TECNOLOGIA DIGITAL

No final do século XX, o projeto ganha novo alcance com o uso do computador. (SCHMID, 2005). Os softwares inicialmente foram utilizados para produção de navios e aeronaves, e posteriormente para a construção civil. Por volta da década de 1980, possibilitaram uma maior liberdade de criação de formas complexas. (VOLLERS, 2001)

A arquitetura foi fundada nos princípios e ideologias dos sistemas cartesianos e euclidianos. Geometrias euclidianas utilizam-se de linhas, arcos, ângulos e intersecções sem direta relação com o meio espacial. Caracterizando-se por um sistema linear, contínuo e singular. Já o sistema cartesiano coloca a forma como uma função algébrica em pontos de coordenadas que são numerados no espaço. O Sistema euclidiano/ cartesiano é identificado como funções tridimensionais e espaços numerados. (SHELDEN, a 2011)

Na atualidade a forma arquitetônica expandiu-se além da geometria euclidiana, tornando-se não euclidianas, fractal, processual e a paramétrica. (SHELDEN, a 2011) com a modelagem digital foi possível alcançar novas possibilidades. (KOLAREVIC, 2003) Portanto, a concepção de arquitetura sempre foi baseada na exploração da geometria, sob a forma de representação em desenhos com base na geometria descritiva. Já a arquitetura contemporânea contribui com a exploração de formas livres e, portanto, a geometria tem se tornado mais complexa e desafiadora.

O design digital permitiu um novo nível de experimentação com relação às formas livres. (POTTMANN, 2010)

O computador entra no final do século XX como uma ferramenta fundamental para lidar com a complexidade dos edifícios.

Atualmente o projeto digital é baseado em fórmulas matemáticas.

(SCHODEK et al., 2004). Podemos notar que há uma relação direta entre o desenvolvimento das ferramentas de representação de desenho e formas complexas em arquitetura. Com o avanço do desenho digital foi possível alcançar soluções que antes, eram obstáculos para representação de formas complexas.

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Nos anos 80 surge a capacidade de modelar formas orgânicas, e com isso, as técnicas de modelagem de superfícies contínuas baseadas em polinômios de terceiro e quarto grau, mudam a concepção e geometria das formas. Alguns softwares fazem representações de objetos que poderiam ser desenvolvidos através de desenhos convencionais, na prancheta. Já outros não, e assim, a participação da tecnologia é maior no resultado do projeto, e o computador passa a não ser apenas um meio de representação, mas também um parceiro no resultado do projeto.

Até o início da década de 90, geometrias sofisticadas eram sinônimo da presença de paraboloides e hiperboloides. (PICON, 2010) O computador permitiu novas formas, algo que não poderia ser feito no método tradicional. Da mesma maneira, o ofício do arquiteto muda devido à capacidade de gerar famílias de formas e não uma forma única.

Mark Burry (2005) relata que o futuro da arquitetura passa por scripts, que correspondem a codificação do conhecimento de uma maneira abstrata e expressam o poder do conhecimento que as pessoas têm, e que são passados para uma máquina, e não para outra pessoa. Nesse contexto, o projeto não é de uma pessoa, e sim

fruto de uma criação coletiva, em que uma série de pessoas e agentes projetam e alimentam o banco de dados.

As tecnologias digitais muito têm colaborado para as práticas arquitetônicas, muitas vezes viabilizando o meio de projetar, através de formas e soluções almejadas pela equipe técnica, mas também criam um desafio quanto à possibilidade de fabricação e construção. (KOLAREVIC, 2003)

O meio de produção através do desenho assistido por computador (CAD) e a fabricação assistida por computador (CAM) apenas começaram a ter impacto em projetos e construções nos últimos anos, eles abriram novas oportunidades com relação às formas em arquitetura, viabilizando produções complexas que até pouco tempo atrás eram difíceis tanto para projetar como execução.

