim de antecipar os conflitos de projetos, assim como desenvolvê-los mais rapidamente. Dentre os resultados obtidos com a utilização deste método estão a otimização do tempo na fase de elaboração de projetos (principal objetivo) e a agilização na parte de execução (SAES FILHO e SILVA, 2006). Fabrício (2002) destaca que o paralelismo de atividades presente no modelo integrado busca otimizar o processo construtivo, através da simplificação de produtos, eliminação de etapas e interfaces de processos, além de reduzir o tempo na concepção de novos produtos, de acordo com a Figura 6 . Figura 6 – Comparação entre a Engenharia Simultânea e a Engenharia Seqüencial (Weck apud Arantes e Andery, s/d). Segundo Fabrício (2002), a denominação “Concurrent Engineering” ou Engenharia Simultânea (ES) foi sugerida e caracterizada originalmente pelo Institute for Defense Analysis (IDA) do governo norte americano. Entretanto muitas de suas características podem ser localizadas na indústria japonesa a partir da década de 34 1970. É comum encontrar na literatura os termos “Engenharia Concorrente” ou “Engenharia Paralela”. Ao contrário do processo de projeto tradicional, na visão da Engenharia Simultânea a integração é considerada como algo indispensável para uma melhoria no resultado final da tarefa imobiliária, e de acordo com IDA - Institute for Defense Analysis (1998) apud Mikaldo Júnior (2006, p.35), entende-se que: Engenharia Simultânea é uma abordagem sistemática para integrar, simultaneamenteprojeto do produto e seus processos relacionados, incluindo manufatura e suporte. Essa abordagem é buscada para mobilizar os desenvolvedores (projetistas), no início, para considerar todos os elementos do ciclo de vida da concepção até a disposição, incluindo controle da qualidade, custos, prazos e necessidades dos clientes. A definição proposta por Fabrício (2002) diz que o desenvolvimento integrado das diversas dimensões do projeto envolve a formulação conjugada da operação imobiliária, do programa de necessidades, da concepção arquitetônica e tecnológica do edifício e do projeto para a produção. E é efetivado por meio da colaboração entre o agente promotor, a construtora e os projetistas, bem como as contribuições dos subempreiteiros e fornecedores de insumos. 2.7.1 Desenho Assistido por Computador (CAD) Ainda que as tecnologias emergentes não estejam sendo utilizadas plenamente, não há como negar que com o advento da computação gráfica, obteve-se uma revolução no instrumental de representação do projeto. Na engenharia e na arquitetura os sistemas de Desenho Assistido por Computador – CAD (Computer Aided Design) proporcionaram uma revolução, substituindo o uso da prancheta, que já não acompanhava os novos processos de projetos e se mostrava de desempenho lento, realizado artesanalmente. Os softwares CAD apareceram nos anos 1980, e entre diferentes tipos, destacaram- se os que demandavam menor quantidade de processamento, os chamados CAD geométricos, que utilizavam como base na representação de informações entidades 35 geométricas (linhas, pontos, arcos, etc.) sendo este que melhor se adaptou ao mercado. Logo esse tipo de CAD, também conhecidos como “prancheta eletrônica”, popularizou-se e tornou-se essencial aos projetistas. O que pode ser facilmente observado, pois, são raros os escritórios que não utilizam essa ferramenta hoje em dia (AYRES FILHO e SCHEER, 2008). De acordo com Ayres Filho e Scheer (2008 p.5), embora tenha se tornado padrão para a indústria da construção, o CAD geométrico sempre foi um obstáculo para a comunicação eficiente entre os diversos agentes e os processos envolvidos na produção. Esse pensamento é considerado como entendimento de que houve uma substituição de uma ferramenta por sua equivalente mais nova, sem que houvesse reformulação no processo de produção. O suporte da tecnologia desses CADs direciona para a “solução do problema da representação digital da geometria, e não necessariamente para a transmissão de