UTILIZAÇÃO DE LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO VISUAL PARA ELABORAÇÃO DE MODELOS BIM LOD 400

UTILIZAÇÃO DE LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO VISUAL PARA ELABORAÇÃO DE MODELOS BIM LOD 4001 Ari Monteiro Dharma Sistemas, Brasil www.dharmasistemas.wix.com/home 1 INTRODUÇÃO A utilização de ferramentas de autoria de modelos BIM, tais como: Autodesk Revit® ou Graphisoft ArchiCAD®, tornou-se uma prática comum dos usuários que já tomaram contato com a tecnologia BIM. Com essas ferramentas é possível criar modelos BIM detalhados. Mas, na medida em que o nível de detalhamento desses modelos aumenta, a produtividade no processo de modelagem começa a diminuir. Na escala do nível de desenvolvimento de modelos BIM ou LoD (Level of Development) há uma denominação chamada LoD 400. Ela é usada para determinar que os componentes do modelo BIM contenham uma representação precisa dos detalhes referentes à sua execução (BIMFORUM, 2015). Alguns exemplos de modelos BIM com LoD 400 são os projetos para produção, tais como: alvenaria, formas/escoramentos, armações e revestimento de fachadas. A elaboração de modelos BIM com LoD 400 requer do projetista maior atenção às regras de projeto do sistema construtivo que está sendo modelado, de forma que, o resultado final seja consistente com o que deverá ser executado na obra. No projeto de alvenaria, por exemplo, o projetista utiliza um conjunto de regras para realizar seu projeto. Uma parte dessas regras está associada a uma tarefa repetitiva chamada modulação de alvenaria (MONTEIRO, 2011).

2 LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO VISUAL As linguagens de programação visuais, ou VPLs, foram desenvolvidas nos anos 70 e surgiram da união de trabalhos nos campos da computação gráfica, das linguagens de programação e da interação humanocomputador (BOSHERNITSAN; DOWNES, 2004). A idéia principal por trás desse tipo de linguagem é facilitar a sua utilização e aprendizado, por meio do uso de artefatos gráficos em oposição, ao uso de uma linguagem de programação textual (CRAFAI, 2015). Em linguagens de programação textuais os usuários precisam aprender a sintaxe das estruturas da linguagem para que possam codificar programas. Nas ferramentas baseadas em VPL, a lógica dos programas é construída usando diagramas chamados de grafos que são compostos de elementos chamados de nós. Os nós contêm encapsuladas as estruturas utilizadas pela linguagem de programação visual. Na medida em que o usuário cria o grafo de um programa, indiretamente, está produzindo códigos de programação que ficam ocultos dentro dos nós do grafo. A Figura 1 mostra um exemplo de grafo criado na ferramenta Grasshopper®. Quando esse grafo é executado uma geometria 3D é gerada a partir do processamento do código incorporado em seus nós. De fato, as ferramentas VPL oferecem uma interface humano-computador mais amigável aos seus usuários para facilitar o aprendizado e a utilização de uma linguagem de programação. Figura 1 – Exemplo de grafo no Grasshopper®

Essa tarefa consiste, basicamente, na montagem manual dos componentes da parede (blocos, pré-moldados, telas metálicas, etc.). A produtividade de modelagem nesse caso é impactada, se a ferramenta BIM utilizada não possuir recursos para executar essa tarefa com eficiência. O mesmo ocorre em projetos de sistemas de formas e escoramentos. Estas disciplinas também utilizam um conjunto de regras para elaborar seus projetos e possuem tarefas repetitivas que podem impactar na produtividade, se forem executadas manualmente. Fonte: Grasshopper3D (2015). Ferramentas baseadas em linguagem de programação visual ou VPL (Visual Programming Language) permitem a codificação de regras que ao serem processadas, podem gerar modelos 3D. Ferramentas como Dynamo®, Grasshopper® e Generative Components® são exemplos de aplicativos que utilizam esse tipo de linguagem. O objetivo deste estudo foi investigar se ferramentas baseadas em VPL podem ser utilizadas na elaboração de modelos BIM LoD 400 e, desta forma, ajudar a reduzir o tempo na elaboração desses modelos. Para atingir este objetivo foram selecionadas as ferramentas Autodesk Revit® e Dynamo®. Foram realizados estudos em termos de limitações, potencialidades e usabilidade da ferramenta Dynamo® focando na elaboração de modelos BIM LoD 400 para o projeto de alvenaria de vedações.

