I-BIM: revolucionando as infraestruturas com modelação de informação de infra-estruturas

O I-BIM (Infrastructure Building Information Modeling) é a aplicação da metodologia BIM ao setor de infraestrutura e permite modelar e gerenciar digitalmente obras como estradas, ferrovias, pontes, túneis e redes tecnológicas ao longo de todo o ciclo de vida, desde o planejamento até a manutenção. Diferente do BIM tradicional, voltado para edifícios, o I-BIM é específico para as obras de infraestrutura lineares e horizontais, caracterizadas por alta complexidade e forte interação com o território.

A digitalização está transformando profundamente a maneira como as infraestruturas são projetadas, construídas e geridas. A necessidade de coordenar informações geométricas, técnicas e gerenciais requer ferramentas capazes de garantir coerência, qualidade e continuidade dos dados ao longo do tempo. Neste contexto, insere-se o Infrastructure-Building Information Modeling, que integra a representação geométrica 3D com dados funcionais e de desempenho, apoiando todas as fases do ciclo de vida da obra.

Através de gêmeos digitais geoespaciais, os modelos de infraestrutura podem ser geridos dentro de seu contexto geográfico, melhorando a análise, o controle e a gestão dos ativos em uma perspectiva de infraestrutura inteligente. Nos parágrafos a seguir, aprofundamos como o I-BIM permite otimizar processos, coordenação e gestão das obras de infraestrutura.

O papel do BIM em projetos de infraestrutura e como o I-BIM expande suas capacidades

O Building Information Modeling tem progressivamente ampliado seu escopo de aplicação também para projetos de infraestrutura. No entanto, estradas, ferrovias, pontes e redes tecnológicas apresentam características profundamente diferentes em relação aos edifícios, ligadas ao desenvolvimento linear das obras, à relação estreita com o território e à alta complexidade geométrica e funcional.

Para atender a essas necessidades, nasce o Infrastructure-Building Information Modeling (I-BIM), uma evolução do BIM dedicada ao planejamento, realização e gestão das infraestruturas. O I-BIM introduz modos específicos de modelagem e organização dos dados para obras extensas e complexas, como redes de transporte e sistemas de infraestrutura em escala territorial.

Através do I-BIM, é possível criar modelos informativos de infraestrutura que integram:

• a representação geométrica das obras lineares;
• as informações técnicas e funcionais dos elementos de infraestrutura;
• os dados de suporte às atividades de gestão, manutenção e monitoramento dos ativos ao longo do tempo.

O modelo I-BIM se configura, portanto, como uma ferramenta central para todo o ciclo de vida das infraestruturas, pois favorece a interoperabilidade entre os diferentes sujeitos envolvidos e apoia os processos de Gestão de Projetos de Infraestrutura nas diversas fases do projeto.

Os principais benefícios do BIM para as infraestruturas durante todo o ciclo de vida da obra

A adoção do BIM no âmbito da infraestrutura permite obter benefícios concretos em todas as fases do ciclo de vida da obra, desde o planejamento até a gestão a longo prazo. A abordagem I-BIM permite estruturar e utilizar as informações de maneira coerente e contínua, evitando a fragmentação dos dados entre as diferentes fases do projeto.

Os principais benefícios do I-BIM para as infraestruturas incluem:

• maior qualidade do projeto, graças à coordenação multidisciplinar e à verificação antecipada das soluções técnicas;
• redução de erros e interferências, com um impacto positivo em prazos, custos e variantes em andamento;
• controle mais eficaz da fase de construção, através de modelos informativos confiáveis e constantemente atualizados;
• apoio às atividades de gestão e manutenção, por meio de modelos “as built” integráveis com sistemas de Gestão de Ativos e Facilities;
• valorização do patrimônio de infraestrutura, através de dados estruturados utilizáveis para análises, monitoramento e planejamento de intervenções futuras.

