Revolução Digital na Arquitetura by barbara villanova

REVOLUÇÃO DIGITAL NA ARQUITETURA Um projeto experimental para a FAU USP

BÁRBARA VILLANOVA Orientador: PROFESSOR DOUTOR PAULO EDUARDO FONSECA CAMPOS

BÁRBARA VILLANOVA Trabalho Final de Graduação apresentado à Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo Orientador: PROFESSOR DOUTOR PAULO EDUARDO FONSECA CAMPOS

REVOLUÇÃO DIGITAL NA ARQUITETURA Um projeto experimental para a FAU USP

São Paulo Junho 2013

“To live a creative life we must loose our fear of beign wrong.” Joseph Chilbon Pearce

FAUUSP TFG JUN/2013

SUMÁRIO PREFÁCIO..................................................................... METODOLOGIATFG............................................................... Tema, Justificativa e Metodologia do trabalho.................... Ferramentas de Projeto A prática do ensino da arquitetura.................................... ANÁLISECONTEXTO............................................................... Introdução..................................................................... “Bolhificação”................................................................. A evolução industrial-tecnológica na arquitetura.................. Frank Gehry, Foster e Larry Sass...................................... FERRAMENTASDIGITAIS.......................................................... Evolução das técnicas representativas e de geração de projeto..................................................................................... Programação Orientada a Objeto................................ Modelagem Complexa............................................... NURBS.................................................................... Modelos Generativos................................................. BIM - Building Information Modeling (Modelagem da Informação da Construção)....................................................... Tecnologias de Fabricação Digital....................................... Máquinas cortadoras................................................ Máquinas subtrativas.................................................. Máquinas aditivas...................................................... Fabricação formativa................................................... Posicionamento e Montagem de elementos prontos no canteiro.................................................................................... Master Builders.................................................................. CENÁRIOBRASIL..................................................................... CONCLUSÃO......................................................................... ESPAÇOSAPRENDIZADO........................................................ FAU-USP......................................................................... Mundo afora..................................................................... PROCESSOPROJETUAL.......................................................... Partido Arquitetônico.......................................................... ESTUDOSPRELIMINARES........................................................ PROPOSTAESPAÇOS............................................................. ESTUDOMASSA..................................................................... ESPAÇOSUSOS..................................................................... ESTUDOFACHADA................................................................... Institut Du Monde Arabe – Paris, France.............................. CJ R&D Center Kinetic Facade.......................................... Al Bahar Towers - Abu Dhabi.............................................

5 6 6 7 7 8 8 9 10 11 12 12 12 13 13 13 14 15 15 16 16 16 17 17 18 19 20 20 21 22 22 14 25 26 27 29 30 31 32

Hygroscope.................................................................. Kiefer technic................................................................ Homeostatic Facade System.......................................... Definição da Fachada.................................................... ANÁLISEENERGÉTICA................................................. Análises para uma fachada energeticamente responsável.................................................................. MODELAGEMESTRUTURAL........................................ Modelagem fachada estrutural................................ Estudo da passarela.............................................. MÓDULOSFACHADA................................................... Estudos e definições...................................................... Protótipo físico............................................................... DESENHOSIMAGENS................................................... BIBLIOGRAFIA..............................................................

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PREFÁCIO “Alguns dos procedimentos utilizados pelos homens para produzir objetos de uso ou construir máquinas, para modificar e alterar a natureza através do trabalho das mãos, favorecem o efetivo conhecimento da realidade muito mais do que aquelas construções intelectuais ou aqueles sistemas filosóficos que acabam por impedir ou limitar a exploração ativa das coisas naturais por parte do homem.” Paolo Rossi, 1989.

Em seu livro, Os Filósofos e as Máquinas, Paolo Rossi traça um panorama sobre as relações entre os cientistas e os artesãos na revolução científica, de 1400 a 1700, e defende a convergência entre as teorias e as artes mecânicas. Suas análises mostram o quanto essa relação pode ser delicada, e de que forma os craftsman foram sendo distanciados do processo intelectual ao longo da formação das universidades da forma como as conhecemos hoje.

Há uma transição histórica decisiva quando, na modernidade, é rompida a unidade entre desenho e canteiro. É nesse momento que o arquiteto se emancipa da obra, como parte da divisão entre trabalho intelectual e manual. Ocorre, a partir de então, uma perda progressiva tanto do saber dos demais trabalhadores sobre os meios criativos, como da criação sobre os fins da produção. Essa ruptura ocorre no Renascimento, momento em que, a partir da configuração do sistema científico de codificação e representação da arquitetura, iniciado por Brunelleschi, o projeto sai do ambiente da realização, para se limitar ao da criação. A partir de então, com as transformações e configuração do mercado da construção civil da forma que se dá atualmente, sem, em geral, participar das decisões tomadas a princípio, as quais conformam o projeto e suas prioridades, a maioria dos profissionais desenha fragmentos do produto, limitando-se a produção de folhas. De forma díspar, a revolução digital das duas últimas décadas vem permitindo cada vez mais que os profissionais de projeto se aproximem do objeto projetado, e direcionem seus processos produtivos. Muito mais do que um discurso formal sobre as incríveis possibilidades que permitem um controle da complexidade, resultando em geometrias únicas, através dos computadores e softwares é possível reinserir o arquiteto à sua função como agente decisivo na definição real das qualidades do projeto.

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METODOLOGIATFG

ANÁLISE DE CONTEXTO

Estrutura metodológica do Trabalho Final de Graduação

PESQUISA

PROPOSTA

Tema, Justificativa e Metodologia do trabalho Pesquisa e Proposta Este Trabalho Final de Graduação se propõe a discutir a importância e potencial da revolução digital na produção arquitetônica atual e futura. Esta arquitetura, estruturada a partir de um novo processo de projeto, que se apoia em novas tecnologias e é capaz de produzir objetos com alto nível de complexidade, só pode existir concretamente mediante a disponibilidade de tecnologias de fabricação, cujo desenvolvimento e, principalmente, disseminação ainda apresentam grande oportunidade de melhoria. A tecnologia disponibilizou ao longo de sua evolução um novo ferramental de criação de projetos e construção.

Este, por sua vez, permite que tornemos realidade projetos até então não exequíveis. Para disseminação destas novas ferramentas se faz necessário uma nova forma de ensinar e aprender. Portanto, as universidades precisarão que readequar seus espaços e práticas de ensino, para que formem profissionais com conhecimentos suficientes para julgarem por si próprios a aplicabilidade destas ferramentas, e a melhor forma de encaixá-las em suas práticas profissionais. Para execução deste trabalho, o mesmo será dividido em três seções. Estas serão: Análise de Contexto; Pesquisa; e Proposta Prática.

A análise de contexto traçará um panorama atual mundial, comparando-o com o brasileiro. Os objetos de pesquisa estudados serão os detalhados abaixo: Ferramentas de Projeto Com a evolução da Tecnologia da Informação e da Informática, novos hardwares foram sendo criados, os quais passaram a suportar o desenvolvimento e o uso de softwares baseados no conceito de programação orientada à objeto. Estas novas ferramentas, associadas às ferramentas de modelagem complexa, as quais permitem a criação de curvas nurbs, propiciam um grande controle

“O uso de ferramentas digitais por práticas de vanguarda está profundalmente desafiando os processos tradicionais de projeto e construção, mas para grande parte dos arquitetos, treinados nas certezas das geometrias Euclidianas, a emergência de formas curvilíneas no vocabulário arquitetônico representa dificuldades consideráveis. (...) As curvas foram amplamente ignoradas pela cultura arquitetônica até poucos anos atrás. Essa ignorância formal de tendências de design mais amplas também deriva para outra ignorância – a ignorância tecnológica – de softwares de modelagem tridimensionais que transformou as curvas suaves atingíveis aos designers industriais, que as usaram amplamente em tudo, desde produtos simples à aeronaves.” Kolarevic, 2003

da forma do projeto, e uma maior previsibilidade do comportamento deste no momento da construção. O estudo destas ferramentas, seus pré-requisitos operacionais e forma de ensino, se fez necessário para atingir o objetivo deste estudo. Ferramentas de Construção Digital Existe hoje uma grande variedade de máquinas de fabricação que funcionam sob controle numérico, as quais suportam processos de fabricação digital. O desafio está em compreender quais são todas as suas aplicações possíveis e que tipos de elementos estas conseguem criar para os projetos.

A prática do ensino da arquitetura Uma pesquisa sobre as outras universidades do mundo se fez necessária para podermos criar um comparativo entre o que existe na FAU-USP, e como se tem estruturado os espaços de ensino em outros lugares do mundo. Além disso, este momento permite uma válida discussão sobre formas de ensino e avaliação de projetos durante a formação dos arquitetos. Considerando a concentração das atuais máquinas de fabricação digital no espaço do LAME na FAU USP, e por seu caráter de laboratório experimental, este foi o espaço escolhido

para a criação de um novo ambiente no qual poderão ser estudados os processos de projeto e de fabricação digitais. A proposta prática se valerá dos conteúdos levantados na análise de contexto e nas pesquisas para projetar um novo espaço de ensino nas instalações da FAU-USP, espaço este que será destinado ao aprendizado das ferramentas digitais de projeto e fabricação. Para concretizar o conhecimento adquirido através das pesquisas teóricas, todo o desenvolvimento deste projeto arquitetônico será feito utilizando-se ferramentas de modelagem paramétrica, prevendo sua construção a partir de técnicas de fabricação digital.

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ANÁLISECONTEXTO Introdução Uma breve análise da produção arquitetônica contemporânea “A era da informação, assim como a era industrial, está desafiando não somente a maneira como projetamos edifícios, assim como os fabricamos e construímos.” Kolarevic, 2003. A computação, as arquiteturas digitais topológicas, os espaços geométricos nãoeuclidianos, os sistemas dinâmicos e cinéticos, e os algoritmos genéticos são os atuais mecanismos e linguagens das arquiteturas tecnológicas. Ao longo da evolução tecnológica, hoje em ritmo exponencial, os processos de projeto dirigidos por ferramentas digitais, caracteriazados por dinamismo e muitas vezes imprevisibilidade, apesar de sua esperada consistência, produzem e exploram inúmeras transformações de estruturas tridimensionais e dão origem a novas expressões arquitetônicas. O potencial generativo e criativo de ferramentas digitais ligados diretamente à produção já atinge fortemente as indústrias automotivas, aeroespacial e náutica. As implicações são amplas e de impacto em todo ciclo de vida do desenvolvimento de um projeto e cada um de seus processos. Advindas deste cenário da revolução digital, novas arquiteturas digitais estão emergindo, arquiteturas que encontraram sua expressão em curvas de alta complexidade. O Guggenhein Museum, em Bilbao, projeto de Frank Gehry, é provavelmente o melhor exemplo conhecido que captura a dimensão tecnológica e formal da essência da revolução da informação digital, cujas consequências para a indústria da construção estão próximas de ter a mesma escala daquelas da revolução industrial. Foi somente nos últimos anos que os avanços em Computer Aided Design (CAD) e Computer Aided Manufacturing (CAM) começaram a impactar nas práticas de projeto e construção. Estes abriram grandes oportunidades, permitindo a produção e construção de formas altamente complexas, as quais eram, até período recente, muito difíceis e caras de se projetar, explorar e construir. Um novo caminho, um link direto do projeto até a

Guggenhein Museum de Frank Gehry

construção, foi estabelecido através da tecnologia: o chamado continum digital (KOLAREVIC, 2003). As consequências deste novo cenário serão profundas, e muito mais amplas do que apenas no âmbito da arquitetura. Devem revolucionar toda forma de projetar, desenvolver, construir e gerir empreendimentos imobiliários. Toda a cadeia da construção civil precisará, enfim, após anos de letargia e atraso quando comparada a outras indústrias, estudar as novas possibilidades, compreender e analisar seus impactos, se planejar muito detalhadamente, e evoluir, já que os novos processos de projeto, fabricação e construção direcionados pela tecnologia digital vêm desafiando a histórica relação entre arquitetura e seu meio de produção, e parte da indústria vem se mobilizando para incentivar essa fase de transformação. Hoje, após vários experimentos icônicos, notadamente de sucesso, e evolução de parte muito restrita da indústria mundial, espera-se que o discurso da revolução digital não fique apenas no campo da retórica, efetivamente movimentando toda a indústria, e possibilitando uma evolução na qualidade, segurança, consistência, produtividade, a começar na arquitetura, apliando a discussão para além do debate formal, permitindo livre exploração de novas possibilidades, maior consistência de informações, visão a longo prazo, pensando no ciclo de vida de projetos, e consequentemente, melhores arquiteturas e construções.

