Aplicação da metodologia BIM na monitorização da segurança de barragens de aterro

4474º CONGRESSO PORTUGUÊS DE BUILDING INFORMATION MODELLING Aplicação da me odologia BIM na moni o ização sa segu ança de ba agens de a e o Aline Heleno1, Miguel Azenha2, Lau a Caldei a3, Ma ia João Sil a4 1 Ins i u o de Pesquisas Tecnológicas do Es ado de São Paulo (IPT), São Paulo, ID ORCID 0000 ‑0002 ‑3732 ‑3458 2 Uni e sidade do Minho, Guima ães, ID ORCID 0000 ‑0003 ‑1374 ‑9427 3 Labo a ó io Nacional de Engenha ia Ci il, Lisboa, ID ORCID 0000 ‑0002 ‑9164 ‑2118 4 Labo a ó io Nacional de Engenha ia Ci il, Lisboa, ID ORCID 0000 ‑0002 ‑3723 ‑0948 Resumo A cons ução de ba agens é undamen al pa a o desen ol imen o de di e sas a i‑ idades essenciais pa a as in aes u u as u bana e indus iais. Exis em egis os his‑ ó icos de o u as de ba agens, sendo maio ia as associadas a ba agens de a e o. Dada a impo ância dessas es u u as e os impac os ge ados pelo ompimen o, os es o ços desen ol idos pa a o con olo da segu ança de uma ba agem a igu am- ‑se como undamen ais. Exis em ainda algumas ba agens nas quais as medições da ins umen ação são, ainda, ealizadas de o ma manual, sem ecu so a p ocessos in eg ado es da in o mação. Nes e sen ido, a u ilização de modelos BIM in eg ados em bases de dados, e apoiados po e amen as especí icas pa a sua análise, o na -se um p ocedimen o essencial pa a a esolução de alguns p oblemas deco en es do p ocesso de análise da segu ança de ba agens. O p esen e abalho ap esen a uma aplicação da me odologia BIM à moni o ização da segu ança de ba agens de a e o, con ibuindo pa a ges ão in eg ada da in o ‑ mação indexada no seu con ex o espacial a um modelo 3D. O abalho desen ol ido ap esen a os p ocedimen os pa a isualização idimensional dos dados ob idos da ins umen ação de uma ba agem de a e o localizada em Po ugal, es abelecendo a in e ope abilidade en e os dados egis ados e uma e amen a pa a análise dos mesmos. A me odologia é es ada pa a um ipo pa icula de ins umen ação, desig‑ nadamen e pa a as ba e ias de assen amen o, pe mi indo a in eg ação dos dados en e o modelo BIM, a base de dados e a espec i a e amen a de análise. São ap e‑ sen adas as p incipais conclusões. h ps://doi.o g/10.21814/uminho.ed.32.38 448 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA BIM NA MONITORIZAÇÃO DA SEGURANÇA DE BARRAGENS DE ATERRO 1. In odução Os modelos subjacen es às me odologias Building In o ma ion Modelling (BIM) des acam ‑se po concen a g ande quan idade de in o mações ele an es [1,2], sendo po an o uma excelen e e amen a de ges ão de in o mações sob e qualque in aes u u a, como ba agens. Têm sido desen ol idos á ios abalhos com ecu so à me odologia BIM pa a a análise dos dados de obse ação aplicada às di e en es ases da ida ú il de ba agens de be ão [3–5], mas não se encon ou nenhuma aplicação em ba agens de a e o na e isão bibliog á ica ence ada no con ex o do p esen e a igo. A cons ução de ba agens es á associada a di e sas a i idades sejam elas indus‑ iais e a é de subsis ência, com di e en es ipos usos, como: ene gia hid oelé ica, na egação, con olo de cheias, abas ecimen o de água, e con enção de esíduos da explo ação minei a en e e ou os [6]. No en an o, es e ipo de es u u a pode causa eno mes impac os ambien ais, so‑ ciais e económicos du an e as ases de cons ução, ope ação e desman elamen o, e ainda mais no caso de o u a, com po encial pa a esul a no alagamen o de as as á eas a jusan e com pe da de idas humanas. Nos úl imos 