10º Simpósio Brasileiro de Gestão e Economia da Construção 8 a 10 de novembro de 2017 ‐ Fortaleza ‐ Ceará ‐ Brasil
O PLANEJAMENTO ESPACIAL EM ARQUITETURA
INCORPORADO AO BIM
FONTENELLE, Carlos Eduardo Costa e Silva (1); MOREIRA, Daniel De Carvalho (2)
(1) Universidade Estadual de Campinas, cadufontenelle@gmail.com (2) Universidade Estadual de Campinas, damore@fec.unicamp.br
RESUMO
Diante da crescente complexidade dos projetos e dos novos programas, as etapas iniciais de projeto dos empreendimentos da indústria da construção civil têm cada vez mais protagonismo. Ao mesmo tempo, a plataforma BIM ganha espaço ao proporcionar um ambiente virtual que integra todo o ciclo de vida das edificações. Assim, torna-se fundamental a introdução de ferramentas voltadas para o programa arquitetônico ao fluxo de trabalho paramétrico do BIM, incorporando as decisões iniciais de projeto ao modelo digital. No presente trabalho, investiga-se as potencialidades dos software BIM de modelagem de arquitetura na etapa de programa de necessidades. Será analisado como o Vectorworks® Architect 2016, único programa BIM de modelagem de arquitetura a possuir ferramentas nativas voltadas para o planejamento espacial, documenta e expressa graficamente essas informações iniciais do projeto, tendo como referência o método de Análise de Adjacência Espacial proposto por White (1986). A investigação é de caráter exploratório e utilizou um projeto arquitetônico existente como estudo de caso instrumental para avaliar essas ferramentas. Seus recursos possibilitam a representação e a manipulação das relações espaciais entre os ambientes na forma de diagramas integrados à lógica paramétrica do software. É importante que avanços sejam feitos para melhorar a visualização dos seus diagramas, assim como uma completa adequação dessas ferramentas ao método de Análise de Adjacência Espacial (WHITE, 1986). A incorporação do programa arquitetônico ao processo de projeto em BIM pode trazer melhorias para o gerenciamento e visualização dessas informações inicias, assim como para a adequação dos edifícios às suas reais necessidades.
Palavras-chave: Planejamento espacial, Programa de necessidades, BIM. ABSTRACT
Due the growing complexity of new buildings and uses, the design initial stages in the construction industry are getting more and more important. Meanwhile, the BIM platform gains space by providing a virtual environment that integrates the entire lifecycle of buildings. Thus, the introduction of tools focused on the architectural programming into the BIM parametric workflow is essential as it combines the initial design decisions into the digital model. In the present paper, we investigate the potentialities of BIM architecture modeling software into the programming step. It will be analyzed how Vectorworks® Architect 2016, the only BIM architectural modeling software with native tools for spatial planning, documents and graphically expresses these initial design information, taking as reference the Space Adjacency Analysis method proposed by White (1986). The exploratory research used an existing architectural project as an instrumental case study to evaluate these tools. The software allows the parametric representation and manipulation of the spatial relationships between the rooms in the form of diagrams. However, it needs improvements on the visualization of their diagrams, as well as a complete adjustment of these tools to the method of Spatial Adjacency Analysis (WHITE, 1986). The architectural programming inclusion into the BIM design process can bring improvements to the management and visualization of these initial data, as well as to the fitness between buildings and their real needs.
1 INTRODUÇÃO
Diante da crescente complexidade dos projetos arquitetônicos, além do surgimento de novos usos, as etapas iniciais de projeto e de planejamento dos empreendimentos da indústria da construção civil têm cada vez mais protagonismo. Kowaltowski et al. (2006) apresentam cinco possíveis razões para esse aumento:
avanço rápido da tecnologia; mudanças de percepção e de demanda dos proprietários de edificações; aumento da importância do prédio como facilitador de produtividade; aumento da troca de informações e controle humano; e a necessidade de criação de ambientes sustentáveis, com eficiência energética (KOWALTOWSKI et al., 2006).
Nesse cenário de múltiplas variáveis e de necessidade de previsibilidade, a etapa de programação do projeto arquitetônico ganha importância já que as decisões tomadas nessa fase vão impactar todo o ciclo de vida da edificação. O programa de necessidades é fundamental para o real entendimento das exigências dos clientes e futuros usuários, assim como para uma correta disposição espacial da futura edificação (VAN DER VOORDT; VAN WEGEN, 2013). A etapa de definição do programa de necessidades é identificada como a fase de pré-projeto e se caracteriza como um procedimento de cunho analítico, onde são levantadas, organizadas e estruturadas as informações necessárias para o desenvolvimento do projeto da edificação (MOREIRA, KOWALTOWSKI, 2009). A plataforma BIM propõe-se a fornecer o ambiente que integra todo o ciclo de vida das edificações através da construção virtual de modelos tridimensionais precisos e paramétricos, ou seja, constituídos por objetos inteligentes e semanticamente ricos (EASTMAN et al., 2014; SUCCAR, 2009). Esses modelos funcionam como bancos de dados que atuam desde as fases iniciais do projeto, passando pela simulação da construção, e chegando à operação do edifício (ANDRADE, RUSCHEL, 2011).
