Modelagem da Informação da Cidade (CIM): a revolução digital para cidades inteligentes

As cidades de todo o mundo estão enfrentando desafios crescentes na gestão da eficiência operacional dos serviços urbanos e na melhoria da qualidade de vida dos cidadãos. Nesse contexto, o City Information Modeling (CIM) está se revelando um poderoso aliado na transformação das cidades em lugares mais inteligentes e funcionais.

Este artigo explorará como a integração entre Building Information Modeling (BIM) e CIM está revolucionando a gestão urbana e permitindo decisões mais informadas, graças ao uso de plataformas online que gerenciam modelos BIM, mapas GIS e gêmeos digitais geoespaciais de cidades inteiras.

O que é o City Information Modeling (CIM) e seu papel nas cidades inteligentes?

Para enfrentar a mudança das cidades e a crescente dificuldade de gerenciar cenários urbanos cada vez mais complexos, heterogêneos e em larga escala, nasce o CIM, City Information Modeling.

Essa abordagem estende o conceito de Building Information Modeling (BIM) da escala do edifício único à cidade, abrangendo várias fases do planejamento e do ciclo de vida dos sistemas urbanos como um todo e oferecendo uma visão holística da cidade. Um modelo CIM, assim como um modelo BIM, é um recipiente de informações e inclui diversos dados relacionados, por exemplo, a infraestruturas, serviços públicos, transportes, meio ambiente e muito mais. Esse sistema sinérgico de informações permite um planejamento mais completo, informado e sustentável para o futuro desenvolvimento urbano.

De fato, o coração do CIM reside na planejamento e na gestão dos espaços urbanos: é uma ferramenta poderosa que permite aos urbanistas e planejadores ter uma visão multidimensional das cidades, simular e analisar diferentes cenários, prever os impactos dos projetos urbanos e tomar decisões mais conscientes.

Na prática, o CIM foi concebido como uma fusão da metodologia BIM com o GIS e o resultado é um modelo que coleta e organiza todas as informações em um banco de dados que constitui a chave para a gestão das cidades inteligentes.

Por cidades inteligentes, ou smart city, entende-se uma cidade que gerencia os recursos de maneira inteligente, economicamente sustentável, energeticamente autossuficiente e atenta à qualidade de vida e ao bem-estar de seus usuários.

Para alcançar esses objetivos, o City Information Modeling utiliza uma ampla gama de tecnologias, sistemas, ferramentas, modelos e padrões que são propostos e implementados no âmbito do planejamento e gestão das cidades. O CIM é a chave para obter informações diretamente do modelo virtual para monitorar o desempenho dos ativos e tomar decisões adequadas para manter os serviços exigidos pelos cidadãos.

Vantagens do City Information Modeling para a gestão urbana

A utilização do CIM por parte dos planejadores e urbanistas transforma totalmente a maneira de projetar, garantindo numerosos benefícios ao fluxo de trabalho.

Utilizando o CIM é possível dar vida a um ambiente centralizado: todas as informações, produtos e sistemas são visualizados em relação uns aos outros e em relação ao espaço circundante, melhorando a colaboração, o compartilhamento e a gestão das informações entre as várias equipes envolvidas.

De fato, o CIM é uma tecnologia cooperativa: adquire dados geoespaciais coletados de sensores posicionados em toda parte e os combina com conjuntos de dados GIS, promovendo uma abordagem colaborativa. Isso permite o planejamento coordenado de inteiros distritos e de edifícios individuais, possibilitando serviços integrados e planos de manutenção coordenados para recursos específicos.

O CIM também melhora a produtividade e a eficiência; de fato, se com o desenvolvimento projetual tradicional muitas vezes se perdiam informações entre uma fase e outra do processo de construção, a modelagem das informações da cidade impede que isso aconteça, centralizando as informações e garantindo seu compartilhamento total.

Além de economizar tempo e dinheiro e maximizar os resultados, compartilhar recursos e promover uma maior cooperação também melhora os serviços públicos, integrando-os melhor com dados e análises em tempo real, um componente crucial da smart city.