100 anos, milha es de pessoas mo e am ou pe de am suas p op iedades, po causa do ompimen o de ba agens[7]. Dos ipos de ba agens exis en es a mais comum é a ba agem de a e o, o alizando 77% de odas as ba agens do mundo, sendo ambém a que egis a mais aciden‑ es[7–9]. Um es udo ecen e baseado numa base de dados de o u as/aciden es em ba a‑ gens de esíduos mos ou que desde 1915, oco e am 283 o u as, p o ocando 2300 mo os e á ios impac os ambien ais, sociais e económicos. Além disso, desde 2000 oco e am ap oximadamen e 500 mo es po causa de o u as de ba agens des e ipo. Também o am egis adas o u as em ba agens de di e en es usos, mos ando a impo ância de uma es a égia de moni o ização in eg ada com o en endimen o das melho es p á icas geo écnicas [10]. Pa a e i a a o u a da ba agem, é imp escindí el es abelece o espe i o con olo de segu ança du an e as ases de cons ução e ope ação como um p ocesso pe ma‑ nen e de moni o ização e a aliação do compo amen o, median e a ealização de inspeções isuais, campanhas de medição e análises de ins umen ação [11,12]. Nes‑ se sen ido a possí el concen ação das in o mações numa base de dados indexada espacialmen e com modelo BIM, pe mi e a a aliação de di e en es ipos de dados o necidos pela ins umen ação, pelas inspeções isuais e e en uais ensaios de la‑ bo a ó io e de campo ealizados na ba agem de o ma in eg ada e au oma izada. Des e modo, é possí el, de o ma mais ácil do que com me odologias con encionais, iden i ica compo amen os anómalos, diagnos ica a sua causa, p e e a sua e olu‑ ção e, se necessá io, emediá ‑los pa a ga an i a segu ança da ba agem. 4494º CONGRESSO PORTUGUÊS DE BUILDING INFORMATION MODELLING A aplicação da me odologia BIM na moni o ização de ba agens possibili a a so‑ lução de di e en es ipos de p oblemas iden i icados du an e os p ocedimen os de aquisição, o ganização e análise dos dados de ins umen ação, sendo as p incipais opo unidades de melho ia iden i icadas as seguin es: • P ocessos manuais de medição da ins umen ação ins alada, em alguns casos u ilizando o mulá ios em papel. Es e p ocedimen o pode ge a além de e os de digi ação, empo excessi o en e a medição dos pa âme os em campo e a digi alização das in o mações. Uma solução pa a es e p oblema es á na medição em empo eal u ilizando disposi i os/conexões ‘In e ne o Things’ (IoT), conec ados a base de dados, com obje i o de eduzi o empo de en io de dados ao esponsá el écnico pela análise da ins umen ação. • Exis ência de di e sos ichei os e/ou olhas de cálculo pa a análise da ins umen ação, não pe mi indo a análise in eg ada dos dados. Uma solução é o uso de uma base de dados pa a in eg a odos os dados de ins umen ação e sua conexão com e amen as que auxiliam na isualização e análise. Isso pode ajuda a p e e o compo amen o da ba agem e, a é mesmo, ao es abelecimen o de um sis ema au omá ico de emissão de ale a, o qual não dispensa a p esença de especialis as pa a alida as análises e o ale a. • Medição de pa âme os de ins umen ação e de egis o deco en es de inspeções de segu ança ealizadas pe iodicamen e. U ilização de mé odos de inspeção au omá ica que podem complemen a a inspeção p esencial ealizada, como a u ilização de Veículos Aé eos Não T ipulados (VANT) associado a modelos BIM pa a inspeções isuais, bem como de mé odos geo ísicos, em ope ação cons an e, pa a de e minação das zonas sa u adas da ba agem. Em complemen o, o uso da In eligência A i icial (IA) pa a p ocessa odas as in o mações e iden i ica possí eis