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1º Simpósio Brasileiro de Tecnologia da Informação e Comunicação na Construção
10º Simpósio Brasileiro de Gestão e Economia da Construção
8 a 10 de novembro de 2017 - Fortaleza - Ceará - Brasil
4D BIM NA CONSTRUÇÃO CIVIL E SUA RELAÇÃO COM LEAN
CONSTRUCTION: REVISÃO SISTEMÁTICA DA LITERATURA
CORRÊA, Leonardo de Aguiar (1); MARCHIORI, Fernanda Fernandes (2)
(1) Mestrando, PPGEC UFSC, e-mail: leonardo.ac@posgrad.ufsc.br (2) Doutor, Docente do
Departamento de Engenharia Civil da UFSC, e-mail: fernanda.marchiori@ufsc.br
RESUMO
O 4D BIM na construção civil vincula modelos 3D com dados do cronograma da obra. A visualização e
simulação das sequências dos processos construtivos no canteiro de obras podem facilitar a tomada de
decisão durante as etapas de planejamento e construção. A lean construction e o 4D BIM vêm
constantemente sendo aplicados em conjunto. Assim, o objetivo do presente artigo é identificar e analisar,
através da revisão sistemática da literatura, os trabalhos que abordam os temas, visando compreender o
foco empregado na aplicação da modelagem 4D BIM na Indústria da Construção Civil (ICC) e a sua
relação com os conceitos advindos da lean construction. O resultado da pesquisa demonstra que não se
pode identificar um padrão na aplicação do 4D BIM, sendo que “Gerenciamento dos Espaços de
Trabalho” e “Análises de Segurança” foram os usos mais recorrentes e representam 20% da amostra
analisada. Edifícios residenciais multifamiliares correspondem por 28% das aplicações práticas, contudo
foram encontradas aplicações nos diversos setores da construção civil. Ademais, verificou-se que 35%
dos artigos relacionam as aplicações do 4D BIM com conceitos advindos da lean construction. A
principal contribuição deste trabalho foi a análise e exposição dos usos do 4D BIM pela ICC nos últimos
20 anos. Igualmente, foram apontados os caminhos em que as pesquisas no tema estão evoluindo e se
verificou a carência de metodologia que oriente a aplicação da ferramenta nesta Indústria.
Palavras-chave: Building Information Modeling, Construção Enxuta, 4D.
ABSTRACT
4D BIM in construction link 3D models with construction schedule data. Visualization and simulation of
constructive processes sequences in construction site can facilitate decision making during the planning
and construction stages. Lean construction and 4D BIM are constantly being applied together. The
purpose of this article is to identify and analyze, through a systematic review of the literature, researches
that approach the themes, aiming to understand the focus in 4D BIM applications on construction and its
relation with the concepts from lean construction. As result the research demonstrates that it is not
possible to identify a standard in applications of 4D BIM, Management of Workspaces and Safety
Analyzes were the most recurrent uses and represent 20% of the analyzed sample. Multifamily residential
buildings accounted for 28% of practical applications, however applications were found in various
construction sectors. In addition, it was verified that 35% of the articles relates 4D BIM applications with
concepts derived from lean construction. The main contribution of this work was the analysis and
exposition of 4D BIM uses by construction industry in the last 20 years. Likewise, it was pointed out ways
in which the research on the theme is evolving and it was verified lack of a methodology that guides the
application in the industry.
Keywords: Building Information Modeling, Lean Construction, 4D.
1 INTRODUÇÃO
A Indústria da Construção Civil (ICC) vem incorporando a aplicação da modelagem 4D
BIM gradativamente na gestão de seus empreendimentos dentro das últimas duas
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SIBRAGEC - SBTIC 2017 – de 8 a 10 de Novembro – FORTALEZA - CE
décadas. Esta modelagem consiste em combinar modelos geométricos 3D com dados do
cronograma da obra, possibilitando a visualização espacial em detalhes da construção ao
longo de sua execução e de suas atividades de fluxo.
