Experimentação com gêmeos digitais aplicados ao ambiente construído: conceituação, ferramentas e competências

Abstract

Esta pesquisa explora conceitos relacionados à tecnologia na construção civil e sua influência na Indústria 4.0, destacando a integração de Gêmeos Digitais, Internet das Coisas e BIM. Para projetistas de Arquitetura e Urbanismo e Engenharia Civil, o design computacional transformou o processo de projeto, pois assim foi possível integrar diferentes ferramentas de modelagem e automação de processos. O Building Information Modeling (BIM) conectado a sensores permite atualizar o status da edificação em tempo real, contribuindo para a implementação de Gêmeos Digitais. Assim, é possível realizar o monitoramento e previsão de desempenho de edifícios, sendo parte da gestão predial. Os capítulos dissertam sobre os conceitos das principais tecnologias abordadas nesta pesquisa, tais como: Internet das Coisas, BIM e Gêmeos Digitais e a integração dos conceitos por meio de simulações na construção civil. Essas simulações ocorrem em ciclos de experimentos com um protótipo de sensor de fluxo de água, onde visa destacar a eficácia do sistema no monitoramento do consumo pelo usuário. Como procedimentos metodológicos, o estudo procura aplicar a abordagem do Design Science Research, usando protótipo de sensor para coletar dados em tempo real e embasar os dashboards sobre o consumo. Cada experimento reúne aprendizados relacionados à transmissão de dados, integração do modelo tridimensional e dos dados e a aplicação e visualização das informações. Com isso, o último experimento resulta em uma onda completa das camadas do Gêmeos Digital e a visualização ocorre via aplicativo mobile. Por fim, a pesquisa questiona como promover a compreensão do conceito de Gêmeos Digitais para projetistas de arquitetura e engenharia, engajados no processo de projeto desde a modelagem até a automação de processos.

Abstract: This research explores concepts related to technology in civil construction and its influence on Industry 4.0, highlighting the integration of Digital Twins, the Internet of Things, and BIM. For architects and urban designers as well as civil engineers, computational design has transformed the design process, allowing for the integration of different modeling tools and process automation. Building Information Modeling (BIM) connected to sensors enables real- time updates on the status of the building, contributing to the implementation of Digital Twins. This allows for monitoring and predicting the performance of buildings, which is part of building management. The chapters discuss the concepts of the main technologies addressed in this research, such as: the Internet of Things, BIM, and Digital Twins, and the integration of these concepts through simulations in civil construction. These simulations occur in cycles of experiments with a water flow sensor prototype, aiming to highlight the system's effectiveness in monitoring user consumption. As methodological procedures, the study seeks to apply the Design Science Research approach, using a sensor prototype to collect real-time data and support the dashboards on consumption. Each experiment gathers learnings related to data transmission, integration of the three-dimensional model and data, and the application and visualization of information. Thus, the final experiment results in a complete wave of the layers of the Digital Twin, and the visualization occurs via a mobile application. Finally, the research questions how to promote an understanding of the concept of Digital Twins for architects and engineers engaged in the design process from modeling to process automation.