Exemplos de arquiteturas digitais

O Ninho do Pássaro de Herzog e De Meuron BMW Pavilion (”Bubble”) de Bernhard Franken Swiss Re Headquarters de Norman Foster & Partners

“Bolhificação” O Zeitgeist Digital Em um ensaio de 1993, Greg Lynn identificou diversos exemplos de sua contemporaneidade que distanciavam o design de projetos do desconstrutivismo, com sua lógica de conflitos e caos - produção arquitetônica pós-moderna iniciada no fim dos anos 80, caracterizada pela fragmentação, processo de desenho não linear, e manipulação das ideias da superfície das estruturas, – e o aproximavam de linguagens mais fluídas de conectividades. A isso foi chamado “Folding”, por Deleuze, francês pensador sobre o século 20. Este termo possui simplificadamente conceito análogo às definições “smooth”, “bubbly”, “pliancy”, e “multiplicity”. Estas se referem a superfícies suaves, e espaços e lógicas como interior e experior envolvidos e integrados. Suas

expressões carregam com si discussões profundas e necessárias sobre estética. Mas um olhar mais atento evidencia que não é possível se resumir a discussão a transformar tudo em bolhas. Em alguns casos a arquitetura contemporânea digital configura um jeito completamente novo de pensar arquitetura, desvinculando-se dos discursos de estilo e estéticas pré-estabelecidas, em favor de experimentações continuadas baseadas em gerações digitais e transformações de formas e superfícies associadas automaticamente a complexos parâmetros de contexto e função muito bem definidos, transformando-se em uma arquitetura “digitally-driven”.

Dessa forma, a arquitetura contemporânea digital encontra sua legitimização na exploração dos últimos avanços tecnológicos, seus novos meios de concepção e produção, e sua correspondente estética de complexidade. “Como manifestação dos novos processos “informationdriven” que está transformando culturas, sociedades e economias em uma escala global, eles são vistos como um lógico e inevitável produto do zeitgeist digital.” (KOLAREVIC, 2003). Zeitgeist – O espírito de um tempo, de uma época.

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A evolução industrial-tecnológica na arquitetura A revolução industrial permitiu que a humanidade desse uma resposta rápida a um grave problema do pós guerra. A pré fabricação e uma arquitetura de montagem puderam atender à enorme demanda por habitação do período, com caráter de urgência. Assim, em pouquíssimo tempo foram criados lares para milhares de famílias. Essa solução aparentemente milagrosa somente foi possível a partir do momento em que se reconheceu na construção civil um potencial de industrialização. Outro fator a favor da inovação em detrimento de soluções tradicionais foi a urgência da demanda e o seu tamanho. No momento em questão, o mundo passava por diversas mudanças, e essa mobilização, principalmente dos governos comunistas em se envolverem no problema da habitação social, investirem e alcançarem metas mobilizou totalmente a arquitetura e seus profissionais. É fato que as soluções, apesar de alguns ícones mais expressivos, não foram as melhores possíveis como arquitetura de espaço interior, ou mesmo em questões de implantação. Entretanto, a abertura das mentes dos arquitetos e engenheiros para um mundo industrial foi da maior importância para a, apesar de lenta, continuada evolução e modernização nos processos de projetos arquitetônicos e construção civil. Nos dias atuais, em comparação com a indústria de navios e de naves espaciais, o campo de construção civil é um tanto arcaico. Enquanto a tecnologia digital revolucionou outras indústrias, o seu impacto no projeto de edifícios e sua construção foi mínimo até o presente momento. Outros campos industriais adaptaram-se introduzindo a informação tecnológica em seus processos produtivos e de design, conseguindo criar seus bancos de dados de projetos de outras maneiras, as quais se mostraram mais eficientes. Enquanto isso, pouco mudou na indústria da construção. Uma arquitetura "computer-generated" não é ao final das contas necessariamente mais cara do que arquiteturas convencionais. Os exemplos de outras indústrias apontam para um grande potencial de redução de custo. A Boeing, empresa desenvolvedora de aeronaves, originalmente introduziu o processo de design e produção digital especificamente por sua capacidade em oferecer 20% de economia quando comparado aos métodos de produção anteriores. Pesquisas mais recentes demonstram que projetos desenvolvidos em 2D, quando construídos, acumulam um valor de change orders (gastos com problemas de projeto encontrados em campo) equivalente a 18,42% do custo de obra. Quando os projetos são desenvolvidos de forma paramétrica e tridimensional, por cada parte projetista, mesmo sem aplicação do processo de coordenação 3D, estes gastos caem para 11,17% do custo de construção. Quando se pratica, além dos projetos paramétricos, a gestão e coordenação dos projetos através de processos BIM por parte da construtora envolvida, este valor chega a atingir 2,68% do custo de obra1. Apesar de números bastante impactantes, ainda existe muita resistência à utilização dos avanços tecnológicos. Espera-se que os projetos "protótipos"que vêm sendo desenvolvidos tomando partido do discurso tecnológico, apesar de midiáticos, comprovem e disseminem a alteração da estrutura da indústria da construção, para que em um futuro próximo seja possível empreender a customização em massa, uma produção em série limitada, feita sob encomenda. Para o restante da cadeia, é importante identificar que a proporção de trabalho imaterial vai crescendo em relação ao volume total. O fator decisivo não será mais a manipulação do material a granel, mas sim a capacidade de suportar um processo de design digital, realizar a produção, compras e contagiar a logística de tal projeto. Um cortador a plasma pode produzir cem idênticas ou cem diferentes peças pelo mesmo preço por quilograma. A diferença aqui reside em apenas um registro de dados ser suficiente para todas as peças, ou na necessidade de se criar um novo registro para cada peça. Dessa maneira os custos são transferidos para o trabalho imaterial, e com o tempo, o desenvolvimento tecnológico e de processos, será possível reverter a balança financeira, e justificar com mais números a evolução digital tecnológica.

Pruitt–Igoe - conjunto habitacional de 1954 em Missouri, EUA. Demolido em 1968, quando seu uso tornouse insuportável devido ao grande adensamento. Indústria aeronáutica e seus processos de fabricação digital. 1. Estudo realizado por J.C. Cannistraro, envolvendo 408 projetos nos EUA, de custos totais estimados em U$ 559 milhões. Apresentado pelo SmartMarket Report, da McGraw Hill Construction The Business Value of BIM in North America Na página ao lado, de cima para baixo à esquerda, o Peixe, a Casa Dançante, e a Zollhof Tower, projetos de Frank Gehry. À direita, esquema de Foster para o City Hall, e imagens do projeto de Larry Sass.

Frank Gehry, Foster e Larry Sass Os processos digitais de projeto e construção Quando projetou a escultura da Vila Olímpica de Barcelona, em 1989, um peixe gigante de formatos orgânicos e peças únicas, Frank Gehry buscou com Bill Mitchell, seu antigo colega da UCLA, um então guru do CAD, uma forma exequível de construção de tal projeto. Em atendimento à demanda, Mitchell apresentou à equipe de Gehry as ferramentas de modelagem computacional utilizadas pelas indústrias aeroespaciais e automotivas. Foi a partir de então que Gehry projetou e transformou em realidade diversos projetos de linguagem orgânica de extrema complexidade e variação como a Zollhof Tower na Alemanha, o IAC Building em New York, a Casa Dançante em Praga e o Walt Disney Concert Hall em Los Angeles. Todo seu processo criativo é baseado na criação de modelos físicos construídos à mão, scanneamento das volumetrias, e trabalho braçal de suas equipes de tecnologia para transformar essas massas em cascas e estruturas detalhadas para a fabricação e assemblagem digitais. Portanto, apesar da aparência altamente digital dos seus projetos, todo trabalho realmente criativo de Gehry é feito por suas próprias mãos. O restante, onde efetivamente a tecnologia entra, é praticamente um processo automatizado, desprovido de análises da arquitetura. Em contraposição a esse processo de projeto, mas também utilizando tecnologias digitais, pode-se citar o desenvolvimento do City Hall, em Londres. Neste projeto, ganho através de um concurso por Norman Foster e seus parceiros, o projeto foi iniciado por uma volumetria digital que aos poucos foi transformada para responder às definições do partido arquitetônico relativas aos usuários e ao comportamento do edifício perante o meio, prevendo uma solução energética eficiente e uma racionalidade dos elementos, viabilizando sua construção, apesar de mantida sua geometria básica. Isso foi possível através da criação de um volume paramétrico que se adequava a cada input de informação e análise. Uma vez que a forma apropriada foi encontrada, o poligono definido foi extraído e utilizado para a produção de um modelo sólido que deu base aos futuros desenvolvimentos. A partir de então foi possível explorar e reprojetar levando em consideração estudos energéticos, análises de formas e comportamentos de espaços interiores (acústica), racionalização das geometrias e painéis de fachada, e definir critérios claros para a construção dos elementos fabricados digitalmente. Um outro exemplo importante é Larry Sass, aluno de Bill Mitchel no MIT. Ele pôde experimentar o inverso do processo utilizado por Gehry. Ao invés de transformar modelos físicos em informação digital e depois estas em componentes de edifícios, seu foco era baseado nos processos de prototipagem rápida, e na transformação de um modelo computacional em um protótipo, já tendo em mente a pré-fabricação. Voltando-se à projetos simples, de geometrias nada complexas, e um programa de necessidades de habitação unifamiliar de baixa renda, ele pôde experimentar processos que possibilitam a construção de casas que podem ser personalizadas, respondendo fielmente às necessidades dos usuários, em tempo mais curto e a preços mais baixos. A partir da compreensão dos computadores e ferramentas digitais como um meio de expressão, mais do que apenas uma ferramenta no meio de um workflow já definido, os resultados produzidos não são apenas, nem necessariamente, diferentes da linguagem comum da arquitetura, mas sim possuem a capacidade de serem melhores - arquiteturas criadas e testadas para atender às necessidades dos usuários da melhor forma possível.

