BIM em Ferrovias - Benefícios e Desafios

Que a metodologia BIM traz benefícios para os envolvidos em qualquer tipo de projeto de engenharia, já é quase senso comum, mas como isso se aplica aos projetos ferroviários? Para responder à pergunta anterior, necessitamos esclarecer o que é um projeto ferroviário e quais são as disciplinas envolvidas. Também é necessário deixar claro que existem diversos tipos de ferrovias.

O presente artigo tratará de ferrovias de transporte de carga, geralmente com grande extensão e implantadas em áreas rurais, evitando ou contornando aglomerações urbanas. Essa delimitação é importante, porque podemos ter ferrovias para transporte de passageiros em áreas urbanas, metrôs, entre outras modalidades, que apresentarão várias especificidades, além das considerações listadas aqui. 

 As pessoas têm buscado implantar BIM nos projetos para alcançar alguns benefícios, porque implantar BIM em uma empresa implica em custos e horas dedicadas que poderiam ser gastas em outras iniciativas. Quais são os benefícios usualmente esperados da implantação de BIM em projetos de ferrovias? 

A resposta desta pergunta está usualmente relacionada a redução de custos, redução de erros, redução de conflitos, aumento da lucratividade, melhoria da comunicação e coordenação, além da diminuição do retrabalho ao longo do ciclo de vida do empreendimento. Para que os benefícios indicados acima possam ser alcançados a Pennsylvania State University identificou inicialmente 25 casos de uso para o BIM, conforme destacado na “Coletânea Implementação do BIM para Construtoras e Incorporadoras” da CBIC (Câmara Brasileira da Indústria da Construção), dentre os quais podemos destacar como sendo mais comuns em projetos de ferrovias os seguintes:

• Levantamento de quantidades, Estimativas de Custos e Orçamentos;
• Coordenação especial;
• Modelagem das condições existentes

Como esses casos de uso do BIM e benefícios esperados se relacionam com projetos ferroviários, além de algumas dificuldades atualmente enfrentadas na implementação, é o que será discutido na sequência.

Disciplinas de projeto de ferrovias

Projetos de ferrovias são por natureza projetos multidisciplinares e envolvem uma grande variedade de profissionais, especializados em diferentes disciplinas. No quadro seguinte temos uma lista das possíveis disciplinas envolvidas em projetos ferroviários. 

Um projeto específico pode não conter todas as disciplinas listadas acima, mas provavelmente envolverá boa parte destas e uma gama muito variada de profissionais. Por isso, quando falamos de modelos/informações BIM para ferrovias, necessitamos atualmente falar de maneira obrigatória em Modelos Federados, pois diversas pessoas estão criando modelos para as diferentes disciplinas apresentadas e também diversos softwares/tecnologias são utilizados em cada disciplina. 

No contexto de projeto de ferrovias, é improvável que os mesmos profissionais atuem no desenvolvimento do projeto de disciplinas tão diferentes quanto geometria e OAE (pontes e viadutos), também é improvável que o mesmo software utilizado para a elaboração do projeto geométrico seja utilizado para o detalhamento estrutural de OAE. 

Analisando algumas disciplinas mais comumente presentes nos projetos de ferrovias, podemos ter uma ideia de como funcionaria um modelo federado nesses projetos. A figura seguinte apresenta as principais disciplinas envolvidas, conforme apresentado pela VALEC em 2019, mas não engloba todas as envolvidas. 

Principais disciplinas de projeto de ferrovías. Fonte: VALEC, 2019.

