ESTIMATIVAS DE CUSTOS COM BASE EM BIM E...

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

ESTIMATIVAS DE CUSTOS COM BASE EM BIM E ALGORÍTMOS GENERATIVOS PARA DECISÕES DE PROJETO

BRITO, Bruno L. de (1); FERREIRA, Emerson A. M. (2); Costa, Dayana B. (3)

(1) Mestrando, UFBA, (71) 99253-2840, e-mail: [email protected] (2) Prof. Dr., UFBA, e-mail: [email protected], (3) Prof. Dr. UFBA, e-mail: [email protected]

RESUMO

Nas fases iniciais de projeto o estudo de alternativas baseadas no custo estimado de execução caracteriza-se como importante requisito, visto que soluções projetuais, ou até o empreendimento como um todo, podem ser inviabilizados pelo seu custo. Este artigo, objetiva avaliar a utilização de algoritmos generativos através da programação visual para estimativas de custo com base em modelos BIM, visando auxiliar a tomada de decisão na etapa do processo criativo. O estudo de caso, foi realizado com o uso dos software Dynamo e Revit. Inicialmente foi realizada a parametrização da forma e da estrutura da edificação em estudo, assim como o pré-dimensionamento estrutural e a extração automática do quantitativo de materiais. A parametrização da forma conta com parâmetros de entrada, que definem as dimensões gerais do edifício (altura e diâmetro da edificação, sobrecargas e níveis construtivos). O pré-dimensionamento dos elementos estruturais procura satisfazer os estados limites. A parametrização da forma permitiu a simulação de uma série de cenários com soluções projetuais distintas, gerando uma base de dados com quantitativos de materiais e preços unitários de execução de serviços. O pós-processamento dos dados gerou gráficos que evidenciam a variação dos custos de execução. Os gráficos relacionam o tipo de solução e o custo com vistas à tomada de decisões no projeto, garantindo uma solução economicamente viável e tecnicamente exequível. Como resultado verificou-se que a programação por algoritmos aliada à modelagem BIM agiliza o estudo de possibilidades projetuais, corroborando com a eficiência das decisões a serem tomadas em fases iniciais de projeto. Este artigo é resultado parcial de um trabalho de mestrado, fomentado pela CAPES, e está sendo aplicado como prática profissional.

Palavras-chave: Estimativa de Custo, BIM, Algoritmos generativos

ABSTRACT

In the initial phases of the project, the study of alternatives based on the estimated cost of execution characterizes itself as an important requirement, since project solutions, or even the whole project, can be made unfeasible by their cost. This article aims to evaluate the use of visual programming for cost estimates based on BIM models, aiming at helping decision making in the creative process step. The case study was performed with the use of software Dynamo and Revit. Initially, the parameterization of the shape and structure of the building under study was carried out, as well as the structural pre-dimensioning and the automatic extraction of materials quantitative. The parameterization of the shape counts on input parameters, which define the general dimensions of the building (height and diameter, overloads and constructive levels). The pre-dimensioning of the structural elements seeks to satisfy the limit states. The parameterization parametrization of the form allowed the simulation of a series of scenarios with different design solution, generating a database with quantitative materials and unit prices of service execution. The post-processing of the data generated graphs that shows the variation of the execution cost. The graphs relate the type of solution with the cost for decision making in project, ensuring an economically feasible and technically feasible solution. As a result, it was verified that the algorithm programming allied with BIM modeling expedites the study of design possibilities, corroborating with the efficiency of the decisions to be made in the initial phases of design. This article is a partial result of a masters work, promoted by CAPES, and is being applied as a professional practice.

Keywords: Cost Estimating, BIM, Generative Algorithm

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SIBRAGEC - SBTIC 2017 – de 8 a 10 de Novembro – FORTALEZA - CE

1 INTRODUÇÃO

O processo de projeto é constituído por sequências de decisões que acontecem em ciclos, com análises, sínteses e avaliações. Desde o primeiro estudo de viabilidade econômica do empreendimento, o projeto está vinculado ao custo de construção (MORAES; PICCHI; GRANJA, 2016), tornando-se indispensável analisar os aspectos econômicos das decisões arquitetônicas, bem como sua influência no custo do produto final (MASCARÓ, 2010).

Em fases de anteprojeto, no momento da estimativa, o erro na avaliação do custo pode girar entorno de 15% a 20%, introduzindo um risco grande no processo (ÁVILA; LIBRELOTTO; LOPES, 2003), já que é nessa etapa, segundo Kern (2005), que se tem uma maior influência na redução do custo total. Logo, é importante que o projetista se apoie em um método que avalie o impacto das alternativas de projeto, dentre as variáveis que ele pode realmente atuar, no custo do empreendimento (GONÇALVES, 2011).

