SBQP 2009
Simpósio Brasileiro de Qualidade do Projeto no Ambiente Construído IX Workshop Brasileiro de Gestão do Processo de Projeto na Construção de Edifícios
18 a 20 de Novembro de 2009 – São Carlos, SP – Brasil
Universidade de São Paulo
A prototipagem rápida no ensino de projeto de
arquitetura
Teaching architecture design with rapid prototyping
Marina Rodrigues de OLIVEIRA
Mestranda em Arquitetura, Urbanismo e Tecnologia pelo departamento de Arquitetura e Urbanismo da Escola de Engenharia de São Carlos, EESC - USP.
| e-mail: marina.rodrigues.oliveira@usp.br | CV Lattes: http://lattes.cnpq.br/5120977423720380 |
Márcio Minto FABRÍCIO
Docente do Departamento de Arquitetura e Urbanismo da Escola de Engenharia de São Carlos, EESC - USP. | e-mail: : marcio@usp.sc.br | CV Lattes: http://lattes.cnpq.br/0618509402775224 |
RESUMO
Proposta: Discutir o uso de protótipos no processo de projeto através do acompanhamento de
trabalhos desenvolvidos por alunos do quarto e quinto ano de Arquitetura em instituições de ensino em Londres e Lisboa. Método de pesquisa/Abordagens: Através de um estudo exploratório serão apresentados projetos de alunos desenvolvidos com o auxílio do de novas tecnologias como uso de softwares paramétricos e prototipagem rápida. A partir do acompanhamento do uso dessas ferramentas avaliam-se as potencialidades para o ensino de projeto e exploração formal.
Resultados: espera-se identificar mudanças no desenvolvimento de projeto com o uso de
modelagem virtual e física. Contribuições/Originalidade: Este trabalho contribui para criação de um cenário do ensino de projeto auxiliado por prototipagem rápida fora do Brasil.
Palavras-chave: Prototipagem Rápida. Projeto Paramétrico. Ensino de Projeto em Arquitetura.
ABSTRACT
Proposal: Discuss the design project aided by rapid prototyping using the fourth and fifth years
architecture students work as example. The works were followed at London and Lisbon Architectural Schools. Methods: An exploratory study wwill present the students design wich used new technologies like parametric softwares and rapid prototyping. Findings: is expected to identify changes at design develepment aided by physical and virtual models. Originality/value: This work contribute for a rapid protoryping aided desig scenario abroad.
1 INTRODUÇÃO
O uso de novas ferramentas como scriptings, algoritmos e softwares paramétricos marcam uma mudança na prática da arquitetura e no método de ensino (MITCHELL; McCULLOUGH, 1994). Visando contribuir com a formação do profissional projetista, capaz de atender a demanda do mercado, a universidade precisa estar preparada para oferecer meios e ferramentas a fim de subsidiar a formação do aluno (SOUSA, 2005; DUARTE, 2009).
A complexidade das formas contemporâneas fluidas, livres, com elevada complexidade estrutural exige softwares que comportem a modelagem, desenho e cálculos necessários para a fase construtiva, para isso as soluções geométricas são modeladas matematicamente em programas baseados na NURBS - Non Uniform Rational B-Spline (OURCIUOLI, 2009 & EEKHOUT; GELDER, 2009). Portanto, os softwares CAD são utilizados para auxiliar o arquiteto na tomada de decisões, e não apenas na representação gráfica de ordem euclidiana. Por trás do modelo geométrico existem inúmeros cálculos e parâmetros que representam algo real que pode ser construído.
Gorni (2007) define o termo prototipagem rápida ”como um conjunto de tecnologias usadas para se fabricar objetos físicos diretamente a partir de fontes de dados gerados por sistemas de projeto auxiliado por computador”. A prototipagem rápida é vista como tradução do virtual para o real, já que há produção direta, automática, sem invervenção do homem.
