Desenvolver Modelos BIM de Edifícios Históricos

Você precisa desenvolver o modelo 3D BIM de edifícios históricos? Você trabalha com restauração e recuperação de edifícios existentes?

Neste foco, eu revelo como utilizar um software HBIM para desenvolver um projeto completo de recuperação de um edifício histórico: da modelagem 3D à análise da degradação, até a identificação das intervenções de projeto e a integração com o modelo estrutural e de instalações.

Eu também ilustro um caso prático que você poderá usar como inspiração operacional para seus projetos.

Imagem modelo 3D

O que é o HBIM

Agora sabemos, o BIM (Modelagem da Informação da Construção) nasce como uma metodologia operacional para gerenciar os processos de:

• programação,
• projeto,
• realização,
• gestão,
• manutenção,
• demolição

de qualquer construção através de um modelo informativo que contém todas as informações relacionadas ao seu ciclo de vida completo.

Essa abordagem também se aplica ao campo dos edifícios históricos, manifestando-se como Heritage ou Modelagem da Informação de Edifícios Históricos, em resumo HBIM.

Graças ao desenvolvimento do HBIM, é possível criar modelos detalhados de edifícios históricos com objetos paramétricos inteligentes, ou seja, que contêm informações sobre o edifício, suas componentes e todas as suas características, que podem ser atualizadas, substituídas e implementadas ao longo do tempo. Além da modelagem geométrica, o HBIM permite conduzir de forma detalhada e completa as análises sobre o estado atual: levantamento material, identificação de fenômenos de degradação, quadro de fissuras, etc.

HBIM: ortofoto com quadro de fissuras

É importante sublinhar que o HBIM é um processo aplicado a edifícios existentes, sejam eles monumentais e de relevância histórico-artística ou comuns habitações do século passado, e que, portanto, amplia enormemente o alcance do método BIM, pois expande seu uso também para a criação de modelos da construção existente.

As potencialidades do BIM para os edifícios existentes

Até agora, o HBIM não teve uma grande difusão no âmbito profissional devido à falta de normas compartilhadas e fluxos de trabalho padronizados e, sobretudo, às dificuldades relacionadas às fases de modelagem e de obtenção das informações. De fato, modelar um edifício histórico significa levar em conta elementos nem sempre padronizáveis e não reduzíveis a bibliotecas predefinidas, deformações e irregularidades, incertezas sobre as técnicas construtivas, presença de fenômenos de degradação, alterações devido ao passar do tempo, etc.

Atualmente, muitos softwares estão se adequando a essas necessidades para gerenciar de forma abrangente todo o processo de digitalização do patrimônio edificado existente.

Edificius, por exemplo, dispõe de um ambiente específico para o HBIM, com uma biblioteca dedicada de objetos típicos da construção histórica e um editor que se adapta de forma flexível às especificidades de cada caso:

• Editor de abóbadas – para modelar abóbadas de diferentes tipos utilizando novos objetos específicos (abóbada, abóbada em arco, abóbada em arco irregular, cúpula, cúpula de base poligonal, cruzamento, cruzamento de base poligonal, cúpula, lunetas/furos, corte horizontal e corte vertical);
• Costela – para inserir a costela tanto no intradorso quanto no extradorso da abóbada de forma manual ou automática, graças ao uso da varinha mágica;
• Laje com vigas de madeira – para criar e personalizar uma laje de madeira, definindo a espessura da laje, a seção, o vão e a rotação das vigas;
• Área de degradação – o editor para definir a superfície degradada à qual associar um determinado material;
• Lesão – o editor específico para identificar e destacar as lesões presentes em um determinado elemento do edifício;
• Ortofoto – para associar uma ortofoto a um elemento do edifício e obter uma representação fiel ao estado atual e completa das informações materiais.

Objetos paramétricos HBIM do Edificius

Dessa forma, é simples superar as dificuldades relacionadas à modelagem (mesmo na presença de fortes irregularidades, decorações elaboradas, sistemas construtivos em desuso) e aproveitar ao máximo todas as vantagens do HBIM:

• elaboração do modelo geométrico 3D em tempos rápidos;
• elaboração e gestão do modelo de dados;
• uso de objetos paramétricos inteligentes;
• gestão de documentos e dados;
• maior controle do projeto e das campanhas de investigações e análises;
• compartilhamento das informações e do modelo;
• programação das intervenções de manutenção;
• promoção do bem;
• criação de bancos de dados atualizáveis ao longo do tempo;
• aplicação de tecnologias avançadas como realidade virtual ou aumentada.

Como desenvolver o modelo BIM de edifícios históricos: fluxo de trabalho do projeto HBIM

Gerar o modelo 3D BIM de um edifício histórico permite ter todos os benefícios do BIM no projeto de restauração.