(KOLAREVIC, 2003) (POTTMANN, 2010)

A exploração de formas complexas conseguidas através da modelagem digital baseada em Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) permitiu ampliar as possibilidades da geometria, que com a utilização de CAD ou CAM eram difíceis de conseguir. NURBS representam a capacidade de controlar as formas geométricas através da manipulação interativa de pontos de controle. Com o

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alcance de novas geometrias, passou-se a buscar formas viáveis economicamente para produção. (KOLAREVIC, 2003) As Splines e NURBS foram desenvolvidas nos laboratórios da Citroen e Renault para definições matemáticas de curvas e superfícies nos anos de 1950. A partir da década de 1990 começaram a ser utilizados nos softwares CAD utilizados em arquitetura. (SCHEURER, 2010)

A indústria da construção é uma das últimas a absorver as novas tecnologias, as primeiras a adotar novas ferramentas tecnológicas são o setor automobilístico, aeroespacial e naval. A arquitetura apropria-se de materiais, métodos e processos de outras indústrias com o objetivo de incorporar à arquitetura aquilo que for

“Geometria Arquitetural” (AG), que consiste no desenvolvimento de novas ferramentas para a criação de modelos digitais que atendam aspectos da forma, e já incorporam requisitos quanto à estrutura, materiais, construção... Devido a essas características,

desempenha um papel totalmente digital desde a concepção até a fabricação, inclusive para geometrias complexas. A Geometria Arquitetural tem fortes raízes em matemática aplicada, ciência computacional e engenharia. E a tendência em alcançar complexidade geométrica estabelece uma relação direta ao aprendizado de geometria na arquitetura. Os usos efetivos de softwares geométricos para realizar desenhos paramétricos exigem maior conhecimento de geometria. (POTTMANN, 2010). Um exemplo disso é o uso da ferramenta computacional Computer Aided Tridimensional Interactive Application (CATIA) que já estava sendo utilizado há 20 anos quando o arquiteto Frank Gehry começou a utiliza-lo em projetos de arquitetura. (KOLAREVIC, 2003)

2.2 MODELAGEM PARAMÉTRICA E ALGORITMOS APLICADOS AO PROJETO ARQUITETÔNICO

O parametricismo tem surgido apenas nos últimos anos, devido ao desenvolvimento de sistemas de desenhos paramétricos avançados. Os mais recentes aperfeiçoamentos da ferramenta baseiam-se em sistemas paramétricos avançados e técnicas de

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scripts. “Esse estilo está reivindicando hegemonia dentro da arquitetura de vanguarda. Sucede o modernismo como uma nova onda de inovação sistemática. ” (SCHUMACHER a, 2010)

Tem sido tão utilizado que atualmente está presente em inúmeros seguimentos da arquitetura, desde projetos de interiores até planos urbanísticos das cidades. Quanto maior a escala do projeto, maior sua complexidade programática. (SCHUMACHER a, 2010)

A novidade na utilização das superfícies NURBS é a criação de formas contínuas sem depender da álgebra, dessa maneira, não se sabe a equação que está por trás da ferramenta, mas através desse recurso torna-se possível criar superfícies inovadoras. Esse conceito carrega como característica atender o heterogêneo, devido a sociedade caracterizar-se por apresentar interesses distintos e únicos. Nesse sentido, a arquitetura e o urbanismo vão de encontro a atender essa demanda da sociedade através de técnicas de desenho paramétrico.

É proposto, portanto, a identificação de um novo estilo, e não apenas de um conjunto de regras. O estilo paramétrico inspirou novas ambições e valores na qual são explorados aspectos além da estética, devido à procura por gerar diferentes soluções que variam

de acordo com parâmetros e padrões. (SCHUMACHER a, 2010) A arquitetura contemporânea é caracterizada por apresentar predominância da heterogeneidade, diferenciação, singularidade e individualidade.