anomalias nas imagens aé eas. P a icamen e odas as soluções apon adas pa a os p oblemas iden i icados es ão associados ao concei o de ges ão de a i os ou Facili y Managemen (FM) O uso de FM em ob as ci is em sido amplamen e es udado com di e en es ipos de aplicações u ilizando a me odologia BIM, como po exemplo o acesso e a a ualiza‑ ção dos dados de o ma con ínua e iá el du an e odo o ciclo de ida de uma ob a [13,14]. Um exemplo ge al de aplicações de BIM com FM é a o imização da ges ão e da manu enção das in aes u u as, in eg ando o modelo de cons ução as ‑buil e as in o mações dos equipamen os aos sis emas usados ao longo do ciclo de ida dessa in aes u u as [15,16]. Ou a aplicação é o uso de disposi i os IoT pa a in eg a in o mações de es u u as em empo eal, o que pode se bené ico pa a di e en es ipos de u ilizado es no con ex o da ges ão de a i os, como di e en es ipos de mo‑ ni o ização [16–18]. Embo a exis am á ias discussões sob e as aplicações da in eg ação en e o BIM e o FM no p oje o, cons ução e ope ação / manu enção de edi ícios, ainda é necessá‑ io eco e a algumas adap ações pa a o uso da me odologia BIM em p oje os de 450 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA BIM NA MONITORIZAÇÃO DA SEGURANÇA DE BARRAGENS DE ATERRO in aes u u as. Recen emen e, em ha ido um in e esse c escen e na aplicação do BIM à in aes u u a, que possui complexidades e pa icula idades p óp ias [19]. No en an o, exis em di e sos ipos de ob as de in aes u u a como úneis, ba agens, ae opo os, odo ias e e o ias en e ou os, cada um po encialmen e exigindo uma abo dagem di e en e baseada em BIM, que c iam um desa io pa a a in eg ação do BIM no FM [19]. Já exis em algumas aplicações do uso da me odologia BIM pa a ba agens de be ão. No en an o, ainda são necessá ios a anços signi ica i os pa a inco po a as e a‑ men as de BIM na aplicação comple a pa a odas as ases da ba agem (p oje o, cons ução e ope ação). No caso de aplicação a ba agens de a e o, a me odologia BIM é ainda incipien e e p a icamen e não exis em abalhos écnico -cien í icos a espei o. Pa a es e ipo de ba agem, as aplicações epo adas limi am ‑se à ase de p oje o. Com base no expos o, o p incipal obje i o des e abalho oi o desen ol imen o de p ocedimen o baseado na me odologia BIM, e aplicada a ba agens de a e o, que pe mi a i a p o ei o da in o mação indexada em con ex o geomé ico pa a aci‑ li a os p ocessos de análise dos dados de ins umen ação de ba agens de a e o exis en es. Es e p ocesso p e ende au oma iza algumas a i idades pa a soluciona alguns dos p oblemas iden i icados du an e o p ocesso de análise manual dos da‑ dos de ins umen ação, como (i) dados disponí eis em ichei os di e en es, não pe ‑ mi indo uma análise concen ada e in eg ada, (ii) al a de p ocessos au oma izados pa a conec a as in o mações em di e en es ipos de análise de dados e e amen as de isualização. Pa a o desen ol imen o des e abalho o am u ilizados di e en es ipos de e a‑ men as e so wa es. O modelo BIM oi desen ol ido no Re i e são 2021. Os códigos de análise de dados e pa a incula as in o mações ao Re i o am desen ol idos no Dynamo u ilizando p og amação em Py hon. Os dados o am a mazenados e es u u‑ ados em base de dados Relacional. A me odologia desen ol ida oi aplicada a uma ba agem de a e o eal, a Ba agem de Odelouca. Es a ba agem es á localizada na egião do Alga e, em Po ugal, pa a abas ecimen o de água. O p incipal esul ado é um modelo 3D BIM com in o mações geomé icas da ba agem e os