Development of a method for integrating BIM with a thermal load prediction metamodel using gbXML

Abstract

A realização de simulações energéticas ainda não está completamente inserida no processo de projeto de edificações. Uma solução promissora para a integração de ferramentas de simulação energética no processo de projeto pode ser alcançada pelo uso de modelos de informação da construção (Building Information Model ? BIM). A integração de BIMs com modelos de análise energética (Building Energy Model ? BEM) durante o ciclo de vida pode reduzir o retrabalho e facilitar a avaliação de diferentes alternativas de projeto. Entretanto, uma interoperabilidade completa no processo de integração BIM-BEM ainda não foi alcançada. Metamodelos de predição de desempenho podem auxiliar na resolução desse desafio e permitir análises mais rápidas nas fases iniciais de projeto. Dessa forma, este trabalho apresenta o processo de desenvolvimento e validação de um método de integração entre Building Information Models e o metamodelo de predição de carga térmica desenvolvido para a Instrução Normativa do Inmetro para edificações residenciais (INI-R). O método de integração baseia-se em uma ferramenta desenvolvida na linguagem Python com o objetivo de retirar os dados encontrados nos arquivos de formato aberto baseados no esquema gbXML exportados de ferramentas autorais BIM, proceder com transformações matemáticas e lógicas; e preencher corretamente os parâmetros do metamodelo desenvolvido para a INI-R. Uma edificação residencial unifamiliar foi modelada em três diferentes ferramentas autorais BIM para a validação da ferramenta de integração desenvolvida, observando a consistência do esquema gbXML. Os resultados demonstram a viabilidade de desenvolvimento da ferramenta de integração, entretanto, apontam algumas diferenças entre os arquivos gbXML originados de diferentes ferramentas autorais BIM. Além disso, foram também observadas diferenças entre valores de parâmetros de entrada ao comparar o levantamento manual e o automatizado a partir de arquivo gbXML, principalmente, nos parâmetros relacionados às áreas de parede externa por orientação. Dessa forma, resultando em diferenças no valor da predição de carga térmica obtida pelo metamodelo. Foi possível concluir que os modelos BIM podem ser integrados a um metamodelo de predição de desempenho com o uso do esquema gbXML de uma maneira semi-automática. O trabalho reforça a necessidade de padronização na implementação de ferramentas de exportação para arquivos de formato aberto pelos desenvolvedores de software. Também, indica a possibilidade de uso futuro da ferramenta para auxiliar no processo de etiquetagem energética de edificações brasileiras e auxiliar projetistas nas fases iniciais de projeto.

Abstract: The use of energy simulations is not yet fully inserted in the building design process. A promising solution for the integration of energy simulation tools in the design process can be achieved by using building information models (BIM). The integration of BIMs with energy analysis models (BEM) during the life cycle can reduce rework and facilitate the evaluation of different design alternatives. However, complete interoperability in the BIM-BEM integration process has not yet been achieved. Performance prediction metamodels can assist in solving this challenge and allow for quick analysis in the early design phases. Thus, this work presents the process of development and validation of an integration method between Building Information Models and the thermal load prediction metamodel developed for Inmetro's Normative Instruction for residential buildings (INI-R). The integration method is based on a tool developed in the Python language to extract the data found in the files based on the gbXML scheme, proceed with mathematical and logical transformations, and correctly fill in the parameters of the developed metamodel. One single-family residential building was modeled on three different BIM authoring tools to validate the integration tool developed and test the consistency of the gbXML scheme. The results demonstrate the feasibility of developing the integration tool, however, they point out some differences between the gbXML files originated from different BIM authoring tools. Also, differences were observed between values of input parameters when comparing the manual and the automated survey from the gbXML file, mainly in the parameters related to the external wall areas. Thus, resulting in differences in the thermal load prediction value obtained by the metamodel. It was possible to conclude that the BIM models can be integrated to a metamodel of performance prediction using the gbXML in a semi-automatic way. The work reinforces the need for standardization in the implementation of export tools for open file formats by software developers. It also indicates the possibility of future use of the method to assist in the energy labeling process of Brazilian buildings and support designers in the initial design stages.