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FERRAMENTASDIGITAIS A

“Muito do mundo material atual, de simples produtos a aviões, é criado e produzido usando um processo no qual o projeto, a análise, a representação, fabricação e montagem estão se tornando um processo colaborativo contínuo que é exclusivamente dependente das tecnologias digitais Uma continuação digital de projeto até produção.” Branko Kolarevic

A- Projetando através de representações 2D com desenhos criados à mão (1969) / BMesma técnica de representação, outra ferramenta (CAD) / CPrimeiro Computador no Mundo ocupava uma sala / DPrimeiro computador pessoal (IBM)

Evolução das técnicas representativas e de geração de projeto Análise de Metodologias Projetuais Digitais As tecnologias atuais estão mudando as práticas dos arquitetos. Desde 1490, de acordo com registros históricos, o desenho técnico já era utilizado pelo desenhista Giuliano de Sangalo, o qual já desenhava plantas e elevações. Com a evolução da Tecnologia da Informação e a invenção dos primeiros PCs (computadores pessoais), o conceito do CAD ( computeraided-design - “desenho auxiliado por computadores”), pôde ser aplicado na prática da produção de projetos a partir da década de 80. Desde então, esta evolução não parou mais de influenciar as possibilidades arquitetônicas, e novas arquiteturas digitais estão emergindo da revolução

digital, arquiteturas que encontraram sua expressão em curvas de alta complexidade. Com relação ao desenvolvimento de projetos, as inovações mais recentes permitiram duas vertentes de inovações, as quais tanto se cruzam, quanto se somam. Estas são a modelagem paramétrica e sua consequencia no processo de gestão e construção - o BIM), e a fabricação digital. Programação Orientada a Objeto

Um conceito que aos poucos vem se tornando prática no mercado brasileiro, e que já é realidade em aproximadamente 50% dos novos desenvolvimentos de projetos realizados na America do Norte, e algo em torno de 30% na Europa, é a Programação Orientada a Objeto na área da construção civil. Este conceito já dá suporte à única forma de se projetar para as várias outras indústrias, como aeronáutica, naval, automobilística e aeroespacial. Ele tem como base alguns conceitos importantes que o diferem do conceito de CAD, sendo que os principais são o polimorfismo, a herança, e o encapsulamento.

A possibilidade de criar agrupamentos inteligentes de geometrias (encapsulamento), que se permitam algum tipo de flexibilidade pré-programada (polimorfismo), os quais podem ser reunidos e hierarquizados no conceito de herança (“famílias” - nome utilizado no software Revit), permite a criação de uma base de dados, composta por elementos dinâmicos, os quais, em conjunto, podem vir a representar um edifício ou uma construção. Por exemplo, no conceito de Programação Orientada a Objeto, uma porta se reconhece perante o restante dos elementos como uma porta, pois ela recebeu de herança, no momento em que foi criada, uma regra principal. Esta é, neste caso, referente à obrigatoriedade de ser hospedada em um elemento “parede”, o qual será vazado no momento de sua inserção. O mesmo é válido para uma laje, que possui relações de posicionamento com as paredes, pisos e forros. Ou então o telhado, que tem como regra original o seu posicionamento do último dos níveis. Um exemplo completo: Os softwares de Programação orientada a Objeto em geral já possuem algums regras de inter-relações preparadas. Digamos que se queira inserir as portas de um projeto: busca-se no software o elemento ao qual ele deu a inteligência de ser porta, ou seja, estar obrigatoriamente hospedada em um elemento “parede”, ou vedação vertical, o qual será vazado no momento de sua inserção. Dentro desta inteligência, modela-se uma geometria de porta, com todos os detalhes que forem convenientes para a compreensão do elemento porta, neste caso, a critério de exemplo, uma porta de 2,10m de altura, com bandeira de 40 cm, folha de 3 cm de madeira branca. Atribui-se a este elemento alguns parâmetros que poderão receber medidas variadas, estes são, por exemplo,

vão-luz, e altura da bandeira. Desta forma, no momento da aplicação deste elemento porta no projeto, o software oferecerá as opções de vão-luz e altura da bandeira que previamente foram pensadas como possíveis de variação. Seguindo a mesma linha de raciocínio, com o conceito de herança, cria-se vários “filhos” dos elementos previamente criados, cada um com suas próprias variações dos elementos “pais”, variando não só dimensões, como, ainda neste exemplo, fabricante, cores, número de fechaduras, olho mágico, etc. Desta forma, uma vez criada uma grande Biblioteca com os elementos mais comumente utilizados em projetos, desenvolve-se uma forma rápida de criar novos projetos. Modelagem Complexa Percebe-se, através da explicação do item anterior, que Programação orientada à objeto é diferente de modelo 3D e de CAD. Considerando os softwares de Programação orientada à objeto mais utilizados hoje no mercado, é possível perceber que estes são baseados em ferramentas de modelagem de acordo com geometrias euclidianas, basicamente ferramentas simples que se utilizam de planos 2D para a criação de seus elementos 3D. NURBS O desenvolvimento do NURBS (Non Uniform Rational Basis Spline) começou por volta da década de 50 com foco na representação matemática de superfícies livres, como as que são usadas nos chassis dos automóveis, para que assim pudessem ser reproduzidas quando se quisesse, numericamente, e não apenas a partir da criação de um molde por seu designer.

No início, NURBS foram apenas utilizadas em softwares CAD para a indústria automotiva. Mais tarde, com sua evolução crescente, elas tornaram-se parte de diversos programas gráficos. O NURBS permite a representação de formas geométricas de uma forma compacta. Estas podem ser eficientemente moldadas por programas de computador e ainda permitem uma fácil interação com o modelador. Superficies NURBS são, basicamente, funções de dois parâmetros mapeados para uma superficie tridimensional. Esta forma da superfície é determinada por pontos de controle. Isto torna a edição de tais curvas e superfícies NURBS um processo altamente intuitivo e previsível. Os pontos de controle são sempre conectados diretamente à curva/superficie, ou agem como se estivessem conectadas, podendo ser facilmente manipulados para atingirem a forma desejada. Modelos Generativos Os modelos generativos criam geometrias que cumprem as exigências incorporadas pelo usuário, ou seja, seguem as regras definidas pelo projetista. Estes derivam do termo Geração Processual (Procedural Generation), um termo amplamente usado na produção de mídia e que se refere ao conteúdo gerado através de algoritmos. Os fractais são um exemplo de geração processual. A disseminação destas tecnologias no setor da construção civil está dando origem a novas possibilidades arquitetônicas em projeto. Para que estas tenham possibilidade de se tornarem realidade, muitas vezes é necessário se utilizar de formas digitais de fabricação, as quais interpretarão com precisão, os elementos desenhados.

Curva NURBS e exemplo de modelagem generativa impressa em 3D.

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BIM - Building Information Modeling (Modelagem da Informação da Construção) A construção civil batizou a forma de utilizar a programação orientada à objetos para gerir projetos civis como BIM (Building Information Modeling - “Modelagem da Informação da Construção”). Como em qualquer indústria, o desenvolvimento de um projeto requer o envolvimento de diversos agentes. No caso da Construção Civil, isto geralmente significa uma equipe formada por um contratante, um arquiteto, um engenheiro de estruturas, engenheiros de instalações e AVAC, projetistas responsáveis pelos projetos de fachadas, pelo paisagismo, pelas vedações, pelos elementos préfabricados, pela infra-estrutura, pela topografia, entre muitos outros, podendo chegar a mais de 50 envolvidos em um projeto de uma só torre. Todos esses projetos precisam ser produzidos, validados conceitualmente pelo contratante, tecnicamente pelos consultores eventuais, e pelos chamados “CQPistas” (responsáveis pelo Controle de Qualidade de Projeto). Estes diversos projetos precisam, então, ser conflitados uns com os outros, para verificar possíveis interferências, tanto físicas (p. ex. tubulação cortando uma viga), quanto de impossibilidade construtiva (p.ex. elemento construído que impossibilite o posicionamento de escoras para a produção do pavimento seguinte). As verificações na sequência são de construtibilidade, voltadas a custos, planejamento e dinâmica de canteiro de obras. Todos estes fatores precisam estar segundo o esperado, e dentro das possibilidades financeiras, de tempo e físicas, para se construir a referida obra. Em resumo, fazer o projeto de uma destas disciplinas pode parecer uma tarefa difícil, mas fazer todos conversarem e garantir a aplicabilidade do projeto na construção da obra como um todo é o maior desafio da empresa gerenciadora. Erros nestas verificações podem acarretar em perdas de milhões de reais, valor este que pode ser até o dobro, ou mais, do valor gasto com todos os projetos de um empreendimento (em geral, utiliza-se um valor referencial para o custo de projeto de 2 a 3% do custo de construção). Estes prejuízos, na realidade da construção civil no Brasil, são todos absorvidos pela contratante. Para mitigar estes riscos, vislumbrou-se no BIM uma poderosa ferramenta, a qual permite, à gerenciadora, se aproximar de cada detalhe do projeto, e simulá-lo, anteriormente à construção da obra. Hoje já existem softwares confiáveis que, através de um modelo 3D único composto por todas, ou algumas das disciplinas, faz o chamado clash detection (detecção de choques), o qual identifica automaticamente qualquer elemento que esteja fisicamente desenhado dentro de, ou em sobreposição a outro.

À direita, o encapsulamento e a ilustração de uma família. À direita, o link entre softwares de modelagem complexa, e softwares BIM.

Existem também as ferramentas de Code Checking (verificação de códigos), que permitem simular o projeto para verificar adequação à legislações e à regras básicas construtivas. É possível citar alguns exemplos: o último degrau de uma escada precisa estar alcançando exatamente a laje superior - erro comum em desenhos 3D/BIM; toda porta precisa de uma área livre de obstáculos à sua frente igual à dimensão de sua folha; a área de ventilação de um ambiente deve ser equivalente a 1/3 de sua área de piso; a rota de fuga de um ambiente deve ser menor do que uma distância pré considerada; o comportamento térmico de um edifício deve corresponder a dados pré estabelecidos; entre outros. As checagens voltadas a custos e planejamentos também já estão sendo bastante exploradas por diversos motivos. Um deles, e talvez o que mais agregue valor, é a possibilidade de explorar com consistência diferentes versões de projetos, respondendo com velocidade qual o impacto cada mudança de projeto gera em custos e prazo. De tal forma, pode-se avaliar com clareza opções de projeto que, por muito tempo, por não serem tradicionais, poderiam ser tachadas de caras, ou ineficientes economicamente, portanto, inviáveis. Diversas outras checagens podem ser feitas, dependendo apenas da quantidade e da qualidade das informações que se imputa nos modelos. O detalhamento destes critérios, e da forma como cada agente interfirá, contribuirá, e extrairá informações, precisa ser feito anteriormente ao início de projeto, para que se atinja o sucesso na implementação do BIM. Por tal complexidade, atribui-se ao nome BIM, mais do que apenas o modelo 3D produzido em um software de conceito de Programação Orientada a Objeto, mas também o processo de se fazer projetos com essas soluções, as informações que se extraem em suas diversas etapas, e os softwares utilizados tanto para criação do projeto, como para análises. A falta de compreensão das diversas ferramentas e conceitos, e suas utilizações mais eficazes e adequadas em cada etapa de um projeto é generalizada no mercado da construção civil brasileira. Estes temas carecem ainda de ampla divulgação, de forma criteriosa, como meio de reverter a confusão atual muito comum entre os profissionais da área sobre o tema.