• Topografia – o resultado dos levantamentos topográficos de campo, sejam estes realizados de maneira convencional ou através de aerofotogrametria, ou ainda com drones ou scanners a laser, precisa ser compartilhado de maneira íntegra e fidedigna com as demais disciplinas. Praticamente todas as demais disciplinas são dependentes dos Estudos Topográficos, devendo o resultado destes ser compartilhado em formatos que possam ser utilizados adequadamente nos softwares das demais disciplinas. Como exemplo podemos citar o compartilhamento de nuvens de pontos, cadastro planialtimétrico de pontos com elevação e superfícies topográficas

• Ensaios de campo – os projetos de ferrovias geralmente envolvem uma grande quantidade de sondagens e ensaios. Usualmente os resultados desses estudos são entregues em arquivos PDF, com sorte podem ser entregues em planilhas de Excel, mas atualmente existem alternativas melhores, como bancos de dados georreferenciados, que podem se valer do formato AGS ou podem usar formatos específicos. Uma das principais vantagens de se trabalhar com resultados de sondagens e ensaios em formatos de bancos de dados é a possibilidade de migração dos dados entre os softwares utilizados sem risco de erros relacionados às operações manuais.

• Geotecnia – como a rampa de greide máxima para ferrovias é muito pequena, geralmente inferior a 1,0%, há usualmente ocorrência de grandes cortes e aterros ao longo do traçado. A partir dos Estudos Geológicos e Geotécnicos é necessária a classificação dos materiais em termos de resistência e escavabilidade (1ª, 2ª e 3ª Categorias), além da realização de análises de estabilidade das seções do projeto. As superfícies representando as camadas de cada tipo de material devem ser criadas e compartilhadas com a equipe de projeto geométrico e de terraplenagem, além das demais disciplinas, para que estas possam fazer ajustes nas seções adotadas e nos cálculos de volumes de materiais a serem escavados e aterrados. Usualmente estas superfícies representando as camadas são compartilhadas como TIN (redes/malhas de triângulos irregulares em inglês).
• Geometria – quando estou ministrando aulas de projeto geométrico de ferrovias e rodovias, sempre digo para os alunos que eles têm sorte porque o projeto geométrico é feito da mesma forma há uns cem anos. O eixo é definido, depois o perfil, as seções-tipo, na sequência são aplicadas as seções ao longo do corredor. Os softwares atuais tornaram essas etapas muito mais rápidas, além de aumentar a precisão. A entrega do projeto geométrico no formato original (DWG no caso do Civil 3D, por exemplo) ou em um formato onde não ocorra perda de dados, como XML, permite a automatização de verificações de raios de curvas, rampas máximas, superelevação, entre outros itens, que são importantes. Além dos eixos, perfis e seções, se faz necessário ainda o compartilhamento dos corredores e superfícies que representam as camadas de terraplenagem e outros elementos da seção, uma vez que a coordenação espacial e o levantamento de quantidades ocorrem a partir destes elementos.

• Terraplenagem – usualmente o cálculo das áreas das seções, consequentemente dos volumes de terraplenagem separados por materiais é um resultado do projeto geométrico, sendo um dos objetivos do projeto de terraplenagem a otimização da distribuição dos materiais de forma a minimizar as distâncias de transporte e custos envolvidos. Aqui começam algumas das limitações dos softwares utilizados atualmente em projetos, pois a maioria deles não tem ferramentas para auxiliar nessa otimização da distribuição, sendo muito comum o uso de planilhas de Excel para a realização dessa tarefa. O que se tem comumente de prática para evitar erros e se manter o fluxo adequado de informações é vincular as planilhas de Excel com as saídas dos softwares de projeto, como por exemplo o Civil 3D, da maneira mais automatizada possível, de forma a se ter o mínimo de passos manuais envolvidos.

• Drenagem – o projeto de drenagem abrange as OACs (Obras de Arte Correntes) que incluem bueiros, alas, dissipadores e demais elementos conectados, além de sarjetas, valetas e demais elementos de drenagem superficial e profunda. Em alguns casos apenas as OACs são modeladas em 3D com informações, por estas usualmente representarem os maiores custos dentro do projeto de drenagem e também pela dificuldade de modelagem dos demais elementos, o que será melhor explanado em parágrafo posterior.