Os resultados obtidos com a implantação da lean construction e sua adaptação às
necessidades produtivas do canteiro de obras dependem das atividades de fluxo
(KOSKELA, 2000 apud DE OLIVEIRA et al., 2011). Sacks et al., (2010, tradução
nossa) ressaltam que um cronograma de obra adequado e a boa gestão da produção são
fundamentais para obtenção do fluxo de produção estável. Segundo tais autores, a
aplicação da lean construction contribui para o desenvolvimento e melhoria dos
sistemas de planejamento e controle na ICC.
O objetivo do presente artigo, portanto, é identificar e analisar, através da revisão
sistemática da literatura, os trabalhos que abordam a aplicação da modelagem 4D BIM
na ICC e qual o foco empregado, visando identificar a sua relação com à lean
construction. Desta forma pretende-se contribuir com o direcionamento das pesquisas
na área, fomentando, assim, a temática proposta para o Sibragec 2017: informação,
comunicação, colaboração e gestão no ambiente construído, apontando os caminhos
tomados internacionalmente e as lacunas de pesquisa no tema.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
O referencial teorico deste trabalho é composto pela conceituação do 4D BIM e da lean
construction, visando contribuir na análise dos resultados obtidos na revisão sistemática
da literatura.
2.1 4D BIM
O 4D BIM na construção civil vincula modelos geométricos 3D com dados do
cronograma da obra. O vínculo visual entre o cronograma e as condições do canteiro de
obras pode facilitar a tomada de decisão durante as etapas de planejamento e construção
(CHAU, ANSON e ZHANG, 2004, tradução nossa). Todo projeto de construcao pode
ser caracterizado como um sistema complexo (BERTELSEN, 2005) e dinamico. A
unica maneira para se gerenciar um sistema complexo ou resolver um problema
complexo e desmembra-lo a elementos gerenciaveis (BALDWIN; CLARK, 2000).
Segundo Akinci, Fisher e Kunz (2002, tradução nossa) os modelos de produção 4D
fornecem uma forma simples e poderosa de representar informações de projeto e
construção. A modelagem 4D e a simulação das sequências de construção proporcionam
oportunidade única para identificar conflitos de recursos no tempo e no espaço e
resolver problemas de construtibilidade por meio da vizualização dos processos de
construção. Isso permite a otimização do processo, acarretando na melhoria da
eficiência e da segurança, pode ajudar a identificar gargalos e otimizar os fluxos
(SACKS et al, 2010, tradução nossa).
2.2 Lean Construction
A lean construction refere-se à aplicação e adaptação dos conceitos e princípios
advindos do Sistema Toyota de Produção à construção civil (SACKS et al, 2010,
tradução nossa). Os resultados da lean construction e sua adaptação às necessidades
produtivas do canteiro de obras onde e aplicado, dependem das atividades de fluxo, que
devem ser tratados com especial importância (KOSKELA, 2000 apud DE OLIVEIRA
et al., 2011).
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Para Koskela e Howell (2002), nas atividades de fluxo, implicitamente, existem
problemas como complexidade, falta de transparencia e controle segmentado. O
entendimento da importancia dos fluxos, auxilia no processo de tomada de decisão
sobre ações de melhorias que impactam sobre o processo produtivo global (BALLARD
et al., 1996; DE OLIVEIRA et al., 2011).
A ICC parece preferir a velocidade na execucao a confiabilidade no fluxo de trabalho
(KIM; PARK, 2006). Segundo tais autores, este e um erro fundamental que a lean
construction visa prevenir: equipes trabalhando fora de sequencia devido a outras
equipes que executaram a tarefa antes ou depois do tempo previsto. Com esse objetivo,
pode-se citar que todo o planejamento de producao deve ser baseado na manutencao do
ritmo de trabalho, ao inves de buscar picos de produtividade que melhoram o
desempenho de uma dada atividade e que nem sempre garantem a otimizacao do projeto
como um todo (CONTE, 2002, traducao nossa).
