A experiência com gêmeos digitais

integração do BIM com o IoT

Abstract

Nas últimas décadas, o avanço da tecnologia vem ressaltando a importância das organizações e principalmente das pessoas que compõem essas organizações, de se adequarem à evolução de softwares, Smartphones e da Internet. No setor da construção Civil o campo da tecnologia da informação traz mudanças que estão evoluindo para as fases posteriores ao projeto, ou seja, o que antes era visto apenas como construção, hoje envolve toda a vida útil do empreendimento, considerando a fase de obras, como também as fases de manutenção e acompanhamento de desempenho dos edifícios. Isso está profundamente relacionado a processos mais modernos e mais intuitivos. Uma vez passada essa barreira, pode se notar novas oportunidades e novos avanços visto que tecnologias inovadoras trazem vantagens competitivas fáceis de serem identificadas pelos benefícios agregados.

Michael Grieves (GRIEVES, 2015) idealizou um conceito em que o projeto físico e o modelo virtual se conectam por meio da alta tecnologia chamado gêmeos digitais. A partir dessa integração é possível criar ferramentas de auxílio para uma gestão mais assertiva, que analisam os dados em conjunto com as propriedades dos objetos, para o uso eficiente de recursos (água, iluminação, energia) e planejamento de manutenção;

O Instituto Mauá de Tecnologia, no campus São Caetano do Sul, possui o projeto do Smart Campus Mauá que conta com o sistema de aquisição de dados via rádio, baseado no protocolo LoRaWAN (Long Range Wide Area Network). Tal protocolo foi escolhido pensando justamente em IoT, onde o baixo consumo energético e transmissões a longas distancias são primordiais para os dispositivos operados a pilhas ou baterias em regiões remotas, de acesso complicado ou simplesmente onde se quer boa autonomia. Os sensores atualmente têm a estimativa de 4 anos de funcionamento.

Utilizando a infraestrutura existente no campus foram desenvolvidos, nos últimos 2 anos, dois Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) e uma iniciação cientifica com o foco na criação do gêmeo digital das edificações do campus utilizando a metodologia BIM com o IoT para visualização do modelo tridimensional (3D) junto de indicadores em dashboard que exiba os dados recebidos pelos sensores, sejam eles de luminosidade, movimento, temperatura, umidade e qualidade do ar e a disponibilização do modelo 3D, junto dos dados, em ambiente web para fácil acessibilidade e manuseio do usuário da aplicação.

Os dois Trabalhos de Conclusão de Curso foram desenvolvidos em formato remoto e a iniciação foi realizada no formato presencial. Os grupos de TCC possuem de três a quatro alunos e a carga horária estimada é, na média, 160 horas por aluno, na iniciação cientifica a carga horária do aluno chegou a 400 horas. O projeto contou com três docente atuando na orientação dos alunos. As competências executar e gerar o produto foi trabalhada com os alunos.

Para desenvolvimento do gêmeo digital, a modelagem 3D foi realizada em AutoDesk Revit e linkado ao AutoDesk Forge que possibilita extração e gestão dos dados, além de se situar em um ambiente Nuvem. A conexão entre Forge e os dados emitidos pelo sensor aconteceu via o servidor (back-end) através da linguagem de programação Node-RED, ferramenta visual de ambiente de código aberto utilizado para conectar hardwares, Application Programming Interface (API) e web services. A transmissão das informações foi realizada por meio do protocolo MQTT (Message Queue Telemetry Transport), caracterizado pela transmissão de informações entre máquinas de forma simples e baixo consumo de dados.

Com a criação do gêmeo digital foi possível gerar um aprimoramento do Smart Campus ao tornar possível visualizar os dados dos sensores juntos de uma visão 3D, possibilitando visitar os ambientes em primeira pessoa além de selecionar objetos para visualizar seus detalhes e propriedades. Houve engajamento por partes dos alunos para viabilizar o processo de integração entre sistemas complementares para a solução final. O modelo 3D foi uma reprodução arquitetônica fiel dos blocos D e E do Instituto Mauá de Tecnologia e ao ser desenvolvido em Autodesk Revit, parte da metodologia BIM, teria a possibilidade de contar com recursos topográficos, que detalham referência de níveis e características do terreno, que não foram inseridos no projeto devido a sua dificuldade.

O Smart Campus, por meio do IoT (Internet das Coisas) e integração de dados, concilia pilares importantes para a gestão da informação e sustentabilidade do uso de energia. O uso da tecnologia da informação e da comunicação (TIC) permite o desenvolvimento da conectividade no campus, integrando comunidade acadêmica e tecnologia por meio de infraestrutura de comunicação: sensores, antenas, dashboards de visualização de dados. O uso sustentável de energia dá-se pela otimização da eficiência energética aplicada na rotina das edificações, assim como estudo e planejamentos dos materiais utilizados na sua construção.

A aplicação de gêmeos digitais, em um contexto tecnológico global, ainda está em maturação quanto às aplicações e ferramentas desenvolvidas. Houve engajamento por partes dos alunos para viabilizar o processo de integração entre sistemas complementares para a solução final.