A modelagem paramétrica contribui para a exploração de diferentes configurações geométricas devido à possibilidade de variações das dimensões, proporções e formas. Esse tipo de abordagem em arquitetura contribui com soluções inesperadas e inovadoras obtidas com a manipulação e combinação dos parâmetros criados. (FLORIO, 2009). A definição da geometria por meio de parâmetros permite a criação de infinitas possibilidades de formas, sendo elas, euclidianas e não euclidianas. (FLORIO, 2012) Uma das grandes vantagens caracteriza-se pela viabilidade dessas múltiplas formas e combinações já nas etapas iniciais de projeto.

(BEAURECUEIL; LEE, 2015)

No desenho parametrizado “parte-se de uma base geométrica virtual à qual se ligam todos os elementos isolados do desenho.

Essa base é determinada por parâmetros a que se atribuem valores variáveis. Conforme são dados esses valores, todas as partes conectadas da base geométrica são atualizadas automaticamente. ”

82 execução das alterações mesmo em geometrias complexas.

(HUDSON; SHEPHERD; HINES, 2011)

Essa ferramenta garante maior autonomia dos arquitetos, pois possibilita fazer alterações na proposta de projeto de maneira mais eficaz se comparado a outros softwares, sendo possível avaliar o melhor desempenho e auxilia no processo de concepção do projeto. O grande diferencial, portanto, é que com a modelagem paramétrica é possível alterar os parâmetros, testar configurações diversas sem recomeçar do início.

Podem ser explorados vários fatores, como por exemplo, o estudo da trajetória solar, como auxilio para desenvolvimento do projeto.

As medidas dos componentes de proteção solar podem ser dimensionadas com relação a variáveis da geometria solar.

“Computação paramétrica constrói ligações entre fatores como os ângulos da geometria solar e os parâmetros formais que definem o edifício e seus componentes. Nesse sentido os ângulos solares podem ser usados para a geração da forma do edifício (...). O mesmo pode ser aplicado ao projeto de componentes de fachada e coberturas visando ao dimensionamento de soluções mais localizadas e próximas da relação entre a abertura e o espaço interno. ” (BEAURECUEIL;

LEE, 2015 p 314)

O diferencial da modelagem paramétrica está em podermos embutir informações quanto às intenções esperadas no campo do design, engenharia e fabricação de maneira independente da geometria, e de acordo com as alterações no modelo, essas intenções permanecem. Nesse sentido, os algoritmos contribuem para a tectônica do modelo. (SHELDEN, b 2006)

No que diz respeito às novas ferramentas computacionais, é visado o desenvolvimento de softwares que satisfaçam requisitos quanto à construção, materiais aplicados, tecnologia para fabricação e propriedades estruturais. (POTTMANN, 2010). Com isso, os projetos

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gerados digitalmente carregam maiores informações através de bancos de dados, garantindo maior controle sobre a construção.

(KOLAREVIC, 2003)

Na atualidade a inserção da tecnologia digital na concepção do edifício significa a incorporação de banco de dados no modelo, que são responsáveis por mudar significativamente a forma como a arquitetura é projetada e feita na contemporaneidade. Além disso, a mudança está no paradigma dos idênticos, pois atualmente prevalece o interesse pela variabilidade.

Na arquitetura contemporânea o uso de tecnologias digitais emprega uma série de dados e informações ao projeto transcendendo o mesmo de uma apresentação meramente visual.

Articulam-se aos projetos variáveis, ou seja, várias possibilidades.