3 MÉTODO DE PESQUISA
O processo para revisão sistemática de literatura adotado para esta pesquisa foi o SSF –
SystematicSearchFlow (FERENHOF; FERNANDES, 2016), o qual e composto por 4
fases e 8 atividades.
Na Fase 1 (Definição do protocolo de pesquisa), foi definida a estratégia de busca por
meio das palavras-chave “4D” AND “BIM” AND “CONSTRUCTION”. No dia 03 de
março de 2017 foi iniciada a busca, das publicações dos últimos 20 anos, nas bases de
dados ScienceDirect, com 504 resultados, e International Group for Lean Construction
– IGLC, com 71 resultados. Em seguida, os resultados foram inseridos no organizador
bibliográfico EndNote e foi iniciada a padronização e seleção dos artigos através das
leituras dos títulos, resumos e palavras-chave. Após esta filtragem, foi iniciada a
composição do portfólio de artigos, por meio da leitura na íntegra dos mesmos, visando
eliminar aqueles que não possuíam aderência à temática sob investigação. Após a
realização das atividades supracitadas, a composição do portfólio bibliográfico resultou
em 145 artigos.
Na Fase 2 (Análise) foi desenvolvida uma planilha eletrônica contendo os seguintes
campos como títulos para as colunas: autores, ano, título, veículo de publicação, nº de
citações, qualificação das publicações, palavras-chave, países envolvidos, relação com
lean construction, tipo de pesquisa, tipo de aplicação do 4D BIM, tipo de
empreendimento em estudo. Os resultados desta análise estão apresentados no item “4.
Resultados e Discussões” deste artigo.
Deste modo, foi iniciada a Fase 3 (Síntese) por meio da construção da Matriz do
Conhecimento (FARENHOF e FERNANDES, 2014) buscando extrair e organizar os
dados advindos da análise dos artigos. Visando a consolidação dos resultados obtidos a
Fase 4 (Escrever) foi elaborada, resultando neste trabalho de pesquisa. Para a listagem
das publicações selecionadas vide item 6.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Esta seção descreve a análise dos resultados obtidos da revisão de literatura com o
objetivo de estabelecer relações e significância entre os termos da busca, identificando,
de forma sistematica, um conjunto de fatores relevantes a pesquisa e introduzindo a
discussão sobre estes resultados. Na Figura 1 (a) é apresentada a incidência das
publicações à partir de 2000. Destaca-se o ano de 2008 como o primeiro ano com
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número significativo de publicações e o ano de 2014 com a maior incidência de
publicações. A Figura 1 (b) demonstra o comportamento da curva de acumulo das
publicações no tema ao longo dos anos. A presente pesquisa foi realizada em março de
2017 e, nesta data, contava com 6 publicações no tema. Dos 145 artigos pertencentes à
revisão de literatura, 20% tem classificação A1 segundo a plataforma do Qualis
CAPES, 10% A2, 4% B1, 5% B2 e 9% B3.
Figura 1 – (a) Evolução das publicações ao longo dos anos. (b) Número acumulado
de publicações
0 01
02
0 0 0
56
9
1210
15
29
2624
6
0
5
10
15
20
25
30
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
Nºde
Trabalh
osPublica
dos
0
20
40
60
80
100
120
140
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
Nºde
Trabalh
osPublica
dos
Fonte: Os autores.
O Quadro 1 exibe os veículos de publicação com 3 ou mais artigos publicados no tema.
De acordo com Junior et al. (2016) a Lei de dispersão do conhecimento científico de
Bradford, criada em 1934, possibilita estimar o grau de relevancia de periodicos que
atuam em areas do conhecimento específicas. Listando os periodicos em ordem de
produtividade decrescente, tres zonas aparecem, cada uma contendo 1/3 do total de
artigos, a 1ª zona contem um pequeno numero de periodicos com mais publicações, a 2ª
contem um numero maior de periodicos menos publicações, e a 3ª inclui a maioria dos
periodicos com o menor número de publicações (ARAÚJO, 2006).