Tecnologias de Fabricação Digital

Construção diretamente executada a partir de um modelo digital O desenvolvimento dos modelos digitais está modificando as relações entre a fase de concepção de um edifício e a sua construção. O novo processo de construção de edificações se tornou uma função direta da computação. Desta forma, projetos complexos, descritos precisamente como curvas e superfícies NURBS, ou seja, digitalmente, podem ser construídos pelos meios de fabricação CNC (Computer Numerical Control), que são processos de produção baseados em máquinas em processos de corte, subtração, adicionação e composição de diferentes materiais. Com as máquinas controladas digitalmente pode-se fabricar formas complexas de componentes únicos a um custo não mais exorbitante. Variedade, em outras palavras, não compromete a eficiência e economia de produção. A habilidade de produção em massa de componentes irregulares do edifício com a mesma facilidade que peças padronizadas introduziu a noção da “customização em massa” no projeto e na produção do edifício. Fabricação digital é um processo que une arquitetura com a indústria da construção através do uso de software de desenho, tanto 2D como 3D e máquinas CNC. Estas ferramentas permitem que se transforme produtos digitais em produtos reais. Este processo se inicia com os “projetos assistidos por computador”. Nele, os objetos projetados com o auxílio do computador, sempre e quando obtém-se informação vetorial, serão plausíveis de serem transformados em realidade. Realidade esta que será reconhecida através de informações vetoriais, e interpretada por uma tecnologia que executa exatamente aquilo que seu criador imaginou. Portanto, as formas e linhas de produção em massa de elementos da construção civil e do design, as quais eram vitais para trazer viabilidade a qualquer produção, deixam de ser necessárias. Utilizando-se o processo de fabricação digital, o custo de produção de 100 peças iguais, comparado ao custo de produção de 100 peças totalmente diferentes entre si, é o mesmo. Contanto que o input digital mude, as máquinas CNC lêem essas informações, e se comportam da maneira que digitalmente está sendo solicitado, sem a necessidade de se criar uma linha de produção, com formas e moldes de aço, as quais possuem altos custos, e que, para serem amortizadas, precisariam construir 1000 elementos, ou até mais. As máquinas que existem hoje se diferenciam de acordo com os processos de fabricação/construção utilizados: Máquinas cortadoras Se deslocam segundo duas direções e mudando de posição em cima de uma chapa de um material definido executam os cortes existente no modelo digital. Existem três tecnologias de máquinas cortadoras que se diferenciam pelo tipo de material e a espessura máxima que elas podem cortar. Exemplos: - Peças de apoio para paredes de alvenariana da Zollhof Tower de Frank Gehry em Düsseldorf, Alemanha (2000) foram cortadas com o processo de plasma-arc cutting. - A estrutura em alumínio do BMW Pavilion dos arquitetos Bernhard Franken e ABB arquitetos em Frankfurt (1999) foi diretamente cortada a partir de informações digitais utilizando a tecnologia do water-jets. - Painéis de vidro do Nationale-Neaderlanden Buiding – Praga, República Checa (1996) Frank Gehry. - Experience Music Project (Seatle, Washington, EUA) 1999/2000 – Frank Gehry.

Uma Plasma Arc Cutter, e o exemplo da fachada da Zollhof Tower, troduzida com esta tecnologia.

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Máquinas subtrativas

A e B - exemplo do processo construtivo de máquina subtrativa utilizado em partes da fachadas da Zollhof Tower, figura C.

Trabalham a partir de uma peça “bruta” (material), esculpindo e eliminando partes da peça até deixá-la com a forma desejada. A eliminação do material pode ser feita utilizando diferentes processos subtrativos. Exemplos: - Painéis de vidro com uma dupla curvatura do BMW Pavilion foram produzidos usando “fresadoras” controladas por um programa digital. - O projeto inicial do Walt Disney Concert Hall em LA, EUA, representa a primeiro grande utilização de CAD/CAM para produzir arquitetura em pedra. - Prédio de escritório (Zollhof Towers) de Frank Gehry utilizou fôrmas produzidas com torno CNC, em Styfoam, para peças de concreto pré-moldado de duplas curvaturas diversas. “Fresadoras” controladas por um programa digital foram utilizadas para fabricar pedras da Cathedral of Saint John the Divine (NY, EUA) e colunas da Igreja da Sagrada Família em Barcelona, Espanha, além de 355 diferentes fôrmas para a concretagem de elementos curvos da Zollhof Towers e fôrmas para a fabricação de painéis de vidro laminado com uma superfície curvilinear complexa na Condé Nast Cafeteria de Frank Gehry em Nova Iorque (2000).

D - Exemplo de máquina aditiva. Projeto D-Shape

Máquinas aditivas Também conhecidas como impressoras 3D, produzem o objeto desejado através da deposição de material camada por camada. Elas podem variar enormemente em termos de tecnologia e insumos utilizados. Por enquanto, a utilização das máquinas aditivas na construção de edifícios está limitada pelo tamanho reduzido dos objetos fabricados por ela, pelo seu alto custo, e pela lentidão da sua produção. Exemplos: - Recentemente, a produção de elementos na escala de edifícios foi desenvolvida pelo professor Behrokh Khoshnevis, na University of Southern California. Trata-se de um processo denominado “Contour Crafting” (construção por contornos), que consiste em combinar extrusão formando a superfície da “casca” de um objeto e um processo de preenchimento baseado em derramar ou injetar material para construir o interior do objeto. Lâminas chatas (há séculos utilizadas para moldar materiais fluidos como argila e plástico) são utilizadas para moldar bordas exteriores de cada secção transversal numa determinada camada, que são preenchidas com concreto ou outro material de preenchimento. Como a deposição de material é controlada por computador, quantidades exatas de diferentes materiais podem ser adicionados precisamente no locais desejados, e outros elementos, como sensores variados (aquecedores de piso ou paredes, por exemplo) podem ser acoplados na estrutura de uma maneira inteiramente automatizada. No caso deste processo de construção é interessante ressaltar que a grande vantagem seria a rapidez e facilidade de construção em massa de edificações, e não necessariamente uma maior liberdade formal. - D-SHAPE é uma impressora 3D de tamanho 6mx6m inventado por Enrico Dini. Apenas produziu uma obra: a chamada “Radiolaria” de Andrea Morgante, 10 metros de altura, em 2009. Sua aplicação um é pouco desani- madora por enquanto por causa da sua baixa velocidade: máximo 30cm de espessura por dia (figura 10). Fabricação formativa Forças mecânicas, fôrmas restritas, calor ou vapor são aplicados a um dado material para que ele tome a forma desejada através de reformatação ou deformação, que pode ser delimitada axialmente ou por superfície. Exemplo: - Uso de perfis de alumínio deformados para o “Brandscape” BWM Pavilion (AutoShow 2000, Geneva, Suíça).

B D

Posicionamento e Montagem de elementos prontos no canteiro Modelos digitais tridimensionais, posicionamento a laser, levantamento eletrônico estão sendo cada vez mais utilizados em canteiros de obra para dirigir máquinas que posicionam e fixam precisamente elementos de estrutura pré-fabricados in loco. É um processo comumente praticado na indústria aeronáutica, mas relativa- mente nova na indústria da construção. Exemplos : - O Museu Guggenheim (1992-1997) de Frank Gehry, em Bilbao, foi construído “sem fita métrica”. Durante a fabricação, cada componente estrutural préfabricado foi marcado com código de barras e marcado com os nós de intersecção com camadas adjacentes da estrutura. In loco os códigos de barras eram lidos para revelarem as coordenadas de cada peça no modelo CATIA. O equipamento de levantamento eletrônico permite que cada peça seja precisamente posicionada, de acordo com a definição no modelo digital (figuras 11 e 12).

No Japão, existem dispositivos robóticos em uso para movimentar e fixar componentes, como o Mighty Jack, da Shimizu, para posicionamento de pesadas vigas de aço, o Reinforcing Bar Arranging robot, da Kajima, Con- crete Placer, da Obayashi-Gumi para derramar concreto em fôrmas, e Pillar Coating Robot, da Taisei para pintar. - O “SMART System” (Shimizu Manufacturing system by Advanced Robotics Technology) é o primeiro sistema digital no mundo para construção automatizada que foi aplicada num projeto real de edifício. No Juroku Bank Buiding (20 andares) em Nagoya, Japão, esta máquina de construir automaticamente erigiu e soldou a estrutura de aço, posicionou e instalou painéis de concreto do piso e paredes exteriores e interiores. O SMART system mostrou que é possível automatizar totalmente a identificação, transporte e instalação de componentes de um edifício usando um sistema de gerenciamento computadorizado (figura 13).

Master Builders

A importância da informação e quem a opera “A era digital está providenciando oportunidades sem precedente para a redefinição do papel do arquiteto na produção de edifícios. Tecnologias digitais permitem a correlação direta entre o que pode ser projetado e o que pode ser construído, trazendo assim para o primeiro plano a discussão sobre a importância da informação. (...) Ao integrar projeto, análises, manufatura e montagem de projetos ao redor de tecnologias digitais, arquitetos, engenheiros e construtores têm a oportunidade para fundalmente de redefinir as relações entre o projeto e a produção.” Kolarevic, 2003 Acima, exemplos de maquinas aditivas do projeto Contour Crafting. Ao lado, exemplo de utilização de calandra direcionada por controle numérico, para criação de tubulação com geometrias específicas.

O uso da modelagem digital tridimesional e sua associação à vários tipos de informação abriu novos territórios para exploração formal na arquitetura, dentro de cujos softwares as formas digitalmente geradas não são desenhadas de maneiras convencionais. O processo de descrição e construção de um desenho pode ser agora mais direto e complexo, pois a informação pode ser extraída, trocada e utilizada com maior facilidade e velocidade. Em resumo, pode-se dizer que com o uso da tecnologia digital, as informações de projeto são realmente informações de construção. Essa mudança de processo é ainda mais importante do que a mudança formal. É a convergência digital baseada em processo de representação e de produção que representa a oportunidade mais importante para uma transformação profunda da atuação dos arquitetos, e, por extensão, de toda indústria da construção civil. O objetivo final de um projeto torna-se construir um modelo em várias dimensões codificado com todas as informações qualitativas e quantitativas necessárias para

projeto, análise, fabricação e construção. O resultado é um modelo único, coerente com a realidade e completo que contenha toda a informação necessária para projetar e produzir um edifício. Esta é a maneira mais simples pela qual projetos complexos podem virar realidade. Como construtibilidade passa a ser função direta do que é produzido digitalmente, quem projetar dessa forma exercerá um controle muito maior sobre o que for construído. Somente o que existir em projeto, e como existir em projeto, será construído, trazendo assim, também, à fase de projeto, o poder e o dever de detalhamentos completos, e 100% exequízeis, além de eliminar a possibilidade do chamado “fast-tracking, muito praticado no Brasil. Assim, quando aplicado à arquitetura, o uso da tecnologia digital levanta não somente questões de ideologia, forma e tectônica, mas também de significado da informação, e mais importante, que agente a controlará. Essa única porta de entrada de informação permitiria que os arquitetos se tornem os coordenadores (master builders) da informação entre vários profissionais envolvidos na produção de edifícios. Pela produção, comunicação e controle de informações trocadas entre as inúmeras partes envolvidas no processo desta produção serem feitas digitalmente, os arquitetos têm a oportunidade de se posicionarem de maneira central, chave de toda a construção.

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CENÁRIOBRASIL

À esquerda, 3 projetos de Aflalo e Gasperini. À direita, projeto do Museu do Amanhã, de Calatrava, que em 2013 precisou ser tropicalizado (traduzido para o português, e adaptado segundo as normas locais), tarefa de alto nível de complexidade para a mão-deobra brasileira.