• OAE (Obras de Arte Especiais) – o projeto de pontes e viadutos usualmente é feito em softwares específicos para modelagem de estruturas (como por exemplo o Revit), porque os softwares de projeto geométrico não possuem as funções específicas para criação desses modelos. Embora as OAEs usualmente sejam projetadas em separado por profissionais diferentes dos envolvidos nas demais disciplinas, é fundamental que todas as informações estejam compatibilizadas. Logo, o modelo de OAE tem que ser capaz de importar dados de superfícies topográficas e batimétricas, além de superfícies e demais elementos do projeto geométrico, para assim garantir que a OAE está com os níveis e dimensões adequadas ao esperado no projeto geométrico. O projeto de OAE deve ainda ser compartilhado com as equipes de projeto geométrico e demais disciplinas para que possa ser verificada sua compatibilidade.

• Superestrutura – o pavimento ferroviário representado pela superestrutura (lastro, dormentes, trilhos, entre outros elementos) normalmente é dimensionado em softwares específicos e o resultado desse dimensionamento é incorporado à seção-tipo de superestrutura que é utilizada no modelo. Os softwares geralmente utilizados na criação dos modelos são voltados principalmente para rodovias, ocasionando uma dificuldade no lançamento dos elementos de superestrutura devido à frequência e ao posicionamento dos mesmos, criando assim um modelo que não representa a superestrutura de maneira tão fidedigna quanto se desejaria inicialmente.

Antes eu havia mencionado Modelo Federado, espero que agora esteja mais claro que este modelo consiste da agregação dos dados/modelos provenientes de cada uma das disciplinas apresentadas, além de outras disciplinas eventualmente envolvidas, para compatibilização e visualização do projeto como um todo.

BIM e Engenharia Simultânea

É importante destacar que embora exista um fluxo natural de informações e desenvolvimento do projeto de ferrovias, ou seja, a partir topografia e dos estudos de traçado são locadas as sondagens, depois é desenvolvido o projeto geométrico, na sequência são desenvolvidos os projetos de terraplenagem e OAE, por último seria feito o orçamento, por exemplo, o desenvolvimento do projeto não é linear. Imagine a título de exemplo o cronograma macro apresentado abaixo. 

Imagine que no 6º mês quando você está detalhando as OAEs, houve uma necessidade de alteração no comprimento da ponte ou no tamanho do vão. Essa alteração certamente implicará em alterações nos aterros de encontro, que precisarão ser incorporadas na distribuição do projeto de terraplenagem, o que implicará também em alterações na geometria do aterro de encontro e pode ainda necessitar de sondagem adicional. 

Para o cenário descrito no parágrafo acima e se o seu cronograma for igual ao da figura anterior, você gastará horas adicionais dos profissionais de disciplinas nas quais você achou que o serviço já teria acabado (como geometria e terraplenagem), sendo que pode ser que os profissionais dessas disciplinas já tenham até sido desmobilizados do projeto. Esse é um dos principais motivos de atrasos e prejuízos em projetos de engenharia. Cronogramas como o da figura anterior apresentam um erro conceitual que vai contra os princípios tanto da metodologia BIM, quanto da Engenharia Simultânea. 

O objetivo deste artigo não é se aprofundar na Engenharia Simultânea, mas em um contexto BIM onde as disciplinas podem ser mais facilmente conectadas e integradas, é necessário ter uma equipe multidisciplinar ao longo de boa parte do projeto, reduzindo o tempo total do mesmo, mas intensificando a atuação dos profissionais e a colaboração entre eles, para que diversos aspectos do projeto sejam considerados simultaneamente, atendendo às expectativas dos diversos stakeholders envolvidos. 

A figura seguinte apresenta um exemplo de cronograma dentro de um contexto de BIM e Engenharia Simultânea, no qual inclusive parte das equipes de planejamento da construção e orçamento (CapEx) são envolvidas desde as etapas iniciais do projeto para validar as alternativas sugeridas pelas disciplinas de engenharia. 