Quadro 1 – Artigos por veículo de publicação e segundo a Lei de Bradford
Veículo de PublicaçãoNº de
Artigos% ∑(Nº) ∑(%)
Automation in Construction 27 18,6%
International Group for Lean Construction 17 11,7%
Journal of Construction Engineering and Management 10 6,9%
Construction Innovation 5 3,4%
Association of Researchers in Construction Management Conference 4 2,8%
Construction Research Congress 4 2,8%
Encontro Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído 4 2,8%
Journal of Information Technology in Construction 4 2,8%
Engineering, Construction and Architectural Management 3 2,1%
Engineering News-Record 3 2,1%
International Workshop on Computing in Civil Engineering 3 2,1%
Journal of Civil Engineering and Management 3 2,1%
Journal of Computing in Civil Engineering 3 2,1%
(3ª)
Área de
dispersão
45
veículos de
publicação
Demais veículos de publicação
2
ou
1
1,4%
ou
0,7%
55 38%
145 100%
44 30%
46 32%
TOTAL
Zona
(2ª)
Área de
dispersão
11
veículos de
publicação
(1ª)
Núcleo
2
veículos de
publicação
Fonte: Os autores.
a)
b)
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No Quadro 2 são apresentados os 5 artigos mais citados do portfólio bibliográfico.
Dentro dos 145 artigos analisados, o autor Rafael Sacks publicou 6, somando 541
citações. 5 publicações são do autor Jianping Zhang e somam 418 citações, 2
publicações são do autor Martin Fisher somando 377 citações e 5 publicações são do
autor Lauri Koskela somando 301 citações. O número de citações foi verificado na
plataforma Google Scholar.
Quadro 2 – Lista dos 5 artigos mais citados na revisão de literatura
Citações Qualis
CAPES Artigo
254 A2
Rafael Sacks, Lauri Koskela, Bhargav A. Dave, Robert Owen. Interaction of lean
and building information modeling in construction. Journal of Construction
Engineering and Management, v. 136, n. 9, p. 968-980. 2010.
194 A2
Burcu Akinci, Martin Fischer, John Kunz. Automated generation of work spaces
required by construction activities. Journal of Construction Engineering and
Management, v. 218, n. 4, p. 306-15. 2002.
183 B3
Khanzode A., Martin Fischer, Reed D. Benefits and lessons learned of
implementing building virtual design and construction (VDC) technologies for
coordination of mechanical, electrical, and plumbing (MEP) systems on a large
healthcare project. Journal of Information Technology in Construction, v. 13, n.
22, p. 324-342. 2008.
149 A2
K. W. Chau, M. Anson, J. P. Zhang. Four-dimensional visualization of
construction scheduling and site utilization. Journal of Construction Engineering
and Management, v. 130, n. 4, p. 598-606. 2004.
148 A1
Rafael Sacks, Milan Radosavljevic, Ronen Barak. Requirements for building
information modeling based lean production management systems for
construction. Automation in Construction, v. 19, n. 5, p. 641-655. 2010.
Fonte: Os autores.
Observa-se, na Tabela 1, a frequência de publicações por autor, incluindo co-autores.
Em determinada area de conhecimento a Lei de Lotka (1926) ou Lei do Inverso do
Quadrado (1/n2) sugere que um menor número de pesquisadores tem maior produção
acadêmica, enquanto um maior número de pesquisadores tem menor produção
(JUNIOR et al., 2016). Araújo (2006) destaca que diversos aperfeiçoamentos foram
feitos à Lei de Lotka (1926), entre eles Price (1976), com estudos desenvolvidos entre
1965 e 1971, concluiu que 1/3 da literatura e produzida por menos de 1/10 dos autores e
60% dos autores produzem um unico documento. Analisando os dados da Tabela 1, a
produção média é de 1,3 artigos por autor e 80,5% dos autores contribuíram apenas com
1 artigo (representado 60,3% dos artigos publicados), enquanto 15,3% dos autores
contribuíram com 33,3% dos artigos e 12 autores contribuíram com 4 a 6 artigos cada.