informação através do desenho”. O AutoCAD juntamente com outros softwares CADs geométricos, promoveu uma modernização na elaboração dos desenhos, ao substituírem a tinta nanquim do processo artesanal anterior, por arquivos digitais e plotagens, eliminando tarefas repetitivas e complicadas (como a normografia) e facilitando a correção dos desenhos (AYRES FILHO e SCHEER, 2008). Entretanto, de acordo com Ayres Filho e Scheer (2008), o suporte que eles oferecem ao processo de projeto vai pouco além de uma prancheta melhorada, pois o desenho é agora feito na tela do computador, porém a geração da informação é a mesma. 2.7.2 Sistemas BIM - Building Information Modeling, A idéia de desenvolver simultaneamente o projeto ganhou força com o surgimento de uma nova geração de softwares direcionados ao desenvolvimento integrado de projetos, que deve promover uma mudança radical em todo o processo de produção da construção civil. 36 De acordo com Florio (2007), o grau de complexidade de alguns projetos contemporâneos exige novas técnicas no gerenciamento das informações. O emprego das Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC) permite controlar dados digitais dos projetos com geometria mais abstrata, e, de tal forma, programando a sequência de atividades relativas à construção. Com o incremento de uma nova tecnologia, conhecida como BIM - Building Information Modeling, (Modelagem de Informações para a Construção), os novos softwares conseguem organizar, em um só arquivo eletrônico, um banco de dados de toda a obra, tornando-se acessível a todas as equipes de engenharia e arquitetura envolvidas com a construção, conforme ilustrado na Figura 7. Figura 7 – Modelo integrado do BIM (REVISTA TÉCHNE, 2007, pg.44). O BIM, diferentemente dos CADs tradicionais que apenas “digitalizam” o desenho, atribuem informações aos desenhos dando característica própria a cada elemento. 37 Assim, com essa nova ferramenta, uma viga ou outro elemento, por exemplo, elaborada no CAD tradicional é "entendida" pela máquina como um simples desenho geométrico (um conjunto de linhas sem significados), e as características dessa viga são indicadas manualmente com um texto adicional na legenda do projeto (ver Figura 8). Nos softwares BIM, o desenho é mais "inteligente", pois quando se desenha uma viga, o projetista atribui propriedades, ou seja, parâmetros (tipo de material, dimensões, tipo de revestimento, resistência etc.), que automaticamente são salvas em seu banco de dados (TÉCHNE, 2007). A partir do banco de dados constituído com o desenho, são geradas automaticamente as legendas e os textos do desenho. “A riqueza de informações proporcionada pelo uso de objetos paramétricos possibilita a extração automática de diversos tipos de representações de determinado elemento construtivo, sem que haja a necessidade de redesenhá-lo. Como existem parâmetros que determinam a representação em cada situação (planta, corte, elevação e perspectiva, etc.), a visualização passa a ser função de uma escolha do usuário, e não da geração manual de um desenho adicional” (AYRES Fº e SCHEER, 2008, pg.4). Figura 8 – Comparação entre o CAD e o BIM (REVISTA TÉCHNE, 2007, pg.45). 38 A representação é, portanto, automática. Em outras fases da construção, porém, também é possível extrair informações em outros formatos, como tabelas de quantitativos de material para a equipe de orçamento. Nota-se neste instante, que surge uma enorme vantagem em comparação aos softwares anteriores, pois com o BIM, a simulação de novas idéias fica mais rápida e completa. A disseminação do BIM vem se firmando desde o desenvolvimento, há alguns anos, dos softwares CAD paramétricos para a construção. Todavia, por serem indispensáveis para orientação das equipes de execução dos serviços, os projetos em 2D permanecem no BIM, ressaltando uma grande diferença entre os CADs geométricos é que, os documentos nesses arquivos eletrônicos estão permanentemente ligados ao banco de dados da obra, ou seja, qualquer modificação no modelo tridimensional é automaticamente atualizada em todos os arquivos bidimensionais e vice-versa, dispensando revisões mais detalhadas. A vantagem se torna mais visível em projetos complexos, com centenas de plantas e cortes, onde uma modificação no andamento do processo requereria um grande numero de revisões, que no BIM são geradas instantaneamente (TÉCHNE, 2007). 