espec i os dados de ins umen ação. 2. Es u u a in eg ada pa a o moni o ização de ba agens Pa a o en endimen o comple o das e apas de abalho, a Figu a 1 mos a o espe‑ i o luxog ama compu acional. Nesse luxog ama o p ocedimen o oi di idido em qua o a i idades iden i icadas com A, B, C e D, que co espondem espec i amen e a: c iação da geome ia; de inição e implemen ação do sis ema de base de dados; de inição dos obje os BIM e conexão com a base de dados; isualização e análise dos esul ados. 4514º CONGRESSO PORTUGUÊS DE BUILDING INFORMATION MODELLING A a i idade iden i icada como A consis e na con e são da geome ia exis en e no modelo BIM idimensional. Pa a isso as in o mações de p oje o o am anspos as pa a olhas de cálculo em Mic oso Excel, endo sido u ilizada p og amação isual e a linguagem Py hon pa a es abelece a oca de in o mações com a pla a o ma de modelação BIM. O esul ado é o modelo BIM As ‑is da geome ia da ba agem. A geome ia é ge ada a pa i dos pon os cha e das secções ans e sais da ba a‑ gem (maciços es abilizado es, núcleo e sis ema de d enagem in e no). A pa i des es pon os, de cada uma das zonas é ge ado um polígono. Esses polígonos são ex udi‑ dos em elação ao eixo da ba agem, ge ando ês sólidos independen es. Es e p o‑ cedimen o é ealizado pa a os ês ipos de zonas (maciços es abilizado es, núcleo e sis ema de d enagem in e no). O sólido co esponden e à ba agem de a e o é co ‑ ado de aco do com as geome ias co esponden es às di e en es zonas da ba agem. A a i idade B consis e na c iação da base de dados das in o mações e e en es à ins umen ação e à e i icação dos dados p e iamen e exis en es na base de dados, e consequen emen e a esc i a de dados inexis en es. A p og amação oi ealizada em linguagem Py hon u ilizando a pla a o ma abe a Jupy e No ebook. Quan o ao sis e‑ ma de ges ão da base de dados (SGBD) escolheu ‑se o SQLi e po se uma e amen a disponí el g a ui amen e que não o e ece es ições ou limi e de a ibu os e pe mi e a pe manência dos dados. Além disso, com SQLi e, a conexão en e o modelo BIM e a base de dados o na ‑se ácil usando a linguagem de p og amação isual. Com e ei o, a conexão não p ecisa de um se ido dedicado po que es a base de dados lê e g a a di e amen e do ichei o em disco. Figu a 1 Fluxog ama compu acional. 452 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA BIM NA MONITORIZAÇÃO DA SEGURANÇA DE BARRAGENS DE ATERRO O esquema concep ual da base de dados c iada, pode se analisado em de alhe na disse ação de mes ado que es á na génese do p esen e a igo [20]. A a i idade C consis e na c iação dos obje os BIM e a conexão da base de dados com o modelo BIM, es abelecida po meio a p og amação isual. A p imei a e apa na c iação de um no o obje o BIM é de ini um dos pad ões ou p ocedimen os, como o Open BIM Objec S anda d (OBOS), que con ibui pa a a in e‑ ope abilidade em modelos BIM. A segunda e apa é iden i ica a exis ência de obje‑ os e modi ica e inse i as in o mações necessá ias pa a o p oje o [13]. Po ém, não exis em biblio ecas de ins umen ação geo écnica disponí eis, ampouco exis em empla es que possam auxilia na cons ução do obje o. Po an o, pa a a c iação do obje o de ins umen ação, op ou ‑se po inicia o de‑ sen ol imen o do P oduc Da a Templa e (PDT) de um ins umen o, as ba e ias de assen amen o. O le el o in o ma ion need oi de inido de aco do com as condições de uma ba agem já cons uída, ou seja, conside ando que os ins umen os es ão ins alados e es ão em ase de ope ação. O desen ol