Otimização de custos de projetos hidráulicos de água fria: uma abordagem com programação linear inteira binária

Abstract

No contexto da construção civil brasileira, a otimização de custos desempenha um papel fundamental para a viabilidade dos empreendimentos, especialmente em habitações de interesse social. O dimensionamento de redes hidráulicas prediais de água fria é tradicionalmente realizado por métodos conservadores que podem resultar em superdimensionamento e custos desnecessários. Este trabalho tem como objetivo desenvolver e aplicar um modelo matemático de otimização focado na minimização do custo de materiais de redes de água fria, por meio de um estudo de caso em um edifício residencial. Para tanto, foi utilizada uma abordagem híbrida implementada em python, combinando a programação linear inteira binária para a seleção global de diâmetros e um pós-processamento heurístico para o ajuste fino das não linearidades causadas pelas conexões de redução de diâmetro. A pesquisa foi conduzida através da aplicação da ferramenta em um projeto real de um edifício de seis pavimentos. Os resultados indicam que a solução otimizada alcançou uma economia de material entre 24,9% e 28,0% em comparação com o dimensionamento convencional. A análise dos histogramas de velocidade evidenciou que a economia provém da eliminação de folgas excessivas, enquanto a análise de sensibilidade demonstrou que o custo global é mais impactado pela restrição de pressão mínima do que pela de velocidade máxima. Conclui-se que a metodologia proposta resolve de maneira eficaz a complexidade das redes ramificadas, garantindo a conformidade normativa com os custos otimizados. Portanto, a ferramenta desenvolvida consolida-se como um sistema de apoio à decisão, permitindo ao projetista quantificar o trade-off entre desempenho técnico e viabilidade econômica.

In the context of the brazilian construction industry, cost optimization plays a fundamental role in the feasibility of projects, especially in social interest housing. The design of building cold water supply networks is traditionally performed using conservative methods that can result in oversizing and unnecessary costs. This work aims to develop and apply a mathematical optimization model focused on minimizing material costs for cold water networks through a case study in a residential building. To this purpose, a hybrid approach implemented in python was used, combining binary integer linear programming for global diameter selection and heuristic post-processing for the fine adjustment of non-linearities caused by diameter-reducing couplings. The research was conducted by applying the tool to a real project of a six- story building. The results indicate that the optimized solution achieved material cost savings between 24.9% and 28.0% compared to the conventional design. The analysis of velocity histograms evidenced that the savings stem from the elimination of excessive slack, while the sensitivity analysis demonstrated that the global cost is more impacted by the minimum pressure constraint than by the maximum velocity one. It is concluded that the proposed methodology effectively resolves the complexity of branched networks, ensuring regulatory compliance with optimized costs. Therefore, the developed tool consolidates itself as a decision support system, allowing the designer to quantify the trade-off between technical performance and economic feasibility.