O CUB (Custo Unitário Básico) e CUG (Custo Unitário Geométrico) são métodos para avaliação de custo em fases iniciais de projeto. Estudos comparativos desenvolvidos por Lima et al. (2016) apresentam uma variação do custo estimado quando comparados ao orçamento final dos edifícios de 31% a 45% (CUB) e 9% a 23% (CUG). As estimativas com esses métodos ainda ficam limitadas às tipologias usadas na geração dos indicadores, e pela soluções técnico-construtivas por elas adotadas, podendo acarretar variações da estimativa de custo maiores do que as apresentadas acima.

Os métodos para avaliação apresentados procuram relacionar dados relativos aos custos diretos, que são aqueles custos que derivam diretamente da execução do serviço (MATTOS, 2016).

A estimativa de custo é alcançada através do somatório dos produtos do levantamento da quantidade de insumos (material, mão-de-obra e encargos sociais) necessários para execução de uma unidade de serviço e o custo unitário desse serviço (LOSSO, 1995).

Segundo Andrade e Ruschel (2011) a utilização de modelos paramétricos, possibilita ao projetista explorar diferentes alternativas e soluções de projeto de modo rápido e seguro através das variações de teste da geometria. O BIM (Building Information Modeling), principal meio de modelagem paramétrica para a AEC (Arquitetura, Engenheira e Construção), tem como principal contribuição para o processo de projeto a incorporação, ainda na etapa conceitual, das avaliações das soluções projetuais (ANDRADE; RUSCHEL, 2011). Diversos autores apresentam o BIM como uma tecnologia que devido ao levantamento automático de quantitativos permite estimar o custo do projeto.

Eastman et al. (2011) afirma que apesar das ferramentas BIM para levantamento de quantitativos terem sido desenvolvidas, o acompanhamento do custo, ao longo do desenvolvimento do projeto ainda se torna uma atividade complicada e trabalhosa, exigindo atualizações manuais das informações para cada modificação e estudo de soluções desenvolvidas na plataforma BIM.

A modelagem através de algoritmos generativos permite ao usuário modelar o processo ao invés de um único objeto com uso de regras associativas e de dependências (TEDESCHI, 2014), o que facilita de forma significativa a exploração de alternativas e soluções de projeto. Essa ferramenta vem auxiliar o projetista a encontrar a melhor conjuntura de parâmetros de modo a obter o resultado que melhor atenda aos requisitos

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de projetos, que geralmente são aspectos econômicos, de impacto ambiental, estéticos, funcionais, construtivos, dentre muitos outros (SILVA, 2017).

A combinação entre modelagem paramétrica e ferramentas de análises de desempenho permitem que o projeto seja avaliado tanto quantitativamente quanto qualitativamente em tempo real durante os ajustes de parâmetros (HARDING; SHEPERD, 2016).

O objetivo desse artigo é avaliar a utilização de algoritmos generativos através da programação visual para estimativas de custo com base em modelos BIM, visando auxiliar as decisões de projeto. Para a geração do modelo foi utilizado O Revit 2017 associado ao Dynamo, além de planilhas de cálculo para gerenciamento dos dados.

2 METODOLOGIA O trabalho está sendo desenvolvido com a adoção do Design Science Research que, segundo Lacerda et al., (2013), tem como ojetivo conceber e validar sistemas (artefatos) que ainda não existem. O Autor afirma que esse metodologia se desenvolve em cinco fases, que são apresentadas na Figura 01, assim como o fluxo de trabalho da pesquisa.

Figura 01: Fases de pesquisa

Fonte: Autores (2017)

Esse artigo apresenta os resultados obtidos no Estudo de Caso 01 – Sugestão de um artefato. Para essa avaliação foi inicialmente escolhido um empreendimento em fase inicial de projeto que, com base em uma concepção arquitetônica, teve sua forma parametrizada através de programação. Ainda com base na concepção foram definidas as soluções de projeto que seriam analisadas, definindo assim os cenários de estudo. Com a parametrização da forma e definição dos cenários, geram-se os modelos de onde são extraídas as informações necessárias permitindo assim uma análise dos dados e a posterior avaliação dos resultados obtidos. A geração dos modelos de estudo começou com a modelagem do processo no Dynamo, que através de link com o Revit (A) gera o modelo BIM da edificação usando as familias e configurações presentes no template. A cada modificação de parâmetros feita no Dynamo o modelo do Revit e o quantitativo são atualizados. Esse quantitativo, coletado pelo Dynamo(B), é em seguida lançado em uma planilha do Excel(C) configurada previamente para o processamento das informações.

3 ESTUDO EXPERIMENTAL

3.1 Características do projeto

O objeto do estudo, um quiosque de planta circular que foi concebido sem vedações laterais, com os pilares da estrutura dispostos perimetralmente, com o piso interno em terra compactada e cobertura em telha cerâmica.

