Levantamento As-Built com Laser Scanner: Como Funciona e Quando Vale a Pena

Quem já tentou reformar, ampliar ou fazer o retrofit de uma edificação existente conhece o problema: os desenhos arquivados raramente representam o que está de fato construído. Paredes mudaram de lugar, shafts foram abertos, instalações foram acrescentadas e ninguém atualizou a documentação. Projetar em cima dessa informação é projetar sobre uma suposição, e o custo da suposição errada aparece na obra, em forma de retrabalho e atraso.

-fonte: loopnet 

O levantamento as-built com laser scanner nasceu para resolver essa lacuna. Em vez de medir com trena e transcrever números para o papel, o equipamento registra milhões de pontos da edificação em poucos minutos por posição e entrega uma base geométrica fiel ao que existe. Neste artigo, você vai entender como a tecnologia funciona, quais são as etapas do processo, quanto tempo cada uma consome em um estudo de caso real e, principalmente, em quais situações o investimento se justifica. Se você ainda está começando no assunto, vale ler antes o que é As Built e para que serve esse tipo de documentação.

O que é o levantamento as-built com laser scanner

O termo as-built se refere à documentação do edifício como foi construído, e não como foi projetado. Quando essa documentação é produzida com laser scanner, o resultado é uma nuvem de pontos tridimensional que pode ser convertida em plantas, cortes, fachadas e, no caso do BIM, em um modelo paramétrico da edificação existente. Esse processo de converter a nuvem de pontos em modelo é conhecido como scan-to-BIM.

A tecnologia também é chamada de LiDAR (Light Detection and Ranging). Segundo a dissertação de Pona (2017), que descreve o fluxo de trabalho completo e mede os tempos de cada fase, os equipamentos atuais conseguem capturar até um milhão de pontos por segundo com precisão milimétrica, o que ampliou o uso do laser scanning para controle de qualidade, preservação do patrimônio histórico e engenharia reversa, além do levantamento de edifícios.

Como o laser scanner funciona

O princípio é simples de descrever. O scanner dispara um feixe de laser e gira 360 graus em torno de um eixo vertical, enquanto um espelho interno gira em um eixo perpendicular. Com esses dois movimentos combinados, o feixe varre toda a área ao redor do equipamento. Sempre que o laser atinge uma superfície, parte da energia retorna ao aparelho, e o sensor calcula a distância até aquele ponto. Somando a distância aos ângulos horizontal e vertical do feixe, o equipamento determina as coordenadas x, y e z de cada ponto.

fonte: chantieracces

O conjunto desses pontos forma a nuvem de pontos. Quando o scanner combina a varredura com fotografias, cada ponto também recebe informação de cor RGB, o que torna a nuvem muito mais legível e facilita a identificação de elementos na hora de modelar. A precisão por ponto fica na casa de centímetros ou milímetros, dependendo do sensor, do alcance e do tipo de superfície atingida.

fonte: geodezieplch.

Um único ponto de varredura nunca enxerga tudo. Móveis, pilares e paredes geram sombras, o que a literatura chama de oclusão. Por isso o equipamento é posicionado em várias estações, e as nuvens obtidas em cada uma são combinadas em um sistema de coordenadas comum. Esse passo é o registro, e costuma usar alvos colocados no ambiente ou pontos comuns entre varreduras vizinhas. Quando é necessário amarrar o levantamento a uma rede geodésica externa, entra a georreferenciação.

Laser scanner, métodos manuais e fotogrametria

Os métodos tradicionais de levantamento, com trena, medidor a laser manual e câmeras digitais, exigem trabalho inteiramente manual. Jung et al. (2014), citados por Pona (2017), apontam que esse caminho consome muito tempo e favorece erros, inclusive na etapa em que os dados medidos são transpostos para o meio digital.