Pesquisas de grupos em instituições acadêmicas como o Massachusetts Institute of Technology, a Architectural Association, a Escola Superior de Arquitetura da Universidade Internacional da Catalunha, Ball State University, Swiss Federal Institute os Techology, Universidade Técnica de Lisboa, Delft University of Technology e Universidade Estadual de Campinas mostram através de estudos exploratórios a importância da formação associada à informática, programação e geometria computacional com utilização de softwares paramétricos e scripts (OURCIUOLI, 2009; PUPO, 2008). O uso dessas ferramentas visa à integração do projeto e obra, forçando uma formação completa onde construtibilidade e tectônica caminham lado a lado.
Bonaldo et al. (2008) identificou que o uso de protótipos no processo de projeto permite que o produto final tenha maior conformidade com o idealizado em projeto. Porém o uso de tecnologias de modelagem e prototipagem rápida (PR) ainda é relativamente lento quando comparado com o uso dessas ferramentas pelo setor de engenharia mecânica e medicina, por exemplo. Além disso, a implantação do maquinário necessário para o desenvolvimento dos protótipos e licenças é cara e no Brasil ainda falta mão de obra para operação e manutenção dos equipamentos importados (PUPO, 2008).
Apesar das dificuldades, o uso e desenvolvimento dessas tecnologias começam a ser investigadas em centros de pesquisa da área de arquitetura no Brasil, com destaque para os trabalhos do LAPAC da FEC/UNICAMP, e pesquisas na UFRGS, USP e Mackenzie. Nesse bojo se insere o presente trabalho em desenvolvimento junto ao programa de mestrado em Arquitetura e Urbanismo da EESC/USP, com parte dos estudos empíricos realizados na Faculdade de Arquitetura da Universidade técnica de Lisboa onde foi recentemente criado o Laboratório de Prototipagem Rápida a fim de subsidiar o processo de projeto dos alunos de graduação e pesquisas na área de Arquitetura e Construção. Esta pesquisa contribui para criar um cenário do ensino de projeto auxiliado por PR em fora do Brasil.
1.1 Objetivo e método
O objetivo foi investigar a pesquisa e uso da modelagem virtual e PR para auxilio do desenvolvimento de projeto. Acompanhou-se uma disciplina que exigiu o uso destas tecnologias para o desenvolvimento de projetos auxiliando a tomada de decisões.
Procura-se apresentar a adaptação acadêmica às novidades do mercado como a mudança no atelier de projeto de arquitetura com a inserção de novas tecnologias no processo de projeto.
O artigo baseia-se em uma pesquisa bibliográfica sobre projeto paramétrico e acompanhamento do trabalho de alunos que utilizam esse recurso na concepção de projeto, levando-se em conta os impactos na qualidade do projeto final.
Nesse contexto, será apresentada a vivência com o acompanhamento da disciplina de projeto do quarto ano na Faculdade de Arquitetura da Universidade Técnica de Lisboa – FA/UTL e na discilpina Diploma 2 de projeto para quarto e quinto ano na Architectural Association, School of Architecture - AA.
Realizou-se o acompanhamento bancas intermediárias e finais de avaliação dos trabalhos onde alguns alunos foram entrevistados. Após a coleta de dados, o material do processo de projeto foi analisado visando estabelecer como o projeto paramétrico e a PR - tecnologias apresentadas aos alunos - foram aplicadas no processo de projeto com objetivo de melhoria na qualidade de pojeto.
2 PROJETO PARAMÉTRICO
As escolas de arquitetura têm se adaptado as novas tecnologias com a inserção de disciplinas que utilizem CAD, programação ou outras ferramentas que auxiliem o aluno durante o processo de concepção de projeto (RIGHI; CELANI, 2008).
Uma dessas ferramentas de projeto que tem sido aplicada em sala de aula e implementada em escritórios de arquitetura é o projeto paramétrico. O desenho parametrizado é automaticamente ajustado quando se modifica um elemento com um novo valor. O uso de softwares que permitem esse tipo de desenho proporciona a diminuição do tempo de projeto assim como aumenta as possibilidades de variações de um mesmo modelo e agiliza a visualização de cada uma delas (HORTA, 2009).