Esse processo viabiliza que as equipes de profissionais possam realizar escolhas de maneira adequadas visando a melhor opção dentre as restrições estabelecidas. (KOLAREVIC, 2003)

As ferramentas como o parametricismo e scripts colaboram em acelerar, resolver e refinar permitindo formulações e execuções complexas entre sistemas e subsistemas de forma precisa. O processo de estabelecimento de regras no modelo paramétrico é

realizado através de restrições estabelecidas que impeçam com que as soluções alcançadas recaiam em padrões já estabelecidos, ultrapassados ou que precisam ser evitados. Esse processo é chamado de heurística negativo. Por outro lado, podem ser criados e estabelecidos princípios orientadores que permitem com que o trabalho siga uma direção em particular. Esses são chamados de heurísticas positivos. (SCHUMACHER a, 2010)

Esse modo de projetar só existe devido aos avanços da geometria computacional. Técnicas de scripting e modelagem paramétrica têm se tornado uma realidade generalizada a ponto que não ser mais possível competir no meio da arquitetura contemporânea sem dominar e aperfeiçoar tais procedimentos. (SCHUMACHER a, 2010) Trabalhar com modelagem paramétrica é poder criar peças similares, porém diferentes entre si, sabendo que o que há de comum entre as soluções viáveis, é o entendimento de como os elementos serão definidos geometricamente e com precisão dentro de um algoritmo. A maneira com a qual combinamos os parâmetros na modelagem paramétrica pode induzir a imaginar um conjunto de soluções na qual, possivelmente, o profissional não havia pensado

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anteriormente. Portanto, esse modo de trabalho favorece a descoberta por formas inusitadas.

Algoritmos são compostos por conjuntos de regras e operações que alcancem soluções para um problema estabelecido, são formados pela definição dos dados de entrada, ícones necessários que completam a operação e os dados de saída. Sua utilização em projetos de arquitetura permite uma postura investigativa e exploratória no processo de projeto, possibilitando a reconfiguração e recombinação dos parâmetros com o objetivo de gerar diferentes experimentos, a fim de obter diferentes soluções.

O advento da tecnologia digital permite aos arquitetos codificar projetos com expressões algorítmicas e geométricas, resultando em precisão e ampla exploração da forma. (CECCATO, 2012). Com isso, a personalização tem se tornado uma constante na atualidade.

Um algoritmo carrega propriedades que definem um componente ou conjunto de parâmetros de entrada, e assim, proporciona um modelo 3D como saída, ou seja, como resultado. Podendo otimizar tarefas, como evitar o desenvolvimento de inúmeros desenhos diferentes, facilitando, portanto, o processo de projeto, uma vez que manusear um algoritmo torna-se mais fácil e eficiente do que

manusear uma série de desenhos. Porém a programação e configuração das variações de um desenho requer conhecimentos específicos, uma vez que essa possibilidade carrega como pré-requisito saber programar. (SCHEURER, 2010). Portanto, a necessidade de arquitetos por inovação formal e sistemas baseados em simulações exigiu dos profissionais novos processos que se estendem para além das capacidades da modelagem 3D e pacotes BIM. (MILLER, 2011)

Na elaboração de um algoritmo é possível configurar variações nos parâmetros com a intenção de gerar diferentes possibilidades de combinações entre eles. A variação acontece de acordo com a recombinação ou redefinição dessas variáveis gerando em novas combinações e por consequência novas soluções. Resultando, portanto, em um conjunto de definições que vão gerar diferentes soluções no espaço.

O uso da modelagem paramétrica muda os resultados obtidos com o projeto, uma vez que não é projetada uma geometria específica, mas um conjunto de princípios em equações paramétricas que podem ser variadas de acordo com a necessidade. Por isso a grande mudança na estratégia do projeto passa a ser a exploração das

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potencialidades desses infinitos parâmetros de variáveis que podem ser criados, e não deixar o projeto preso a apenas uma solução. (KOLAREVIC, 2003)

O conceito versoning representa a ideia de criar várias versões da mesma ideia, explicitando um controle de versões, é um termo operativo, que descreve mudanças significativas na maneira de arquitetos e designers utilizarem a tecnologia para expandir no tempo e no espaço os efeitos potenciais do desenho. Na arquitetura paramétrica, é possível alterar os parâmetros e obter diferentes versões e possibilidades através da exploração de um mesmo algoritmo. Esse conceito expressa a recombinação dessas geometrias, na qual a precisão da construção se dá com a modelagem paramétrica. E assim, são atingidas diferentes versões de modulações a partir dos mesmos elementos. (SHoP, 2002)

O processo de concepção através da modelagem paramétrica exercita a busca pela originalidade e o inesperado na forma arquitetônica.