Vantagens do I-BIM

Os desafios mais comuns na adoção do BIM para infraestruturas e como o I-BIM os enfrenta

A aplicação do BIM em projetos de infraestrutura envolve algumas críticas, relacionadas à própria natureza das obras e à complexidade dos processos envolvidos. Em comparação com a construção civil, as infraestruturas exigem a gestão de modelos extensos, fortemente correlacionados ao território e caracterizados por uma multiplicidade de disciplinas e atores.

Entre os principais desafios, podemos identificar:

• interoperabilidade entre softwares e modelos disciplinares diferentes;
• padronização das informações, necessária para garantir coerência e confiabilidade dos dados;
• gestão de infraestruturas lineares complexas, frequentemente desenvolvidas em grandes extensões territoriais;
• integração com dados territoriais e sistemas externos, como GIS e plataformas de gestão de ativos.

O I-BIM enfrenta essas questões por meio da adoção de padrões openBIM e de modelos informativos estruturados, capazes de apoiar a troca e o reaproveitamento dos dados ao longo de todo o ciclo de vida da obra. Um passo fundamental nessa direção foi a superação do padrão IFC 2×3, concebido principalmente para a construção civil, em favor do novo padrão IFC 4.3, desenvolvido para uma representação mais eficaz das infraestruturas.

O padrão IFC 4.3 introduz uma estrutura de dados mais flexível e coerente com as necessidades das obras lineares, melhorando o coordenamento entre disciplinas, a qualidade das informações e a eficiência dos fluxos de trabalho. Para apoiar essa transição, estão disponíveis softwares para transformar um modelo IFC 2×3 em um arquivo IFC 4.3, além de soluções dedicadas à edição completa dos arquivos IFC.

IFC 4.3: um novo padrão para infraestruturas

No contexto do I-BIM, o formato IFC 4.3 marca um marco importante: esta nova versão introduz uma ampla variedade de definições para representar projetos de construção de infraestrutura de forma estruturada e compreensível.

Fundamental neste contexto é o uso da Work Breakdown Structure (WBS), que não só aumenta o valor do design, mas também facilita a compreensão e interação com o projeto por parte de todas as partes interessadas. A criação de padrões comuns por meio do IFC 4.3 ajuda a simplificar os processos ao longo de todo o ciclo de vida da obra, melhorando a adaptabilidade dos sistemas, a definição dos requisitos de design, a validação e o uso dos modelos digitais para diversos fins.

As novas características do padrão IFC 4.3 são:

• Estrutura espacial – Máxima flexibilidade na criação de estruturas espaciais complexas conforme necessário, dependendo do uso do modelo. Isso difere da versão anterior, onde a estrutura espacial em relação aos edifícios é praticamente fixa.
• Alignment (Semântico + Geométrico) – Fundamental para a definição de uma infraestrutura linear, o Alignment permite definir o traçado decompondo-o em sua parte Semântica e Geométrica, particularmente definindo os perfis das curvas horizontais, verticais e de inclinação (superelevação).
• Estrusões paramétricas ao longo do Alignment – Ou seja, a capacidade de definir sólidos baseados em perfis predefinidos (por exemplo, trilhos, lastro, sublastro, etc.) de e para pontos específicos do traçado.
• Posicionamento linear de objetos – Assim, é possível definir a posição dos objetos não apenas por meio de sua posição X,Y,Z no espaço, mas também posicionar o objeto especificando sua posição ao longo do Alignment, com possíveis deslocamentos laterais, verticais e/ou longitudinais. Isso também permite implementar o conceito de “estacionamento”, ou seja, a quilometragem de pertencimento dos objetos (por exemplo, este sinal está localizado no km 3+200 ao longo de um determinado traçado).

Esses novos conceitos, essenciais para infraestruturas lineares, se integram a outros conceitos já existentes, tais como:

• Montagens e desmontagens – Útil para decidir o nível de desmontagem dos objetos, por exemplo, um semáforo pode ser desmontado no poste e no próprio semáforo.
• Propriedades e Grupos – As propriedades definem o nível de informações necessário, enquanto os grupos ajudam a criar agrupamentos transversais que se somam à desmontagem espacial.
• Portas e Conexões – Principalmente para a parte de cabeamento, esgoto, etc., e adicionam mais informações semânticas ao modelo.