Uma pesquisa primária realizada em construtoras brasileiras evidenciou algumas características inatas do mercado da construção civil. A produção imobiliária atualmente no país é extremamente moldada pelas grandes incorporadoras e construtoras. A decisão do produto que será construído, quando for produzido para venda ao público em geral, é baseada em pesquisas de mercado, sempre voltadas a descobrir o que agrega valor à um produto imobiliário, e quanto a mais as pessoas pagariam por este ou aquele diferencial. Quando se fala em programa de necessidades as opções não variam muito, tendo recentemente incluído em suas perguntas, além dos tradicionais “quantos quartos, banheiros, e espaços gourmets”, itens sobre a aceitação do uso misto, o qual vem sendo estimulado pelo governo desde 2012. Quando a discussão é partido arquitetônico, o mesmo ocorre, buscando-se no consumidor final o que cada perfil de público deseja para sua casa, escritório, local de lazer, entre outros. Sempre associando esses critérios aos valores de m2. Nas decisões de tecnologia construtiva e sistema estrutural, o critério principal é o custo. O cálculo para se custear um ou outro sistema geralmente leva em consideração quão rápido e barato este pode ser construído no presente momento, com mão-de-obra comum, sem nenhum investimento em pesquisas ou curvas de aprendizado. O potencial futuro dos métodos fica destinado à áreas de tecnologia avançada, distantes da prática das equipes de engenharia e obra. O projeto arquitetônico, quase sempre terceirizado pelos donos dos empreendimentos, partem de uma lista de requisitos bastante clara e restrita. Em 2014 e 2016, o Brasil cediará eventos mundiais de grande importância. Em casos similares, outros países utilizaram-se do momento, o qual é caracterizado por atrair investimentos de todo o mundo, para explorar tecnologias modernas, treinar e desenvolver seus profissionais locais. O Brasil, como outros países, atraiu investimento e grandes empresas estrangeiras. Mas, apesar disso, passada quase na totalidade o momento para estes investimentos, o que se vê não impressiona muito. A inovação mais recente em alta na construção civil, o BIM, já está completando 10 anos de holofotes na mídia especializada, e, apesar da euforia inicial, aceitação e investimentos dos níveis executivos das empresas, os resultados ainda não são os esperados. Como qualquer inovação, além da intenção dos altos níveis empresariais, o fator mais importante para o sucesso são as pessoas. Cada profissional precisa se capacitar, por vontade e esforço intelectual próprio. Enquanto o menor caminho, pensando apenas a curto prazo, for o escolhido, não será possível avançar.

CONCLUSÃO Somando-se, então, as novas possibilidades de modelagens complexas, o BIM com sua grande adesão pela construção civil, as possibilidades digitais de fabricação, e a integração de todas essas ferramentas em uma forma complexa de fazer projeto e construir, é possível vislumbrar novas possibilidades arquitetônicas, e ganhos de qualidade e produtividade no desenvolvimento, construção e gestão de projetos. Pelos métodos construtivos tradicionais até então foram produzidos milhares de projetos de baixa qualidade arquitetônica, da mesma forma como foram produzidos bons projetos, reconhecidos por suas qualidades formais, atendimento ao programa, inserção no meio, entre outros aspectos. Seguindo o mesmo raciocínio, todo o novo ferramental que a tecnologia está disponibilizando à arquitetura e à construção civil precisa ser operado por mentes de bons profissionais, os quais saibam avaliar conscientemente todas as possibilidades existentes e optar por uma ou outra forma de projetar e construir, a cada elemento de seus projetos, para que assim seja possível somar qualidade e produtividade aos projetos desenvolvidos. Isto justifica, portanto, o esforço gasto na compreensão e aplicação destes novos usos. Percebe-se que existe grande base de informações teóricas disponíveis sobre estas ferramentas e máquinas, mas hoje há uma indefinição da compreensão do que elas representam para a qualidade da prática do projeto. Podem ser encaradas tanto como uma ameaça ao trabalho do arquiteto, direcionando sua produção, e influenciando negativamente seus projetos, quanto como um ganho de produtividade em tarefas operacionais, permitindo mais tempo para o ato de pensar o projeto. Até o momento, estas tecnologias foram utilizadas de forma mais divulgada e de conhecimento geral em “Arquiteturas da Exceção”, projetos criados com intenções turísticas e comerciais, que relegam a qualidade arquitetônica a um segundo plano, privilegiando o apelo de marketing (ARANTES, 2010). Isso leva a uma falsa impressão de que estes usos e implementações só são possíveis em projetos icônicos, que permitam gastos enormes com a implementação. Portanto, para se utilizar esse tipo de prática hoje, existem grandes desafios: Para que a modelagem complexa com suas diversas possibilidades se torne uma opção real em projetos civis, e ofereça realmente novos horizontes para a arquitetura e construção civil, é necessário que se compreendam as estratégias de modelagem e ferramentas existentes, para que se tire proveito do que tiver melhor aplicabilidade em cada projeto. Para que o BIM vença as barreiras de implementação hoje existentes, o primeiro passo importante é que existam profissionais que compreendam com clareza seu conceito e aplicação e hajam no sentido de desmistificar sua prática, tendo como foco a qualidade e produtividade sob as quais são produzidas as informações e definições, tanto nas fases de projeto, como nas fases construção e manutenção. Para que se cogite a utilização da fabricação digital no Brasil, é necessário que seja consolidado um parque industrial devidamente preparado, com estes métodos de fabricação instalados. Também é primordial que os projetistas sejam preparados para tirar proveito destas práticas em projetos reais, se apropriando de suas qualidades, propondo novas formas e processos de produção. Hoje estes temas ainda são tratados como futurísticos e fora da realidade, principalmente dentro da FAU-USP. E como se pode perceber, em todos os casos citados acima, o grande desafio está concentrado na capacitação dos envolvidos. Este cenário motivou a etapa empírica desta pesquisa, sendo iniciada por uma busca do que está sendo praticado em faculdades de arquitetura no Brasil e no mundo, e guiando o desenvolvimento de um projeto arquitetônico para um novo espaço de ensino na FAU-USP.

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ESPAÇOSAPRENDIZADO A

A partir da esquerda do alto, em sentido horário, sala de aula, estúdio de trabalho, espaço do LAME, e sala de computadores CAD, na FAUUSP. Fotos da autora

FAU-USP Levantamento de áreas de aprendizado Para aprofundar a análise, e verificar a necessidade da criação de um novo espaço, foi feito um levantamento dos ambientes do edifício Vilanova Artigas e do LAME. No prédio da FAU, as 12 salas de aula se encontram no último pavimento. Com exceção de três das salas, todas as outras são voltadas aos ensinamentos teóricos. Destas três, duas possuem mesas com réguas paralelas, para aulas do primeiro ano de desenho técnico, e uma única possui computadores, para a disciplina AUT 0514 Computação Gráfica. Esta última fica frequentemente fechada, sendo utilizada apenas para a disciplina. O Pró-Aluno, localizado no 5º pavimento, é as duas salas de computação abertas aos alunos, apenas uma delas possui computadores com softwares de projeto, a outra é voltada para o uso da internet (cujo acesso não é liberado

na sala “CAD”), e outros softwares de texto e apresentação. Juntando-se as duas salas, estão disponíveis apenas 34 computadores, segundo medição de maio de 2013. Os estúdios, ou Ateliers, possuem amplo espaço, são mobiliados com várias mesas e cadeiras, a falta de instalações elétricas, e iluminação de plano de trabalho poderia ser solucionada, mas por serem muito abertos não são o espaço ideal para abrigar computadores e máquinas de grande valor. Tendem ao esvaziamento, em detrimento das áreas preparadas para o recebimento de computadores. No LAME, dentro do edifício Anexo, existem as oficinas de metais, de modelagem, de marcenaria e centro de pintura e acabamento, além do FABLAB, já

mencionado. Na foto C, acima, pode-se visualizar parte dos ambientes utilizados pelos alunos no LAME. As estações de trabalho deste suportam até por volta de 100 alunos, em situação extrema e precária, por exemplo quando duas disciplinas levam seus alunos para o espaço ao mesmo tempo, ou em final de semestre. As máquinas digitais são insuficientes para a demanda do período de entregas, e o espaço para as atividades frequentes do FABLAB é insuficiente, e incompatível com as necessidades das disciplinas das faculdades de arquitetura e design. Todos estes ambientes já cumprem funções de extrema importância para a formação dos alunos, não devem alterar seus usos já estabelecidos, nem comportam a absorção de usos adicionais.

A - IAAC / B - Delft / C e D - SCIA E - MIT / F - UNICAMP (LAPAC)

O LAPAC, Laboratório de Automação e Prototipagem para Arquitetura e Construção, foi criado em janeiro de 2007 para o uso dos alunos da faculdade de arquitetura da Unicamp. Seu objetivo é pesquisar novas técnicas de prototipagem rápida e fabricação digital e desenvolver métodos para sua aplicação na arquitetura, desde o processo de projeto até a construção de edifícios.

Mundo afora Levantamento de áreas de estúdios e salas de aula Pela internet e redes sociais foi feito um levantamento visual das instalações de algumas das faculdades de arquitetura e urbanismo do mundo. Estas foram: -AA - UK -University of Sharjah - Emirados Árabes Unidos -DELFT - Holanda -UNIVERSITY OF TOKYO - Japão -IAAC - Barcelona -PENN STATE - EUA -Southern California Institute of Architecture - EUA -MIT - EUA Alguns pontos em comum puderam ser levantados após esta rápida análise. O mais evidente é a presença dos notebooks pessoais. Apesar de existirem salas com computadores, voltadas para disciplinas de aprendizado de softwares, todos os ambientes

precisam ser adaptados ao uso dos laptops, inclusive às salas para aulas teóricas, prevendo acesso à internet e à energia elétrica. Os grandes espaços abertos, claramente de uso comum e temporário, predominam, mas pode-se notar a presença das bancadas individuais, com espaço para manter os trabalhos em desenvolvimento ao longo das disciplinas. Quase na totalidade das fotos aparecem modelos produzidos em máquinas de fabricação digital. E em algumas faculdades foram identificados laboratórios de ampla instalação de maquinários de fabricação digital, inclusive robótica, como é o caso da imagem C, a Robot House, do SCIA, nos EUA. Em algumas das faculdades foram encontrados espaços de exposição, ou espaços assim ocupados temporariamente. Além destes ambientes, pode-se perceber uma produção enorme de

modelos, já que estes estão presentes em quase todas as imagens levantadas. Para uma comparação à nível nacional, foram levantadas as grades curriculares das faculdades de arquitetura da Unicamp e do Mackenzie. Ambas possuem 3 disciplinas obrigatórias de Informática aplicada à arquitetura. A FAU-USP atualmente possui apenas uma disciplina obrigatória na grade da arquitetura e urbanismo, durante a qual só há tempo hábil para ensinar o básico para a utilização do AUTOCAD. Um outro fato relevante relacionado à grade curricular é a estrutura de departamentos do MIT, nos EUA. Entre os cinco departamentos, um deles é exclusicamente voltado à computação gráfica, chamado Design and Computation. O levantamento completo, com todas as fotos se encontra no Anexo 1 ao final deste trabalho.

