Sistemas urbanos de drenagem sustentável: uma abordagem entre BIM e aprendizado de máquina
| Ano de defesa: | 2024 |
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Resumo: | Sustainable Urban Drainage Systems (SUDS) are a non-conventional and necessary response to the challenges related to stormwater management in cities experiencing rapid urban growth. These systems aim to reduce the negative impacts of urbanization on the hydrological cycle, such as increased soil impermeability and urban flooding. To optimize decision-making regarding the solutions to be implemented, technologies such as Building Information Modeling (BIM) and Machine Learning (ML) have been increasingly explored in the development of drainage solutions. In the context of sustainable urban drainage, BIM provides an integrated platform for managing project data, modeling scenarios, and analyzing the performance of devices such as infiltration trenches, permeable pavements, and detention basins. Machine Learning, on the other hand, offers predictive and analytical tools that enhance the efficiency of planning and the performance of SUDS by analyzing hydrological data. This study aims to develop a workflow using BIM and Machine Learning, through Recurrent Neural Networks (RNN) and satellite-extracted data, for the design of sustainable urban drainage systems. To this end, Machine Learning techniques were applied using the Python programming language, and visual programming algorithms were also developed to assist in the design of SUDS devices. For validation, a practical application was carried out to compare the three implemented solutions (permeable pavement, infiltration trench, and detention basin). Based on the results, it was possible to identify the potentialities and areas for improvement in the integration between the BIM tool used and Machine Learning, contributing to paving new pathways for this integration. |
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Sousa, Luciano Hamed Chaves HaidarStudart, Ticiana Marinho de Carvalho2025-01-29T18:58:12Z2025-01-29T18:58:12Z2024SOUSA, Luciano Hamed Chaves Haidar. Sistemas urbanos de drenagem sustentável: uma abordagem entre BIM e aprendizado de máquina. 2024. 68 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil-Recursos Hídricos) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79582Sustainable Urban Drainage Systems (SUDS) are a non-conventional and necessary response to the challenges related to stormwater management in cities experiencing rapid urban growth. These systems aim to reduce the negative impacts of urbanization on the hydrological cycle, such as increased soil impermeability and urban flooding. To optimize decision-making regarding the solutions to be implemented, technologies such as Building Information Modeling (BIM) and Machine Learning (ML) have been increasingly explored in the development of drainage solutions. In the context of sustainable urban drainage, BIM provides an integrated platform for managing project data, modeling scenarios, and analyzing the performance of devices such as infiltration trenches, permeable pavements, and detention basins. Machine Learning, on the other hand, offers predictive and analytical tools that enhance the efficiency of planning and the performance of SUDS by analyzing hydrological data. This study aims to develop a workflow using BIM and Machine Learning, through Recurrent Neural Networks (RNN) and satellite-extracted data, for the design of sustainable urban drainage systems. To this end, Machine Learning techniques were applied using the Python programming language, and visual programming algorithms were also developed to assist in the design of SUDS devices. For validation, a practical application was carried out to compare the three implemented solutions (permeable pavement, infiltration trench, and detention basin). Based on the results, it was possible to identify the potentialities and areas for improvement in the integration between the BIM tool used and Machine Learning, contributing to paving new pathways for this integration.Os sistemas urbanos de drenagem sustentável (SUDS) são uma resposta não convencional e necessária aos desafios relacionados à gestão das águas pluviais em cidades que enfrentam um crescimento urbano acelerado. Esses sistemas têm como objetivo reduzir os impactos negativos da urbanização no ciclo hidrológico, como o aumento da impermeabilização do solo e enchentes urbanas. Para otimizar a tomada de decisão nas soluções a serem implantadas, o uso de tecnologias como o Building Information Modeling (BIM) e o aprendizado de máquina (ML) têm sido cada vez mais exploradas no desenvolvimento de soluções de drenagem. No contexto de drenagem urbana sustentável, o BIM proporciona uma plataforma integrada para gerenciar dados de projeto, modelar cenários e analisar a performance de dispositivos, como trincheiras drenantes, pavimentos permeáveis e bacias de detenção. O aprendizado de máquina, por sua vez, oferece ferramentas preditivas e analíticas que permitem melhorar a eficiência do planejamento e do desempenho dos SUDS, analisando dados hidrológicos. Este trabalho objetiva desenvolver um fluxo de trabalho utilizando BIM e aprendizado de máquina, por meio de Redes Neurais Recorrentes e dados extraídos de satélite, para o dimensionamento de sistemas urbanos de drenagem sustentável. Com isso, foram utilizadas técnicas de aprendizado de máquina, por meio da linguagem Python, e, ainda, desenvolvidos algoritmos de programação visual para auxiliar no dimensionamento de dispositivos de SUDS. Para validação, foi utilizada uma aplicação prática para comparação das três soluções implementadas (pavimento permeável, trincheira drenante e bacia de detenção). Diante do exposto, foi possível verificar as potencialidades e os pontos de melhoria da interconexão entre a ferramenta BIM utilizada e o aprendizado de máquina, contribuindo para embasar novos caminhos para essa integração.Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.Sistemas urbanos de drenagem sustentável: uma abordagem entre BIM e aprendizado de máquinaSustainable urban drainage systems: an approach between BIM and machine learninginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisProgramação visual (Computação)Modelagem de informação da construçãoRedes neurais (Computação)Drenagem urbanaVisual programming (Computer science)Building information modelingNeural networks (Computer science)Urban drainageCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::RECURSOS HIDRICOSinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttps://orcid.org/0000-0001-8454-044Xhttp://lattes.cnpq.br/4795868916530191https://orcid.org/0000-0001-9317-3645http://lattes.cnpq.br/92586652747165902024-11-29ORIGINAL2024_dis_lhchsousa.pdf2024_dis_lhchsousa.pdfapplication/pdf10691577http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/79582/3/2024_dis_lhchsousa.pdf8ed5fef1c355dbf3fdcda65a0c4f20c1MD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/79582/4/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD54riufc/795822025-01-30 15:15:19.434oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-01-30T18:15:19Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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