A combinação de todos esses elementos, juntamente com as novas classes IFC definidas para os objetos de cada domínio de infraestrutura (por exemplo, dormentes ou trilhos no caso de uma ferrovia, ou sinais em uma área rodoviária), permite criar um modelo IFC semanticamente rico em todas as informações necessárias para a digitalização dos ativos lineares.

O padrão IFC 4.3 está atualmente na fase final de aprovação “FDIS” para obtenção da acreditação internacional como padrão ISO. O processo de votação FDIS deve ser concluído até o final deste ano, permitindo a publicação no início de 2024.

Classificação e definição de objetos no IFC 4.3

Detalhadamente, o IFC 4.3 categoriza os elementos de um projeto de infraestrutura em três grupos temáticos principais:

• Objetos (ifcObjectDefinition): incluem objetos físicos tangíveis como componentes estruturais, atores, processos e custos.
• Propriedades (ifcPropertyDefinition): informações e características que podem ser associadas aos objetos.
• Relações (ifcRelationship): as interdependências e conexões entre vários objetos.

Diagrama de composição de esquema de dados IFC

Um exemplo concreto é o ifcProduct, uma entidade abstrata que representa qualquer objeto em um contexto geométrico ou espacial, como produtos físicos, elementos espaciais e até mesmo elementos não físicos como anotações e alinhamentos.

Aqui está um vídeo sobre como criar a estrutura informativa de um arquivo IFC 4.3.

Exemplo de modelos rodoviários e sua representação no IFC 4.3

Focando, por exemplo, nos modelos rodoviários, o IFC 4.3 permite descrever esses projetos complexos por meio de entidades como ifcSpatialElement, ifcElement, ifcLinearElement e ifcPositioningElement. Por exemplo, o ifcSpatialElement representa a subdivisão espacial de um projeto rodoviário, incluindo elementos como estradas, pontes e túneis, e permite dividir o projeto em diferentes áreas ou locais.

Essa divisão facilita a coordenação entre as várias partes envolvidas no projeto, desde os projetistas até os construtores. Cada área compreende o projeto e construção de diversos objetos, que podem variar desde túneis a pontes, ferrovias, estradas, edifícios, até dispositivos técnicos.

Componentes físicos e anotações no IFC 4.3

No lado dos componentes físicos, o ifcElement inclui os elementos que constituem a estrutura física de uma estrada, como pavimentos, guias, valas abertas, etc. Além disso, o IFC 4.3 enriquece a representação dessas estruturas, oferecendo a possibilidade de detalhar ainda mais a divisão dos objetos por meio de subcategorias como ifcBridgePart ou ifcRoadPart.

As anotações (ifcAnnotation) desempenham um papel crucial ao fornecer informações adicionais, como as bordas das camadas de pavimentação ou outros componentes, que são vitais para topógrafos e outros profissionais envolvidos no projeto.

Como o IFC 4.3 transforma os fluxos de trabalho BIM para estradas, ferrovias, pontes e túneis

A introdução do padrão IFC 4.3 tem um impacto direto nos fluxos de trabalho BIM aplicados às infraestruturas, pois permite superar os limites das abordagens voltadas exclusivamente para edifícios. Graças às novas entidades e aos conceitos específicos para obras lineares, os modelos de infraestrutura tornam-se mais coerentes, legíveis e utilizáveis nas diferentes fases de projeto e operação.

O IFC 4.3 melhora significativamente os fluxos de trabalho para estradas, ferrovias, pontes e túneis porque permite:

• gerenciar traçados, alinhamentos e obras de arte como elementos centrais do modelo;
• coordenar de forma mais eficaz disciplinas diferentes, como projeto geométrico, estrutural e de instalações;
• manter a continuidade informativa entre projeto, construção e gestão;
• favorecer a troca de dados entre softwares diferentes sem perda de informações.