A fotogrametria é uma alternativa mais rápida em coleta, mas depende de boa iluminação, ausência de reflexos, ângulos adequados e sobreposição entre as fotos. Variações climáticas também dificultam repetir o levantamento ao longo do tempo. O laser scanning, por sua vez, mede a geometria diretamente e escapa da maioria dessas restrições, com exceção das superfícies com reflexo intenso, que aumentam o ruído da nuvem. Tang et al. (2010), citados por Pona (2017), afirmam que o laser scanning tornou a criação de modelos BIM as-built algo viável na prática.

Do campo ao modelo: as quatro fases do processo

O fluxo descrito por Pona (2017) organiza o trabalho em quatro fases. Entender essa sequência ajuda a estimar prazos e a cobrar do fornecedor um planejamento coerente.

1. Planejamento

É a fase que mais influencia as seguintes. Envolve uma visita ao local para observar materiais, iluminação, geometrias, distâncias e obstáculos, além da análise da planta 2D disponível. Depois, define-se a posição e a ordem das estações. O objetivo é usar o menor número possível de estações, porque o trabalho de campo é o mais caro e cada estação a mais aumenta também o esforço de registro e limpeza, sem abrir mão da cobertura completa e dos pontos comuns entre varreduras.

2. Medições em campo

Cada estação exige configurar resolução, qualidade, uso de imagens e campo de visão. Resolução maior significa pontos mais próximos entre si e varredura mais demorada. No equipamento do estudo, por exemplo, a malha a 10 metros de distância podia variar de 50 mm até 0,8 mm. Distâncias maiores até o alvo reduzem o rigor e pedem resoluções mais altas. Parâmetros como o HDR das fotografias também pesam no tempo e, se mal escolhidos, podem inutilizar as imagens.

3. Tratamento da nuvem de pontos

Aqui acontece o registro das varreduras, a eventual georreferenciação e a limpeza. A limpeza remove pontos gerados por pessoas em movimento, reflexos e elementos irrelevantes para o objetivo do modelo. Pona (2017) destaca que decidir o que é ruído depende da finalidade do projeto e que o processo, na época do estudo, era integralmente manual. Também alerta que a incerteza no posicionamento dos pontos se propaga por todas as etapas até chegar ao modelo final, o que torna a qualidade do dado de origem decisiva.

4. Modelagem sobre a nuvem de pontos

A nuvem é importada para um software de modelagem, como o Revit, e serve de referência para criar níveis, paredes, pilares, aberturas e demais elementos. É nessa fase que o modelo ganha informação semântica: categorias de objetos, propriedades de materiais e relações entre elementos. O nível de detalhe do modelo (LOD) precisa ser combinado antes, porque ele define quanto esforço a modelagem vai exigir. Para quem quer dominar essa etapa, vale conferir os cursos de Revit da SPBIM.

fonte: caddraftingservices

Quanto tempo leva? O que um estudo de caso mostra

A dissertação de Pona (2017) mediu as durações de cada fase em dois espaços reais: um edifício público no Grande Porto, com dois níveis externos e dois internos, e o Laboratório de Construções Civis da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. A equipe tinha duas pessoas fazendo seu primeiro contato com o equipamento, e o autor ressalva que os valores servem como referência, nunca como números definitivos. Ainda assim, eles revelam onde o tempo realmente é gasto.

Etapa	Tempo registrado	O que explica o número
Planejamento	Cerca de 1 semana	Visitas ao local e análise da planta 2D, definição da posição e da ordem das estações
Montagem do equipamento	3 min 07 s no início; 1 min 44 s com prática	A prática reduziu quase pela metade o tempo de montagem
Troca entre estações	46 s	Montagem parcial, apenas na transição de uma estação para a seguinte
Varredura (edifício público de dois níveis externos e dois internos)	9 h 16 min	Equivale a dois dias de trabalho, mas exigiu 6 visitas por causa da obra em andamento e de áreas inacessíveis
Limpeza de ruído na nuvem de pontos	43 h 39 min	Processo manual, com mais de 50 min de limpeza por ensaio; mais de cinco dias de trabalho
Modelagem em Revit (laboratório de menor escala, baixo LOD)	12 h 48 min	Pouco mais de um dia e meio de trabalho, distribuído em quatro dias

Fonte: elaborado a partir de Pona (2017). Valores obtidos com equipe de duas pessoas em primeiro contato com o equipamento.