Vamos então ver como desenvolver o modelo 3D e o projeto de restauração de um edifício histórico com a metodologia HBIM.

Em resumo, as fases principais a serem seguidas são:

• estruturação do ACDat (ambiente de compartilhamento de dados);
• coleta de dados, elaborados e documentação histórica;
• gestão e compartilhamento da documentação coletada em plataformas colaborativas;
• levantamento fotográfico e fotorretificação;
• levantamento geométrico conduzido com o suporte de diferentes tecnologias (desde as mais tradicionais como trenas, níveis e esquadros; até as mais avançadas como laser scanner, estação total, levantamento fotogramétrico, etc.);
• levantamento material;
• modelagem 3D do estado atual com BIM Authoring;
• compartilhamento do modelo em plataformas colaborativas;
• estudo do layout funcional do estado atual;
• análise da degradação diretamente no ambiente HBIM;
• análise estratigráfica e das fases de construção da obra em ambiente HBIM;
• estudo do quadro de fissuras e dos cinetismos em andamento;
• projeto das investigações e dos testes a serem realizados;
• identificação das intervenções de projeto;
• integração com software BIM de projeto estrutural e de instalações;
• modelagem 3D do projeto;
• verificação do projeto em tempo real ou realidade virtual (VRi);
• cálculo métrico automático a partir do modelo 3D;
• elaboração de gráficos e tabelas executivas.

Para aprofundar, ilustrarei um caso prático desenvolvido com Edificius.

Um caso prático com Edificius: da nuvem de pontos ao modelo BIM de edifícios históricos

O exemplo prático que mostro é um projeto de digitalização de um edifício residencial do início do século XX.

A primeira operação realizada em campo é o levantamento e a aquisição dos dados geométricos conduzida através do laser scanner 3D. O resultado é a nuvem de pontos, que contém informações de caráter geométrico (suas coordenadas em um sistema de referência conhecido) e de caráter colorimétrico, uma vez que a cada ponto é associado uma cor relativa obtida de uma foto tirada pelo instrumento durante a varredura.

Para aprofundar, leia também “Scan to BIM, do levantamento laser scanner ao modelo BIM.”

Os dados do levantamento foram importados para o Edificius para a modelagem em ambiente BIM e a construção do modelo geométrico do edifício.

Antes de iniciar a modelagem, foram definidos os Níveis (pavimento intermediário, primeiro andar, até o telhado) e os subNíveis com respectivas alturas e o terreno foi importado com as curvas de nível diretamente do Google Maps utilizando a funcionalidade apropriada.

Gerenciamento de níveis com o Edificius

A modelagem do edifício foi facilitada pelos objetos paramétricos do ambiente HBIM do Edificius, que permite reproduzir os elementos característicos da arquitetura histórica (arcos, pisos de madeira, nervuras, etc.).

Foram modeladas as paredes externas, as janelas, a escada e todos os detalhes arquitetônicos presentes na fachada (molduras, capitéis, pilastras, etc.).

Em um processo BIM, todo o material útil ao projeto é compartilhado e gerenciado por meio da utilização de plataformas colaborativas e CDE. Dessa forma, os dados do edifício são consultáveis por toda a equipe de trabalho e todas as atividades são rastreáveis para tornar a colaboração eficaz e segura.

Ao final da modelagem BIM, o modelo do edifício foi exportado no formato aberto IFC para permitir uma integração ideal com todos os profissionais envolvidos no projeto. O modelo IFC, de fato, pode ser importado e gerenciado por todos os softwares mais comuns de autoria BIM. Assim, o estruturalista pode importar o modelo BIM e prosseguir com a modelagem, o cálculo e as verificações estruturais.

No caso em questão, o fluxo de trabalho estrutural previu, em resumo:

• reconhecimento automático dos objetos arquitetônicos em entidades estruturais do software de cálculo estrutural;
• modelagem estrutural;
• modelo FEM;
• atribuição de restrições;
• definição de cargas;
• análise estrutural.

Paralelamente às análises sobre a estrutura, foi elaborada a caracterização material e a avaliação do estado de conservação do aparato decorativo das fachadas. Tudo isso foi facilitado pela importação da malha texturizada obtida do levantamento e aproveitando todas as potencialidades do comando ortofoto, que permite sobrepor ao modelo 3D as fotos retificadas das fachadas a serem analisadas. Foram identificadas na ortofoto as áreas afetadas pelos diferentes fenômenos de degradação. O Edificius, automaticamente, também gera a legenda que permite interpretar os padrões associados às diferentes manifestações de degradação.