Lee & Beaurecueil (2009) afirmam que o desenho paramétrico permite que o arquiteto explore múltiplas alternativas já que o modelo é interativo possibilitando a visualização de diferentes soluções e auxiliando a tomada de decisão. Ou seja, há exploração de novas formas sem a necessidade de criar novos modelos para cada cenário.
Além disso, o modelo paramétrico automatiza o processo de tradução do virtual para o real, já que o objeto dotado de informações vetoriais é automaticamente enviado para fabricação ou PR – no caso da fabricação digital, o desenho envia coordenadas para produção em fresa CNC, e no caso da impressora 3D há apenas o processo de transformação do arquivo em STL.
Portanto, a utilização da parametrização dá maior autonomia ao arquiteto, para pesquisa de novas soluções, e ainda, com o auxilio de programas de análise possibilita rapidamente a alteração de soluções projetuais com melhor desempenho e acelera o processo de concepção de projeto e produção de modelos. (HORTA, 2009).
3 CARACTERIZAÇÃO DAS VISITAS
A seguir serão apresentados alguns trabalhos desenvolvidos por alunos de Escolas de Arquitetura de Lisboa e Londres. Após o acompanhamento da entrega dos trabalhos foram realizadas entrevistas com os alunos a fim de investigar como o uso de novas tecnologias no processo de projeto auxiliou o desenvolvimento do trabalho de cada um.
3.1 Faculdade de Arquitetura da Universidade Técnica de Lisboa, Portugal A visita à Faculdade de Arquitetura da Universidade Técnica de Lisboa - FA/UTL foi acompanhada pelo Prof. Dr. José Pinto Duarte, responsável pelo Laboratório de Prototipagem Rápida – LPR, em fase de montagem, hoje equipado apenas com uma cortadora à laser da Universal Laser Systems.
O LPR – Laboratório de Prototipagem Rápida da FA funciona por marcações que devem ser feitas pelo site: <http://home.fa.utl.pt/~lpr/index.html>. O uso é permitido para todos os alunos da Universidade e segue uma hierarquia de prioridades de uso e pagamento de taxa por hora de uso do equipamento.
Além dos alunos, escritórios externos a instituição de ensino podem usufruir da laser cut. O laboratório está em fase de implementação e há o projeto para adquirir verba para novos equipamentos.
Alunos de graduação, mestrado e doutoramento tem desenvolvido pesquisas pra calibragem da máquina com uso de diversos materiais, potências e outros parâmetros da cortadora à laser.
A Disciplina de projeto do 4º ano contou com o trabalho dos alunos com a investigação de novas tecnologias nos projetos da atualidade. Muitos alunos optaram pela pesquisa da condição contemporânea do conteúdo programático de suas propostas de intervenção usando matérias e métodos construtivos inovadores. Os alunos tiveram - paralelamente à disciplina - um workshop sobre o software Rhinoceros.
A FA visa ensinar aos alunos que o projeto pode ser auxiliado por computador, usando scripts ou qualquer outra forma de auxílio na geração de formas ou decisões projetuais. Para isso é oferecida uma disciplina de Programação no segundo ano a fim de quebrar o paradigma da prancheta eletrônica: uso de CAD como ferramenta para desenvolvimento de projeto, e não apenas desenho (VINCENT, 2006).
Apenas parte dos alunos levou em consideração que as “novas tecnologias” não estavam apenas nas novas espacialidades e materialidades, mas também viram a modelagem digital e a PR como ferramentas para o desenvolvimento do projeto.
A PR no trabalho apresentado na Figura 1 foi subutilizado, onde a própria aluna reconhece que o uso foi apenas para redução de tempo de produção da maquete. A maquete foi elaborada em fase intermediária e auxiliou a aluna a revisar a espacialidade e estrutura do átrio. Por outro lado, o desenvolvimento completo do projeto em Rhinoceros gerou um modelo cuja documentação foi gerada automaticamente.
