Enquanto a aplicação do Building Information Modeling (BIM) no setor de construção está se expandindo a cada dia, sua utilização em infraestruturas de transportes ainda tem sido limitada e lenta. A Civil Integrated Management (CIM) tem sido usada principalmente para o setor de operação e gestão, em contrapartida, a Civil information Modeling (CiM) tem se concentrado na modelagem virtual 3D de infraestruturas de transportes na fase de projeto [7].

Neste contexto, a indústria e a academia têm desenvolvido diversos estudos na área de CiM para investigar as suas diferentes aplicações. Diante deste contexto e de modo a complementar as pesquisas, o objetivo deste artigo é fornecer uma revisão abrangente sobre seis usos e aplicações de Modelagem de Informações de Pontes (BrIM), que é o BIM aplicado em estruturas de pontes, destacados em publicações acadêmicas dos últimos 15 anos.

No blog BIM Experts da Zigurat de março de 2020 foram abordadas algumas aplicações de BrIM. Entretanto, aqui neste texto será possível encontrar mais usos e aplicações práticos, tratados na literatura acadêmica.
Accelerated Bridge Construction (ABC)

1. Accelerated Bridge Construction (ABC)

Em ABC, o BIM pode ser usado desde o projeto conceitual até a construção [8]. A aplicação BIM em ABC (Figura 1) pode aumentar a eficiência e a sustentabilidade das construções, reduzindo o desperdício ao longo do ciclo de vida. O uso do BIM pode viabilizar projetos complexos e reduzir solicitações de informações e pedidos de alteração, o que pode proporcionar uma economia de custo entre 5% e 9% durante a construção [8], contribuindo para a redução de retrabalho. Portanto, o BIM pode ser usado para modelar a ponte e os diafragmas associados, realizar análises do projeto, bem como planejar a elevação dos elementos pré-moldados de concreto com os veículos de transporte modulares autopropelidos (SPMTVs), estabelecendo o grau circundante para facilitar o transporte da superestrutura.

Bridge Information Modeling (BrIM).
Figura 1. Aplicação BIM em construção ABC do Departamento de Transportes de Massachusetts em 2011 [12].

2. Análise estrutural

As vantagens de um software BIM usado para planejamento podem ser combinadas com as de outro usado para análise estrutural [5]. Desta forma, podem ser criados diagramas de posições estruturais no modelo BIM ou, dependendo da aplicação, gerar automaticamente desenhos de armaduras com base na análise estrutural, além de exportar diretamente os valores de cálculo do software de elementos finitos (FEM) na forma de armadura 3D ou auxiliar em análises globais, por exemplo. A Figura 2 apresenta algumas possíveis análises e diagramas em pontes trabalhas em softwares BIM.

Bridge Information Modeling (BrIM).

Figura 2. Análises estruturais: (a) detalhamento de armaduras [3]; (b) modelo FEM e medidas de rotações calculadas [9]; (c) aplicações integradas de informações de análises [20]; (d) modelo FEM em ADINA e em SCIA Engineering [15].

3. Inspeção

A modelagem de informações de ponte para o método de inspeção e avaliação (BIEM) fornece uma forma de coletar, armazenar e usar informações de danos com base na localização de uma ponte inspecionada [14]. Neste sentido, os softwares BIM podem ser usados para analisar e apresentar essas informações de modo a ajudar na tomada de decisões, fornecendo recomendações de manutenção e permitindo que o técnico avalie os danos. Dentre os diversos mecanismos que podem ser atrelados ao BIEM, pode-se destacar (Figura 3): veículo aéreo não tripulado (VANT) para monitoramento de estruturas e manutenção; sistemas de aeronaves remotamente pilotadas (RPAS), reduzindo tempo, custo e risco para os operadores; sistema de robôs para detecção automática de rachaduras; veículos marítimos não tripulados (UMV) para mapeamento de destroços; nuvens de pontos escaneadas a laser para inspeção e extração de dados; e sistemas de transporte inteligentes (ITS) para um processo automatizado de captura, armazenamento, análise e gerenciamento de dados.

