Digital-Twin-Driven Cost-Scenario Simulation for Civil Infrastructure: A Comparative Framework from the Netherlands and Germany with an Adaptation Pathway for Peru

Resumo Técnico: Simulação de Cenários de Custos Baseada em Gêmeo Digital para Infraestrutura Civil

Definição do Problema
Projetos de infraestrutura civil globalmente sofrem com excessos sistemáticos de custos e atrasos no cronograma, um fenômeno atribuído ao desacoplamento entre o orçamento estático, baseado em documentos, preparado durante a fase de projeto, e as condições dinâmicas encontradas durante a execução. Embora a tecnologia de Gêmeo Digital (DT) — definida como uma representação virtual de um ativo físico continuamente sincronizada com dados do mundo real — tenha sido proposta como um mecanismo para incorporar a engenharia de custos em modelos vivos e consultáveis, as evidências comparativas sobre como ecossistemas maduros de DT estruturam a simulação de cenários de custos permanecem fragmentadas. Especificamente, há uma falta de mapeamento cruzado sistemático das fórmulas de engenharia de custos incorporadas em distintos ecossistemas nacionais contra um framework unificado, e uma lacuna na tradução desses achados em caminhos de adaptação explícitos para contextos em desenvolvimento, como o Peru.

Metodologia
Este estudo emprega uma análise comparativa estruturada baseada em critérios, em vez de um protocolo experimental. A pesquisa baseia-se exclusivamente em literatura técnica e científica secundária, disponível publicamente e indexada na Scopus e Web of Science, com todas as fontes verificadas via Digital Object Identifiers (DOIs).

• Casos Comparativos: Os Países Baixos e a Alemanha foram selecionados como casos comparativos devido aos seus ecossistemas de DT institucionalizados, porém arquitetonicamente distintos. O modelo holandês é impulsionado por agências de infraestrutura pública e logística urbana (ex: Rijkswaterstaat, TKI Dinalog), enquanto o modelo alemão está enraizado no monitoramento de integridade estrutural, Indústria 4.0 e na tradição de classificação de custos DIN 276.
• Framework Analítico: Uma matriz de comparação de sete dimensões foi construída para avaliar: padrão de custo governante, principal caso de uso de DT, método de simulação, protocolo de interoperabilidade de dados, variância orçamentária relatada, driver institucional e aplicabilidade ao Peru.
• Sistematização de Fórmulas: Fórmulas modernas de custo e orçamento (estimativa paramétrica, custeio de quantidades BIM 5D, Gestão do Valor Agregado, Simulação de Monte Carlo e Custo do Ciclo de Vida) foram extraídas da literatura, padronizadas e mapeadas em uma proposta de arquitetura de quatro camadas de gêmeo digital (camadas física, de dados/BIM, de motor de simulação e de decisão).

Principais Resultados
A análise revela abordagens distintas, porém convergentes, nos dois ecossistemas nacionais:

• O Ecossistema Holandês: Predominantemente centrado em logística e infraestrutura. Baseia-se em mandatos de Open BIM/IFC para licitações públicas e utiliza cocomposição probabilística de custo-CO2 focada em externalidades logísticas e de rede. As variâncias orçamentárias relatadas em pilotos de gêmeos digitais variam de 5% a 8%.
• O Ecossistema Alemão: Predominantemente centrado em manufatura e estruturas. Está ancorado na classificação de custos DIN 276 e no custo do ciclo de vida (LCC) acoplado à telemetria de sensores, enfatizando a degradação estrutural e custos de manutenção.
• Convergência: Ambos os ecossistemas migraram de orçamentos determinísticos de ponto único para estimativas probabilísticas baseadas em percentis (P10–P50–P90), que são recalculadas conforme os dados de campo são ingeridos.
• Divergência: A principal divergência reside no driver de custo dominante (logística vs. degradação estrutural) e nos protocolos de interoperabilidade (Open BIM/IFC nos Países Baixos vs. IFC combinado com protocolos proprietários de OEM/Indústria 4.0 na Alemanha).

Principais Contribuições

1. Matriz Comparativa: O estudo fornece o primeiro mapeamento cruzado sistemático de fórmulas de engenharia de custos incorporadas nos ecossistemas de DT holandês e alemão contra uma única matriz de sete dimensões.
2. Arquitetura de Fórmulas: Sistematiza fórmulas de custo modernas (ex: $EAC = AC + (BAC - EV)/CPI$; equações de $LCC$) e as atribui a camadas arquitetônicas específicas de um framework de gêmeo digital.
3. Caminho de Adaptação para o Peru: O artigo deriva um caminho de adaptação sensível ao contexto e por etapas para obras públicas peruanas. Propõe um framework híbrido que combina:
   • Codificação de custos aberta estilo holandês: Adaptável às bases de dados de preços nacionais do Peru (INEI, CAPECO) para garantir transparência e auditabilidade.
   • Custo de ciclo de vida estilo alemão: Aplicável a ativos com exposição significativa de operação e manutenção (ex: hospitais, escolas, estradas sob contratos de longo prazo).
   • Alinhamento Regulatório: Este caminho é explicitamente mapeado no atual mandato regulatório de BIM 5D do Peru (Decreto Supremo No. 289-2019-EF).

Significância e Alegações
O artigo alega que ecossistemas de simulação de custos de gêmeos digitais maduros não são uma única pilha tecnológica transferível, mas uma combinação dependente de contexto de padrões nacionais, drivers institucionais e métodos de simulação combinados com os riscos dominantes do projeto.

• Viabilidade: O estudo afirma que um framework híbrido é um caminho de adaptação viável e de baixo custo para reduzir excessos de orçamento em infraestrutura pública peruana, condicionado ao enfrentamento da governança de dados e capacitação da força de trabalho como precondições.
• Aplicação Prática: Sugere que governos regionais e municipais do Peru podem iniciar pilotos de "digital-twin-lite" focando nas camadas de dados e de motor de simulação sem a necessidade de instrumentação completa de IoT. Além disso, postula que indicadores de Gestão do Valor Agregado (CPI, SPI) podem ser acoplados a quantidades BIM 5D com custo adicional marginal, e que a mudança para um orçamento probabilístico melhoraria materialmente a alocação de fundos de contingência.
• Limitações: Os autores mantêm uma postura modesta, reconhecendo que o framework proposto é uma síntese estruturada da literatura e não um estudo empírico primário. Consequentemente, os achados são formulados como uma síntese qualitativa-quantitativa limitada pela evidência citada, e os autores declaram explicitamente que o framework requer validação empírica através da implementação de pilotos em projetos de obras públicas peruanas antes que recomendações políticas mais amplas possam ser emitidas.