39 3 APLICAÇÕES DA MODELAGEM GRÁFICA EM 3D NA ICC As ferramentas de CAD digitalizaram o processo de desenho, antes realizado na prancheta. A modelagem de sólidos é algo como a próxima etapa na evolução das técnicas de CAD em 2D ou 3D, e a saída física em ambos os casos é a mesma, ou seja desenho impresso (SPECK, et al, 2001). A modelagem permite a redução do ciclo de desenvolvimento dos produtos, desde sua concepção até a sua venda e possibilita a personalização de produtos, elaboração de protótipos ou fabricação em pequenas séries, sem uma penalização exagerada nos custos. Há uma influência em todo o processo de projeto,desde os esboços preliminares até modelo final e marketing dos produtos, cruzando por todas as complexas etapas de design e engenharia. Do ponto de vista técnico, ressalta-se as seguintes contribuições da modelagem (SPECK et al, 2001): i. Redução do ciclo de desenvolvimento dos produtos; ii. Utilização conjunta de várias ferramentas de projeto; iii. Pré-montagem digital; iv. Visualização do produto; v. Modelos rápidos e baratos; vi. Possibilidade de variar o design; vii. Melhora da comunicação com clientes e fornecedores; Segundo Barberato apud Speck, (2001) os atuais modeladores sólidos estão revolucionando o desenvolvimento de novos produtos, visto que, com a elaboração de um modelo eletrônico, podem-se visualizar cores, formas, volume, simular movimento, aplicar testes de impacto, entre outros. 40 3.1.1 A concepção do projeto De acordo com Ferreira (2007), a elaboração de projetos utilizando CAD 3D é mais demorada e complexa, quando comparado com o método bidimensional, entretanto, o maior tempo gasto nesta etapa se transforma em redução de tempo na fase de detalhamento e documentação, principalmente em projetos de maior complexidade. Ainda segundo Ferreira (2007), a sequência de atividades do método em 2D são a interpretação da representação gráfica, análise, codificação em forma gráfica e atividades de (re)interpretação, conferência e correção (Figura 9). Na conferência é preciso reinterpretação da solução gráfica, repetindo o ciclo anterior até a solução final. Este processo de interpretação e codificação do desenho técnico demanda grande carga cognitiva em situações não convencionais o que pode propiciar a ocorrência de erros, mesmo com profissionais experientes, em função da representação sintética e parcial, que gera a necessidade de reinterpretações pessoais. Figura 9 – Processo de projeto em 2D e 3D (Adaptado de FERREIRA, 2007) No modelo tridimensional (Figura 9) a interpretação é seguida por um processo em que o projetista modela, visualiza, corrige o modelo, analisa e volta a modelar até que esteja em condições de fazer a codificação final. Assim a maioria dos erros geométricos é verificada simultaneamente à elaboração do projeto devido à facilidade de visualização (FERREIRA, 2007). 41 De acordo com Florio (2007), durante a atividade projetual deve-se reconhecer o problema, reestruturá-lo e manipular ferramentas para a sua solução, tanto nos aspectos estéticos e funcionais como técnico-construtivos. Sendo que, no ambiente 3D a visualização espacial do que está sendo concebido é melhorada sensivelmente e a reflexão durante a ação torna-se um tipo de experimentação e pode contribuir para que se adquiram novas compreensões e descobertas no processo de projeto. Dessa forma o modelo tridimensional permite uma melhor visualização e maior coerência entre os elementos e, assim, antecipa a resolução dos problemas ainda no modelo virtual. Existe a possibilidade da análise de diversas soluções o que ajuda a definir o escopo do projeto de modo mais refinado. 