Três lições saem desses números. A primeira é que a varredura em si pesa menos do que o trabalho de escritório: foram pouco mais de nove horas para varrer o edifício inteiro, contra quase cinco vezes esse tempo só na limpeza da nuvem. A segunda é que o planejamento evita visitas extras. O levantamento que caberia em dois dias virou seis visitas por causa de áreas inacessíveis e de falhas só descobertas ao voltar para o escritório. A terceira é que o computador importa: segundo o estudo, até uma máquina com 16 GB de RAM já não era ideal para trabalhar a nuvem do edifício maior, e a diferença de desempenho entre computadores distintos foi grande em várias etapas.

Vale lembrar que o estudo é de 2017 e que a tecnologia evoluiu desde então. Scanners móveis, que capturam enquanto o operador caminha, e fluxos de registro mais automatizados reduzem o tempo de campo em muitos cenários. A lógica das quatro fases, porém, continua a mesma.

Quando vale a pena fazer o levantamento com laser scanner?

O laser scanner é um investimento relevante, tanto em equipamento e software quanto em mão de obra qualificada, como a própria dissertação reconhece. Por isso, a pergunta certa não é se a tecnologia é boa, e sim se o problema do seu projeto justifica o rigor que ela entrega. Os cenários em que o retorno costuma ser mais claro são estes:

• Retrofit e reforma de edifícios existentes. Quando o projeto novo precisa se encaixar em uma estrutura antiga, medir errado significa refazer. É um dos casos mais comuns em BIM aplicado a obras públicas e em intervenções de construtoras em ativos já operando.
• Edificações sem documentação confiável. Imóveis antigos, ativos adquiridos sem acervo de projetos e prédios que sofreram muitas alterações ao longo do tempo.     
• Ambientes críticos que não podem parar. Hospitais, data centers, centros de distribuição e aeroportos exigem levantamento rápido e com mínima interferência. O artigo sobre BIM aplicado a hospitais mostra por que a informação precisa da edificação é tão sensível nesse tipo de ativo.
• Gestão de facilities e manutenção. Um modelo fiel ao existente é a base para planejar manutenção e expansão. Leia mais sobre BIM na gestão de facilities.
• Patrimônio histórico. Em edifícios históricos, a documentação disponível costuma ser escassa, e a nuvem de pontos serve como registro detalhado do estado atual para projetos de restauro e para modelos do tipo HBIM.
• Controle dimensional. Verificação de elementos pré-fabricados e monitoramento de deformações em estruturas, onde a medição manual é lenta e repetitiva.

Quando pode não valer a pena

Nem todo projeto precisa de milhões de pontos. Para uma edificação pequena, com projeto atualizado e poucas alterações, um levantamento com medidor a laser manual e conferência pontual pode resolver. Também é preciso cuidado quando o objetivo do modelo é de baixo detalhe: pagar por precisão milimétrica para produzir um volume simples raramente compensa. E, se o escopo e o LOD não foram definidos antes, o risco de gastar horas modelando detalhes que ninguém vai usar é alto.

Checklist antes de contratar um levantamento

• Objetivo do modelo: para que ele será usado (projeto, orçamento, facilities, patrimônio) e qual LOD é necessário.
• Condições do local: materiais refletivos, obstáculos, iluminação, horários de acesso e possibilidade de parar a operação.
• Precisão exigida: tolerância aceitável e como ela será verificada.
• Plano de estações e registro: quantidade de estações previstas, uso de alvos e referência para georreferenciação.
• Formatos de entrega: nuvem de pontos, modelo em Revit ou ArchiCAD, IFC, DWG, PDF e tour virtual.
• Prazo e capacidade de processamento: o tempo de escritório costuma pesar mais do que o de campo.