 

Bridge Information Modeling (BrIM).

Figura 3. Dispositivos que podem ser atrelados ao BIEM: (a) veículo aéreo não tripulado (VANT/UAV) [17]; (b) nuvens de pontos escaneadas a laser [10, 11 e 18]; (c) sistema de robôs para detecção automática de rachaduras [16].

4. Monitoramento da integridade estrutural

O monitoramento da integridade estrutural (SHM) pode ser entendido como o rastreamento dos reflexos de uma estrutura para determinar anomalias, detectar deterioração e identificar danos para a tomada de decisão [1]. Neste sentido, é de suma importância na manutenção e no gerenciamento de uma ponte monitorar a sua integridade estrutural. O SHM pode trabalhar com o uso de sensores com e sem fio para captura de dados, que podem ser integrados ao BIM para a realização de análises (Figura 4). A utilização de sensores pode aprimorar a precisão das operações e atividades de gestão. A quantidade de informações capturadas auxilia na construção de um banco de dados mais confiável, melhorando a qualidade do gerenciamento e manutenção de infraestruturas. Além disso, pode-se desenvolver uma modelagem numérica e de machine learnig para analisar profundamente essas informações de modo a melhorar o manuseio dos dados, por exemplo.

Bridge Information Modeling (BrIM).
Figura 4. Uso de sensores com e sem fio para captura de dados e integração ao BIM para a realização de análises [2, 4 e 6].

5. Virtual Design and Construction (VDC)

O projeto e a construção virtual (VDC) beneficia o setor de projetos e gerenciamento por meio do melhor uso e visualização dos dados, auxiliando em todo o ciclo de vida da infraestrutura, principalmente no planejamento 4D. O VDC pode ajudar a melhorar a qualidade dos estudos de viabilidade, visualização do processo construtivo, comparação dos diferentes cenários do projeto, pesquisa operacional e documentação. Logo, as etapas de planejamento e programação podem ser realizadas de forma mais precisa com o uso dessa metodologia, assim como o gerenciamento dos recursos, sendo mais eficiente com a visualização do andamento da obra (Vídeo 1). Por fim, o VDC também pode ajudar na gestão de ativos com modelos realistas que ajudam os gestores [13].

Vídeo 1. Modelo federado de pontes – VDC e planejamento 4D desenvolvidos no software Autodesk Navisworks Manage 2021.

6. Bridge Management System (BMS)

Em BMS, o BIM pode ser usado para conciliar os avanços tecnológicos de automação e comunicação, admitindo o gerenciamento integrado de toda as fases do ciclo de vida de uma ponte [19] (Figura 5). Deste modo, diversas aplicações BrIM integradas aos BMSs tem produzidos resultados práticos, como: obtenção de estimativa de custos detalhadas usando a integração do recurso de visualização do BrIM com atributos específicos de componentes inteligentes BMSs; identificação e seleção da melhor solução de pontes com base em fatores restritos, como o valor de custo-benefício utilizando inteligência artificial e componentes BrIM e BMSs; extração e recuperação automática de documentos; prevenção de deteriorações de pontes e priorização de decisões de manutenção, detecção de dano por fragmentação por meio de nuvem de pontos e integração de componentes de dano em um BMS.

Bridge Information Modeling (BrIM).

Figure 4. Constituent processes to be included in the analysis model for BMS usage.

Author: José Vinícius Silva Martins, Civil Engineer from Centro Universitário de Brasília (UniCEUB), Alumni of International Master in BIM Management for Infrastructure, Civil Engineering and GIS, specialist in reinforced concrete structures and bridges and currently holds the position of Civil Engineer at Executive Board of the National Department of Transport Infrastructure (DNIT) of Brazil.

Figura 4. Processos constituintes a serem incluídos no modelo de análise para uso de BMS.
Referências
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