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2.1 FERRAMENTAS BASEADAS EM VPL As ferramentas VPL têm sido utilizadas no contexto do BIM já há alguns anos, em particular em estudos de formas arquitetônicas complexas (STAVRIC; MARINA, 2011) e no suporte a fabricação digital (LACHAUER et al., 2010). O uso combinado de ferramentas VPL e de autoria de modelos BIM é uma característica interessante a ser explorada por seus usuários. As três ferramentas VPL citadas anteriormente, permitem o trabalho integrado com ferramentas de autoria de modelos BIM. A ferramenta Dynamo® é integrada com o Autodesk Revit® e a ferramenta Generative Components® é integrada com o Bentley AECOsim®. Já o Grasshopper® foi desenvolvido originalmente para trabalhar de forma integrada a ferramenta de modelagem 3D Rhinoceros® da empresa McNell.

MONTEIRO, A. Visual Programming Language for Creating BIM Models with Level of Development 400. In: 4th BIM INTERNATIONAL CONFERENCE, 2016, São Paulo & Lisboa. Proceedings... São Paulo: BIMMI, 2016.

Recentemente, o Graphisoft ArchiCAD® permite a integração com o Rhinoceros® e o Grasshopper® (GRAPHISOFT, 2015).

2.2 REQUISITOS DOS USUÁRIOS PARA A UTILIZAÇÃO DE FERRAMENTAS VPL O fato da VPL ser relativamente mais simples de aprender do que as linguagens de programação textuais, está relacionado com quem fará uso deste tipo de linguagem. O foco são os usuários das ferramentas para autoria de modelos BIM. Entretanto, arquitetos, engenheiros e técnicos não possuem em sua formação, disciplinas relacionadas ao desenvolvimento de software, pois este, evidentemente, não é o foco de sua formação. Entretanto, as ferramentas de suporte a projeto estão evoluindo e exigindo de seus usuários o desenvolvimento de novas habilidades e competências. O raciocínio lógico e a capacidade de desenvolver programas simples para automatizar algumas tarefas do dia-a-dia, por exemplo, são requisitos considerados básicos para usar uma ferramenta VPL.

2.3 LINGUAGENS VISUAIS versus LINGUAGENS TEXTUAIS

mais sofisticado, a combinação da VPL com uma linguagem de programação textual torna-se muito útil neste caso.

2.4 SOBRE O DYNAMO® O Dynamo® é uma ferramenta VPL que pode ser usada fora ou dentro do Autodesk Revit® e, quando utilizada dentro desse software, possui recursos que permitem interagir com os componentes (ou famílias na terminologia adotada pela Autodesk) do modelo BIM. Esta ferramenta pode ser usada tanto para criação e edição de famílias no modelo BIM, quanto para executar outros tipos de tarefas, tais como: •

Preenchimento de carimbos nas pranchas de um projeto (Figura 2);

•

Inserção automática de famílias seguindo uma regra específica para sua distribuição;

•

Gerar pranchas com determinadas vistas inseridas;

•

Vários tipos de análises de Engenharia, tais como: análises energéticas e estruturais;

•

Estudo de formas arquitetônicas complexas;

•

Importação/exportação de modelos 3D, etc. Figura 2 – Preenchimento de carimbo usando o Dynamo®

Embora a proposta da VPL seja programar sem precisar lidar com códigos de programação, as ferramentas VPL também oferecem como opção, aos usuários que dominem alguma linguagem de programação textual, recursos para a utilização dessas linguagens. No Grasshopper®, por exemplo, é possível utilizar as linguagens de programação da plataforma Microsoft .NET, tais como: VB.NET e C#, além das linguagens Python e Rhinoscript (GRASSHOPPER, 2015). Já no Dynamo® é possível mesclar códigos nas linguagens de programação textuais DesignScripting e Python para sofisticar os programas desenvolvidos em VPL. Mas, se a idéia da VPL é facilitar o aprendizado e uso por usuários que não são programadores profissionais, porque é possível utilizar linguagens de programação textuais em ferramentas VPL? A resposta esta no fato de que algumas estruturas de controle consideradas triviais em linguagens de programação textuais, tais como: estruturas de decisão (seentão) e estruturas de repetição (looping), ou não estão presentes ou não são eficientes usando os recursos nativos de uma ferramenta VPL. Se for necessário utilizar diversas vezes estruturas de decisão e repetição dentro de um programa desenvolvido em VPL, o grafo pode se tornar muito intricado e difícil de ler. Isto pode dificultar futuras manutenções nesse programa. Eis então, o porquê das ferramentas VPL oferecerem a possibilidade de usar linguagens de programação textuais. As linguagens de programação textuais disponíveis em ferramentas VPL são classificadas como linguagens de scripting ou script. Linguagens desse tipo são utilizadas para desenvolver programas que rodam dentro de outras aplicações com o objetivo de estendê-las ou customizá-las (WIKI, 2015). As ferramentas VPL têm um grande potencial para a criação de scripts simples usando seus recursos nativos, mas quando a tarefa a ser automatizada exige um tratamento 1