3.1.2 A apresentação do projeto De acordo com Kymmel apud Souza (2009), os modelos 3D permitem que a compreensão do projeto seja acessível a um publico maior, não restringindo apenas aos que conhecem as simbologias e representações de desenho. Isto facilita o entendimento do cliente e do usuário final ajudando na formulação de soluções mais alinhadas às suas necessidades. Assim na visualização de um elemento torna-se desnecessário o exercício de imaginação constante em que modelo 2D obriga aos usuários. Ainda na apresentação pode-se recorrer a recursos como criação de animações com passeios virtuais e interativos em tempo real, animação de objetos em cenas que percorrem o edifício, projeto de geometria complexas ou ainda renderizações que proporcionam imagens quase idênticas a imagem real. Outra vantagem é criação de seções instantâneas concebidas em qualquer parte do modelo, podendo assim fornecer um maior numero de ilustrações do projeto conforme ilustrado na Figura 10. 42 Figura 10 – Representações de projeto em 3D (FLORIO, 2007). 3.1.3 O 3D na compatibilização do projeto Mikaldo Júnior (2006), Ferreira (2007), discutem sobre as limitações da representação bidimensional em projetos de AEC e as possibilidades de aplicações da modelagem 3D na compatibilização espacial dos projetos das diferentes especialidades. De acordo com estudo realizado por Ferreira (2007), as características da representação 2D, que mais podem gerar problemas na análise do processo de projeto são: a) Ambiguidade: A mesma representação pode ser interpretada de mais de uma forma, mesmo que adicionada de notas, símbolos ou esquemas, em geral em algum ponto do contexto do desenho que pode não ser claramente percebido. b) Simbolismo: O objeto é representado por símbolo cujas dimensões e formas não têm relação com objeto real que representa. c) Omissão: Na tentativa de tornar o desenho mais sintético, são contidas informações consideradas “óbvias” para o especialista que está projetando. Porém, a informação geralmente é desconhecida dos outros participantes, e por não ser representada, acabam não sendo levada em consideração. 43 d) Simplificação: O projetista simplifica uma determinada representação, alterando o volume real do objeto ilustrado. Esse problema é semelhante ao do simbolismo, ao não ser que a simplificação guarde algumas relações de forma e dimensão com o modelo real, porém esta característica não as representa explicitamente. e) Fragmentação: Está relacionada com a separação da informação em várias vistas ortográficas (plantas, elevação, corte) e pode ser agravada com a eventual representação destas vistas em folhas separadas. O esforço cognitivo é aumentado quando é necessário correlacionar informações representadas em duas vistas diferentes, favorecendo o erro. No desenho mecânico as vistas devem ser sempre alinhadas, facilitando a correlação dos detalhes das vistas. Quando o modelo é desenvolvido tridimensionalmente, geralmente são reduzidas as incompatibilidades entre os sistemas. Entretanto, existe a possibilidade da compatibilização de projetos desenvolvidos sequencialmente por especialistas separados e, posteriormente, sobrepostos de maneira tridimensional (Figura 11), conforme realizado por Mikaldo Júnior (2006) em sua dissertação em que se observa que o modelo 3D permite maior detecção de interferências físicas que o modelo tradicional. Figura 11 – Verificação de incompatibilidade no modelo tridimensional (Adaptado de MIKALDO JÚNIOR, 2006) 44 De acordo com Mikaldo Júnior (2006, p.136) “quanto maior esforços dedicados ao desenvolvimento dos projetos integrados, menores serão os esforços necessários” ao processo de compatibilização de projetos. 