O BIM para infraestrutura pode ainda não ser perfeito, mas tem ajudado consideravelmente na aplicação de conceitos de Engenharia Simultânea em projetos, para que sejam alcançados os benefícios esperados de sua implantação.

Dificuldades e limitações do BIM para infraestrutura

Depois de tudo que foi apresentado até agora, é natural que surja a seguinte questão: “Se o BIM é tão bom, por que não está atualmente implantado em todos os projetos? ” Podemos de certa forma, dizer que a resposta dessa questão gira em torno de 4 aspectos principais: tecnologia, processos, pessoas e estratégias. Na esfera de tecnologia e softwares existem algumas limitações, por exemplo:

• Falta de tipos de objetos específicos para algumas disciplinas. Por exemplo, quando pegamos a lista de objetos do Civil 3D, conforme figura seguinte, não há disponível na lista, elementos como valetas, sarjetas, cerca, porteiras, entre outros. Atualmente é necessário “improvisar” utilizando alguns dos tipos de objetos disponíveis para representar esses elementos;
• Falta de bibliotecas locais para algumas disciplinas. Por exemplo, no caso de bueiros e OACs, existem padrões diferentes de acordo com os contratantes. Podemos citar o exemplo dos bueiros padrão DNIT, padrão VALEC, entre outros. Se faz necessária a criação de bibliotecas adequadas às necessidades locais;
• Extensão dos modelos. Nos projetos de ferrovia que eu tive oportunidade de participar a extensão média dos lotes de contratação girava em torno de 100km. Ter um modelo detalhado e com diferentes disciplinas com essa média de extensão ainda é um desafio em termos tecnológicos, sendo geralmente adotada uma segmentação dos trechos ou outras estratégias de divisão que viabilizem a visualização e compatibilização das disciplinas;
• A frequência dos corredores de transporte (ferrovias e rodovias) é usualmente definida em função da locação de terraplenagem e as seções são sempre ortogonais ao eixo. Essa restrição traz uma dificuldade na representação de elementos descontínuos, como dormentes por exemplo, e dificulta ainda a modelagem de elementos que não sejam necessariamente ortogonais ao eixo, como encontros de OAEs, emboques de túneis, entre outros;
• Formatos dos dados. Cada disciplina de projeto pode utilizar softwares diferentes, mas os dados de uma disciplina precisam obrigatoriamente ser compatibilizados com as demais. Atualmente não há formato de dados universal sendo adotado no mercado que solucione a questão de interoperabilidade. Uma alternativa adotada no segmento de projetos de edificações, o IFC, ainda não abrange vários dos objetos de infraestrutura, mas diversas iniciativas estão em andamento, para que em breve este formato de dados avance e inclua objetos de infraestrutura linear.

Do ponto de vista de processos, uma questão extremamente importante é o alinhamento da modelagem dos objetos com os critérios de medição e orçamentação dos mesmos. Se alguns dos principais benefícios esperados da implantação do BIM dizem respeito à: Levantamento de quantidades, Estimativas de Custos e Orçamentos, e ainda Coordenação especial; é necessário que os objetos modelados estejam devidamente georreferenciados no local correto, mas também tenham propriedades e parâmetros que permitam sua quantificação de maneira precisa e automatizada. Imagine que a figura seguinte represente duas possibilidades de modelagem de um bueiro. 

A primeira opção é menos detalhada, enquanto a segunda apresenta mais detalhes. Qual seria a melhor opção para representar um bueiro em um projeto de ferrovia? Minha sincera opinião é que tanto faz adotar qualquer uma das duas opções apresentadas, desde que estejam com dimensões corretas (diâmetro externo por exemplo) e espacialmente no lugar certo (georreferenciado). O que realmente importa é que o elemento do modelo tenha propriedades e parâmetros alinhados com os critérios de medição e construção do mesmo. Por exemplo, se o critério de medição do bueiro é por metro linear e para planejar a construção eu preciso saber a quantidade de aduelas necessárias, não me adianta muito saber o volume do elemento em metros cúbicos, porque essa seria uma informação sem relevância para o caso de uso e benefícios que esperamos alcançar. 