A gestão da cidade com modelos CIM também ajuda a reduzir os inconvenientes que surgem durante o desenvolvimento de um projeto de infraestrutura, desenvolvendo rotas e áreas alternativas para evitar congestionamentos, poluição e outros problemas.

Por fim, a modelagem de um verdadeiro gêmeo digital da sua cidade aumenta certamente a segurança da cidade e reduz os riscos. Imagine poder identificar erros ou incidentes antes que eles ocorram, testando virtualmente as estruturas e as disposições urbanas! Muitos cenários de risco são assim evitados!

Tecnologias-chave que habilitam a modelagem das informações da cidade

Se modelar uma estrutura ou um edifício é bastante rápido e simples com o BIM, para modelar o espaço urbano de maneira precisa é necessária a interação de várias tecnologias-chave.

A modelagem das informações da cidade deve combinar sem problemas muitos conjuntos de dados coletados de várias fontes e é aqui que entram em jogo BIM, GIS, LiDAR e IoT:

1. a primeira coisa a fazer ao usar CIM para criar um modelo virtual de um contexto urbano é olhar para a mapeamento GIS. Esta ferramenta de mapeamento digital armazena dados institucionais, históricos e espaciais sobre propriedades, estruturas e terrenos. Quando se trata de identificar as localizações exatas das estruturas umas em relação às outras, o GIS pode ser útil no processo de modelagem das informações urbanas. Além disso, nos últimos anos, a integração entre o GIS e CDE (Common Data Environment) para a criação e gestão dos modelos da cidade está se espalhando cada vez mais, aproveitando ao máximo as capacidades de análise espacial e de gestão de dados;
2. o próximo passo é pensar na função do BIM. O método mais eficaz para obter a imagem mais precisa de cada estrutura individual durante a criação de uma cidade completamente nova é construí-la inicialmente utilizando o Building Information Modeling (BIM). Se os edifícios são de construção recente, é muito provável que tenham sido projetados e construídos utilizando o Building Information Modeling (BIM);
3. se, por outro lado, os edifícios são de construção antiga, é muito mais provável que seus projetos sejam em papel e que faltem tanto os modelos BIM quanto outros modelos de suporte digital. E é aqui que entra em cena o próximo passo. Com as modernas tecnologias de escaneamento rápido para registrar as geometrias internas e externas das estruturas, como LiDAR (Light Detection and Ranging) ou a fotogrametria, é uma maneira de resolver o problema. Os edifícios mais antigos podem então ser simplesmente conectados ao modelo CIM criando modelos 3D deles.

Todos esses dados, todos esses modelos e todas essas informações podem ser assim combinados no CIM, que poderá ser utilizado e modificado para rastrear e avaliar automaticamente as atividades em tempo real nas cidades reais, dando vida a um modelo dinâmico que se adapta ao comportamento mutável do tempo e do homem.

A integração de BIM e CIM para um planejamento urbano mais inteligente

Dissemos que a integração entre Building Information Modeling (BIM) e City Information Modeling (CIM) representa um passo significativo na transformação das cidades em lugares mais inteligentes e eficientes. De fato, essa integração cria um ambiente onde as informações relacionadas à construção e à infraestrutura urbana são geridas de maneira centralizada e estruturada, permitindo uma gestão mais precisa e informada dos recursos urbanos.

Aqui estão alguns aspectos-chave dessa integração:

• centralização dos dados – a integração de BIM e CIM permite a criação de um modelo tridimensional completo da cidade, que inclui tanto as informações detalhadas sobre os edifícios e as infraestruturas quanto os dados relativos ao contexto urbano. Este modelo centralizado torna-se um recurso fundamental para todas as partes envolvidas na gestão urbana, desde os governos locais até os profissionais da construção;
• colaboração eficiente – uma vantagem crucial da integração de BIM e CIM é a possibilidade de colaborar em tempo real em uma única fonte de dados. Gerentes, engenheiros, arquitetos e urbanistas podem trabalhar juntos para planejar, executar e monitorar projetos urbanos com uma visão compartilhada. Essa colaboração melhora a coerência e a qualidade das decisões tomadas, reduzindo erros e desperdícios;
• decisões informadas – a disponibilidade de dados detalhados e atualizados permite decisões mais informadas. Por exemplo, os governos locais podem usar os modelos CIM para avaliar o impacto de novos projetos urbanos sobre o meio ambiente, sobre a infraestrutura existente e sobre a qualidade de vida dos cidadãos. Isso permite evitar decisões reativas e planejar estrategicamente o futuro da cidade;
• monitoramento e manutenção – a integração de BIM e CIM fornece ferramentas avançadas para o monitoramento do desempenho dos ativos urbanos. Por exemplo, os sensores IoT podem coletar dados em tempo real sobre os edifícios e a infraestrutura, permitindo uma análise constante das condições e o planejamento da manutenção preventiva. Essa abordagem reduz os custos de gestão a longo prazo e aumenta a eficiência operacional;
• sustentabilidade – a integração de BIM e CIM é fundamental para a criação de cidades sustentáveis. Esses modelos permitem avaliar o impacto ambiental dos projetos urbanos e desenvolver estratégias para reduzir a poluição, melhorar a eficiência energética e promover a mobilidade sustentável. A sustentabilidade tornou-se um objetivo prioritário para muitas cidades, e BIM e CIM são ferramentas essenciais para alcançar esses objetivos.

Para aprofundar, leia também “Do BIM ao CIM“.

Como implementar o City Information Modeling nos projetos urbanos

Nos projetos urbanos, o City Information Modeling pode ser implementado, antes de tudo, em diferentes fases projetuais como:

• planejamento, onde a partir de modelos detalhados de áreas urbanas, é possível simular diferentes cenários e testar o impacto de novos projetos de desenvolvimento sobre o ambiente circundante;
• projeto, onde inserir no modelo CIM novos projetos de infraestrutura ou estruturas e verificar o impacto sobre o espaço circundante;
• gestão e manutenção, para gerenciar e manter edifícios e infraestruturas de maneira mais eficiente nas áreas urbanas.

Ao mesmo tempo, é de grande ajuda para vários estudos projetuais:

• sobre transportes: estradas, pontes e outros elementos das infraestruturas de transporte são tratados em detalhe nos modelos CIM, permitindo que as partes interessadas vejam os efeitos das modificações sugeridas e identifiquem as possibilidades de melhorar o desempenho. Os modelos CIM, por exemplo, podem ser usados para otimizar o projeto da rede viária e simular o fluxo de tráfego, o que reduzirá a congestão e encurtará os tempos de viagem;
• sobre redes hídricas: detalhes do sistema de abastecimento de água, distribuição e tratamento podem ser incluídos nos modelos CIM, permitindo que as partes interessadas otimizem o uso da água e reduzam os custos;
• sobre redes energéticas: os modelos CIM são úteis para simular o consumo de energia e identificar as áreas onde a eficiência pode ser aumentada, como as smart grid e os sistemas de armazenamento de energia;
• sobre os impactos ambientais: redução das emissões, otimização dos parques, das áreas verdes e dos espaços públicos são todas temáticas implementadas em um CIM;
• sobre a redução de resíduos e materiais poluentes: otimizando o processo de construção é possível reduzir o uso de materiais poluentes.

O papel dos gêmeos digitais na modelagem das informações urbanas

O papel dos “gêmeos digitais” nas cidades inteligentes é de fundamental importância, especialmente em relação à Internet das Coisas (IoT). Esses gêmeos digitais representam uma réplica digital precisa de uma cidade real, incluindo edifícios, infraestruturas, redes de transporte e outros elementos urbanos.

Graças à interconexão com dispositivos IoT espalhados por toda a cidade, os gêmeos digitais podem adquirir dados em tempo real de sensores e dispositivos conectados, permitindo que os gestores monitorem, analisem e otimizem o funcionamento da cidade de maneira extremamente detalhada. Isso facilita o planejamento urbano, a gestão de recursos e a resposta a situações de emergência, contribuindo para criar cidades mais eficientes, sustentáveis e habitáveis. Os gêmeos digitais, integrados com o IoT, desempenham um papel crucial na evolução das cidades inteligentes, permitindo uma tomada de decisões mais informada e uma melhor qualidade de vida para os cidadãos.