No item 4. Revisão formal, será paresentado um quadro comparativo com o uso de tecnologias no processo de desenvolvimento dos projetos, a fim de estabelecer uma métrica de avaliação da evolução e melhoria da qualidade dos projetos. Para isso, os exemplos apresentados serão nomeados A, B, C, D e E.
Figura 1 – Maquete produzida por corte à laser
Trabalho da aluna Sarah Dias (A)
A Figura 2 apresenta o modelo virtual de um edifício gerado por rotação do pavimento tipo comparado com as maquetes elaboradas com corte à laser onde o aluno foi incapaz de utilizar o recurso disponível para tradução do seu projeto na realidade. As maquetes apresentadas não reproduzem a complexidade da forma e da estrutura apresentadas virtualmente.
Figura 2 – Modelo Virtual e maquetes produzida por corte à laser
Trabalho do aluno Carlos Coudinho (B)
Mais a frente será apresentada um reflexão quanto ao uso de novas tecnologias no desenvolvimento de projeto.
3.2 Architectural Association School of Architecture, Londres, Inglaterra Architectural Association – AA é uma escola privada composta por professores e alunos de todo o mundo. Jeroen van Ameijde é o arquiteto responsável pelo Laboratório de Fabricação Digital, equipado com: Impressora 3D - ZPrint 310 Plus da ZCorp®, cortadora à laser - Universal Laser Systems e CNC Milling. No AA’s Digital Fabrication Lab é utilizado por alunos de graduação e pós-graduação e conta com a possibilidade de produzir modelos para terceiros a fim de recolher fundos para manutenção do laboratório.
O Digital Fabrication Lab tem o objetivo de subsidiar o trabalho de todos os alunos da AA, servir de ferramenta para pesquisas de mestrado e ainda prestar serviços para empresas exteriores à instituição. O contato para produção de protótipos é feito através de email e paga-se um montante pelo uso do equipamento e materiais.
Foi importante observar que o desenvolvimento de projetos complexos, paramétricos, só são possíveis de modelar pela automação da ferramenta de impressão 3D já que seria inexeqüível a mão livre.
A partir do contato com os arquitetos Franklin Lee e Anne Save de Beaurercueil, responsáveis pelo Diploma 2 da AA (A graduação em Arquitetura na AA são 6 anos, o Diploma 2 recebe alunos do quarto e do quinto ano e tem como proposta o projeto paramétrico com uso de softwares de simulação e prototipagem rápida), acompanhou-se o trabalho desenvolvido com ao alunos desde atendimentos, tutoriais, execução de modelos e apresentação intermediária.
Foram acompanhados diversos trabalhos onde se notou uma dinâmica diferente no processo decisório do projeto que era baseado na prototipagem rápida e nos modelos 3D parametrizados. Os alunos usam os softwares Rhinoceros para modelagem e o Ecotec que analisar sombreamento, iluminação, acústica, ventilação e conforto térmico.
A Figura 3 apresenta modelos intermediários de concepcao de proejto, e a Figura 4 mostra o desenvolvimento do projeto após revisões levando-se em conta aspectos de sombreamento e iluminação.
Figura 3 – Modelos intermediários – maquete em corte à laser e modelo virtual
Trabalho da aluna Ragnhildur Kristijansdottir (C)
Figura 4 – Modelos finais – modelo virtual e maquete em impressão 3D
Trabalho da aluna Ragnhildur Kristijansdottir
A Figura 5 apresenta os modelos intermediários produzidos para investigação de forma, materialidade e estrutura.
Figura 5 - Modelos físicos de investigação: modelo em gesso, protótipo estrutural e volumétrico – corte à laser. Trabalho da aluna Aelene Elizabeth Thorne (D)
O modelo final do trabalho apresentado na Figura 5 foi reesenhado de acordo com as revisões de insolação e relação da intervenção com o relevo que que a aluna desejava. Essa pesquisa só foi possivel devido a modelagem virtual.