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Desde o começo do processo o custo da edificação foi apresentado como um fator limitante, exigindo assim um estudo cuidadoso sobre cada uma das decisões de projeto e seus impactos no orçamento final, razão pela qual o empreendimento foi utilizado para teste do artefato sugerido.

3.2 Parametrização da forma

Devido a definição prévia da tipologia e da forma da edificação, o esforço durante o desenvolvimento do projeto teve foco na otimização do sistema estrutural (pilares, vigas e terças da cobertura) quanto às suas dimensões, consumo de material e na definição do diâmetro do edifício, aspectos estes relacionados ao custo. Para isso foi desenvolvida no Dynamo a programação generativa dividida em 5 partes (Figura 02). A primeira parte é composta pelos parâmetros de entrada (A), a segunda parte realiza o pré-dimensionamento das peças estruturais (B). A terceira parte realiza a parametrização da forma e atribuição das famílias do Revit ao modelo de linhas (C), a quarta parte é responsável pela atribuição dos códigos EAP (Estrutura Analítica de Projeto) para cada elemento da construção (D) e a quinta e última parte é responsável pela coleta dos quantitativos e exportação para a planilha do Excel (E).

Figura 02: Estrutura do processo de modelagem com Dynamo


Como parâmetros de entrada (A) têm-se o raio da circunferência que descreve a planta baixa da edificação, o número de pilares distribuídos de maneira equidistante, o nível da fundação, o nível do térreo, o nível da cobertura, o ponto mais alto da cobertura (cumeeira) e o carregamento na cobertura (permitindo o pré-dimensionamento de toda a estrutura) (Figura 03). A entrada de dados pode ser por nós tipo slidebars ou de parâmetros específicos, optou-se deixar as entradas como parâmetros específicos para um melhor controle das informações de entrada.

Figura 03: Parâmetros de entrada


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De acordo com as modificações dos parâmetros de entrada (A) as partes B e C implementarão as mudanças na geometria do edifício assim como nas dimensões estruturais dos pilares, vigas e terças, configurando os diferentes cenários.

As dimensões das peças estruturais foram obtidas com base em equações de pré-dimensionamento (Quadro 01) trazidos por Rebello (2007) que utilizam, no caso das vigas, o vão vencido entre apoios e no caso dos pilares a área de influência e a carga na cobertura.

Quadro 01 – Equações de pré-dimensionamento estrutural

Viga Pilar

Concreto Aseção = 10% vão Aseção = (cm2)

Madeira Aseção = 5% vão Aseção = / ²

(cm2)

Fonte: Autores, 2017

A parte D atribuiu um código EAP único com três campos para cada elemento modelado, onde são atribuídos valores para o tipo de serviço (pilar, viga ou cobertura), pelo nível de execução (fundação, térreo ou cobertura) e possível ordem de execução. A ordem de execução foi atribuída de forma aleatória, a partir dos parâmetros de entrada, como um modo de distinção de elementos que possuam os dois primeiros valores de EAP iguais. Esse código tem como principal objetivo organizar as informações no momento de seu processamento no Microsoft Excel, permitindo a distinção de serviço e quantidade por cada elemento construtivo.

Já a parte E, apesar de junto com as partes de determinação da geometria e da EAP, trabalha em cima do modelo pronto, extraindo as informações e organizando-as no Excel.

3.3 Modelos de solução

Com intuito de facilitar a comparação das soluções de projeto, as mesmas foram divididas em três grupos de acordo com a conformação estrutural (Figura 04). O primeiro grupo apresenta a fundação em concreto e a superestrutura e as terças da cobertura em madeira, o segundo grupo apresenta toda a superestrutura além das terças da cobertura em concreto. O terceiro e último grupo apresenta a fundação e superestrutura em concreto com as terças da cobertura em madeira.

Figura 04: Modelos dos cenários estudados


Cada grupo de solução de projeto foi subdividido de acordo com o raio da edificação e a quantidade de pilares utilizados, formando cenários únicos de estudo, conforme é mostrado parcialmente no Quadro 02. No total foram processadas 36 soluções, divididas

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em subgrupos que apresentam raios de 2,5m, 3,0m, 3,5m e 4,0m. Para cada subgrupo foram processados cenários com 8, 9 e 10 pilares.

Quadro 02 – Listagem dos cenários de projeto analisados

Composição Estrutural Raios da edificação

Número de Pilares

Fundação Pilar Viga Terça

Concreto Madeira Madeira Madeira 2,5 / 3,0 / 3,5 / 4,0 8 / 9 / 10

Concreto Concreto Concreto Concreto 2,5 / 3,0 / 3,5 / 4,0 8 / 9 / 10

Concreto Concreto Concreto Madeira 2,5 / 3,0 / 3,5 / 4,0 8 / 9 / 10

Fonte: Autores, 2017 Os quantitativos de material extraídos dos modelos, através do Dynamo, foram cruzados no Excel com composições unitárias de preço do SINAPI (Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil) para determinação da estimativa de custo. No caso da madeira, foi utilizado como referência o preço para fornecimento e montagem por metro cúbico de estrutura de madeira de uma residência executada no estado da Bahia.