Tabela 1 – Frequência observada de publicações por autor, incluindo co-autores
Nº de publicações
por autor
Nº de
autores
Total de
artigos % de autores % de artigos
x y x.y ∑(x.y) %y ∑(%y) %x ∑(%x)
1 248 248 248 80,5% 80,5% 60,3% 60,3%
2 37 74 322 12,0% 92,5% 18,0% 78,3%
3 11 33 355 3,6% 96,1% 8,0% 86,4%
4 6 24 379 1,9% 98,1% 5,8% 92,2%
5 4 20 399 1,3% 99,4% 4,9% 97,1%
6 2 12 411 0,6% 100,0% 2,9% 100,0%
TOTAL 308 411
100,0%
100,0%
Fonte: adaptado de Alvarado (2006).
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1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
3
3
3
3
5
5
5
5
7
7
9
13
14
21
21
36
ArábiaSaudita
Colômbia
Dinamarca
Egito
EmiradosÁrabes
Holanda
Itália
Lituânia
NovaZelândia
Noruega
Singapura
Tailândia
Portugal
Suécia
Suíça
Chile
Finlândia
India
Luxemburgo
Canadá
França
Israel
Taiwan
Austrália
Japão
Alemanha
China
CoréiadoSul
Brasil
ReinoUnido
EstadosUnidos
NºdeTrabalhosPublicadosa)5
5
5
5
5
5
5
6
6
6
6
6
7
7
8
8
9
10
10
10
10
11
15
16
28
121
3D
4DPlanning
ConstructionProject
ConstructionScheduling
Design
VirtualReality
VisualManagement
Construction
IndustryFoundationClass(IFC)
ProductionPlanningandControl
ProjectManagement
ConstructionSafety
4DModeling
Planning
ConstructionPlanning
Scheduling
LastPlannerSystem
4DBIM
4DCAD
4DSimulation
Simulation
Workspace
ConstructionManagement
4D
LeanConstruction
BuildingInformationModeling
NºdevezesemqueaPalavra-Chavefoiutilizadab)
Dentre os autores que mais publicaram, destacam-se: Hyounseok Moon e Marlon
Camara Garrido, com 6 publicações cada, Heng Li, Jianping Zhang, Lauri Koskela e
Leen-Seok Kang com 5 publicações cada.
A classificação dos tipos de empreendimentos nos quais a modelagem 4D BIM foi
aplicada está na Figura 2 (a) e a Figura 2 (b) apresenta o número de trabalhos
publicados por tipo de pesquisa, na qual o “Estudo de Caso” e o tipo de pesquisa mais
abordada na aplicação da ferramenta. Observando a Figura 2 (a), constata-se que a
modelagem 4D BIM vem sendo aplicada em diversos tipos de empreendimentos, sendo
mais empregada nas obras residenciais multifamiliares (28% dos casos).
Figura 2 – a) Tipo de empreendimento aplicado o 4D BIM. b) Nº trabalhos
publicados por tipo de pesquisa
ResidencialMultifam iliar
28%
Comercial
22%
Governamental
15%
Infraestrutura
15% Residencial
Unifam iliar
10%
Industrial
6%
Hospital
5%
Outros
21%
a) 1
2
7
7
9
19
23
74
Descritiva
DesignScienceResearch
Revisãodeliteratura
Simulação
Survey
Exploratória
Pesquisa-ação
EstudodeCaso
b)
Fonte: Os autores.