Análise da degradação com o Edificius

A diferença de um processo conduzido com método tradicional, a tecnologia HBIM oferece a vantagem de criar e atualizar periodicamente o banco de dados de informações sobre o estado de conservação e o modelo BIM dos edifícios históricos e de criar um arquivo compartilhado e em constante evolução. Gerenciando o projeto com uma plataforma colaborativa, de fato, é possível obter os seguintes benefícios:

• facilidade de consulta, transmissão e gestão do modelo ao longo do tempo;
• troca de informações diretamente no modelo 3D;
• visualização e gestão de arquivos 3D realizados com softwares diferentes;
• elaboração de fichas de degradação úteis para a identificação das patologias e análises diagnósticas;
• definição de um protocolo a ser seguido para cada intervenção de restauração a ser realizada integrada na plataforma usBIM.

Como modelar em HBIM um edifício histórico, o estado de degradação e as intervenções de recuperação

O caso de estudo diz respeito à aplicação da metodologia HBIM (Heritage Building Information Modeling) ao complexo monumental da Igreja da Madonna della Neve, parte de um assentamento histórico da era lombarda situado em Montella (AV), com o objetivo de demonstrar como as tecnologias digitais e os processos colaborativos podem apoiar as atividades de conhecimento, conservação e gestão do patrimônio arquitetônico existente. A intervenção nasce da consciência de que os projetos de restauração e recuperação do patrimônio histórico exigem hoje uma abordagem necessariamente multidisciplinar, na qual arquitetos restauradores, engenheiros estruturais, técnicos de levantamento, especialistas diagnósticos, historiadores e arqueólogos operam de forma coordenada através de um fluxo contínuo de troca de informações.

Gestão HBIM em nuvem

Neste contexto, a metodologia HBIM representa a evolução do BIM aplicada a manufatos existentes e históricos, configurando-se não apenas como uma ferramenta de modelagem tridimensional, mas sobretudo como um sistema informativo capaz de coletar, organizar e atualizar ao longo do tempo dados geométricos, construtivos, históricos, materiais e de conservação. Ao contrário do BIM tradicional, que parte de um projeto para chegar à construção do gêmeo digital da obra, o HBIM opera de maneira inversa: o processo começa a partir do manufato real e, através de levantamentos, investigações e pesquisas arquivísticas, chega à construção de um modelo digital “as-is”, ou seja, aderente ao estado efetivo e historizado do edifício, incluindo as transformações sofridas ao longo do tempo.

No caso específico da Igreja da Madonna della Neve, o trabalho foi desenvolvido a partir de uma complexa fase de conhecimento baseada em levantamentos geométricos tradicionais, aquisições por meio de laser scanner e técnicas fotogramétricas, integradas com documentação arquivística e análise do estado de conservação. A metodologia operacional foi articulada em três principais fases: aquisição, segmentação e modelagem. A fase de aquisição previu a coleta de uma grande quantidade de dados provenientes de diferentes disciplinas, incluindo levantamentos métricos, análises estruturais, levantamentos de degradação e documentação histórica. Posteriormente, na fase de segmentação, as informações foram organizadas e categorizadas semanticamente para permitir seu uso dentro do modelo digital. Esse processo permitiu associar aos elementos arquitetônicos não apenas características geométricas, mas também informações descritivas, diagnósticas e documentais. A fase final de modelagem foi desenvolvida através do software Edificius, que permitiu a importação direta das nuvens de pontos geradas pelos levantamentos a laser e sua transformação em elementos paramétricos HBIM.

A utilização do software permitiu reconstruir fielmente a geometria da igreja através de ferramentas avançadas de snapping e seccionamento da nuvem de pontos. Foram modelados elementos arquitetônicos complexos como alvenarias, aberturas, nichos, esquadrias históricas, abóbadas de berço, abóbadas de vela, cruzamentos, cúpulas e nervuras, com a possibilidade de personalizar parâmetros geométricos e construtivos para obter uma representação coerente com o manufato real.

Carregamento e visualização do modelo HBIM em usBIM

Particular relevância assumiu a modelagem das abóbadas históricas, realizada por meio de editores paramétricos dedicados que permitiram definir geometrias articuladas e formas irregulares típicas da arquitetura histórica. Paralelamente à modelagem geométrica, o projeto integrou ferramentas para o levantamento conservativo, permitindo a mapeação dos degradações e do quadro de fissuração diretamente no modelo digital. Através da utilização de ortofotos obtidas por meio de fotogrametria e aplicadas às superfícies arquitetônicas, foi possível traçar fenômenos de degradação, lesões e alterações materiais segundo as classificações UNI-Normal, distinguindo diferentes tipologias de deterioração relativas a materiais pétreos, madeireiros e metálicos. Cada degradação ou lesão foi definida como objeto paramétrico informativo, associado a dados relativos a extensão, gravidade, causas hipotetizadas, documentação fotográfica e estado de manutenção.

