Flujo de trabajo automatizado para optimización multiobjetivo de vigas de hormigón armado
DOI:
https://doi.org/10.11606/gtp.v17i2.193351Palabras clave:
diseño estructural, BIM, Algoritmo genético, sustentabilidadResumen
El Modelado de información de construcción (BIM) se ha utilizado junto con herramientas informáticas modernas para automatizar los procesos involucrados en el diseño de proyectos. Una de las actividades que facilitan los recursos mencionados es la búsqueda de soluciones optimizadas en multiplos aspectos de una construcción. Este artículo tiene como objetivo proponer un flujo de trabajo que ayude a los diseñadores en la definición de las secciones transversales de las vigas y la resistencia a la compresión característica del hormigón (Fck). El presente enfoque utiliza un modelo BIM para extraer información geométrica de un edificio y realizar un análisis estructural utilizando el software Robot Structural Analysis. Con la ayuda de la Interfaz de Programación de Aplicaciones (API) proporcionada por este software, se implementó un algoritmo genético multiobjetivo para obtener estructuras optimizadas desde el punto de vista financiero y ambiental. La aplicación del flujo de trabajo, en el modelo de construcción evaluado, proporcionó la elección de configuraciones estructurales optimizadas dentro del espacio de diseño, con reducciones del 12,2% en el costo y del 13,7% en el potencial de calentamiento global.
Descargas
Referencias
AFZAL, M.; LIU, Y.; CHENG, J. C.; GAN, V. J. Journal of Cleaner Production, v. 260, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120623. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652620306703. Acesso em: 25 jan. 2022.
ARCELORMITTAL. Declaração Ambiental de Produto (DAP). 2021. Acesso em: 2 ago. de 2021. Disponível em: <https://brasil.arcelormittal.com/meio-ambiente/acos-longos/declaracao-ambiental-produto>.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 6123: Forças devidas ao vento em edificações. Rio de Janeiro: ABNT, 1988. 66 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR ISO 14040: Gestão ambiental: Avaliação do ciclo de vida: princípios e estrutura. Rio de Janeiro: ABNT, 2009a. 21 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR ISO 14044: Gestão ambiental — avaliação do ciclo de vida — requisitos e orientações. Rio de Janeiro: ABNT, 2009b. 46 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto — procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 2014. 238 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 6120: Ações para o cálculo de estrutura de edificações. Rio de Janeiro: ABNT, 2019. 60p.
BAGAUTDINOV, R.; MONASTIREVA, D.; BODAK, I.; POTAPOVA, I. Feasibility study tool for semi-rigid joints design of high-rise buildings steel structures. In: EDP SCIENCES. E3S Web of Conferences. [S.l.], 2018. v. 33, p. 02022. Disponível em: https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/abs/2018/08/e3sconf_hrc2018_02022/e3sconf_hrc2018_02022.html. Acesso em: 25 jan. 2022.
BARRANTES, L. de S. Avaliação do desempenho ambiental da produção de biomassa florestal com finalidade energética no Brasil: o caso de Itapeva. 2016. Dissertação (Mestre em Engenharia) — Universidade Federal Tecnológica do Paraná, Curitiba, 2016.
BAZARAA, M. S.; SHERALI, H. D.; SHETTY, C. M. Nonlinear programming: theory and algorithms. Hoboken: John Wiley & Sons, 2013.
BIANCONI, F.; FILIPPUCCI, M.; BUFFI, A. Automated design and modeling for mass-customized housing. A web-based design space catalog for timber structures. Automation in construction, v. 103, p. 13–25, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2019.03.002. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926580518305302. Acesso em: 25 jan. 2022.
BIM DICTIONARY. Model Use (MU). Disponível em: https://bimdictionary.com/en/model-use/1. Acesso em: 25 jan. de 2022.
BRITISH STANDARDS INSTITUTION. BS EN 15978: Sustainability of construction works. assessment of environmental performance of buildings. calculation method. London: BSI, 2011. 64 p.