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PROCESSOPROJETUAL Partido Arquitetônico Tecnologia de projeto e fabricação Como experimentação da teoria descrita até o momento, todo o projeto criado para este trabalho será feito utilizando-se ferramentas digitais, de modelagem paramétrica. E as soluções arquitetônicas propostas serão soluções para serem construídas através de fabricação digital. Os sistemas utilizados serão: - Rhino: é um software de modelagem tridimensional baseado na tecnologia NURBS. Desenvolvido pela Robert McNeel & Associates originalmente para o sistema operacional Windows, o programa nasceu como um plug-in para o AutoCAD, da Autodesk. Posteriormente, mais desenvolvido, o projeto se tornou um aplicativo independente. É usualmente utilizado em diversos ramos de design, em arquitetura e também engenharia mecânica. - Grasshopper: é uma linguagem de programação visual desenvolvida por David Rutten em Robert McNeel & Associates. O Grasshopper é executado dentro do aplicativo Rhinoceros 3D CAD. Os programas são criados arrastando componentes em uma tela. Os resultados para estes componentes são então ligados às entradas dos componentes subsequentes. O plug-in é usado principalmente para a construção de algoritmos generativos. A maior parte de seus componentes criam geometrias 3D. - GECO: é um conjunto de ferramentas que estabelece um link entre Rhino/ Grasshopper e Autodesk Ecotect, para exportar geometrias, avaliá-las, e importar os parâmetros analisados. - Ecotect: é uma ferramenta de análise ambiental que permite simular o desempenho do edifício desde as primeiras fases do projeto conceitual. Ele combina uma grande variedade de funções de análises detalhadas com uma interface visual que apresenta os resultados analíticos diretamente no contexto do modelo de construção, permitindo-lhe comunicar conceitos complexos e extensos conjuntos de dados de maneiras intuitiva.

À esquerda, um exemplo de arquivo de Grasshopper. À direita, um Arduino UNO.

- Revit: O software Autodesk® Revit® foi desenvolvido para a Modelagem da informação da Construção (BIM), possibilitando que os profissionais de projeto e construção levem suas ideias da concepção até a elaboração, com uma abordagem por modelos coordenada e consistente. O Autodesk Revit é um aplicativo individual que inclui recursos para projeto arquitetônico, construção e de engenharia estrutural e de instalações . - Sketchup: é um software para a criação de modelos 3D eletrônicos. Foi originalmente desenvolvido pela At Last Software (@last software), a qual foi adquirida pela Google. Em 2012 Trimble Navigation adquiriu o programa. É muito utilizado para criação rápida, de modelos de baixo nível de parametrização, geralmente com finalidades de ilustração e estudos volumétricos simples. - Firefly: é um conjunto de ferramentas de software abrangentes dedicados a fazer a ponte entre Grasshopper e o Arduino micro-controladores, a internet entre outros. Ele permite dados em tempo quase real sejam trocados entre os mundos digital e físico. - Arduino: é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre (opensource), projetada com um microcontrolador Atmel AVR de placa única, com suporte de entrada e saída embutido, uma linguagem de programação padrão, a qual é essencialmente C/C++. O objetivo do projeto é criar ferramentas que são acessíveis, com baixo custo, flexíveis e fáceis de se usar por artistas e amadores. Principalmente para aqueles que não teriam alcance aos controladores mais sofisticados e de ferramentas mais complicadas. O processo será mapeado e os pontos de dificuldade serão registrados para que se partam deles em uma próxima oportunidade. Todos arquivos de projeto e de programação serão disponibilizados via internet no link abaixo para consulta e alterações: https://www.dropbox.com/sh/dccskaesv39bv8w/vEbpGoM3te

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ESTUDOSPRELIMINARES

LAME USP Análise das condições atuais dos edifícios e terreno.

SALAS DE AULA FAU USP ESTÚDIOS ATELIERS DA FAU USP O edifício Vilanova Artigas, juntamente com o LAME, o edifício comumente referido como o Anexo, formam a totalidade dos espaços de ensino e aprendizado da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo. No edifíçio Vilanova Artigas estão localizados os espaços de ensino stricto-sensu, e os estúdios, ateliers de projeto, além da bilbioteca, sala de computação, piso do museu, entre outros. No LAME, Laboratório de Modelos e Ensaios, estão disponíveis espaços e ferramentas para a produção modelos em geral. Em 2012, em um espaço do LAME, foi criado o FABLAB SP. Os FABLAB são centros de pesquisa e produção que têm como foco a invenção e a inovação. A

ideia para a criação dos laboratórios surgiu no MIT – EUA (Center for Bits and Atoms), e hoje estão espalhados por todo o mundo. Os FABLABs em geral oferecem programas educativos (como apoio à graduação, pós graduação e cursos de especialização) e profissionais (workshops abertos a comunidade) relacionados à fabricação digital. Dessa forma, ele se torna um foco disseminador de possibilidades tecnológicas. Apesar deste conteúdo não ser regularmente tratado na grade curricular dos alunos de arquitetura, por conta da facilidade que oferece na criação de modelos de estudo, suas máquinas atraem os estudantes, que aprendem o básico por conta própria.

Mesmo assim não é incomum encontrar alunos que dizem não saber usar as máquinas da instalação. De forma análoga, apesar da facilidade que modelos oferecem para a compreensão de projetos, e criação de documentações 2D, não é usual encontrar alunos com conhecimentos de softwares de modelagem paramétrica, ou BIM. Isso se dá por conta da formatação atual da grade curricular do curso de arquitetura e limitação das instalações e investimentos para ampliação e melhoria destas.

PROPOSTAESPAÇOS

À esquerda, o edifício Anexo, e à direita o edifício Vilanova Artigas. Proposta: Expandir e conectar

Para a criação de um novo espaço de aprendizagem das tecnologias digitais de projeto e fabricação será necessário, portanto, a criação de novas instalações. O pré requisito para locação deste é a ligação física com ambos os edifícios já existentes. O ponto de partida é o FABLAB, pois, como já foi identificado, ele é hoje uma semente do que este trabalho se propõe a projetar. A partir do laboratório, a intenção é que ele seja ampliado, recebendo os seguintes usos: - Maquinários de fabricação digital; - Salas de aula voltadas às tecnologias digitais; - Estações de trabalho para os alunos em formação

- Espaço de exposição de trabalhos permanente e de uso livre; - Ligação física com o espaço de ensino strito-sensu salas de aula do último pavimento do edifício Vilanova Artigas. O princípio básico que deve orientar a criação destes espaços é análogo ao “open-source” quando se trata de desenvolvimento de softwares. As tecnologias digitais voltadas à arquitetura têm evoluído e se disseminado ao longo dos anos principalmente pelos conceitos abertos, tanto de softwares, como de conhecimento. Hoje existem fóruns online especializados na maior parte dos software e equipamentos utilizados, como Rhino e seus plug-ins,

Revit, Processing, Arduino, máquinas de prototipagem rápida, entre muitos outros. A comunidade usuária destas tecnologias toma proveito e se utiliza muito destas ferramentas de compartilhamento para avançar nos seus estudos. De forma análoga, o espaço das salas de aula criado neste projeto prevê uma forma de convidar, por sua arquitetura, ouvintes não matriculados, e o ambiente destinado às exposições foi pensado para criar um diálogo com quem passa pelo lado de fora do edifício. Permitindo a circulação já existente, o projeto cria uma ponte entre o ensino das teorias, e o ensino das tecnologias digitais na prática.

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ESTUDOMASSA !A

Estudo de massa renderizado

Tomando-se o conceito original de ampliar o espaço atual do LAME/FABLAB-SP, abrindo espaço para ambientes de trabalho, e o conectando com os andares das salas de aula. Essa ideia, somada aos propósitos de pesquisa deste projeto, e à intenção de ampliar o repertório de geometrias e possibilidades arquitetônicas, levando em consideração uma definição simplificada dos critérios para os ambientes e volumes, e uma visualização volumétrica física, resultou em uma forma de linguagem bastante orgânica e complexa, moldada como uma casca e uma passarela. A casca foi modelada no software Rhino, a partir de curvas trabalhadas em cada um de seus control points, utilizando-se o comando XXX. Isso permitiu a criação de

superfícies NURBS, base para a criação da fachada do projeto. No plugin Grasshopper, essas superfícies podem ser trabalhadas de diversas formas, parametricamente, de maneira a testar inúmeras soluções construtivas, sem efetivamente alterar a informação geométrica que serve como base para sua criação, até o momento no qual se chega a uma conclusão. A ideia era panelizar essas superfícies, resultando em uma fachada de geometrias simples, compostas por brises, customizada em massa. Ou seja, cada painel deveria ter, a princípio, o formato necessário para ter como resultado final uma fachada o mais próximo possível da superfície inicial. O mesmo processo de modelagem foi utilizado para a passarela. Neste caso, havia a predefinição de que esta

seria composta por superfícies de dupla curvatura, tornando assim possível o estudo da fabricação de fôrmas e construção destas geometrias, preferencialmente em concreto. Utilizando-se o plugin Grasshopper, após a modelagem da base superficial da passarela, esta pode ser trabalhada parametricamente até resultar nos projetos de fôrma, levados às máquinas para usinagem, e posterior pré-fabricação. As ferramentas paramétricas permitem um avanço evolutivo durante o processo de projeto, além de viabilizarem a modelagem de geometrias complexas e diversas experimentações com o mínimo de trabalho manual.

ESPAÇOSUSOS

Distribuição das áreas e usos no projeto

Dentro da casca foram criados dois pavimentos. O inferior, ligado diretamente ao FABLAB-SP, abre espaço para o posicionamento de mais máquinas, além das já existentes, e mesas de suporte. No mesmo pavimento, mais à frente, criou-se duas amplas salas de aula, com o propósito de serem exclusivamente dedicadas ao ensino de modelagem paramétrico, fabricação digital, BIM, programação, entre outros. Levando-se em consideração que o desenvolvimento e disseminação destas tecnologias até o presente momento se deu em grande parte pela internet, em fóruns, com softwares open-source, arquivos e tutoriais compartilhados, faz parte das decisões deste projeto possibilitar que as aulas oferecidas nestes ambientes possam ser acompanhadas por não-alunos. Dessa

maneira, o segundo pavimento foi elevado em 1,30m criando um desnível, fechado em vidro, através do qual, com o uso de fones, é possível assistir às aulas, ou parte delas, sem prejudicar o andamento da mesma. No pavimento superior, dividido então em duas partes, foi reservada uma área para exposições permanentes, não-organizadas. A melhor maneira para buscarmos melhorias constantes em nossos projetos é disseminando o que é feito. Dessa forma, através da fachada e pelo ambiente interno, será possível estar sempre em contato com os trabalhos mais recentes da FAU. O restante desse pavimento foi projetado para abrigar as estações de trabalho, prevendo amplo espaço para armazenagem dos trabalhos desenvolvidos.

À passarela, além da ligação, foi reservada a função social do edifício, possibilitando vistas para os espaços de trabalho, e o ambiente externo. Para tal desenvolvimento, o uso somente dos softwares Rhino e Grasshopper, utilizados até então, não seria o mais adequado. Por serem principalmente softwares de modelagem complexa, desenhar espaços, paredes, lajes, portas e escadas não é tarefa tão trivial. Para tal a proposta era originalmente utilizar os softwares Autodesk Revit e Sketchup. O Revit permite a criação de elementos arquitetônicos simples a partir de uma biblioteca já estabelecida pelo usuário, e o Sketchup, para o caso da escada da passarela, por exemplo - elementos de geometria simples mas de posicionamento incomum - traz produtividade ao projeto.

