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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.102.2021.tde-10032022-100137
Documento
Autor
Nome completo
Beatriz Campos Fialho
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2021
Orientador
Banca examinadora
Fabricio, Márcio Minto (Presidente)
Gonçalves, Pedro Henrique
Melhado, Silvio Burrattino
Pratschke, Anja
Scheer, Sérgio
Sperling, David Moreno
Título em inglês
Design for smart maintenance enabled by BIM and IoT
Palavras-chave em inglês
Building information modelling
Digital twin
Facilities management
Internet of things
Predictive maintenance
Reactive maintenance
University campus
Resumo em inglês
Building Design Process management plays a strategic role in the Architecture, Engineering and Construction (AEC) industry concerned with business performance, users comfort and satisfaction, and sustainable use of natural resources over buildings lifecycles. Of particular importance are the Reactive Maintenance (RM) services performed within the longest and costly phase of Operation and Maintenance (O&M). RM is characterized by delays, waste, and difficulties in service prioritization and identification of root causes of failures, impacting on critical problems attendance and users experience. Such inefficiencies are mainly related to the management of asset information and communication and hamper the generation and access to accurate information over a lifecycle. Recently, Information and Communication Technologies (ICTs), such as Building Information Modelling (BIM) and Internet of Things (IoT) have been applied to Facilities Management (FM) activities, showing potential for predictive and sustainable practices. However, the literature lacks scientific and empirical evidence regarding process requirements and impacts involved in their implementation in FM. In this respect, this research aimed at the development of a framework for BIM and IoT implementation in reactive maintenance services oriented to a predictive approach from the definition of three key objectives: (i) to characterize critical reactive maintenance problems and scenarios and opportunities for BIM and IoT implementation; (ii) to analyse and classify BIM and IoT solutions recently applied to FM and reactive maintenance services according to their benefits, gains, enablers, and barriers; and (iii) to characterize strategies and decisions involved in the planning, development, implementation, testing, and assessment of a BIM and IoT-based smart maintenance system and its impacts on the maintenance services and potential contributions to the design phase. The research was based on a pragmatic philosophy and a qualitative and quantitative mixed method design. Multiple Case Study and Prototyping were the research strategies, adopting university campuses as objects of investigation. Literature Review and Systematic Literature Review (SLR) supported the generation of theoretical data for the multiple case study and prototyping and discussion of the findings. Documental Analysis, Semi-structured Interviews, Focus Group, and Prototype development assisted the generation of empirical data on universities FM sector and RM services. Qualitative and Content Analyses were applied to qualitative data, whereas Statistical Analysis involved quantitative ones. Both research process and methodology contributed to knowledge gain. The study has provided a holistic approach of the topic through the clarification of circumstances in which maintenance services and FM sectors can benefit from BIM and IoT and identification of technological, procedural, and policy issues involved in their implementation. The research findings have evidenced a necessity for the identification of critical services and activities within organizations and standards, guidelines, and upskilling actions for an efficient data management between BIM and IoT systems and over a buildings lifecycle. They have also demonstrated the role of building performance information as an input for improvements in O&M and the initial design process stages. The thesis has addressed an agenda towards an innovative, sustainable, and efficient management of buildings, mitigating the environmental impacts of AEC industry and its contributions to climate change.
Título em português
Projeto para manutenção inteligente assistido por BIM e IoT
Palavras-chave em português
Campus universitário
Gerenciamento de facilities
Internet das coisas
Manutenção preditiva
Manutenção Reativa
Modelagem da informação da construção
Resumo em português
A gestão do Processo de Projeto de edifícios desempenha um papel estratégico na indústria da Arquitetura, Engenharia e Construção (AEC) voltada para o desempenho dos negócios, conforto e satisfação dos usuários e uso sustentável de recursos naturais no ciclo de vida dos edifícios. De particular importância são os serviços de Manutenção Reativa (MR) executados durante a longa e onerosa fase de Operação e Manutenção (O&M). A MR é caracterizada por atrasos, desperdícios e dificuldades na priorização de serviços e identificação da causa de falhas, impactando o atendimento de problemas críticos e experiência dos usuários. Tais ineficiências estão principalmente relacionadas à gestão da informação e comunicação, dificultando a geração e acesso a informações precisas durante o ciclo de vida. Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs), como Modelagem da Informação da Construção (BIM) e Internet das Coisas (IoT), têm sido aplicadas às atividades de Gerenciamento de Facilities (FM), demonstrando potencial para práticas preditivas e sustentáveis. Entretanto, há uma falta de evidências científicas e empíricas sobre requisitos processuais na implementação dessas tecnologias e seus impactos sobre FM. Esta pesquisa teve como objetivo desenvolver um framework para implementação de BIM e IoT em serviços de MR orientados a uma abordagem preditiva a partir de três objetivos específicos: (i) caracterizar problemas e cenários críticos de MR e oportunidades para a implementação de BIM e IoT; (ii) analisar e classificar soluções BIM e IoT recentemente aplicadas aos serviços de FM e MR conforme seus benefícios, ganhos, facilitadores e barreiras; (iii) caracterizar estratégias e decisões envolvidas no planejamento, desenvolvimento, implementação, teste e avaliação de sistema de manutenção inteligente baseado em BIM e IoT, seus impactos nos serviços de manutenção e contribuições potenciais para a fase de projeto. Baseada em uma filosofia pragmática e no método misto, Estudo de Casos Múltiplos e Prototipagem foram adotados como estratégias de pesquisa e os campi universitários como objetos de investigação. Revisão da Literatura e Revisão Sistemática da Literatura geraram dados teóricos para o desenvolvimento dos casos e prototipagem e discussão dos resultados. Análise documental, entrevistas semiestruturadas, grupo focal e prototipagem geraram dados empíricos sobre o setor de FM e serviços de MR das universidades. Os dados foram analisados por meio de Análises Qualitativa, de Conteúdo e Estatística. O processo de pesquisa e a metodologia contribuíram para o conhecimento. A pesquisa forneceu uma abordagem holística do tópico, esclarecendo circunstâncias em que serviços de manutenção e setores de FM podem se beneficiar de BIM e IoT e identificando questões tecnológicas, processuais e políticas envolvidas em sua implementação. Os resultados demonstraram a necessidade de mapear serviços e atividades críticas nas organizações e desenvolver padrões, diretrizes e ações de aprimoramento para o gerenciamento eficiente de dados entre sistemas BIM e IoT e durante o ciclo de vida. Além disso, evidenciam a importância de informações de desempenho para melhorias nas atividades O&M e nos estágios iniciais do processo de projeto. Esta tese abordou uma agenda para a gestão inovadora, sustentável e eficiente de edifícios, mitigando impactos ambientais da AEC e suas contribuições para as mudanças climáticas.
 
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Data de Publicação
2022-05-20
 
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