Um aspecto adicional significativo do caso de estudo diz respeito ao emprego da plataforma colaborativa integrada, utilizada como ambiente comum de compartilhamento de dados entre os diferentes sujeitos envolvidos no projeto. Através da plataforma, foi possível arquivar modelos tridimensionais, fotografias históricas, documentos arquivísticos, fichas de levantamento e resultados de investigações arqueológicas, tornando todas as informações acessíveis e navegáveis de forma interativa. Em particular, o sistema permitiu conectar diretamente ao modelo digital as campanhas de escavação arqueológica conduzidas pelo professor Rotili entre os anos Noventa e Dois Mil, associando às áreas de escavação documentação científica, publicações e referências históricas.

O modelo HBIM foi assim transformado em um arquivo digital dinâmico e interrogável, capaz de integrar conhecimento histórico, levantamento geométrico, análise diagnóstica e gestão conservativa em um único ambiente interoperável. O caso de estudo demonstra, portanto, como o HBIM pode constituir uma ferramenta avançada para a documentação, o monitoramento e a valorização do patrimônio histórico, favorecendo não apenas uma gestão mais eficiente das informações e do processo de restauração, mas também novas formas de fruição cultural, como tours virtuais e consulta interativa dos conteúdos digitais.

FAQ

O que é o HBIM?

O BIM (Building Information Modeling) nasce como metodologia operacional para gerenciar os processos de programação, projeto, realização, gestão, manutenção e demolição de uma construção através de um modelo informativo que contém todas as informações relativas ao seu ciclo de vida. Esta abordagem encontra aplicação também no campo dos edifícios históricos, se manifestando como Heritage ou Historical Building Information Modeling, em resumo HBIM.

A quais edifícios se aplica o HBIM?

O HBIM é um processo aplicado aos edifícios existentes, sejam eles monumentais e de relevância histórico-artística ou comuns habitações do século passado. Esta abordagem amplia enormemente o raio de ação do método BIM, estendendo seu uso também à criação de modelos da edificação existente.

Quais são os desafios na modelagem BIM de edifícios históricos?

Modelar um edifício histórico significa levar em conta elementos nem sempre padronizáveis e não redutíveis a bibliotecas predefinidas, deformações e irregularidades, incertezas sobre as técnicas construtivas, presença de fenômenos de degradação e alterações devido ao passar do tempo.

Quais são os benefícios do HBIM para edifícios históricos?

As principais vantagens do HBIM são: elaboração rápida do modelo geométrico 3D, gestão do modelo de dados, utilização de objetos paramétricos inteligentes, gestão documental, maior controle do projeto e das campanhas de investigação, compartilhamento das informações e do modelo, programação da manutenção e criação de bancos de dados atualizáveis ao longo do tempo.

Quais são as fases do fluxo de trabalho HBIM?

As principais fases do workflow HBIM incluem: estruturação do ACDat, coleta documental, levantamento fotográfico e geométrico, modelagem 3D do estado atual, análise da degradação, estudo do quadro de fissuração, identificação das intervenções de projeto, integração com softwares estruturais e de instalações e produção dos documentos executivos.

Como é feito o levantamento de um edifício histórico para um projeto HBIM?

O levantamento pode ser realizado através de laser scanner 3D, obtendo uma nuvem de pontos contendo informações geométricas e colorimétricas úteis para a reconstrução precisa do modelo BIM do edifício histórico.

Como é desenvolvido o modelo BIM de um edifício histórico com o Edificius?

Os dados do levantamento são importados no Edificius para a modelagem BIM. Após a configuração dos níveis e do terreno, a modelagem é facilitada pelos objetos paramétricos HBIM que permitem reproduzir elementos típicos da arquitetura histórica como abóbadas, pisos de madeira, molduras e decorações.

Por que o IFC é importante no fluxo de trabalho HBIM?

O formato aberto IFC permite a integração do modelo BIM com outros softwares de autoria BIM, facilitando o trabalho interdisciplinar entre arquitetos, estruturais e instaladores envolvidos no projeto.

Como é realizada a análise de degradação com o Edificius?

A análise da degradação é realizada utilizando malhas texturizadas e ortofotos sobrepostas ao modelo 3D. As áreas degradadas são identificadas diretamente nas ortofotos e o software gera automaticamente a legenda associada aos fenômenos de degradação.

Quais as vantagens que o HBIM oferece em relação aos métodos tradicionais?

O HBIM permite criar e atualizar ao longo do tempo um banco de dados compartilhado sobre o estado de conservação dos edifícios históricos, melhorando a gestão das informações, a colaboração entre profissionais e o planejamento das intervenções de restauração.