Figura 6 – Modelo Virtual em Rhinoceros
Trabalho da aluna Aelene Elizabeth Thorne
O trabalho apresentado a seguir nas Figuras 6 e 7 apresentam um desenvolvimento diferente dos demais onde um modelo de investigação formal foi poduzido primeiramente. Após análise espacial do modelo criado, a aluna buscou estabelecer articulações para o módulo do modelo construtivo (forma fluída).
Figura 6 – Modelos intermediários – investigação da volumetria e articulações.
Trabalho da aluna Anna Kirstine Schepper (E)
A geração do modelo virtual foi possível atraves do desenvolvimento de um script generativo de repetição do módulo construtivo proposto.
Figura 7 – Modelos Virtuais em Rhinoceros
Trabalho da aluna Anna Kirstine Schepper
A partir da modelagem virtual os alunos usaram a Prototipagem Rápida durante o processo de projeto e para apresentação da maquete final. Por serem paramétricos, os projetos seriam muito difíceis – ou até impossíveis – de serem modelados em maquete tradicional, por tanto, o uso da cortadora à laser e da impressão 3D é indispensável. O arquivo virtual foi
tratado para a produção automática do modelo (impressão 3D) ou foram utilizados scripts para rebatimento das faces ou separação em camadas para o corte à laser.
4 IMPACTOS DA PR NO ENSINO DE PROJETO
Após a vivência junto as diferentes Instituções de ensino, percebeu-se que a dinâmica do ensino é como a tradicional: lança-se um tema, visita-se a área de intervenção para levantamentos, inicia-se a conceituação teórica e conceituação arquitetônica. A fase da conceituação arquitetônica, porém, começa a diferir da tradicional, pois conta com a utilização de ferramentas como prototipagem rápida e uso de softwares paramétricos o que permite aos alunos uma investigação formal mais complexa, com possibilidade de investigação de construtibilidade, com acompanhamento de profissionais inseridos no mercado auxiliando as soluções de projeto.
É importante reconher que há vantagens no uso dessa tecnologia, pois amplia as possibilidades de especulação formal, o processo decisório do projeto também é baseado na PR e nos modelos parametrizados e este tipo de modelagem induz a reflexão tectônica/construtiva do projeto. Por outro lado, o uso dessas ferramentas traz dificuldades de ordem projetual e construtiva no ensino de projeto, já que o aluno tem que estar hábil a representar suas intenções projetuais em três dimensões.
A qualidade do projeto pode ser avaliada no projeto através do uso de revisões com gates de controle (ROZENFELD, 2006). Portanto, foram estabeleidos sete gates (Figura 8) de controle de decisão de projeto, para que o produto final apresente decisões baseadas em modelos ou estudos intermediários, e desta forma validam-se as etapas de projeto: G1: uso de sitema generativo de projeto; G2: modelo virtual; G3: parametrização; G4: análises ambientais (térmica, lumínicas, etc); G5: modelo físico intermediário / investigação; G6: modelo físico final e G7: modelo final (virtual ou físico) e documentação (desenho 2D) gerados automaticamente.
Figura 8 – Uso de gates de revisão para validação de etapas de projeto.
A fim de analisar quantitativamente o impacto do uso de novas tecnologias no processo de projeto foi estabelecida uma métrica onde considera-se ideal quando há melhor aproveitamento do uso de tecnologias durante o processo de projeto – totalizando 7 (sete) pontos, 1 (um) para cada gate utilizado. Assim, busca-se classificar os projetos apresentados (a cima denominados A, B, C, D e E).
A Tabela 1 apresenta um quadro comparativo com o uso de tecnologias no processo de desenvolvimento dos projetos, a fim de avaliar o uso das tecnologias no desenvolvimento do projeto.
