Até 2018, a Copel, companhia estatal de energia do Paraná, possuía uma parcela representativa dos dados técnicos das barragens mais antigas, a maioria incorporados durante a sua criação, disponível apenas em desenhos feitos a nanquim e que foram deteriorados pela ação do tempo.

Além disso, algumas das estruturas dessas barragens passaram por reformas cujas alterações não haviam sido cadastradas em uma base unificada, gerando incerteza quanto à validade dos desenhos. A necessidade de atender o Plano de Segurança de Barragem (PSB), complementando e certificando os dados técnicos disponíveis com informações levantadas em campo, o desejo da empresa em unificar as informações de suas barragens em modelos digitais e o prazo disponível para a elaboração deste produto, motivou a busca por novas formas de levantamento de campo, de interpretação e tratamento de dados em escritório, apoiadas pelo uso de equipamentos e programas computacionais.

Este projeto teve como objetivo o levantamento de dados e imagens para criar gêmeos digitais de 10 usinas hidrelétricas, porém exemplificaremos apenas 3 pequenas centrais hidrelétricas (PCHs) para atendimento do Plano de Segurança de Barragens (PSB):

• PCH Marumbi: Localizado no Rio Ipiranga, na Serra do Mar, a 82 km de Curitiba, capital do estado. O empreendimento é constituído pela barragem Marumbi e circuito de geração, aproveita uma queda livre de 439 metros entre a casa de força e a barragem, proporcionando uma potência instalada de 4,80 MW. Esta usina entrou em operação no ano de 1961.

• PCH Chaminé: Localizada no rio São João, na Serra do Mar, a cerca de 79 km de Curitiba. O empreendimento é composto pelas barragens de Vossoroca, Salto do Meio e pelo circuito de geração. A Barragem de Vossoroca foi construída a 12 km da casa de força e tem a função de armazenamento de água. A Barragem de Salto do Meio, a jusante de Vossoroca, tem a função de regularização de nível. A casa de força tem capacidade de 18 MW, Entre a barragem de Salto do Meio e a Usina existem 2665 metros, sendo 1636 metros em túnel, e o restante em tubulações a céu aberto, e desnível de aproximadamente 300 metros. Esta usina entrou em operação no ano de 1931.

• PCH Cavernoso: Localizada no município de Virmond a cerca de 350 km de Curitiba. É uma usina a fio d’água e tem a sua estrutura de barramento construída sobre uma queda natural, concentrando um desnível total de 14 metros. Com potência instalada de 1,3 MW, entrou em operação no ano de 1959.

Muitos desafios tiveram que ser superados para a elaboração da documentação para constituir o PSB dessas usinas, tais como a centralização de informações armazenadas em diferentes áreas da empresa, a interpretação de desenhos antigos, a realização de levantamentos de campo em regiões montanhosas e de difícil acesso, sendo que o prazo legal para conclusão dos cadernos de desenhos se apresentou como o principal desafio, pois só no ano de 2018 foram produzidos novos documentos para 10 usinas.

Apesar desses desafios, a técnica nunca foi deixada de lado, sendo o espírito de equipe, a tecnologia e os softwares utilizados, os maiores aliados para a conclusão desse projeto que atendeu os prazos e superou as expectativas das áreas clientes quanto à qualidade, apresentação e riqueza de detalhes.

Solução

No início dos trabalhos, o levantamento de dados de campo estava sendo realizado com trena eletrônica, prancheta e registros fotográficos dos principais elementos. Mesmo em um levantamento minucioso, é quase impossível registrar dessa forma todos os detalhes, devido à complexidade de uma obra hidrelétrica. Barragem, vertedouro, casa de força e alguns elementos do circuito de geração, tais como tomada d´água e conduto forçado, são de difícil acesso, especialmente nas PCHs Marumbi e Chaminé, por estarem localizadas na região da Serra do Mar, devido à topografia acidentada e vegetação naturalmente densa.

A solução para este desafio foi uma mudança completa de metodologia, e os levantamentos foram feitos por meio de fotogrametria, sendo as imagens registradas por Drone com câmera embutida e câmera portátil DSLR, além de algumas medições pela forma tradicional, para conferência das dimensões principais. A utilização de drone nos levantamentos aumentou muito a qualidade e riqueza dos detalhes, reduzindo significativamente a o tempo para execução do serviço, pois um levantamento que levaria vários dias pelo método tradicional, foi realizado por drone em planos de voos de algumas horas.

Desta forma, foi possível registrar fotograficamente todas as estruturas de interesse com aproximadamente 2.000 fotos (PCHs Chaminé – Marumbi – Cavernoso I). Posteriormente, as imagens foram processadas com o programa ContextCapture, por meio do qual foram geradas superfícies tridimensionais em escala natural, georreferenciadas e renderizadas com alta resolução.

A partir dessas superfícies digitais, a equipe de escritório passou a ter acesso às medidas e coordenadas de qualquer parte das estruturas e seu entorno. Por meio da comparação com as medidas coletadas em campo, obtidas de modo convencional, bem como daquelas constantes dos projetos existentes, os levantamentos foram validados.

O resultado surpreendeu a equipe pela exatidão, sendo as diferenças da ordem de milímetros. Os modelos digitais de superfície gerados pelo ContextCapture permitiram até para quem já havia visitado o local visualizar e compreender os empreendimentos com detalhes nunca percebidos, devido ao realismo do modelo fotográfico e à acurácia das informações espaciais.

Após processadas as imagens no ContextCapture, foi possível iniciar a modelagem do gêmeo digital utilizando outros programas da Bentley, como o OpenBuildings e o Descartes, que possuem ferramentas específicas para trabalhar com modelagem da realidade e extrair informações do terreno e curvas de nível, além do OpenRoads Designer e Microstation.