3.1.4 O ensino e a capacitação de profissionais envolvidos Recentemente, ocorreram muitos avanços na utilização de ferramentas computacionais no ensino e isto certamente foi devido à popularização dos micro- computadores e do fácil acesso à internet em escolas, universidades etc. Existe ainda uma maior oferta de programas gratuitos e de licenças para fins educacionais, disponibilizas por programas pagos - o que facilita o acesso do estudante aos softwares. De acordo com Prado (2008), com o uso de modeladores 3D o aluno passa a compreender o espaço, as formas e seu preenchimento, bem como a sua utilização e dessa forma acaba desenvolvendo não apenas o domínio do desenho de observação, de criação e técnico, mas também, sua interaçãoem relação aos conceitos da disciplina estudada. A ilustração de um projeto em perspectiva, a compreensão do funcionamento de um equipamento ou até o comportamento de um elemento estrutural quando submetido a uma solicitação, por exemplo, são algumas das possibilidades que podem ser exploradas de modo mais próximo ao real quando usados modelo 3D. Do mesmo modo que, no ensino existem várias possibilidades de aplicação destes recursos computacionais na capacitação profissional. Segundo Cattani (2001), existe a viabilidade de aplicar tais métodos para usuários de baixo índice de escolaridade, caso típico de grande parte dos operários da ICC. Ainda de acordo com Cattani (2001, p.213), no Brasil, os trabalhadores da construção civil, assim como outras áreas de produção, geralmente “são carentes de informações técnicas que os qualifiquem profissionalmente, estando receptivos a todas as formas de aprender seus ofícios”. 45 3.1 ALGUNS SISTEMAS DE CAD Embora a utilização dos recursos de computacionais no setor da construção civil tenha um pequeno uso, se comparado com a indústria da manufatura, o emprego de recursos em escritórios de projetos (entre eles editores de texto, planilhas eletrônicas e sistemas CAD) vêm crescendo nos últimos anos. O incremento dessas ferramentas deve-se principalmente ao aumento da capacidade de processamento dos computadores, a redução relativa dos preços e o aparecimento de aplicativos direcionados ou gerais (NASCIMENTO; SANTOS, 2003; ANDRADE, 2004 apud BIZELLO e RUSCHEL, 2007). Os softwares utilizados podem ser comerciais, quando é preciso pagar pela licença de utilização, ou livres, quando a licença é gratuita. Em sua grande maioria, os softwares utilizados na Arquitetura, Engenharia e Construção - AEC são proprietários e em alguns setores, como o de projetos, tem altos valores de aquisição e necessários em várias estações de trabalho. O AutoCAD é a maior referência do tipo software proprietário (BIZELLO e RUSCHEL, 2007). Dentre os softwares que já integrados a tecnologia BIM os principais destaques são o Revit da Autodesk e o Achicad da empresa Graphisoft. O Revit possui versões direcionadas em diferentes áreas, como na área de projetos arquitetônicos (Revit Architecture), ou em projetos estruturais (Revit Structure) ou ainda de instalações mecânicas, elétricas e hidráulicas (Revit MEP - mechanical, electrical, and plumbing), todas versões com interoperabilidade entre si. 3.1.1 O AutoCAD O AutoCAD é um software do tipo CAD (computer aided design ou projeto assistido por computador) criado e comercializado desde 1982 pela Autodesk, Inc.(ver Figura 12). O programa desenvolve tecnologias 2D e 3D, que possibilitam aos usuários ver, 46 simular e analisar o desempenho de suas idéias sob condições realistas mais cedo no processo de projeto (AUTODESK, 2010). Figura 12 – Interface do AutoCAD versão 2008 (CASTRO, 2010) Os estudos de Freitas e Ruschel, 2000; Tse, Wong e Wong, 2005 apud Ruschel (2007) apontam uma utilização de 59% e 93%, respectivamente, do produto AutoCAD, da Autodesk como software convencional de CAD. O programa é utilizado geralmente, na elaboração de peças de desenho técnico em duas dimensões (2D) e também para criação de modelos tridimensionais (3D). Além dos desenhos técnicos, o software vem disponibilizando, em suas versões mais recentes, vários recursos para visualização em diversos formatos. É largamente aproveitado na arquitetura e engenharias e ainda dentre outros ramos