Primerias anรกlises visuais do estudo de massa

ESTUDOFACHADA O partido arquitetônico escolhido - tecnológico, de linguagem orgânica, de forma a permitir a exploração das ferramentas digitais - direcionou o projeto para uma grande cobertura de formatos curvos. À fachada, no entanto, foram estipulados alguns pré-requisitos. Esta deveria ser ambientalmente responsável, e responsiva, composta por sistemas possivelmente eletromecânicos que interagissem com o meio externo. Para definição do projeto, foram listadas e estudadas algumas variáveis possíveis, como segue detalhado no diagrama abaixo:

OBJETIVOS DA PROGRAMAÇÃO

SISTEMA ELETROMECÂNICO

TIPOS DE FACHADA

MATERIAIS

_ Térmica

_ Sensores solares / calor

_ Smart Materials

_ Interna

_ Mídia / Estética

_ Motores Servo

_ Opaco / Translúcido

_ Pele simples

_ Sonora

_ Pneumáticos / Hidráulicos

_ Flexível / Rígido

_ Pele dupla

_ Ar / Qualidade do ar

_ Sensores termodinâmicos

_ Vazados

_ Ornamental / Vazada

_ Interatividade

_ Sensores de proximidade / movimento

_ Metálica

_ Curtain Wall

_ Luz

_ Sensores de orientação _ Sensores termodinâmicos

FAUUSP TFG JUN/2013

ESTUDOFACHADA

A partir da esquerda do alto, em sentido horário, vista externa do edifício, vista interna, estrutura da fachada, e detalhe dos mecanismos.

Institut Du Monde Arabe – Paris, France Jean Nouvel É típico ao trabalho de Jean Nouvel sua atenção ao detalhamento das fachadas. O objetivo principal desta é controlar a quantidade de luz que entra no edifício. Os painéis de vidro são simples, apenas proporcionando uma barreira de ar e à prova de água a partir do exterior. Cada um dos módulos é composto por 240 unidades de metal com uma disposição simétrica dos diagramas de motores controlando as aberturas que abrem e fecham a cada hora. O desenho do projeto foi fortemente enraizado nos padrões islâmicos, os quais podem ser encontrados em tudo, desde os têxteis à arquitetura. O abrir e fechar da fachada permite filtrar e controlar a magnitude da luz. Embora não tenha sido possível

confirmar se os mecanismos ainda funcionam, eles foram projetados com a intenção de criar novas formas de controle do clima interior. O sistema incorpora várias centenas de diafragmas sensíveis à luz que regulam a quantidade desta que é permitido entrar no edifício, de hora em hora. O projeto e a construção duraram quase toda a década de 80, sendo finalizado apenas em 1987. a intenção reacionária foi orientada para a aplicação de controles manuais. Enquanto o projeto tem um apelo estético, a sua utilização funcional e programática é limitada. Durante as várias fases da dinâmica da fachada, um padrão geométrico diferente é formado e apresentado como conjuntos variados de luz e vazio. Quadrados,

círculos, e as formas octogonais são produzidas num movimento fluido. Os espaços interiores são drasticamente modificado, juntamente com a aparência exterior. Mantendo este apelo de estética muito peculiar ao que se propunha este projeto, os dispositivos oculares funcionam do ponto de vista de controle ambiental também. O ganho de calor pela luz solar direta e difusa é facilmente atenuado pelo fechamento ou redução dos vãos de abertura.

A partir da esquerda do alto, em sentido horário, vista externa do edifício, vista interna, estrutura da fachada, e detalhe dos mecanismos.

CJ R&D Center Kinetic Facade Levantamento de áreas de estúdios e salas de aula Como parte de um esforço de design recente o estúdio tentou desenvolver uma fachada cinética que pode responder e se adaptar em tempo real para a radiação solar e à entrada do usuário. O cliente, CJ Corporation of Korea possuia uma iniciativa “only one”, que promove o pensamento de soluções únicas. Apoiados por Arup LA, pelo líder de fachadas Matt Williams, que tinha recentemente trabalhado no Abu Dhabi Investment Council Headquarters tower by Aedas. O projeto inicial contava com um metal perfurado, inspirado em um plissado, que abria para “celebrar vistas” em locais selecionados. Estas aberturas foram fixadas e restritas por conta do alto volume de laboratório e espaço de escritório no interior que exigiam luz solar direta limitada.

Foi elavorado um mecanismo que permite que o sistema flexione maximizando a exposição à luz natural e vista, e, ao mesmo tempo, filtrando a luz solar direta. A primeira versão de Matt para o mecanismo foi baseado num único atuador linear simples que poderia recolher a membrana plissada como um guarda-chuva de abertura variando com base no tempo e nas preferências do utilizador. Inspirando-se no mecanismo de tesoura de Charles Aweida para o guarda-chuva Burberry fantasia compacto, foi desenvolvido o sistema que movimentaria o véu de várias dobras do projeto original. Foram incorporados dois atuadores lineares para permitir que as porções superior e inferior se flexionassem de modo independente, e modificou-se o caminho da extensão do atuador de

modo que a posição mais exterior da membrana viesse a manter um consistente deslocamento da fachada em ambas as posições, aberta ou fechada. Usando cinemática inversa no 3ds Max, uma ferramenta normalmente usada para animação de personagens, fomos capazes de estudar a movimentação do sistema, amplitude de movimento e ajustar as peças. Como os edifícios se tornam mais como organismos em sua capacidade de transformar ou adaptar ao seu ambiente em mudança, trabalhar com as ferramentas que permitem visualizar conceitos 4D (dimensão tempo) vai se tornar mais relevante para a prática arquitetônica.

FAUUSP TFG JUN/2013

A - IAAC / B - Delft / C e D - SCIA E - MIT / F - UNICAMP (LAPAC)

Al Bahar Towers - Abu Dhabi AEDAS Completed in June 2012, the 145 meter towers’ Masharabiya shading system was developed by the computational design team at Aedas. Using a parametric description for the geometry of the actuated facade panels, the team was able to simulate their operation in response to sun exposure and changing incidence angles during the different days of the year. The screen opperates as a curtain wall, sitting two meters outside the buildings’ exterior on an independent frame. Each triangle is coated with fiberglass and programmed to respond to the movement of the sun as a way to reduce solar gain and glare. In the evening, all the screens will close. It is estimated that such a screen will reducing solar gain by more than 50 percent, and reduce the building’s

need for energy-draining air conditioning. Plus, the shade’s ability to filter the light has allowed the architects to be more selective in glass finished. ”It (the screen) allows us to use more naturally tinted glass, which lets more light in so you have better views and less need of artificial light. It’s using an old technique in a modern way, which also responds to the aspiration of the emirate to take a leadership role in the area of sustainability,” added Oborn. “The façade on Al Bahar, computer-controlled to respond to optimal solar and light conditions, has never been achieved on this scale before. In addition, the expression of this outer skin seems to firmly root the building in its cultural context,” explained Awards Juror Chris Wilkinson of Wilkinson Eyre Architects.

A - IAAC / B - Delft / C e D - SCIA E - MIT / F - UNICAMP (LAPAC)

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Hygroscope Smart Material A morfologia geral na maior parte resultou de estudos sobre o comportamento do material dos elementos do clima que respondem a de que a estrutura é coberta com. Estes são feitos de chapa revestido com uma camada de fibra de vidro de um lado, o que faz com que os elementos se dobrem durante as mudanças de humidade através da tensão interna gerada. Inicialmente vários sistemas básicos foram concebidos que utilizavam este comportamento do material, dos quais dois foram escolhidos para a escultura - as células poligonais, concentricamente abertas, que podem ser observadas nos dois "hot-spots" da estrutura, bem como nos canais intermediários entre os três elementos principais, e os diagonalmente abertura "quads", que podem ser vistos nos raios radiais de cada elemento principal. A morfologia geral foi concebido como uma possível combinação destes dois sistemas, além disso, e foi desenvolvido

de modo a formar uma estrutura volumosa, com zonas de diferentes profundidades, o que poderia possivelmente transferir, redirecionar ou segurar volumes de ar úmido. Uma parte intrincada do script gerador foi, como de costume, a otimização da produção, que incluiu a racionalização do tamanho do elemento, uma vez que estas foram cortadas de listras folheado com uma largura limitada. Outras questões importantes foram para garantir a planaridade dos quads e para evitar a colisão de elementos vizinhos durante a abertura.

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Kiefer technic Painel em aço Este sistema dobrável de sombreamento foi produzido por Kiefer technic, um fabricante de equipamentos médicos de aço inoxidável para o seu showroom em Bad Gleichenberg, Austria. O design foi concebido pelo escritório de arquitetura Giselbrecht+Partners. Ele se posiciona nas lajes e abre e fecha metade para cima, metade para baixo.

Homeostatic Facade System Nanotecnologia O escritório de arquitetura Decker Yeadon se baseia em pesquisas para por em prática a arquitetura desenvolvendo diversas aplicações no design de materiais inteligentes e nanotecnologia. Entre elas está o Homeostatic Facade System (Sistema de Fachada Homeostático) e o Smart Screen (Tela Inteligente). A natureza não mecânica destes sistemas os diferencia dos demais. A porosidade da superfície é quimicamente inerente aos componentes e diretamente estimulada pelo calor ou correntes elétricas. Por exemplo, o Sistema de Fachada Homeostático é ativado pelo calor uma vez que o grau de expansão de materiais distintos causa a deformação das camadas internas..

Fachada Kiefer Technic. À esquerda, ela abrindo e fechando.

Q1 headquarters Sombreamento e abertura O prédio concluído em 2010, Q1 headquarters em Essen, Alemanha, é sombreado por 3.150 “penas” cinéticas que se abrem e fecham baseadas nos inputs de usuários e dados de sensores.

Acima, a Homeostatic Facade System. Abaixo a fachada do Headquarters da Q1.

Definição da Fachada Características e comportamentos

REAGE AOS SENSORES DE CALOR A fachada será de estrutura metálica, e dupla. Os painéis externos serão opacos, e os internos translúcidos. A opaca reagirá à Luz, fechando-se ao atingir um determinado valor. Na área de exposição, para criar uma comunicação com o ambiente externo, estes painéis reagirão apenas à presença e à proximidade, abrindo-se quando houver um movimento a menos de uma determinada distância. A fachada interna, translúcida, será controlada pelos usuários, até certa altura, a partir da qual será fixa.

FACHADA OPACA

FACHADA TRANSLÚCIDA

Esquema do comportamento da fachada dupla

ÁREA DE EXPOSIÇÃO

OBJETIVOS DA PROGRAMAÇÃO

SISTEMA ELETROMECÂNICO

TIPOS DE FACHADA

MATERIAIS

_ Térmica

_ Sensores luz

_ Opaco / Translúcido

_ Luz

_ Sensores de proximidade / movimento

_ Metálica

_ Interatividade

_ Motores Servo

_ Pele dupla

_ Potenciômetro

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ANÁLISEENERGÉTICA !

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Análises para uma fachada energeticamente responsável Projeto análise projeto Em paralelo com a definição de um mecanismo que tornasse a fachada responsiva, a geometria base definida como a geradora da fachada precisou ser energeticamente testada, buscando uma compreensão de suas caraterísticas, a qual eventualmente resultaria em uma transformação da mesma. Para tal foram utilizados os já mencionados Rhino e Grasshopper, e o Autodesk Ecotect. O link entre os softwares foi criado através de um plugin para Grasshopper, chamado GECO. Através deste plugin, com a inserção de informações como o norte geográfico, e um arquivo chamado Weather Data (informações sobre o clima), é possível facilmente gerar análises do comportamento térmico de um projeto. Estas informações podem ser diretamente linkadas a uma resposta

paramétrica de projeto, através do Grasshopper. Para o desenvolvimento deste projeto, já tendo definido as características básicas da fachada, era necessário compreender em quais áreas da fachada a incidência solar representava um ganho de calor significativo, justificando sua vedação pela fachada externa, opaca, evitando desta forma o ganho de calor excessivo. Por este motivo, foi necessário apenas uma análise visual dos resultados obtidos pelo Ecotect, resultando na decisão sobre quais áreas seriam compostas por fachadas duplas, e quais áreas poderiam ser apenas vedadas pela fachada translúcida. Apesar de não terem sido necessários para o desenvolvimento deste projeto, os arquivos que geram o link entre as análises e as respostas automáticas no projeto

foram disponibilizados juntamente com o restante do material deste trabalho.