O nível de desenvolvimento (LOD), ou nível de detalhamento, ou ainda nível de abstração, de cada elemento do modelo tem que estar devidamente alinhado com os processos necessários para que sejam realizados os casos de uso definidos e assim possam ser alcançados os benefícios esperados. Mas essa é uma conversa que precisará ficar para depois e ser detalhada em outro artigo. 

Preparar as pessoas para trabalharam no contexto do BIM também não é tarefa muito simples. Hoje eu posso dizer que consigo operar razoavelmente vários dos softwares envolvidos nos processos, mas o meu caminho foi longo e quando as pessoas elogiam o meu conhecimento de Civil 3D por exemplo, me sinto até meio bobo, porque pelo tanto que eu estudei esse software, eu deveria saber até mais. 

Foram diversos livros (muitos mesmo, os da figura acima são só um pequeno exemplo), treinamentos, testes e práticas, até ter o conhecimento necessário para desenvolver projetos de maneira adequada.

 Acredito que com os cursos específicos que existem atualmente, tanto na esfera técnica quanto de processos, essa curva de aprendizado possa ser bem mais curta e, cada vez mais pessoas estejam capacitadas e aptas a trabalhar nos projetos. 

No campo das estratégias, diversas empresas incluíram em suas prioridades a implantação da metodologia BIM, além do governo federal que tem diversas iniciativas já abordadas em outros artigos. Essa atuação no campo estratégico é fundamental para que sejam conscientizadas as pessoas que tomam as decisões de nível hierárquico mais altas e seja feita a previsão de recursos para aquisição de softwares, treinamentos de pessoas e revisão de processos.

Futuro imediato

Quando pensamos na situação da migração da prancheta para o CAD, que começou no início dos anos 80, e lembramos daquele nosso amigo Joãozinho (nome fictício), que trabalha o dia todo fazendo plantas e desenhos no CAD, e até hoje erra o Layer dos objetos, explode os blocos, ainda preenche o carimbo errado, percebemos que ainda falta muito para aprendermos a usar o CAD 2D dentro de todo o seu potencial. Apesar disso, os passos evolutivos representam caminhos sem volta. 

Alguma vez você já ouviu algum cadista fazendo a seguinte afirmação: “Esse CAD trava demais, é muito lento para trabalhar, não dá mais! Vou voltar para prancheta.” Pois é, eu já fui cadista e nunca ouvi, e acho difícil que depois que você inicie a trabalhar com modelos 3D com informações, você tenha vontade de trabalhar com modelos 2D novamente. 

A mesma situação que acontece com Joãozinho e o CAD, acontecerá com nós mesmos e com o BIM. Estaremos implantando de maneira imperfeita e utilizando os modelos de modo razoavelmente incorreto ainda por um bom tempo, mas não é por causa dessas falhas que devemos optar por não adotá-lo e utilizá-lo, pois precisamos realizar os benefícios do BIM, mesmo que parcialmente, a partir de agora, imediatamente. 

Vários dos exemplos que foram citados representam uma oportunidade imediata de aplicar a metodologia BIM em projetos de ferrovias. Queria aproveitar e agradecer pelo tempo que você dedicou na leitura desse artigo, lembrando ainda que essa foi apenas uma conversa inicial. Tenho certeza que no futuro teremos muitas oportunidades para aprofundar as discussões desse tema. 

Referências: 

CBIC, Coletânea disponível em https://cbic.org.br/faca-o-download-da-coletanea-bim-no-site-da-cbic/ VALEC, Normas disponíveis em https://www.valec.gov.br/a-valec/governanca/normas 

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