da indústria. O AutoCAD é atualmente disponibilizado apenas em versões para o sistema operacional Microsoft Windows, embora já tenham sido comercializadas versões para UNIX e Mac OS. A partir da versão R14 (publicada em 1997) o programa potencializa a expansão de sua funcionalidade, por meio da adição de módulos específicos para desenho arquitetônico, SIG, controle de materiais, etc. Outra característica marcante do AutoCAD é o uso de uma linguagem consolidada de scripts, conhecida como 47 AutoLISP (derivado da linguagem LISP) ou uma variação do Visual Basic. A versão atual é o AutoCAD 2011, que otimiza os recursos existentes e incorpora novas ferramentas. 3.1.2 Google SketchUp Originalmente o programa SketchUp foi desenvolvido pela empresa norte americana At Last Software e comprado em 2006 pela Google. Esta, ao assumir o controle tomou a iniciativa de criar uma versão gratuita e a disponibilizou para download na internet. Esta atitude, juntamente com outros fatores, que logo em seguida serão comentados, possibilitou uma grande aceitação do Google SketchUp, não somente no globalizado mercado de trabalho, mas também em universidades do mundo inteiro (GOOGLE, 2010). O termo “sketch” em inglês significa esboço ou desenho rápido, e essa é uma característica marcante deste aplicativo: ele proporciona uma experiência mais próxima do desenho à mão livre e de modelagem. O programa ainda merece destaque pela rapidez e facilidade nas suas operações, utilizando baixa taxa de processamento, se comparado com os programas tradicionais mais robustos. Segundo Pinto et al (2008), o software sketchup, tem a proposta de ser uma ferramenta de uso natural, para quem conhece o ambiente papel/caneta e se insere de maneira apropriada no uso como ferramenta de desenho no estagio inicial da concepção de produtos. O programa ainda traz outras inovações, como a integração com o Google Earth e acesso a inúmeras bibliotecas de objetos (3D warehouse – armazém 3D) e outros modelos disponíveis gratuitamente no site de apoio. Existe também uma boa quantidade de tutorias de aprendizado passo a passo na internet, comunidades e fóruns e uma central de aprendizagem no próprio programa (Figura 13). 48 Figura 13 – Central de aprendizagem no Google SketchUp. (CASTRO, 2010) O software atualmente está na sétima versão e conta com duas versões. A gratuita, que tem restrições de algumas ferramentas e é liberada apenas para fins não- comerciais. A versão paga (SketchUp Pro 7), além de possuir todos os recursos da gratuita, ainda conta com ferramentas mais especificas como o LayOut 2 e o Style Builder, que possibilitam uma documentação e apresentação com qualidade profissional, elaboração de relatórios em formato de tabela com base na entidades dos seus modelos, e ainda com a criação de estilos personalizados. Permite também um maior intercâmbio de arquivos em diversos formatos 2D e 3D (DXF, DWG, 3DS, PDF, entre outros). Esta versão ainda conta com suporte técnico durante um período de dois anos (GOOGLE, 2010). Na ICC, o programa encontrou um vasto território a ser explorado e se inseriu neste setor certamente devido a sua versatilidade. Tanto pode ser usado ainda na fase de concepção de um projeto, como em estudos mais elaborados. Ainda possui recursos que permitem adicionar detalhes aos seus modelos, sendo utilizado para confecção 49 de maquetes eletrônicas em substituição às tradicionais maquetes de papel, papelão e outros materiais. Pinto et al (2008) constatam em artigo apresentado no 8º Congresso Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento em Design, que o programa valoriza o momento da elaboração, registro e apresentação e rastreio da idéia e do conceito, visto que tal conceito pode ser mostrado tridimensionalmente no ambiente digital sendo flexível no momento da criação. Mostra-se também no ganho de tempo de estudos alternativos e simulações do produto, realizadas no ambiente virtual.
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