BUILDING AND CONSTRUCTION AUTHORITY. Code of Practice on Buildability: 2017 edition. Singapore: BCA, 2017. 78 p.
BUYLE, M.; BRAET, J.; AUDENAERT, A. Life cycle assessment in the construction sector: A review. Renewable and sustainable energy reviews, v. 26, p. 379–388, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.05.001. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032113002876. Acesso em: 25 jan. 2022.
CAMPOS Érica Ferraz de. Emissão de CO2 da madeira serrada da Amazônia: o caso da exploração convencional. 2012. Dissertação (Mestrado em Engenharia) — Universidade de São Paulo, São Paulo, 2012.
COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION (CEN). Eurocode 2: Design of concrete structures: Part 1-1 -general rules and rules for buildings. Bruxelas, Bélgica, 2004. 225 p.
CHI, H. L.; WANG, X.; JIAO, Y. BIM-enabled structural design: impacts and future developments in structural modelling, analysis and optimisation processes. Archives of computational methods in engineering, v. 22, n. 1, p. 135–151, 2015. DOI: https://doi.org/10.1007/s11831-014-9127-7. Disponível em: https://link.springer.com/article/10.1007/s11831-014-9127-7. Acesso em: 25 jan. 2022.
DIAO, Y.; KATO, S.; HIYAMA, K. Development of an optimal design aid system based on building information modeling. Building Simulation, v. 4, n. 4, p. 315–320, 2011. DOI: https://doi.org/10.1007/s12273-011-0054-3. Disponível em: https://meiji.elsevierpure.com/en/publications/development-of-an-optimal-design-aid-system-based-on-building-inf. Acesso em: 25 jan. 2022.
DEB, K.; PRATAP, A.; AGARWAL, S.; MEYARIVAN, T. A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II. IEEE transactions on evolutionary computation, v. 6, n. 2, p. 182–197, 2002. DOI: 10.1109/4235.996017. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=996017. Acesso em: 25 jan. 2022.
DRESCH, A.; LACERDA, D. P.; ANTUNES JUNIOR, J. A. V. Design science research: método de pesquisa para avanço da ciência e tecnologia. Porto Alegre: Bookman, 2015.
DZWIERZYNSKA, J.; PROKOPSKA, A. Pre-rationalized parametric designing of roof shells formed by repetitive modules of catalan surfaces. Symmetry, v. 10, n. 4, p. 1-16, 2018. DOI: https://doi.org/10.3390/sym10040105. Disponível em: https://www.mdpi.com/2073-8994/10/4/105. Acesso em: 25 jan. 2022.
EASTMAN, C.; TEICHOLZ, P.; SACKS, R.; LISTON, K. Manual de BIM: um guia de modelagem da informação da construção para arquitetos, engenheiros, gerentes, construtores e incorporadores. Porto Alegre: Bookman, 2014.
ELEFTHERIADIS, S.; DUFFOUR, P.; MUMOVIC, D. BIM-embedded life cycle carbon assessment of RC buildings using optimised structural design alternatives. Energy and Buildings, v. 173, p. 587–600, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.05.042. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778818305954. Acesso em: 25 jan. 2022.
ELEFTHERIADIS, S.; DUFFOUR, P.; STEPHENSON, B.; MUMOVIC, D. Automated specification of steel reinforcement to support the optimisation of RC floors. Automation in Construction, v. 96, p. 366–377, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2018.10.005. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092658051830414X. Acesso em: 25 jan. 2022.
FONSECA, L.P.G; NUNES, V.D.L; SANTANA, L.O; CARLO, J.C.; CÉSAR JUNIOR, K.M.L. Otimização multiobjetivo das dimensões dos ambientes de uma residência unifamiliar baseada em simulação energética e estrutural. Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 17, n.1, p. 267-288, 2017. DOI: https://doi.org/10.1590/s1678-86212017000100135. Disponível em: https://www.scielo.br/j/ac/a/nf9DDk5mQBhZGNWGvhLVMFj. Acesso em: 25 jan. 2022.