4 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Os dados obtidos foram organizados em planilha permitindo a geração de gráficos, melhorando a visualização das informações obtidas. No Figura 05, é possível notar que a solução com superestrutura em madeira apresenta um preço consideravelmente maior do que as outras soluções em grande raios, ao contrário das soluções em concreto e em concreto e madeira que apresentam valores próximos para todos os cenários estudados.

Figura 05: Custo para execução em função do raio da edificação


O Figura 06 mostra que a solução em superestrutura de madeira e superestrutura em concreto apresentam uma variação constante do custo para execução em função do raio, ao contrário da solução mista de concreto e madeira que apresenta um decrescimo nos valores com o aumento do raio.

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5,000.00

10,000.00

15,000.00

20,000.00

25,000.00

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35,000.00

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

Custo Estim

ado (R$)

Raio da Edificação (m)Superestrutura Concreto e Madeira Superestrutura Madeira

Superestrutura Concreto

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Figura 06: Variação do custo para execução em função do raio da edificação


O método proposto possibilitou o estudo de uma série de cenários em um curto espaço de tempo, onde, apesar da pouca variação formal, soluções distintas com combinação de materiais e arranjos estruturais foram realizadas com facilidade. O estudo sobre o projeto consumiu cerca de 4h para criação dos algoritmos, já a geração das 36 alternativas de solução, extração de seus respectivos quantitativos e a análise dos resultados consumiu 4h.

5 CONCLUSÃO

O estudo explicitou a diferença entre os custos de execução, para uma mesma edificação com soluções estruturais distintas. A solução estrutural com fundação em concreto armado, superestrutura e terças da cobertura em concreto armado é a mais viável economicamente para os vãos estudados. Apesar de terem sido alcançados dados consistentes de projeto em relação ao custo, a decisão para qual solução estrutural se adotar deve ser feita através da equalização desse com outros fatores, como a estética, a eficiência energética e a construtibilidade, entre outros.

O uso de algoritmos generativos associado a modelagem de informação da construção se mostrou como ferramenta satisfatória para levantamento de quantitativos visando estimativas de custos em fases iniciais de projeto, visto que a modelagem do processo permitiu o estudo de diversos cenários, fundamentando a seleção de alternativas e contribuindo para o processo de decisão arquitetônica em um curto espaço de tempo.

Verificou-se durante o estudo a limitação para modelagem através de programação, de todos os elementos construtivos. Isto aponta a necessidade de complementação da estimativa de custos, através do método apresentado, com outras técnicas de estimativa em fases iniciais de projeto como o CUB e o CUG, quando a edificação em estudo apresentar uma quantidade maior de elementos construtivos.

A programação apresentada, tem aplicação limitada a edificações com planta circular, visto que sua criação visava identificar as potencialidades da ferramenta para estimativas de custo, não necessitando a abragência de uma vasta tipologia de edificios. Uma programação mais geral esta sendo desenvolvida na continuidade do trabalho, que leva em consideração relações mais complexas, visando a análise de custo para

200.00

300.00

400.00

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700.00

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2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

Taxa de custo (R$/m

)

Raio da Edficiação (m)

Superestrutura concreto e madeira Superestrutura madeira Superestrutura concreto

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edificações com formas e tipologias variadas. Como relações mais complexas podem ser as relações entre o vão estrutural e tipo da cobertura e o carregamento e seções estruturais, entre outras.

O método de trabalho usado mostra grande potencialidade para estudos de custo em fases iniciais de projeto, visto que o baixo nível de desenvolvimento do projeto facilita a programação, assim como o estudo de diversos cenários.

REFERÊNCIAS

ANDRADE, Max L. V. X. de; RUSCHEL, Regina Coeli. Bulding Information Modeling (BIM). In: KOWALTOWSKI, Doris C. C. K. et al. O processo de projeto em arquitetura: da teoria à tecnologia. São Paulo: Oficina de Textos, 2011. Cap. 21. p. 421-442.

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MORAES, Aline Fróes de Souza; PICCHI, Flavio; GRANJA, Ariovaldo. VARIÁVEIS E ÍNDICES GEOMÉTRICOS DE PROJETO ARQUITETÔNICO RELACIONADOS AO CUSTO DE EMPREENDIMENTOS RESIDENCIAIS. In: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 16., 2016, São Paulo. Anais... . São Paulo: Entac, 2016. p. 3722 - 3732.

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ORIGEM DO ARTIGO

O presente artigo é originado de uma pesquisa de mestrado desenvolvida no Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia.

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