Nos projetos de infraestrutura complexos, esses aspectos se traduzem em uma maior confiabilidade dos modelos, em uma redução das incoerências e em um melhor controle das interferências. O IFC 4.3 torna o modelo IFC uma ferramenta realmente operacional, capaz de apoiar processos decisórios e atividades técnicas ao longo de todo o ciclo de vida da obra.

I-BIM para a gestão dos ativos de infraestrutura: da construção à operação

O I-BIM não se limita a apoiar as fases de projeto e construção, mas desempenha um papel central na gestão dos ativos de infraestrutura durante a fase de operação. O modelo informativo torna-se um recipiente confiável de dados técnicos, geométricos e gerenciais, utilizável para planejar atividades de manutenção, monitorar o estado das obras e apoiar decisões estratégicas.

Graças ao I-BIM, as informações produzidas na fase de projeto não se dispersam, mas permanecem disponíveis e atualizáveis ao longo do tempo. Essa abordagem permite superar a tradicional fragmentação dos dados entre documentos, elaborados gráficos e sistemas separados, favorecendo uma gestão mais eficaz e consciente das infraestruturas.

No âmbito da gestão de ativos, o I-BIM permite:

• associar cada elemento infraestrutural a dados técnicos, de desempenho e de manutenção;
• programar intervenções com base em informações confiáveis e atualizadas;
• reduzir os custos relacionados a erros, duplicações e falta de dados;
• melhorar o controle das obras em todo o ciclo de vida.

A integração entre o modelo informativo e os sistemas de Gestão de Ativos de Infraestrutura torna o I-BIM uma ferramenta estratégica para entidades gestoras, concessionárias e órgãos contratantes, que podem assim adotar uma abordagem mais estruturada e voltada para o longo prazo.

Casos de uso e aplicações do BIM para transportes, utilidades e redes de mobilidade

O I-BIM encontra aplicação concreta em numerosos âmbitos de infraestrutura, nos quais a gestão coordenada de geometria e informações representa um fator decisivo. Nos sistemas de transporte e nas redes tecnológicas, o modelo informativo permite governar obras extensas e interconectadas, frequentemente caracterizadas por elevada complexidade operacional.

No setor de transportes, o I-BIM apoia o projeto e a gestão de:

• infraestruturas rodoviárias e de estradas, com controle de traçados, pavimentações e obras de arte;
• linhas ferroviárias e metroviárias, com gestão integrada de trilhos, armamento, sinalização e estações;
• pontes e túneis, para o monitoramento das condições estruturais e o planejamento das intervenções.

No que diz respeito às utilidades e redes de mobilidade, o I-BIM permite:

• modelar redes hídricas, elétricas e de telecomunicações;
• gerenciar interferências entre subsistemas e infraestruturas existentes;
• apoiar atividades de manutenção programada e extraordinária.

Em todos esses casos, o valor do I-BIM reside na possibilidade de dispor de um modelo informativo único, atualizável ao longo do tempo e utilizável por diferentes partes, com benefícios concretos em termos de controle, confiabilidade dos dados e redução dos riscos operacionais.

Integração entre I-BIM e GIS para o planejamento territorial e os gêmeos digitais

A integração entre I-BIM e sistemas GIS representa um passo fundamental para a gestão das infraestruturas em escala territorial. As obras de infraestrutura, por sua natureza, se desenvolvem em amplas áreas e interagem de forma direta com o contexto geográfico, ambiental e urbano. Por isso, o único modelo BIM não é suficiente para descrever todas as relações espaciais e territoriais envolvidas.

A união entre I-BIM e GIS permite conectar o modelo informativo da infraestrutura com dados geográficos, cartográficos e ambientais, tornando possível:

• a análise do traçado em relação a restrições territoriais e ambientais;
• a avaliação das interferências com infraestruturas existentes e redes de subsistemas;
• o apoio às decisões nas fases de planejamento, projeto e gestão.

Essa integração constitui a base para a criação de gêmeos digitais de infraestrutura, ou seja, modelos digitais que representam de forma coerente a obra e seu contexto real. A adoção dos gêmeos digitais no setor de infraestrutura representa uma evolução significativa, uma vez que esses modelos se atualizam em tempo real por meio de dados coletados de sensores em campo e permitem monitorar o estado da obra, simular cenários de intervenção e apoiar estratégias de gestão e manutenção mais eficazes ao longo do tempo.