Fonte: O Autor. O Dynamo® possui recursos específicos para lidar não só com uma simples modelagem geométrica, mas também, com uma complexa modelagem BIM. O conjunto de recursos de programação do Autodesk Revit® também conhecido como RevitAPI®, pode ser acessado a partir da utilização da linguagem programação textual Python em programas desenvolvidos no Dynamo®. Isto amplia ainda mais as possibilidades de manipulação de modelos BIM, mas exige um conhecimento mais avançado dos usuários em desenvolvimento de software. A forte integração entre o Dynamo® e Autodesk Revit® foi o que motivou a escolha dessas ferramentas para os experimentos realizados nesta pesquisa.

3 AUTOMATIZAÇÃO NA ELABORAÇÃO DE MODELOS BIM LOD 400 O potencial das ferramentas VPL para automatizar a elaboração de modelos BIM detalhados é algo que tem sido pouco explorado no uso dessas ferramentas. O conceito de modelagem generativa que consiste na modelagem não da geometria, mas sim das regras que definem a construção dessa geometria (MONTEIRO; SANTOS, 2009), pode ser colocado em prática com o uso de ferramentas VPL. Quando essas ferramentas possuem uma forte integração com a ferramenta de autoria de modelos BIM, é possível modelar as regras de montagem de um sistema construtivo e aplicar estas regras a determinados componentes do modelo BIM.

MONTEIRO, A. Visual Programming Language for Creating BIM Models with Level of Development 400. In: 4th BIM INTERNATIONAL CONFERENCE, 2016, São Paulo & Lisboa. Proceedings... São Paulo: BIMMI, 2016.

Por exemplo, é possível modelar as regras de distribuição das peças que compõem um sistema de formas/escoramentos e aplicar estas regras a elementos estruturais selecionados no modelo BIM. O resultado final desse processamento é a inserção automática das peças do sistema de formas/escoramento para cada elemento estrutural selecionado. A idéia chave para o uso das ferramentas VPL é a modelagem das regras de uma determinada disciplina de projeto e sua aplicação aos componentes do modelo BIM para gerar resultados. Estes resultados podem ser a inserção de novos componentes ou a modificação de parâmetros em componentes existentes, entre outros citados no tópico 2.4 desse estudo.

4 RESULTADOS DA PESQUISA Neste estudo foram realizadas experiências com a ferramenta Dynamo® trabalhando de forma integrada a ferramenta Autodesk Revit®. O objetivo dos experimentos foi identificar se esta ferramenta VPL é eficiente para automatizar da tarefa de elaborar de modelos BIM LoD 400. A elaboração de modelos BIM para o projeto de Alvenaria foi utilizada como exemplo de aplicação da ferramenta VPL. As regras para a modulação de alvenarias foram modeladas no Dynamo® e famílias de blocos foram modeladas no Autodesk Revit®. Os recursos nativos do Dynamo® foram utilizados para a seleção de paredes modelo BIM a partir das quais, os dados da geometria foram extraídos e as regras de modulação foram aplicadas. Durante a modelagem das regras para a modulação de alvenarias foi identificado que os recursos nativos do

Dynamo® se mostraram ineficientes para resolver o cálculo das modulações de primeira e segunda fiadas. A distribuição dos blocos usando o resultado do cálculo da modulação sobre as paredes selecionadas, também apresentou as mesmas limitações. Como estas tarefas exigem o uso recorrente de estruturas de decisão e repetição, foi necessário utilizar códigos escritos na linguagem de programação Python para facilitar a construção da lógica do programa no Dynamo®. Este fato comprovou a versatilidade das ferramentas VPL em permitir a mescla de códigos em linguagens de programação textuais para resolver problemas complexos. A Figura 3 apresenta a janela do Dynamo® com parte do grafo utilizado para a modulação de alvenarias e a janela do Autodesk Revit® com o resultado do processamento do grafo.