imen o do modelo BIM é uma o ma de con ibui com a análise e isualização dos esul ados da ins umen ação. Nes e con ex o, o le el o in o ma ion need oi de inido em unção das in o mações necessá ias pa a análise da segu ança da ba agem e modo a e i a o excesso ou in o mações que não pudessem se u ilizadas nas análises. As in o mações mais impo an es de inidas pa a as ba e ias de assen amen o são: i) o nome e localização do ins umen o, ii) o nome e a p o undidade da ins alação de cada anel, iii) a da a de medição e i ) a isualização da medição. Fo am ambém adicionados alguns pa âme os geomé icos. Pa a os pa âme os do ins umen o, p ocu ou ‑se adequa as eg as do NBS BIM Objec S anda d [21], con o me ap esen ado na Tabela 1, que mos a o PDT p opos o. A Figu‑ a2 mos a os dados geomé icos e a isualização 3D das ba e ias de assen amen o. G oup Pa ame e Pa ame e name Uni s Da a Type Example Geome ic Da a PipeLengh mm Nume ic 1 PipeRadius mm Nume ic 40 Pla eRadius mm Nume ic 500 Pla eThickness mm Nume ic 50 O he s DamName ex Alphanume ic Odelouca Ins umen Name ex Alphanume ic BA5 ‑1 RingName ex Alphanume ic R1 Ins Loca ionX Nume ic 2222222.25 Ins Loca ionY Nume ic 2222222.25 RingLe el m Nume ic 20 Measu emen Da e Alphanume ic 1900 ‑12 ‑31T23:59:59 Ins alla ionDa e Alphanume ic 1900 ‑12 ‑31T23:59:59 Se lemen mm Nume ic 200 Tabela 1 PDT ba e ias de assen amen o in o mação não geomé ica e geomé ica. 4534º CONGRESSO PORTUGUÊS DE BUILDING INFORMATION MODELLING A a i idade D es abelece a conexão en e a base de dados e o modelo BIM As ‑is e a e amen a de análise de dados, Mic oso Powe BI. Essa conexão oi es abelecida po meio da linguagem de p og amação isual. A isualização dos dados no modelo BIM é ei a po meio de um obje o cilínd ico, desenhado na posição de cada um dos anéis. Pa a isso, oi c iado um obje o BIM con o me mos a a Figu a3. A al u a dos cilind os co esponde ao alo do desloca‑ men o e ical, e a escala de co es ambém o nece uma imagem p é ia do mesmo pa âme o. Nessa a i idade ambém é es abelecida a conexão da base de dados com a e a‑ men a de análise. A aplicação desse ipo de e amen a na indús ia da cons ução ci il em sido cada ez mais u ilizada, de ido à necessidade de p ocessamen o e análise dos dados p oduzidos, p incipalmen e com a in eg ação en e as écnicas de BIM, IoT e Da a Mining (DM) [22]. 3. caso de es udo: Ba agem Odelouca A ba agem de Odelouca é uma ba agem de a e o localizada, no ba la en o alga ‑ io, a no e de Sil es, na Ribei a de Odelouca, o p incipal a luen e do io A ade. Aba ‑ agem é u ilizada pa a abas ecimen o de água à zona ba la en o e em o co oamen o à co a 106 m e uma al u a máxima acima da undação de 76 m. O co oamen o em Figu a 2 In o mação geomé ica in eg an e em obje o BIM ba e ias de assen amen o. Figu a 3 Visualização dos esul ados em obje o BIM. 454 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA BIM NA MONITORIZAÇÃO DA SEGURANÇA DE BARRAGENS DE ATERRO 11 m de la gu a e ce ca de 415 m de comp imen o, com dois echos e os conec‑ ados po um echo cu o. Os ins umen os ins alados no co po da ba agem são: ma cas de supe ície, ba e ias de assen amen o, inclinóme os e piezóme os. Os ins umen os da ba agem de Odelouca, como na maio ia das ba agens do mun‑ do, não es ão equipados pa a e e ua ansmissão de dados em empo eal. F equen‑ emen e, as medições dos dados de obse ação, ainda são ealizadas em o mulá ios de papel, que pos e io men e são digi alizados e en iados ao esponsá el écnico pela a aliação da