Como o I-BIM apoia a detecção de interferências e a redução de riscos em projetos de infraestrutura complexos

Nos projetos de infraestrutura, a presença de numerosos elementos interconectados e o desenvolvimento em larga escala aumentam o risco de interferências entre componentes, subsistemas e obras existentes. O I-BIM fornece ferramentas eficazes para identificar e gerenciar essas críticas já nas fases iniciais do projeto.

Por meio de modelos informativos coerentes e coordenados, o I-BIM permite:

• identificar interferências geométricas entre elementos infraestruturais, estruturais e de instalações;
• verificar conflitos entre novas obras e infraestruturas existentes, incluindo redes tecnológicas e subsistemas;
• analisar críticas relacionadas a fases construtivas, acessibilidade e segurança do canteiro.

A detecção de interferências não se limita à verificação geométrica. O I-BIM também permite associar informações técnicas e temporais aos elementos do modelo, apoiando análises mais aprofundadas sobre os riscos projetuais e construtivos. Essa abordagem reduz o número de variantes em andamento, limita imprevistos e contribui para o controle de prazos e custos nos canteiros de obras de infraestrutura. O I-BIM representa, portanto, uma ferramenta essencial para aumentar a confiabilidade do projeto e melhorar a qualidade geral da obra.

Detecção de interferências e redução de riscos com o I-BIM

Perfis profissionais e treinamento no campo da modelação de informação de infra-estruturas

A adoção do I-BIM estimulou a criação de novos perfis profissionais e a necessidade de treinamento específico: papéis como BIM Manager e BIM specialist tornaram-se essenciais para garantir o uso correto e a gestão eficiente de dados em projetos de infraestrutura. Essa evolução requer que as entidades licitantes disponham de pessoal devidamente treinado, não apenas para usar o I-BIM de forma eficaz, mas também para garantir que os concursos públicos reflitam as novas necessidades e potencialidades dessa tecnologia.

A certificação de habilidades é, portanto, essencial. Isso é realizado por meio de Organismos de Certificação específicos após a conclusão de cursos de formação e certificação BIM.

Estudos de caso e aplicações práticas de modelação de informação de infra-estruturas

Um caso prático

A RFI, Rede Ferroviária Italiana, expressou a necessidade de digitalizar um ativo ferroviário existente, a linha Benevento-Cancello, de cerca de 50 quilômetros, para fins de manutenção, utilizando o novo padrão IFC 4.3. Para atender a essa demanda, foi criado um grupo de trabalho que envolveu participantes da RFI (Rede Ferroviária Italiana), EAV (Ente Autônomo Volturno), Engenharia ETS, Universidade de Nápoles Federico II e ACCA software.

Foi então desenvolvido um processo de digitalização utilizando tecnologias de escaneamento a laser para produzir nuvens de pontos, o uso de drones para criar malhas texturizadas das estações e fotos 360 geolocalizadas e navegáveis.

Em seguida, ocorreu a produção do modelo IFC, a partir da geometrização do traçado obtido pela nuvem de pontos e de acordo com as especificações exigidas pelo cliente: assim, foi criada uma biblioteca de objetos e tipologias reutilizáveis, com as propriedades e características típicas de cada entidade, conforme o contrato informativo. Todas essas informações foram decididas pelos stakeholders e representam a base para a conexão e integração do modelo IFC 4.3 e do CDE, com os sistemas já existentes de Gestão de Ativos e Instalações.

O projeto foi finalista no buildingSMART Awards 2021 na categoria de Gestão de Ativos e Instalações.

Esses projetos demonstraram como o I-BIM pode melhorar a eficiência, reduzir erros e otimizar custos, levando a uma melhor gestão do ciclo de vida das infraestruturas. Além disso, a adoção do I-BIM promoveu uma maior colaboração e comunicação entre os diversos stakeholders envolvidos nos projetos.