Assim, é fundamental que as etapas de elaboração do programa de necessidades e de planejamento espacial também estejam integradas às ferramentas BIM, especialmente àquelas dedicadas ao projeto de arquitetura. Isso possibilita que as decisões iniciais possam ser revistas e atualizadas ao longo de todo o processo de projeto.
O presente artigo investiga as potencialidades da utilização da plataforma BIM na elaboração e análise do programa de necessidades. É investigado como o Vectorworks® Architect 2016, único programa BIM de modelagem de arquitetura a possuir ferramentas nativas voltadas para o planejamento espacial, documenta e expressa graficamente essas informações iniciais do projeto, tendo como referência o método de Análise de Adjacência Espacial proposto por White (1986). Ou seja, propõe-se uma contribuição operativa e avaliativa através de uma avaliação prática desse software.
Para a investigação de caráter exploratório, utilizou-se um projeto arquitetônico de uma Unidade Básica de Saúde (UBS) como estudo de caso instrumental. Dessa maneira, avalia-se as funções da ferramenta de planejamento espacial do Vectorworks® Architect 2016, indicando os pontos positivos que contribuem para o processo de projeto, assim como melhorias para as suas limitações.
2 A ANÁLISE DE ADJACÊNCIA ESPACIAL
A grande quantidade de dados presente no início do projeto arquitetônico torna sua representação gráfica fundamental para o entendimento e a resolução do problema, seja através de desenhos ou diagramas. Essa síntese gráfica deve ser capaz de explicitar não só requisitos quantitativos, como qualitativos, de maneira a estimular a visualização de
soluções e dar suporte ao arquiteto durante o desenvolvimento do projeto (MOREIRA; KOWALTOWSKI, 2011).
Diante dessa necessidade de relacionar programa de necessidades e representação gráfica, White (1986) apresenta a Análise de Adjacência Espacial, método que explora a definição da proximidade entre os ambientes de uma edificação. Para a determinação dessas características funcionais, deve-se observar como as relações entre as atividades propostas interferem na sua localização no projeto, sempre considerando o fluxo de pessoas e materiais, necessidade de proximidade ou distanciamento, segurança, conforto ambiental, relação com entorno etc. Esse método é composto por três tipos de diagrama que devem ser aplicados na seguinte ordem: matriz de adjacência, diagrama bolha e diagrama de zoneamento (WHITE, 1986).
A matriz de adjacência define as ligações entre todos os espaços de um edifício através de uma codificação que determina suas exigências de proximidade, afastamento ou neutralidade. Essa escala de correspondência pode variar de acordo com o estudo, e ser mais ou menos precisa. O diagrama bolha, que apresenta as decisões tomadas na etapa anterior de uma maneira mais ilustrativa, caracteriza-se por um sistema de círculos que representam os ambientes e linhas de conexão que demonstram as relações espaciais entre eles. Já no diagrama de zoneamento são agrupados os ambientes representados no diagrama bolha de acordo com parâmetros comuns relativos ao uso, níveis de privacidade, relações com o exterior, dentre outras (WHITE, 1986; EMMONS, 2006).
A expressão gráfica perceptível de cada elemento do diagrama, junto a sua explicação em legenda, é fundamental para uma boa leitura dos diagramas.
3 PROGRAMAÇÃO ESPACIAL EM BIM
Uma das características da plataforma BIM é a antecipação de decisões e avaliações importantes, para as etapas iniciais da concepção do projeto (EASTMAN et al., 2014). Assim, é fundamental que o programa arquitetônico também esteja inserido dentro dessa nova metodologia de trabalho.
O planejamento espacial em BIM não tem pretensões de produzir automaticamente
layouts de plantas acabados, mas procura dar suporte ao processo de projeto através de
uma melhor visualização e manipulação da complexidade de dados que envolvem as relações espaciais em arquitetura (LOBOS; DONATH, 2010).
Apesar de já existirem programas que permitem o estudo de layouts através de diagramas, como é o caso do Microsoft® Visio®, as informações geradas não estão integradas ao fluxo de trabalho paramétrico BIM. Isso abre espaço para falhas de comunicação entre os dados desses programas e as ferramentas computacionais de projeto, sejam elas CAD ou BIM.
O Trelligence Afinity™ é um software que auxilia no planejamento e na distribuição espacial esquemática do projeto. Permite visualizar e documentar as decisões dos requisitos funcionais (ambientes, áreas, equipamentos, localização) através de planilhas, plantas esquemáticas e modelos tridimensionais, que estão integrados de forma paramétrica. Essa integração permite a geração de layouts e diagramas de distribuição espacial (stacking diagram) de forma automática, inclusive com a separação por pavimentos. Suas opções de visualização dos requisitos do programa, com diagramas e
layouts coloridos, também contribuem para as discussões.