GAGG, C. R. Cement and concrete as an engineering material: An historic appraisal and case study analysis. Engineering Failure Analysis, v. 40, p. 114–140, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2014.02.004. Disponíel em: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1350630714000387. Acesso em: 25 jan. 2022.
GARCIA, Rafael de Paula. Estratégias de penalização adaptativa para a solução de problemas de otimização com restrição via algoritmos genéticos. 2014. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional) – Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora, 2014
GASPAR, J. A. M. O significado atribuído a BIM ao longo do tempo. 2019. Dissertação (Mestrado em Arquitetura, Tecnologia e Cidade) – Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2019.
HOLLBERG, A.; RUTH, J. LCA in architectural design—a parametric approach. The International Journal of Life Cycle Assessment, v. 21, n. 7, p. 943–960, 2016. DOI: https://doi.org/10.1007/s11367-016-1065-1. Disponível em: https://link.springer.com/article/10.1007/s11367-016-1065-1. Acesso em: 25 jan. 2022.
INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Technology Roadmap. Low-Carbon Transition in the Cement Industry. Paris: IEA, 2018. 66 p. Disponível em: https://www.wbcsd.org/contentwbc/download/4586/61682/1. Acesso em: 25 jan. 2022.
KHONDOKER, M. T. H. Automated reinforcement trim waste optimization in RC frame structures using building information modeling and mixed-integer linear programming. Automation in Construction, v. 124, p. 103599, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2021.103599. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926580521000509. Acesso em: 25 jan. 2022.
LEE, D.; SON, S.; KIM, D.; KIM, S. Special-length-priority algorithm to minimize reinforcing bar-cutting waste for sustainable construction. Sustainability, v. 12, n. 15, p. 1-15, 2020. DOI: https://doi.org/10.3390/su12155950. Disponível em: https://www.mdpi.com/2071-1050/12/15/5950. Acesso em: 25 jan. 2022.
LIU, D.; LI, X.; CHEN, J.; JIN, R. Real-time optimization of precast concrete component transportation and storage. Advances in Civil Engineering, v. 2020, 2020. DOI: https://doi.org/10.1155/2020/5714910. Disponível em: https://www.hindawi.com/journals/ace/2020/5714910/. Acesso em: 25 jan. 2022.
LIU, J.; LIU, P.; FENG, L.; WU, W.; LI, D.; CHEN, Y. F. Automated clash resolution for reinforcement steel design in concrete frames via q-learning and building information modeling. Automation in Construction, v. 112, p. 103062, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2019.103062. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926580519304753. Acesso em: 25 jan. 2022.
MANGAL, M.; CHENG, J. C. Automated optimization of steel reinforcement in RC building frames using building information modeling and hybrid genetic algorithm. Automation in Construction, v. 90, p. 39–57, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2018.01.013. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926580517305630. Acesso em: 25 jan. 2022.
NADOUSHANI, Z. S. M.; HAMMAD, A. W.; XIAO, J.; AKBARNEZHAD, A. Minimizing cutting wastes of reinforcing steel bars through optimizing lap splicing within reinforced concrete elements. Construction and Building Materials, v. 185, p. 600–608, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.07.023. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0950061818316969. Acesso em: 25 jan. 2022.
OLIVEIRA, J. I. F. de. Otimização Multiobjetivo Aplicada à Análise Estrutural de Edifícios. 2017. Dissertação (Mestrado em Estruturas e Construção Civil) — Universidade de Brasília, Brasília, 2017.
PINHEIRO, L. M. Fundamentos do concreto e projeto de edifícios. São Carlos: Universidade de São Paulo, 2007. 380 p. Disponível em: http://coral.ufsm.br/decc/ECC1006/Downloads/Apost_EESC_USP_Libanio.pdf. Acesso em: 25 jan. 2022.