Gestão das smart cities com sistemas IoT

Anche in questo caso, plataformas IoT permitem controlar dispositivos IoT diretamente do modelo BIM/CIM, remotamente e em tempo real.

Os gêmeos digitais permitem:

• melhorar o planejamento e o design urbano em uma cidade inteligente;
• aumentar a eficiência operacional dos serviços públicos;
• prever e otimizar as operações urbanas;
• garantir um maior envolvimento dos cidadãos;
• otimizar a gestão dos recursos;
• melhorar a resiliência e a gestão de riscos.

Para descobrir como criar o gêmeo digital de uma cidade, recomendo dar uma olhada no artigo “Gêmeo Digital de uma cidade: o que é, por que é importante e como criá-lo”.

City Information Modeling: o futuro das cidades inteligentes

CIM surge como um verdadeiro desenvolvimento do conceito de BIM, pois se baseia na gestão de um modelo 3D, mas em escala urbana e com uma abordagem centrada em dados. Essa integração oferece uma visão sistêmica da cidade, permitindo que diferentes profissionais colaborem e operem em tempo real em uma única fonte de dados, melhorando o planejamento, a execução e a manutenção urbana. Na prática, CIM combina os benefícios do BIM, como a visualização e a análise de dados, com os dos Sistemas de Informação Geográfica (GIS), como a localização espaço-temporal. CIM incorpora informações BIM e GIS, tornando disponíveis e referenciados todos os dados urbanos. Essa abordagem está revolucionando a forma como as cidades enfrentam os desafios da urbanização rápida e do crescimento populacional.

Para a gestão ideal das cidades inteligentes, é agora indispensável unir informações e vantagens derivadas da aplicação das tecnologias BIM, GIS e CIM.

Como vimos, o conceito de CIM implica a modelagem das informações de modelos urbanos e infraestruturas, empregando uma grande quantidade de dados multidisciplinares. Integrando esses dados com aqueles provenientes dos Sistemas de Informação Geográfica (GIS) e do BIM (Modelagem da Informação da Construção), é possível gerar um sistema estruturado que conecta a infraestrutura ao seu contexto urbano e no qual todos os modelos BIM são georreferenciados em um mapa.

Mapas GIS integrados ao processo BIM

Na prática, integra-se uma vasta quantidade de dados para conduzir processos harmonizados, a fim de prevenir erros e favorecer um planejamento de decisões mais eficaz. Para fazer tudo isso, existem softwares BIM-GIS que permitem carregar e visualizar diretamente no mapa GIS, os modelos BIM e desenvolver análises avançadas sobre as relações entre edifício e contexto.

Entre as perspectivas futuras para a aplicação do CIM, existem principalmente tecnologias digitais como a inteligência artificial (IA) e a Internet das Coisas (IoT).

Esses desenvolvimentos permitirão uma maior integração dos dados e uma gestão urbana mais eficiente, facilitando a criação de cidades “inteligentes” onde infraestruturas, transportes, energia e serviços estão interconectados, melhorando assim a qualidade de vida e reduzindo o impacto ambiental.

Além disso, é possível dotar-se de soluções de ponta para criar e gerenciar Gêmeos Digitais geoespaciais dos projetos integrando dados GIS com modelos IFC openBIM.

Em conclusão, esse processo permite tomar decisões informadas para todos os atores envolvidos e simplificar as escolhas planejadas. Por exemplo, representa o sistema ideal para determinar a posição ótima de um edifício específico com base em seu propósito e nas potenciais modificações no ambiente urbano circundante (como a proximidade a escolas ou meios de transporte público).

Além disso, é possível realizar simulações para a gestão de situações de emergência, como incêndios, ataques terroristas ou calamidades naturais, prevendo rotas de fuga, planos de evacuação e áreas de segurança.