O quadro avalia o cumprimento de diversas etapas de projeto auxiliado pelas tecnologias já citadas. O uso de novas tecnologias no desenvolvimento do projeto, auxilia a validação de etapas de projeto através das revisões apresentadas: o aluno pode escolher uma solução dentre as possíveis geradas (G1), a escolha das soluções é baseada em análises ambientais e formais (G2, G3, G4 e G5), reduz-se o tempo de redesenho e documentação do projeto (G3 e G6). Programa de Necessidade s Proposta conceitual Definição da Forma Refinamento da Proposta Proposta Final Documenta-ção G1 G2 G4 G5 G5 G6 G7 G3 G3
Trabalhos / Gates A B C D E Ideal G1 0 1 0 0 1 1 G2 1 1 1 1 1 1 G3 0 0 1 1 1 1 G4 0 0 1 1 1 1 G5 0 0 1 1 1 1 G6 1 1 1 0 0 1 G7 0 1 1 1 1 1 Total 2 4 6 5 6 7
Tabela 1 – Uso de gates de revisão para validação de etapas de projeto.
Essa avaliação quantitativa, porém, não avalia qaulitativamente os trabalhos apresentados. Por exemplo, o trabalho A com apenas 2 pontos (uso apenas de modelo virtual e PR no modelo final) apresenta uma qualidade formal, de investigação conceitual e de implantação mais consistentes que o trabalho B que obteve 4 pontos. Fica a questão - como sugestão de continuidade deste trabalho - de como analisar os projetos a fim de investigar se quando há aumento no uso de revisões com novas tecnologias, há necessariamente melhoria da qualidade de projeto final?
5 CONCLUSÕES
A interação com professores e alunos que usam a PR no processo de projeto foi muito importante para a colheita de materiais e informações para subsidiar o trabalho de mestrado em curso.
A inserção de disciplinas que subsidiam a formação do aluno em relação as novas tecnologias é um passo importante para qualificação de arquitetos segundo as exigencias do mercado. As universidades caminham próximas ao mercado, com consultoria de profissionais de escritórios que apontam alternativas e soluções reais para diferentes questões projetuais dos alunos.
Neste cenário, o projeto parametrizado é amplamente utilizado como recurso de investigação formal e análises térmicas e de iluminação. A automação da produção das maquetes onde o modelo virtual é diretamente enviado para impressão, facilita a conformação do modelo intermediário ou final.
O uso da modelagem virtual e PR parece auxiliar o desenvolvimento de projeto já que proporciona o aumento de soluções e revisões, provendo subsídios a tomada de decisões, que, por sua vez, melhora a qualidade de projeto.
No campo do ensino, a tecnologia da PR e os laboratórios mudam a dinâmica nos ateliers e disciplinas de projeto condicionando professores a alunos a repensar a forma de projetar. O uso dessas tecnologias no ensino de projeto é recente e ainda há muito que se investigar, em diversos níveis de aproximação: uso de novos materiais, aplicação no processo de
projeto, otimização dos recursos computacionais para geração de formas e tomada de decisões.
6 REFERÊNCIAS
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na FEC - UNICAMP, jan/2009. Disponível em:
<http://www.cameraweb.unicamp.br/midia=0501002>. Acessado em Fev/2009.
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ROZENFELD, H. et al. Gestão de Desenvolvimento de Produtos: uma referência para melhoria do processo. São Paulo: Saraiva, 2006.
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VINCENT, C. C. Ensino de Projeto: Digital ou Manual?. In: X Congresso Iberoamericano de Gráfica Digital, 2006, Anais..., Santiago de Chile. 2006. p. 236-240.
7 AGRADECIMENTOS
À FAPESP pelo apoio financeiro a minha pesquisa de mestrado, processo 08/52968-0. Aos arquitetos Franklin Lee e Anne Save de Beaurecueil, da docentes da AA, e Prof. Dr. José Pinto Duarte, da FA/UTL pela oportunidade oferecida, paciência e atenção durante as visitas técnicas.