MODELAGEMESTRUTURAL FACHADA DUPLA

PAINÉIS FOTOVOLTÁICOS

FACHADA SIMPLES Estrutura produzida no Rhino e no Grasshopper, apartir da panelização de superfícies.

Modelagem fachada estrutural Continuidade Projeto-Construção As superfícies complexas modeladas no Rhino foram utilizadas para a criação da primeira etapa de modelagem da estrutura da fachada. Nela, a própria forma e seus painéis resultarão na estrutura. Por não portar nenhuma outra estrutra e ter como força incidente o vento e as deformações, optou-se por uma fachada panelizada, composta por eixos principais, e módulos hexagonais. Para este trabalho, prentendeu-se desenvolver a fachada apenas até o nível a partir do qual o trabalho seria complementado colaborativamente com a engenharia de estruturas. Apesar disto, tendo em vista a possibilidade de desenvolvimento evolutivo de projeto baseado em modelos 3D, foi importante criar uma base geométrica consistente, a partir das superfícies criadas inicialmente, para que ao suposto final do desenvolvimento de um projeto executivo

completo, a estrutura fosse fidedigna à modelada a princípio, e mantivesse os links paramétricos, permitindo uma possível volta e redefinição das formas originais em um modelo único, o qual retroalimentaria todo o restante do desenvolvimento do projeto. Este link seria feito possivelmente com a exportação de arquivos 3DS ou ASCII entre o Rhino e o Revit-Robot, ou o Tekla, ambas soluções BIM de detalhamento de estruturas metálicas. Este processo viabilizaria o corte e montagem posterior da estrutura, conforme projeto original, mantendo as relações de dimensões e ângulos com os painéis de vedação da fachada, tanto os opacos como os vidros, ambos de dimensões variáveis e produzidos especificamente para cada módulo hexagonal da fachada.

Para a criação desta estrutura simplificada foram utilizadas as superfícies base iniciais do projeto, as quais foram, através do Grasshopper, divididas em painéis virtuais. Estes foram analisados pelo próprio software, tendo como resultado a geração de eixos de tubulações principais, tubulações definidoras dos módulos, e tubulações intermediárias aos módulos.

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MODELAGEMESTRUTURAL Estudo da passarela Sistema construtivo e modelagem das fôrmas A passarela projetada para ligar fisicamente o LAME/FABLAB-SP com as salas de aula do Edifício Vilanova Artigas possui uma estrutura portante de microconcreto armado. Esta possui uma seção aproximadamente retangular, a qual foi criada a partir de supercífies NURBS criadas no software Rhino. Estas superfícies foram, após desenvolvimento do projeto, analisadas e parametricamente modificadas no software Grasshopper. Repartindo-se a passarela em 5 partes longitudinais foi possível estudar-se cada uma das partes e suas faces, extrudando-as e criando os volumes para serem posteriormente pré-fabricados. Para tal, tomando-se cada face da seção, criou-se uma fôrma com o negativo de seu volume. Em processo análogo ao utilizado por Frank Gehry em seu projeto Zollhof Towers, em Dusseldorf, o negativo do painel pré-fabricado deve ser usinado em uma fresa CNC, armado, concretado e montado em canteiro. Como protótipo, e teste do processo, foram criados utilizando-se o mesmo passo-apasso, em escala reduzida e material alternativo, as fôrmas de uma das seções da passarela.

À esquerda no alto, um exemplo de fabricação de forma pela Gehry Technologies. As imagens restantes são do projeto desenvolvido pela autora em Rhino e Grasshopper, e o protótipo de forma criado na CNC Router em poliuretano.

O tempo levado para usinar uma forma em polituretano, com dimensões de 30cm x 13cm x 15 cm foi de 12 minutos. O resultado final é uma forma com as dimensões exatas às projetadas, levando-se apenas em consideração a dimensão da fresa, a qual, neste caso, por ser um modelo em escala pequena, impacta visivelmente nos cantos da forma final. Ao se pensar em na escala real, esse tipo de distorsão se torna bem menos relevante. Deve-se atentar aos ângulos de saque das peças de concreto, sugerido em 5%, para que se tenha maior facilidade na desforma do painel.

MÓDULOSFACHADA Estudos e definições Projeto e modelo eletrônico A fachada do projeto é dupla em grande parte do edifício. Nestas áreas, no exterior do projeto está a fachada opaca, e no interior, a fachada translúcida, de vidro. No restante do edifício a única fachada revestindo o projeto é a fachada transparente, com exceção de uma área no topo que abriga painéis fotovoltáicos. As fachadas estruturalmente são compostas por uma tubulação metálica de malha hexagonal. Cada um destes hexágonos será chamado aqui de Módulo. Estes possuem tamanhos variados, para se adaptar às curvas das superfícies definidoras da forma do projeto. A cada módulo opaco será atribuída uma função. Estes serão responsivos à quantidade de luz que o atingem ou à movimentação em uma região ao seu redor. Estas funções foram criadas e determinadas a áreas específicas do projeto para que este se comportasse de modo a buscar sempre a melhor relação de sombreamento para cada dia, horário, e variação de luz na abóbada celeste, e cumprisse o papel de conectar o ambiente externo com a produção interna do laboratório.

Os módulos são compostos pela mesma estrutura e painéis e sistema eletromecânico, enquanto sua função e tipo de resposta ao meio externo serão controladas por meio de sensores diferentes. À fachada opaca que se abre à movimentação externa serão utilizados sensores de movimento. A cada acionamento do sensor, localizados individualmente em todos os painéis, os módulos se abrirão, e assim permanecerão pelo tempo de 5 segundos, abrindo uma janela especialmente para aquela passagem, convidando quem está fora a digirir seu olhar para o interior, e dando vida e dinamismo à estrutura. Ao restante da fachada opaca, onde não for área de exposição, serão posicionados sensores de luz, os quais se movimentarão de 90º a 0º ao captarem respectivamente de irradiações mínimas a uma irradiação de 500 LUX. A partir deste valor ele se manterá completamente fechado, a 0º, protegendo o edifício de entradas de calor indesejadas. A fachada translúcida terá a mesma estrutura metálica, mas seus painéis serão de vidro. Estes, onde houve acessibilidade ao usuário, serão providos de um sistema mecanizado, ligado a um potenciômetro, o qual regulará a abertura dos vidros conforme as necessidades dos usuários.

À esquerda,a fachada dupla, com ilustração em azul indicando os eixos de rotação dos painéis. No centro, o detalhe dos módulos hexagonais e os painéis triangulares recebendo a informação que há luz, atraves do Arduino e Firefly. À direita, o sensor de luz sendo bloqueado e os painéis se abrindo para ampliar a área de captação de luz.

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Protótipo físico

Simulação do comportamento eletromecânico Estruturas metálicas e vedações não são um desafio para os projetistas especializados, hoje em dia. Já, sistemas eletromecânicos, seus comportamentos e relação com o usuário ainda o são. Portanto, como protótipo, foi desenvolvido um modelo de estudo, com materiais estruturais e de painel adaptados, mas sistemas eletromecânicos bastante próximos dos que seriam adotados na realidade. Para a execução deste protótipo, portanto, foi montado um modelo de estrutura em mdf e painéis de vedação de madeira balsa, por conta da limitação da força dos motores para rotacionarem as placas. Foram montadas, após as simulações eletrônicas, um scrip responsável por ler as informações captadas pelos sensores de presença e de luz, além do potenciômetro, e transferir esses dados como informações de ângulo de rotação para os servo-motores localizados nos eixos de cada painel. Servos-motores são motores com eixos de rotação que giram dentro de uma amplitude de 180º, a partir de informações recebidas por quaisquer fontes, traduzidas em um ângulo. Portanto, ao se conectar pela primeira vez, este direciona sua rotação para uma angulação previamente estabelecida, e a cada input de dados, gira este eixo até o a posição pretendida, podendo ir e voltar conforme for programado. Para analisar os dados do ambiente foram utilizados um sensor de presença infravermelho - PIR -, um sensor de luminosidade, e o potenciômetro, cuja base é rotacionada pelo usuário gerando os dados necessários. Para unir essas informações captadas no ambiente com os servo-motores foi utilizado um Arduino UNO. O Arduino é uma placa microcontroladora baseada em um chip megaAVR chamado ATmega328. Este é uma plataforma de prototipagem eletrônica de hardware livre de utilização e interface amigável, voltado ao uso daqueles que não teriam alcance a controladores mais sofisticados. Pode ser usado para o desenvolvimento de objetos interativos independentes, ou ainda para ser conectado a um computador. Através de uma porta USB, e uma alimentação de energia externa, para este teste o Arduino ficará conectado a um notebook e aos sistemas eletromecânicos, simulando o comportamento e a funcionalidade das fachadas. Ao poder simular, com o mínimo de equipamentos, conhecimento de sistemas controladores complexos, e baixo custo, os estudantes de arquitetura e também os projetistas profissionais podem dar vida a diversas soluções arquitetônicas, ganhando maior autonomia para o desenvolvimento de seus projetos, e ampliando o leque de possibilidades projetuais.

De cima para baixo, um Servo-motor, um sensor de presença infravermelho - PIR -, um sensor de luminosidade, um potenciômetro, e o projeto de criação do modelo físico. Na página ao lado, uma das diferentes montagens dos arduinos.

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DESENHOSIMAGENS 1

Vista da implantação e corte do projeto. Desnível semicircular atual, em tracejado, é aterrado para ampliação da praça de ligação entre os dois edifícios.

corte AA

DESENHOSIMAGENS

elevação 1

elevação 2

Elevações 1-Norte e 2-Sul representando apenas a fachada interior, translúcida.

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DESENHOSIMAGENS ÁREA PARA AS MÁQUINAS DIGITAIS

0,00m

ESTAÇÕES DE TRABALHO

SALA DE AULA 1

SALA DE AULA 2

Planta do subsolo prevendo extensão da área atual do LAME

DESENHOSIMAGENS TRECHO DA FACHADA RESPONSIVA À INTERACÃO DE PESSOAS

ACESSOS EXTERNOS ÀS AULAS

2,80m

ÁREA DE EXPOSIÇÃO

4,10m

ESTAÇÕES DE TRABALHO

6,60m

Planta do térreo com dois níveis. O acesso a esse pavimento e feito através da circulação do LAME já existente.

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DESENHOSIMAGENS 4,10

2,80

2,68m

0,00

corte AA detalhe

Detalhe do corte AA, mostrando o desnível entre os seminíveis. Cotas em relação ao nível térreo do LAME

corte BB detalhe

DESENHOSIMAGENS

corte BB detalhe

DESENHOSIMAGENS

Detalhe da programação criada no grasshopper gerando imagem de rotação dos painéis da fachada dupla no Rhino.

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DESENHOSIMAGENS

Renderes 3D de detalhe da fachada dupla.

DESENHOSIMAGENS

Render da estrutura

FAUUSP TFG JUN/2013

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REVOLUÇÃO DIGITAL NA ARQUITETURA Um projeto experimental para a FAU USP