2.2.1 EXEMPLOS DE PROJETOS PARAMÉTRICOS

O projeto do Aviva Stadium localizado em Dublin de autoria dos arquitetos Scott Tallon Walker e Populous, em 2010, foi o primeiro projeto a utilizar a modelagem paramétrica em todas as etapas do processo, através da ferramenta Generative Components (GC) como meio de otimização do desenho da forma, estrutura e soluções de fachada de modo interativo. (HUDSON; SHEPHERD; HINES, 2011) O desenvolvimento do modelo do estádio foi realizado pelas equipes de arquitetura e engenharia de forma mútua, permitindo a interação entre as equipes nas tomadas de decisões através das avaliações quanto à envoltória e estrutura, podendo analisar as mudanças e suas implicações como um todo. Por um lado, a estrutura era avaliada com relação a sua eficiência e desempenho estrutural, por outro, a arquitetura com relação ao resultado estético. (HUDSON; SHEPHERD; HINES, 2011)

A interação entre as equipes foi uma maneira de viabilizar a criação, através da racionalização e posterior construção da envoltória do edifício. Para solução da mesma, foram envolvidas as equipes de arquitetura, engenharia mecânica, empreiteiro e prestadores de

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serviços de revestimento. O trabalho em conjunto visou cumprir os requisitos quanto à ventilação sem comprometimento estético.

(HUDSON; SHEPHERD; HINES, 2011). Nesse sentido é evidente que o modelo paramétrico teve a função de partilhar informações através de uma base de dados única entre as diversas disciplinas envolvidas no projeto.

Para definição da forma da edificação foram utilizadas curvas de controle ou “curvas de lei”, que servem para controlar a geometria e expressam a interação do projeto. (HUDSON; SHEPHERD; HINES, 2011) A exploração da modelagem paramétrica permitiu não apenas um resultado quanto à forma, mas vários desenhos possíveis para estudo. (Figura 2.1)

Figura 2.1: Variação dos parâmetros e modificação da forma Fonte: HUDSON; SHEPHERD; HINES, 2011

A elaboração do revestimento da fachada envolveu diversos profissionais como: equipe de arquitetura, cliente, especialistas em design de fachada e o contratante do revestimento (profissional responsável pela fabricação das peças). O método adotado para o desenvolvimento do projeto é chamado de Chandrasekaran que significa uma sequência de “propor – criticar - modificar” (HUDSON;

SHEPHERD; HINES, 2011) A ideia é justamente um processo no qual são propostos elementos, testadas situações a fim de verificar seu desempenho no conjunto e por fim, modificações para se obter melhores resultados. A figura 2.2 exemplifica o estudo da fachada através de softwares no qual foram avaliados conceitos estéticos e funcionais como a ventilação.

87 Figura 2.2: Painéis de revestimento da fachada

Fonte: HUDSON; SHEPHERD; HINES, 2011

A modelagem paramétrica ainda colaborou em impor restrições geométricas ao modelo a fim de não ultrapassar os custos estabelecidos, de maneira que fosse possível a visualização do modelo a todo o momento. Um exemplo disso está na modulação dos painéis da fachada, no qual precisavam ser planos, utilizar perfis padrão e suportes para a fixação da fachada. Foram desenvolvidos suportes padronizados para apoiar conjuntos de painéis através de algoritmos que foram criados com a função de