PORWAL, A.; HEWAGE, K. N. Building information modeling–based analysis to minimize waste rate of structural reinforcement. Journal of construction engineering and management, v. 138, n. 8, p. 943–954, 2012. DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)CO.1943-7862.0000508. Disponível em: https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%29CO.1943-7862.0000508. Acesso em: 25 jan. 2022.
RIBEIRO, A. C. Otimização multiobjetivo para alocação de geração distribuída em sistemas de distribuição via NSGA-II e composição MAX-MIN. 2019. Dissertação (Mestrado em Sistemas de Engenharia Elétrica) — Universidade Federal do Piauí, Teresina, 2019.
RIGO, Eduardo. Métodos de otimização aplicados à análise de estruturas. 1999. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Estruturas) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2019.
SHAO, T.; ZHANG, C. Architectural design model based on BIM management system model and data mining. International Journal of Performability Engineering, v. 14, n. 11, p. 2574–2580, 2018. DOI: 10.23940/ijpe.18.11.p3.25742580. Disponível em: http://www.ijpe-online.com/EN/10.23940/ijpe.18.11.p3.25742580. Acesso em: 25 jan. 2022.
SILVA, F. B.; YOSHIDA, O. S.; SAADE, M. R.; SILVA, V. G. D.; SILVA, M. G. D.; MORAGA, G. L.; PASSUELLO, A.; OLIVEIRA, L. A. D.; JOHN, V. M. Avaliação do ciclo de vida do concreto dosado em central com base em dados da indústria brasileira. Concreto e Construções, v. 98, p. 91–97, 2020. DOI: http://dx.doi.org/10.4322/1809-7197.2020.98.0010. Disponível em: http://ibracon.org.br/Site_revista/Concreto_Construcoes/pdfs/edicao98/10_avaliacao_ciclo.pdf. Acesso em: 25 jan. 2022.
SIMON, H. A. The Sciences of the Artificial. 3. ed. Cambridge: MIT Press, 1996.
SUCCAR, B.; SALEEB, N.; SHER, W. Model uses: foundations for a modular requirements clarification language. In: Australasian Universities Building Education (AUBEA2016), 2016, Cairns, Queensland, Australia. Proceedings […]. Cairns: Central Queenslands University, 2016. p. 45 – 57.
SUN, C.; JIANG, S.; SKIBNIEWSKI, M. J.; MAN, Q.; SHEN, L. A literature review of the factors limiting the application of BIM in the construction industry. Technological and Economic Development of Economy, v. 23, n. 5, p. 764–779, 2017. DOI: https://doi.org/10.3846/20294913.2015.1087071. Disponível em: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.3846/20294913.2015.1087071. Acesso em: 25 jan. 2022.
TAFRAOUT, S.; BOURAHLA, N.; BOURAHLA, Y.; MEBARKI, A. Automatic structural design of RC wall-slab buildings using a genetic algorithm with application in BIM environment. Automation in Construction, v. 106, p. 102901, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2019.102901. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926580519303954. Acesso em: 25 jan. 2022.
UNITED NATIONS ENVIRONMENTAL PROGRAM (UNEP). Global Status Report for Buildings and Construction: Towards a zero-emissions, efficient and resilient buildings and construction sector. Nairobi, 2020. 105 p.
WANG, Y.; YUAN, Z.; SUN, C. Research on assembly sequence planning and optimization of precast concrete buildings. Journal of Civil Engineering and Management, v. 24, n. 2, p. 106–115, 2018. DOI: https://doi.org/10.3846/jcem.2018.458. Disponível em: https://journals.vgtu.lt/index.php/JCEM/article/view/458. Acesso em: 25 jan. 2022.
Descargas
Publicado
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2022 Caio Calixto, Giuseppe Miceli Junior, Paulo Pellanda
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos:
- Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.
- Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista.
- Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado (Veja O Efeito do Acesso Livre).