A Figura 3 (a) apresenta os países envolvidos nas pesquisas compreendidas dentro do
portfólio bibliográfico, sendo os Estados Unidos o país com maior número de
publicações (36), seguido do Reino Unido (21) e do Brasil (21), da Coréia do Sul (14) e
da China (13). O gráfico apresentado pela Figura 3 (b) contempla apenas palavras-chave
que foram utilizadas 10 vezes ou mais. “Building Information Modeling” e a palavra-
chave mais recorrente, seguida por “Lean Construction” e “4D”. A revisao de literatura
também demonstrou que 35% dos artigos publicados estão relacionados à lean
construction.
Figura 3 – a) Nº de publicações por país. b) Nº de vezes em que a Palavra-Chave
foi utilizada. c) Tipos de aplicação para modelagem 4D BIM
a)
b)
c)
Fonte: Os autores.
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Os tipos de aplicação para a modelagem 4D BIM na construção civil estão apresentados
na Figura 3 (c). Nota-se que o seu uso nos artigos estudados é variável, sendo
“Gerenciamento dos Espacos de Trabalho” e “Analises de Seguranca” os mais
recorrentes.
5 CONCLUSÕES
O número de trabalhos que aplicam a modelagem 4D BIM na ICC vem crescendo,
especialmente nos últimos 10 anos. A partir do estudo bibliométrico do portfólio
bibliográfico observa-se que o 1/3 dos artigos estão concentrados em 2 veículos de
publicação (Automation in Construction e International Group for Lean Construction) e
2/3 dos artigos estão dispersos em 56 veículos de publicação, corroborando com a Lei
de Bradford de 1926. Além disso, 80% dos autores contribuíram com um artigo e 1,5/10
produziram 1/3 dos artigos, contra os 60% e 1/10 prognosticados por Price (1976).
Pode-se evidenciar, ainda, que uso do 4D BIM está sendo realizado em diversos tipos
de obras: edifícios verticais residenciais e comerciais, obras governamentais, como
universidades e centros de pesquisa, hospitais, obras de infraestrutura, como pontes,
estradas e estações de trem e obras industriais, como galpões.
Na análise do conteúdo dos artigos, não se pode identificar um padrão na aplicação da
ferramenta. Um dos fatores que pode favorecer a esta customização do uso é o fato de
cada projeto ser único e apresentar diferentes desafios e oportunidades com a
modelagem 4D BIM. Contudo, algumas aplicações são mais recorrentes, como: no uso
para o gerenciamento dos espaços de trabalho e das atividades de fluxo; nas análises de
segurança e detecção de colisões entre equipamentos; na melhoria do planejamento da
obra através da visualização do cronograma e no monitoramento do progresso da obra,
visando automatizar o processo de atualização do cronograma. Ademais, verificou-se
que 35% dos artigos relacionam as aplicações do 4D BIM com conceitos advindos da
lean construction. Gestão visual, Last Planner System®, gerenciamento dos fluxos
físicos do canteiro e melhoria no fluxo de informações são benefícios e ferramentas que
estabelecem conexões entre os dois conceitos. A principal contribuição deste trabalho
foi a análise e exposição dos usos do 4D BIM pela ICC nos últimos 20 anos.
Igualmente, foram apontados os caminhos em que as pesquisas no tema estão evoluindo
e verificou-se a ausência de uma metodologia que oriente a aplicação da ferramenta em
projetos da construção civil.
6 LISTAGEM COMPLETA DAS PUBLICAÇÕES SELECIONADAS
A listagem completa das publicações selecionadas encontra-se em:
<https://www.dropbox.com/s/l88gxfrtv7dk0aa/4D%20BIM%20LEAN%20.%20Refer%C3%AAncias.pdf
?dl=0>
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ORIGEM DO ARTIGO
O presente artigo é originado de uma pesquisa de mestrado em desenvolvimento no
programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa
Catarina. Agradecimentos ao CNPq e à CAPES, pelo apoio recebido.
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