A grande vantagem da utilização do pacote de programas da Bentley é que os modelos gerados no ContextCapture podem ser abertos diretamente nos programas de modelagem sem a necessidade de conversões, o que garantiu agilidade ao processo e integridade das informações.

Após a modelagem foram extraídas plantas, cortes e vistas por meio das ferramentas de corte dinâmico previamente configuradas para que as espessuras de linha, hachuras e cores atendessem aos padrões da engenharia da Copel. Os desenhos de plantas, vistas e cortes, provenientes de modelos que precisaram ser eventualmente alterados, foram atualizados automaticamente por meio dessas ferramentas no gêmeo digital de cada PCH.

Cada usina modelada tinha uma equipe responsável, totalmente dedicada, de tal forma que os trabalhos de modelagem e acabamento eram realizados simultaneamente para duas usinas. Desta forma, os prazos para elaboração da documentação técnica das 10 usinas compromissadas para o ano de 2018 foram atendidos.

Pelo fato das estruturas modeladas estarem referenciadas, cada integrante da equipe, seja de modelagem ou de acabamento final, sabia exatamente o que os demais estavam fazendo, podendo interagir e visualizar o projeto como um todo. Esta forma de trabalho contribuiu para uma maior sinergia e interação entre a equipe.

O programa LumenRT foi utilizado para melhorar graficamente os modelos gerados no OpenBuildings, Microstation e OpenRoads Designer, devido à interface simples e intuitiva, com várias opções para a pós-produção dos modelos, o que possibilitou a aplicação de texturas, materiais, efeitos de luz e sombra, vegetação, pessoas, entre outros, harmonizando e trazendo mais realismo às estruturas modeladas.

Isso gerou ótima impressão para o cliente interno e valorizou ainda mais o trabalho da equipe. Além da alta qualidade das imagens conseguiu-se ganhar tempo em comparação às renderizações tradicionais, como as geradas na ferramenta luxology.

Descrição

A meta de entregar um produto com qualidade e dentro dos prazos estipulados para atendimento legal do Plano de Segurança de Barragens (PSB) foi cumprida. Os trabalhos de levantamentos realizados para as primeiras usinas, antes da adoção dessa metodologia indicavam que o cronograma não seria atendido.

Além disso, os levantamentos de informações em campo da maneira tradicional consumiriam muitos homens-hora e exigiriam uma maior exposição aos riscos inerentes às atividades em ambientes com topografia acidentado e vegetação densa. A tecnologia de captura de imagens por drones, aliada à tecnologia dos programas da Bentley relacionadas a processamento das imagens, modelagem e acabamento de modelos, bem como de geração de desenhos, possibilitou à equipe um aumento da produtividade e da qualidade dos produtos. O descumprimento do PSB nos prazos estipulados pelo órgão regulador implicaria em multas, além de prejuízos a reputação da empresa.

O aumento da qualidade foi um dos principais resultados obtidos com a utilização dos programas da Bentley. Os modelos digitais gerados a partir das inovações citadas são ricos em detalhes e fiéis a construção, caracterizando um gêmeo digital valioso para a empresa. Com a nova documentação, hoje a Copel tem um banco de dados padronizado e detalhado, até mesmo para as usinas mais antigas.

A redução de hora-homem e os ganhos em relação a segurança da equipe durante os levantamentos são aspectos que também chamam a atenção. Um exemplo que pode ser dado, na PCH Chaminé, foi o levantamento de campo da barragem de Vossoroca, que caso fosse realizado de forma tradicional, demoraria pelo menos 5 dias com 3 empregados, expostos aos riscos de trabalhos em altura e acidentes com animais peçonhentos, inerentes às atividades em locais de topografia acidentada e vegetação densa.

Com a nova metodologia adotada, o trabalho de campo foi realizado em 1 dia por 2 pessoas. O sobrevoo de drone teve duração aproximada de 2 horas. Da forma tradicional, para uma barragem de pequeno porte estima-se o recurso de 120 homens-hora para ter suas principais informações de campo levantadas, trabalho que foi realizado consumindo apenas 16 homens-horas, reduzindo os recursos de homens-hora para a realização do serviço em 87%, com qualidade incomparavelmente melhor que o levantamento tradicional, que por mais detalhado que fosse, não possibilitaria o registro de tantos detalhes quanto os que foram obtidos após a implementação das inovações.

A estimativa de redução citada não considera o trabalho de escritório que seria muito maior no levantamento tradicional, devido a necessidade de interpretação dos dados brutos de campo em relação ao processamento com a utilização do ContextCapture.

As vantagens não param por aí, pois a malha gerada no ContextCapture pode ser aberta diretamente nos programas de modelagem (OpenBuildins, OpenRoads, Microstation e Descartes) que interagem com ela podendo extrair curvas de nível, entre outros dados importantes da obra que fazem com que a modelagem seja mais rápida e precisa, gerando um gêmeo digital de alta qualidade, valioso para os propósitos da empresa.

Os principais ganhos no processo foram: levantamentos externos realizados com mais segurança e em menor tempo; maior riqueza de detalhes e confiabilidade nas informações geradas; ganho de produtividade; ausência de retrabalho; e agilidade na gestão da equipe.

Esses ganhos no processo facilitaram a elaboração e acabamento dos cadernos de desenhos técnicos. As experiências obtidas aumentaram a capacidade dos profissionais envolvidos de absorver as demandas da empresa e agregaram novos conhecimentos, que poderão ser utilizadas para outras finalidades contribuindo para tornar a empresa mais competitiva e perene em um mercado cada vez mais competitivo.