Thermographic Digital Twin for Proactive Fire-Risk Prediction in Legacy Residential Electrical Installations: A Systematic Review and Transferability Framework for Ageing Housing and Buildings in Peru

Resumo Técnico: Gêmeo Digital Termográfico para Predição Proativa de Risco de Incêndio em Instalações Elétricas Residenciais Legadas

Contexto do Problema e Lacuna de Pesquisa
Incêndios residenciais de origem elétrica representam um risco significativo à segurança pública, particularmente em habitações com infraestrutura envelhecida. Em contextos de alta renda, como o Reino Unido, muitos estoques habitacionais precedem as regulamentações modernas de segurança contra sobrecarga (ex: BS 7671), deixando-os vulneráveis a pontos quentes não detectados em painéis de distribuição e emendas. Em contextos de renda média, como o Peru, o risco é agravado pela coexistência de habitações formais envelhecidas e assentamentos informais com conexões elétricas não regulamentadas. As estratégias de mitigação atuais são amplamente reativas, baseando-se em inspeções periódicas ou alarmes que só são ativados após uma falha se manifestar ou um incêndio ter começado.

Embora a termografia infravermelha combinada com aprendizado de máquina tenha demonstrado alta precisão de classificação (79,8%–94%) em ambientes industriais e subestações de energia, e os gêmeos digitais sejam cada vez mais utilizados na gestão de incêndios em escala urbana, permanece uma lacuna crítica. A literatura carece de estudos que integrem explicitamente: (a) modelagem termográfica 3D de instalações elétricas residenciais legadas, (b) predição de pontos quentes com vários dias de antecedência via aprendizado de máquina, e (c) um protocolo validado para transferir essas tecnologias para as condições regulatórias, climáticas e de materiais de países de renda média como o Peru.

Metodologia
Este trabalho emprega uma revisão sistemática da literatura seguindo as diretrizes PRISMA 2020, adaptadas para um objeto de estudo tecnológico. A estratégia de busca consultou bases de dados incluindo Scopus, ScienceDirect, MDPI, Nature/Springer e repositórios especializados em riscos de desastres, utilizando operadores booleanos combinando "digital twin" (gêmeo digital), "infrared thermography" (termografia infravermelha), "electrical fault/fire" (falha elétrica/incêndio) e "residential/housing" (residencial/habitação).

• Elegibilidade: A revisão incluiu artigos revisados por pares publicados entre 2017 e 2026 com DOIs verificados. Fontes foram excluídas se careciam de embasamento científico, focavam exclusivamente em incêndios florestais sem componentes de infraestrutura elétrica ou eram de caráter promocional.
• Análise: Treze fontes verificadas foram analisadas através de três eixos: termografia/ML para diagnóstico elétrico, gêmeos digitais em infraestrutura e risco de incêndio em habitações legadas/informais. Dados de desempenho quantitativo (precisão, sensibilidade) foram extraídos onde disponíveis.
• Desenvolvimento Conceitual: Com base na síntese, os autores desenvolveram uma arquitetura conceitual e um framework de transferibilidade, especificando ferramentas recomendadas, tais como câmeras termográficas manuais (320x240 pixels), software BIM para modelagem 3D, armazenamento em nuvem para dados de séries temporais e bibliotecas de aprendizado de máquina de boosting de gradiente (ex: XGBoost).

Principais Contribuições e Arquitetura Proposta
O estudo apresenta três contribuições primárias:

1. Síntese Sistemática: Uma matriz de comparação quantitativa de treze estudos, destacando que, embora modelos de termografia industrial alcancem até 94% de precisão, eles não abordam o tempo de antecedência (lead-time) ou o contexto residencial específico exigido para a prevenção proativa de incêndios.
2. Arquitetura Conceitual: Uma arquitetura de gêmeo digital termográfico preditivo de quatro camadas, projetada especificamente para instalações residenciais legadas:
   • Camada Física: A instalação elétrica residencial real e a inspeção termográfica no local.
   • Camada de Dados: Integração de modelos geométricos 3D (BIM) e séries temporais térmicas/elétricas em um banco de dados em nuvem.
   • Camada Preditiva: Um gêmeo digital continuamente atualizado usando aprendizado de máquina supervisionado para classificar o risco contra limiares de temperatura crítica.
   • Camada de Decisão: Tradução da classificação de risco em alertas proativos e recomendações de manutenção corretiva.
3. Framework de Transferibilidade: Um protocolo explícito para adaptar a arquitetura ao Peru. Este framework ajusta-se a quatro fatores específicos: temperaturas ambientes mais elevadas em Lima, aumento das cargas elétricas domésticas (ex: fogões elétricos), qualidade geral inferior dos materiais de fiação em instalações informais/de baixo custo e o framework regulatório específico (Código Nacional de Electricidad-Utilización) em vez do BS 7671.

Resultos
A síntese confirma que os componentes individuais do sistema proposto (termografia, modelagem 3D, ML de boosting de gradiente) possuem evidências de desempenho favorável em domínios relacionados. No entanto, a revisão identificou que nenhum estudo existente combina esses elementos especificamente para a predição proativa de risco de incêndio em instalações elétricas residenciais legadas com um protocolo de transferibilidade para um país de renda média. A arquitetura proposta posiciona-se como uma contribuição conceitual original, em vez de uma replicação de um sistema empiricamente validado neste domínio exato.

Significância e Limitações
O artigo conclui que as evidências disponíveis sustentam a viabilidade técnica da abordagem proposta. A significância reside na integração de conceitos de termografia, aprendizado de máquina e gêmeo digital em um único framework adaptado para habitações envelhecidas, oferecendo uma base metodológica para futura validação empírica no Reino Unido e na Região Metropolitana de Lima.

Os autores mantêm uma postura modesta quanto ao estado atual do trabalho:

• A arquitetura proposta é uma síntese conceitual e não foi empiricamente validada em campo pelos autores.
• Métricas de desempenho quantitativo específicas para instalações residenciais legadas no Reino Unido ou no Peru ainda precisam ser estabelecidas através de estudos primários subsequentes.
• A abordagem é aplicável primordialmente a edifícios multifamiliares com painéis de distribuição acessíveis ou residências unifamiliares com acesso documentado; a extensão para habitações informais sem painéis acessíveis é identificada como uma linha para pesquisas futuras.

Este trabalho serve como um passo fundamental, fornecendo a base técnica e metodológica necessária para guiar a próxima etapa da pesquisa: a validação empírica em campo.