5 CONCLUSÕES O potencial das ferramentas baseadas em VPL para automatizar a elaboração de modelos BIM LoD 400 é algo que tem sido pouco explorado no uso dessas ferramentas. Quando essas ferramentas possuem uma forte integração com a ferramenta de autoria de modelos BIM, é possível modelar as regras de montagem de um sistema construtivo e aplicar estas regras a determinados componentes do modelo BIM. Por exemplo, é possível modelar as regras de distribuição das peças que compõem o sistema de Alvenaria e aplicá-las as paredes provenientes no modelo BIM de Arquitetura. O resultado final desse processamento é a inserção automática de componentes BIM para cada elemento parede selecionada.

Figura 3– Modulação de alvenaria usando o Dynamo®

Fonte: O Autor. A idéia chave para o uso das ferramentas baseadas em VPL é a modelagem das regras de uma determinada disciplina de projeto e sua aplicação aos componentes do modelo BIM para gerar resultados. Neste estudo foram realizadas experiências com o Autodesk Revit® integrado ao Dynamo® para identificar a 1

eficiência da VPL na automação de modelagem de modelos BIM LoD 400, em particular na disciplina de projeto de Alvenaria. Os resultados da pesquisa demonstraram que é tecnicamente viável o uso de ferramentas VPL para o fim proposto, em particular, se estas ferramentas estiverem

MONTEIRO, A. Visual Programming Language for Creating BIM Models with Level of Development 400. In: 4th BIM INTERNATIONAL CONFERENCE, 2016, São Paulo & Lisboa. Proceedings... São Paulo: BIMMI, 2016.

fortemente integradas com as ferramentas de autoria de modelos BIM.

. Acesso em: 02 nov. 2015.

Entretanto, para o uso efetivo de ferramentas VPL é desejável que seus usuários desenvolvam habilidades e competências específicas, tais como, o raciocínio lógico e a capacidade de desenvolver programas simples para automatizar algumas tarefas do dia-a-dia.

LACHAUER, L; RIPPMANN, M; BLOCK. P. Form Finding to Fabrication: A digital design process for masonry vaults. In: International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symposium – Spatial Structures – Permanent and Temporary. Proceedings… Shangai: Tongji University, 2010. Disponível em: . Acesso em: 10 mar. 2016.

As ferramentas VPL não intencionam transformar seus usuários programadores profissionais. Mas, expandir suas habilidades e competências no sentido de fazerem melhor uso das tecnologias hoje disponíveis nas ferramentas de suporte a projeto.

REFERÊNCIAS BIMFORUM. Level of Development Specification 2015. Disponível em: . Acesso em: 02 nov. 2015.

MONTEIRO, A. Projeto para produção de vedações verticais em alvenaria em uma ferramenta CAD-BIM. Dissertação de Mestrado. Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2011. 111 p

GRAPHISOFT. GRAPHISOFT Introduces Rhino– Grasshopper–ARCHICAD Connection. Graphisoft Web Site. Disponível em: . Acesso em: 02 nov. 2015.

MONTEIRO, A.; SANTOS, E.T. Uso de modelagem generativa para representação de modulações de alvenarias em ferramentas BIM. In: Congresso da Sociedade Iberoamericana de Gráfica Digital – SIGRADI, 13., 2009, São Paulo. Anais. São Paulo: Universidade Presbiteriana Mackenzie, 2009a, p. 119-121. (ISSN 21760519). BOSHERNITSAN, M.; DOWNES, M. Visual Programming Languages: A Survey. Report No. UCB/CSD-04-1368. Computer Science Division (EECS). University of California. Berkeley, California, 2004. 28 p.

GRASSHOPPER. Grasshopper - an Overview | The Grasshopper Primer (EN). Disponível em: . Acesso em: 02 nov. 2015.

STAVRIC, M.; MARINA, O. Parametric Modeling for Advanced Architecture. In: INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED MATHEMATICS AND INFORMATICS. Issue 1, Volume 5, 2011. 8 p.

GRASSHOPPER3D. Paneltool Porting to Grasshopper Grasshopper. Disponível em:

WIKI. Scripting language - Wikipedia, the free encyclopedia. Disponível em: . Acesso em: 02 nov. 2015.

CRAFTAI. The maturity of visual programming. Disponível em: . Acesso em: 02 nov. 2015.

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MONTEIRO, A. Visual Programming Language for Creating BIM Models with Level of Development 400. In: 4th BIM INTERNATIONAL CONFERENCE, 2016, São Paulo & Lisboa. Proceedings... São Paulo: BIMMI, 2016.