segu ança. No caso da ba agem de Odelouca, exis e uma olha de cálculo em Excel di e en e pa a cada um dos ins umen os, o que di icul a uma análi‑ se in eg ada dos esul ados, sendo a análise ealizada essencialmen e bidimensional e indi idualizada pa a cada ins umen o. Na maio ia dos casos, a análise é ealizada em cada uma das seções ans e sais de inidas no plano de obse ação. A in eg ação global dos dados ica a ca go do écnico esponsá el que em que se soco e da sua capacidade de abs ação pa a pe ceção global. Dian e do expos o, é in e essan e concen a os dados da ins umen ação numa base de dados in eg ada e isualiza os esul ados de o ma in eg ada e idimensional. Além disso, algumas e amen as de análise de dados pe mi em uma a aliação di e enciada dos dados, com base em modelos es a ís icos de co elação de in o mações e de dados. Es e abalho ap esen a um exemplo de aplicação da conexão en e di e en es e ‑ amen as a im de in eg a in o mações, concen á -la em base de dados in eg ada e isualiza de o ma di e enciada, seja a a és da isualização idimensional ou a é mesmo em uma e amen a de análise de dados. De aco do com o luxo de abalho mos ado na Figu a 1, o p ocesso começa com a de inição da geome ia idimensio‑ nal. A geome ia desen ol ida nes e p oje o oi simpli icada e limi ada aos maciços es abilizado es, núcleo e sis ema de d enagem in e na. A Figu a 4 mos a uma isão do modelo idimensional c iado. Figu a 4 Modelo BIM geome ia da ba agem. 4554º CONGRESSO PORTUGUÊS DE BUILDING INFORMATION MODELLING A pa i da c iação da base de dados elacional com odas as medições e in o mações dos ins umen os e e en es às ba e ias de assen amen o, oi possí el es abelece uma conexão com o modelo BIM. Es a conexão pe mi iu o desenho au omá ico da posição dos ins umen os, dos esul ados da obse ação e de in o mações adicio‑ nais pa a cada ins umen o. A Figu a 5 (a) mos a a isualização 3D dos dados de ins umen ação no modelo BIM. Também oi possí el es abelece a conexão da base de dados com e amen as de análise, acili ando a sua análise in eg ada, con o me mos a a Figu a 5 (b). (a) (b) 4. Conside ações inais O abalho desen ol ido p e endeu implemen a , explo a e demons a algumas aplicações po enciais de modelos BIM pa a ba agens de a e o exis en es, com oco na análise de dados de ins umen ação du an e a ase de ope ação. As p incipais conclusões podem se esumidas nos seguin es pon os: Foi es abelecida a conexão en e a base de dados e o modelo BIM, de o ma a ga an‑ i as indexação da in o mação ao modelo da ba agem (geome ia, ins umen ação e in o mações do equipamen o). Ve i icou -se que exis em ecu sos pa a ealiza a isualização no modelo BIM, sen‑ do uma e amen a p omisso a. No en an o, são ainda necessá ios ap o undamen os adicionais na isualização in eg ada dos dados, sendo pa a isso necessá io o desen‑ ol imen o de códigos mais a ançados pa a isualização ou mesmo pa a análise de dados. Nes e sen ido, o na -se e icien e a sua in eg ação com e amen as exis en es que pe mi am a análise e isualização dos dados, sendo es a uma das possibilidades es adas ao longo des e abalho, que mos ou que a ligação en e a base de dados e as e amen as de análise ambém é possí el. A aplicação dos p ocessos desen ol idos à ba agem de Odelouca, mos ou que a u ilização do modelo BIM é p omisso a, embo a o exemplo ap esen ado seja simpli‑ icado e es i o a apenas um ipo de ins umen o. Figu a 5 Visualização dos dados de ins umen ação (a) modelo BIM (b) e amen a de análise de dados.