Normas e interoperabilidade: o as-built dentro do ciclo de vida do ativo

Um levantamento só gera valor contínuo se o modelo resultante puder ser usado por diferentes pessoas e sistemas ao longo da vida do edifício. A ISO 19650 estrutura a gestão da informação em ativos construídos, incluindo a fase operacional, o que coloca o as-built como ponto de partida natural para um modelo de informação do ativo atualizado. Já a ISO 16739-1, que define o esquema IFC, sustenta a troca de dados entre softwares distintos sem perda do significado dos elementos. Na prática, isso significa pedir a entrega do modelo em formato aberto e verificar sua qualidade antes de aceitá-lo. Uma ferramenta como o SimpleBIM ajuda justamente na verificação de modelos IFC.

Existe ainda uma lacuna de normalização específica para o próprio equipamento. Pona (2017) registra que, à época, os procedimentos de campo para scanners a laser estavam em desenvolvimento na ISO 17123-9 e que faltavam medidas de incerteza próprias para esse instrumento. Por isso, vale exigir do fornecedor clareza sobre como a precisão declarada foi verificada em campo. Se quiser se aprofundar nos termos usados nesse universo, consulte o glossário de termos da construção.

Como a SPBIM atua com o SBuilt

A SPBIM oferece o SBuilt, serviço de levantamento as-built que combina laser scanner estático e móvel (em formato de mochila), drone e a metodologia Collider para entregar precisão milimétrica. O processo segue quatro etapas: levantamento em campo, processamento dos dados, modelagem em Revit ou ArchiCAD a partir da nuvem de pontos e entrega. O laser móvel é indicado para locais que não podem interromper a operação, como hospitais, data centers, centros de distribuição e aeroportos.

As entregas podem incluir modelos em Revit, Civil 3D, AutoCAD, ArchiCAD e SketchUp, além de IFC, DWG, PDF e tour virtual 360, offline e online. Se você quer conhecer melhor quem está por trás do serviço, conheça a SPBIM.

Conclusão

O levantamento as-built com laser scanner é a forma mais confiável de transformar uma edificação existente em dado utilizável. O estudo de Pona (2017) mostra que a varredura em campo é só uma parte do esforço, e que planejamento, limpeza da nuvem e capacidade computacional definem o prazo real. Vale a pena quando o custo do erro de medição é alto, quando a documentação existente não é confiável ou quando o ativo precisa de um modelo fiel para ser operado e ampliado. Para projetos pequenos e de baixo detalhe, métodos mais simples podem bastar.

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Referências

PONA, Paulo Jorge Martins Rodrigues. Levantamento expedito de edifícios com recurso a laser scanner. 2017. Dissertação (Mestrado Integrado em Engenharia Civil) Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, 2017.

TANG, Pingbo; HUBER, Daniel; AKINCI, Burcu; LIPMAN, Robert; LYTLE, Alan. Automatic reconstruction of as-built building information models from laser-scanned point clouds: a review of related techniques. Automation in Construction, v. 19, n. 7, p. 829-843, 2010.

JUNG, Jaehoon et al. Productive modeling for development of as-built BIM of existing indoor structures. Automation in Construction, v. 42, p. 68-77, 2014.

ISO 19650-1:2018. Organization and digitization of information about buildings and civil engineering works, including building information modelling (BIM): information management using BIM, Part 1: Concepts and principles. Geneva: ISO, 2018.

ISO 16739-1:2018. Industry Foundation Classes (IFC) for data sharing in the construction and facility management industries, Part 1: Data schema. Geneva: ISO, 2018.

ISO 17123-9:2018. Optics and optical instruments: field procedures for testing geodetic and surveying instruments, Part 9: Terrestrial laser scanners. Geneva: ISO, 2018.