O futuro do BIM para as infraestruturas: automação, inteligência artificial e gêmeos digitais preditivos

O I-BIM representa uma mudança significativa no setor de construções de infraestrutura. Graças à evolução dos padrões e das tecnologias digitais, o modelo informativo assume um papel cada vez mais central na melhoria da eficiência, da qualidade e da sustentabilidade das obras.

A automação dos fluxos de trabalho permite aumentar a confiabilidade dos dados e reduzir erros e ineficiências nas diferentes fases do projeto. A integração da inteligência artificial nos processos I-BIM amplia as capacidades de análise e apoia o planejamento e a gestão das infraestruturas através do processamento avançado das informações.

Os gêmeos digitais preditivos marcam um passo adiante. A conexão entre o modelo informativo, dados operacionais e sistemas de monitoramento permite:

• avaliar o comportamento da infraestrutura ao longo do tempo;
• antecipar criticidades e fenômenos de degradação;
• apoiar estratégias de manutenção mais eficazes e direcionadas.

Com a progressiva maturação dos padrões e uma disseminação cada vez mais ampla do I-BIM, os projetos de infraestrutura se beneficiarão de uma maior integração entre projeto, construção e gestão. As vantagens afetarão tanto o setor público quanto o privado, com impactos positivos em todo o ciclo de vida das infraestruturas.

Leia a análise: “padrões openBIM”

FAQ – I-BIM

O que é o I-BIM e para que serve?

O I-BIM (Infrastructure Building Information Modeling) é a aplicação da metodologia BIM às infraestruturas e permite modelar, gerenciar e analisar obras como estradas, ferrovias, pontes, túneis e redes tecnológicas ao longo de todo o ciclo de vida, desde o planejamento até a manutenção e gestão do ativo.

Em que o I-BIM se diferencia do BIM tradicional?

O BIM tradicional é principalmente orientado para edifícios, enquanto o I-BIM é específico para infraestruturas lineares e horizontais. O I-BIM aborda a maior complexidade geométrica, funcional e territorial das infraestruturas, integrando traçados, alinhamentos, dados técnicos e informações gerenciais em modelos informativos dedicados.

Quais tipos de obras são geridas com o I-BIM?

O I-BIM é utilizado para o planejamento, realização e gestão de infraestruturas de transporte e redes tecnológicas, como infraestruturas rodoviárias e ferroviárias, pontes, túneis, linhas de metrô e sistemas de utilidades, caracterizadas por um desenvolvimento linear em larga escala territorial.

Por que o padrão IFC 4.3 é fundamental para o I-BIM?

O IFC 4.3 introduz uma estrutura de dados específica para infraestruturas, superando os limites do IFC 2×3, concebido para a construção. Graças a conceitos como alinhamento, posicionamento linear e estacamento, o IFC 4.3 permite uma representação mais coerente e semântica das obras de infraestrutura ao longo do traçado.

De que maneira o I-BIM apoia a gestão e a manutenção das infraestruturas?

O I-BIM permite conservar e atualizar ao longo do tempo as informações produzidas na fase de planejamento e construção, tornando-as disponíveis para a gestão do ativo. O modelo informativo apoia o planejamento das intervenções, o monitoramento do estado da obra e a integração com sistemas de Gestão de Ativos de Infraestrutura.

Qual é o papel da integração entre I-BIM e GIS?

A integração entre I-BIM e GIS permite gerenciar as infraestruturas dentro de seu contexto geográfico, conectando o modelo informativo a dados territoriais, ambientais e cartográficos. Essa integração é a base dos gêmeos digitais de infraestrutura e apoia análises, planejamento e controle das obras em escala territorial.

Como o I-BIM ajuda a reduzir interferências e riscos nos projetos de infraestrutura?

Através de modelos informativos coordenados, o I-BIM permite identificar interferências geométricas e funcionais entre elementos de infraestrutura, subsistemas e obras existentes. A associação de informações técnicas e temporais aos objetos do modelo reduz variantes, imprevistos e riscos durante a realização e a operação da obra.