automatizar seus posicionamentos ao longo de toda a fachada através de cálculos dos ângulos em função na posição dos painéis adjacentes. Anteriormente à construção o sistema foi testado com a execução tridimensional (protótipo) para avaliar se o algoritmo funcionou ao longo de todo o edifício, possibilitando alterações e refinamentos do mesmo. (HUDSON; SHEPHERD; HINES, 2011) Os painéis de revestimento têm um eixo lateral de rotação assemelhando-se a um telhado de cascalho. Esse eixo também possibilita a fixação em posição aberta para proporcionar a entrada de ar. A definição de quantidade e localização dos painéis com possibilidade de abertura foram definidas com base nos estudos estéticos através de modelos físicos entre as equipes de arquitetura e engenharia mecânica. (HUDSON; SHEPHERD; HINES, 2011)

Em um projeto de edificações um único algoritmo pode ser referência para diversos aspectos, no caso do estádio, o projeto da fachada tinha por objetivo conciliar três critérios, sendo eles:

ventilação da fachada, entrada dos ventos, chuva e estética.

(HUDSON; SHEPHERD; HINES, 2011). Nesse sentido, os resultados no desenho da fachada implicam diretamente na interdependência e otimização desses fatores para atingir uma boa solução.

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O emprego da modelagem paramétrica foi além da produção e desenvolvimento do projeto, sendo também utilizado para gerar a documentação de construção. A fachada foi dividida em sete seções, e por fim, subdivididas em compartimentos estruturais.

(HUDSON; SHEPHERD; HINES, 2011)

Outro exemplo da utilização da modelagem paramétrica é a obra City Hall de autoria do escritório Foster & Partner, que abriga a Assembleia de Londres e os escritórios do prefeito e funcionários da Greater London Authority inaugurado em 2002. O processo de projeto se deu através da busca por uma forma eficiente, sendo decorrência da otimização do desempenho energético. (Figura 2.3) (KOLAREVIC, 2003)

Figura 2.3: Processo Form finding Fonte: FOSTER & PARTNERS, 2016

Sua forma foi concebida de maneira a maximizar sombreamento e minimizar a exposição à luz solar direta, alcançando economia de energia que representa um quarto do consumo de um edifício de escritórios climatizado em Londres. O processo da busca pela forma passou por alterações após simulações de acústica. (KOLAREVIC, 2003; FOSTER & PARTNERS, 2016) A figura 2.4 demonstra os estudos com relação a trajetória solar e níveis de radiação solar na envoltória do edifício.

89 Figura 2.4: Estudo de insolação com simulação computacional

Fonte: FOSTER & PARTNERS, 2016

Outro projeto com utilização de modelagem paramétrica é o Tennis Center Hangzhou do escritório NBBJ localizado em Hangzhou na China, concluído em 2013.

A envoltória do edifício possui sistema modular de treliças de aço estruturais que também desempenham a função de sombreamento da edificação. A parametria foi utilizada para conceituar, simular e documentar sistemas geométricos complexos. No âmbito da conceituação, as ferramentas Rhinoceros 3D e o plug-in Grasshopper foram utilizados no projeto para concepção e documentação do estádio. O algoritmo foi criado para definir e controlar a geometria da superfície e estudar as variações formais e as simulações foram utilizadas para testar a estrutura. (MILLER, 2011) (Figura 2.5)

90 Figura 2.5: Estudo com variação da forma

Fonte: MILLER, 2011

A demanda pela inovação em arquitetura tem exigido profissionais cada vez mais completos, com domínio de modelagem 3D e pacotes BIM. Um algoritmo foi desenvolvido no Grasshopper com a finalidade de definir a geometria do estádio. A avaliação quanto à estética foi possível através da exploração da forma de acordo com

A demanda pela inovação em arquitetura tem exigido profissionais cada vez mais completos, com domínio de modelagem 3D e pacotes BIM. Um algoritmo foi desenvolvido no Grasshopper com a finalidade de definir a geometria do estádio. A avaliação quanto à estética foi possível através da exploração da forma de acordo com