Integração entre BIM e BEPS para edificações ventiladas naturalmente: proposta de fluxo de trabalho baseado em padrões abertos

Abstract

A ventilação natural é uma estratégia passiva de condicionamento ambiental, capaz de reduzir o consumo de energia e as emissões de gases de efeito estufa, além de melhorar a qualidade do ar interno e o conforto térmico em edificações. A validação dessa estratégia em projeto pode ser realizada por meio de Simulações de Desempenho Energético de Edificações (BEPS). A Modelagem da Informação da Construção (BIM) oferece uma solução rica em dados, simplificando processos, pois muitas informações necessárias para simulações energéticas já estão integradas em um modelo BIM. A troca de dados entre BIM e BEPS é facilitada pelo padrão Industry Foundation Classes (IFC), que se destaca por permitir o compartilhamento de informações ao longo de todo o ciclo de vida das edificações, além de ser um padrão aberto e compatível com todas as especialidades do projeto. Porém, o IFC ainda apresenta algumas limitações, como a cobertura semântica e a padronização de propriedades específicas de ventilação natural necessárias à simulação. Embora alguns trabalhos tenham explorado o uso do IFC em fluxos BIM-BEPS, poucos abordaram especificamente a integração da ventilação natural, evidenciando uma lacuna de pesquisa. Para preencher essa lacuna, esta pesquisa propõe um fluxo de trabalho baseado em IFC e em outros padrões abertos para apoiar a integração entre BIM e BEPS em edificações ventiladas naturalmente. Para isso, o trabalho é estruturado em duas etapas principais. A primeira consiste em um levantamento da literatura, com o objetivo de identificar os desafios da interoperabilidade IFC no contexto BIM-BEPS e as possíveis soluções para aprimorar esse fluxo de trabalho, incluindo a representação da ventilação natural. A segunda etapa segue a metodologia do Information Delivery Manual (IDM) para estruturar processos e organizar os requisitos de informação relativos à ventilação natural e às diretrizes de modelagem BIM. Com base nessa estrutura, é desenvolvido um dicionário de dados semântico alinhado ao buildingSMART Data Dictionary (bSDD), incorporando sistemas suportados pelo algoritmo AirflowNetwork no EnergyPlus, voltado à simulação de ventilação natural. Em complemento, é criado um add-on em Python para enriquecer os modelos IFC com dados provenientes do dicionário de ventilação desenvolvido. Esse processo é validado por meio da especificação Information Delivery Specification (IDS), na qual são organizadas regras de verificação baseadas no dicionário de dados. Os resultados evidenciam oportunidades para aprimorar o fluxo de trabalho BIM-BEPS com base no IFC4 e nas futuras gerações do padrão. Destacam-se, entre as abordagens, o uso de estruturas de dados vinculados, como o bSDD, e a necessidade dos usuários aderirem a requisitos de projeto e fluxos de trabalho bem definidos, como aqueles orientados pelo IDM, para maximizar os benefícios desses avanços. Além dos testes realizados para validar a eficiência do método proposto, a metodologia também evidencia as limitações atuais e estabelece uma base para aplicações mais amplas no domínio da energia, ampliando sua utilidade para além dessa área e contribuindo para o fortalecimento do uso de padrões de dados abertos e de ferramentas de livre acesso para desenvolvimento e implementação.

Abstract: Natural ventilation is a passive environmental conditioning strategy that can reduce energy consumption and greenhouse gas emissions while improving indoor air quality and thermal comfort in buildings. The validation of this strategy at the design stage can be achieved through Building Energy Performance Simulations (BEPS). Building Information Modeling (BIM) offers a data-rich solution that simplifies this process, as much of the information required for energy simulations is already embedded within a BIM model. Data exchange between BIM and BEPS is facilitated by the Industry Foundation Classes (IFC) standard, which enables information sharing across the entire building life cycle and is an open standard compatible with all project disciplines. However, IFC still presents limitations, particularly in the semantic coverage and standardization of ventilation-specific properties required for simulation. Although some studies have explored the use of IFC in BIM-BEPS workflows, few have specifically addressed the integration of natural ventilation, highlighting a research gap. To address this gap, the present research proposes an IFC-based workflow to support the integration between BIM and BEPS for naturally ventilated buildings. The work is structured into two main stages. The first involves a literature review to identify the interoperability challenges of IFC in the BIM-BEPS context and possible solutions to enhance this workflow, including the representation of natural ventilation. The second stage follows the Information Delivery Manual (IDM) methodology to structure processes and organize information requirements related to natural ventilation and BIM modeling guidelines. Building upon this framework, a semantic data dictionary aligned with the buildingSMART Data Dictionary (bSDD) is developed, incorporating systems supported by the AirflowNetwork module of EnergyPlus for ventilation simulation. In addition, a Python add-on was created to enrich IFC models with data derived from the developed ventilation dictionary. This process is validated through the Information Delivery Specification (IDS), for which verification rules are defined based on the dictionary. The results point to opportunities to enhance IFC-based BIM?BEPS workflows through IFC4 and future evolutions of the standard. Among the approaches, the use of linked data structures, such as the bSDD, stands out, as does the importance of users adhering to well-defined project requirements and workflow-oriented processes, such as those guided by the IDM, to maximize the benefits of these advances. Beyond the tests validating the proposed method's efficiency, the methodology also highlights current limitations and lays a foundation for broader applications in the energy domain. Furthermore, it extends its relevance beyond energy, advancing open data standards and free-access tools for development and implementation.