Fluxo de trabalho BIM-to-BEM automatizado para avaliação e etiquetagem de eficiência energética de edificações

Abstract

Esta tese desenvolve e valida um fluxo de trabalho BIM-to-BEM automatizado aplicável à avaliação e etiquetagem de eficiência energética de edificações por meio de simulação, utilizando o Programa Brasileiro de Etiquetagem de Edificações (PBE Edifica) como referência de demonstração. A pesquisa parte do reconhecimento de que métodos baseados em simulação oferecem maior resolução para representar o comportamento termoenergético das edificações, porém permanecem limitados pelo elevado custo de preparação de modelos, dependência de intervenções manuais e variabilidade interpretativa na tradução de requisitos normativos em configurações de simulação, fatores que reduzem a rastreabilidade e dificultam a aplicação recorrente. Para enfrentar esse problema, o trabalho articula requisitos de informação, diretrizes de modelagem, protocolo de simulação e um pipeline orientado à verificação, correção e enriquecimento de dados exportados. A tese organiza-se em quatro estudos interdependentes: revisão integrativa do cenário brasileiro (28 estudos), revisão sistemática internacional (106 artigos), investigação experimental sobre o efeito da granularidade de modelagem BIM nos resultados de simulação (62 cenários) e proposição de um fluxo BIM-to-BEM automatizado via gbXML, demonstrado em edifício universitário de 8.100 m². A revisão nacional evidencia a predominância de extração de informações geométricas e de soluções pontuais com baixa padronização, enquanto a análise internacional reforça que os desafios de interoperabilidade persistem mesmo em contextos maduros. A investigação experimental demonstra que a granularidade semântica associada às condições internas pode dominar a variabilidade dos resultados (68% entre os extremos) e induzir interpretações inadequadas quando as simplificações não são controladas. Com base nessas evidências, a tese implementa um pipeline automatizado em programação Python que aplica regras de verificação, correção e padronização pós-exportação, integra um protocolo de simulação alinhado aos requisitos normativos e operacionaliza o princípio de \"tão detalhado quanto útil\" por meio de uma granularidade adaptada ao objetivo da avaliação. A demonstração no edifício universitário gera, em aproximadamente 15 minutos, modelos BEM consistentes para condição real e condição de referência, e calcula a classificação energética. Os resultados sustentam que a estruturação integrada do fluxo reduz significativamente o retrabalho manual, favorecendo consistência metodológica e ampliando transparência e rastreabilidade. Como contribuição científica, a tese propõe e demonstra um fluxo de trabalho automatizado que sistematiza a conversão BIM-to-BEM por meio da articulação entre requisitos de informação, diretrizes de modelagem, protocolo de simulação e pipeline automatizado de pós-processamento, reduzindo a variabilidade procedimental e viabilizando a aplicação de simulação termoenergética em rotinas normativas de etiquetagem com maior agilidade, transparência e escalabilidade. Essa estrutura oferece à academia um modelo replicável para a integração BIM-BEM e à sociedade um caminho para a ampliar a confiabilidade e a eficiência em esquemas de certificação energética obrigatória.

Abstract: This thesis develops and validates an automated BIM-to-BEM workflow for energy efficiency assessment and buildings labeling through simulation, using the Brazilian Building Energy Labeling Program (PBE Edifica) as a demonstration reference. The research acknowledges that simulation-based methods offer higher resolution to represent the thermoenergetic behavior of buildings, yet remain limited by high model preparation costs, dependence on manual interventions, and interpretative variability in translating regulatory requirements into simulation configurations â factors that reduce traceability and hinder recurrent application. To address this problem, the work articulates information requirements, modeling guidelines, a simulation protocol, and a pipeline oriented toward verification, correction, and enrichment of exported data. The thesis is organized into four interdependent studies: an integrative review of the Brazilian scenario (28 studies), a systematic international review (106 articles), an experimental investigation on the effect of BIM modeling granularity on simulation results (62 scenarios), and a proposition of an automated BIM-to-BEM workflow via gbXML, demonstrated in an 8,100 m² university building. The national review reveals a predominance of geometric information extraction and ad hoc solutions with low standardization, while the international analysis reinforces that interoperability challenges persist even in mature contexts. The experimental investigation demonstrates that semantic granularity associated with internal conditions can dominate result variability (68% between extremes) and induce inadequate interpretations when simplifications are not controlled. Based on this evidence, the thesis implements an automated Python pipeline that applies post-export verification, correction, and standardization rules, integrates a simulation protocol aligned with regulatory requirements, and operationalizes the principle of \"as detailed as useful\" through granularity adapted to the assessment objective. The demonstration in the university building generates, in approximately 15 minutes, consistent BEM models for actual and reference conditions and calculates the energy rating. The results support that the integrated workflow structure significantly reduces manual rework, promotes methodological consistency and enhances transparency and traceability. As a scientific contribution, the thesis proposes and demonstrates an automated workflow that systematizes BIM-to-BEM conversion through the unprecedented articulation of information requirements, modeling guidelines, simulation protocol, and automated post-processing pipeline, reducing procedural variability and enabling the application of thermoenergetic simulation in regulatory labeling routines with greater agility, transparency, and scalability. This structure offers academia a replicable model for BIM-BEM integration and society as a pathway to expand reliability and efficiency in mandatory energy certification schemes.