Apesar de ser uma ferramenta externa aos programas de modelagem BIM, o software integra-se através de plug-in com o Revit® e o Archicad®. Esse recurso facilita tanto a
passagem dessa fase de planejamento para o projeto, como a auditoria das definições inicias a qualquer momento do processo, uma vez que o programa também atua na validação dos requisitos espaciais, com a verificação de áreas mínimas, diferença entre o espaço programado e o real, ligação entre espaços, etc.
Outro programa que tem aplicações voltadas para os aspectos funcionais do projeto é o Solibri Model Checker™. Essa ferramenta audita modelos em formato IFC (Industry
Foundation Classes) através de conjuntos de regras que comparam, por exemplo, os
ambientes e as áreas do projeto com o que foi previamente acordado no programa de necessidades. É possível visualizar as incompatibilidades tanto no modelo tridimensional como em relatórios, o que o coloca como uma excelente ferramenta de verificação de projetos que já possuem uma definição arquitetônica preliminar.
O programa BIM de modelagem de arquitetura Vectorworks® Architect 2016 apresenta um conjunto de ferramentas nativas voltadas exclusivamente para o planejamento espacial, Space Planning Tools. Por meio de diagramas é possível definir e visualizar o conjunto de ambientes de uma edificação, seus nomes, suas exigências de proximidade, além da distribuição proporcional de suas áreas. A integração paramétrica entre os dados e diagramas automatiza o processo de inserção, alteração e visualização das relações espaciais do projeto.
O fato do Vectorworks® trabalhar com diagramas que não exigem definições formais da edificação contribui para que as análises fiquem focadas em relações espaciais, evitando-se decisões precoces que podem comprometer o bom funcionamento da edificação. Mesmo assim, uma vez definidas as relações espaciais, as áreas podem ser facilmente convertidas em volumes com propriedades construtivas e, nesse momento, pode-se trabalhar as questões estéticas, volumétricas e técnicas do edifício.
4 PLANEJAMENTO ESPACIAL COM O VECTORWORKS
O programa Vectorworks® Architect 2016 apresenta cinco comandos dentro da ferramenta de planejamento espacial, são eles: space, space link, adjacency matrix,
stacking diagram e adjacency score.
O comando space permite criar polígonos que correspondem aos ambientes da edificação. A ligação entre esses espaços acontece através de segmentos de reta (space link) que representam a necessidade de proximidade entre os ambientes. A ferramenta adjacency
matrix cria a matriz que relaciona os espaços. O diagrama de distribuição (stacking diagram) representa, em uma barra cujo comprimento total corresponde a soma das áreas
de todos os ambientes do pavimento, a proporção da área ocupada por cada espaço. O índice de adjacência (adjacency score) apresenta um valor de eficiência para o diagrama ou layout em questão ao relacionar a força de ligação e a distância entre os espaços. Também é possível a criação de diagramas bolha pela ligação dos espaços (space) através das linhas que definem sua relação de adjacência (space link).
A relação paramétrica entre os diagramas possibilita alterações e atualizações automáticas entre os dados de adjacência espacial. Assim, caso a força de ligação entre dois espaços seja alterada, automaticamente o valor que relaciona esses ambientes na matriz é alterado. Da mesma maneira, a alteração dessa relação na matriz gera uma mudança nas propriedades do segmento que relaciona esses espaços.
Para a codificação do nível de relacionamento entre os ambientes, o programa utiliza uma numeração que vai de 1 a 18, onde 1 é a ligação mais fraca e 18 a mais forte. No diagrama bolha, quanto maior é esse valor, maior a espessura das linhas que ligam os espaços.
Para o projeto em questão foram estabelecidas duas condições de adjacência: “adjacente – conectado” e “adjacente – próximo”, representadas respectivamente pelos números 1 e 5. A adoção de números relativamente distantes procura uma maior diferenciação entre as espessuras das linhas. Apesar de ser possível utilizar dezoito níveis de adjacência entre espaços, a adoção de valores muito próximos dificulta a leitura dos diagramas, uma vez que as linhas ficam visualmente semelhantes.
Por padrão, os seguimentos que conectam os espaços são contínuos, mas pode-se alterar manualmente para outros tipos de linhas, tracejados ou pontilhados por exemplo, caso o projetista necessite estabelecer uma diferenciação maior entre os segmentos. Outra questão importante é que a força do vínculo entre os espaços só pode ser representada por números positivos, o que impossibilita a representação de relações negativas, ou seja, exigências de distanciamento entre ambientes.
Em um primeiro momento foram catalogados, em uma planilha dentro do Vectorworks® Architect 2016, todos os espaços, áreas e setores da unidade de saúde utilizada como base para esse estudo. Nessa mesma planilha, pôde-se criar a matriz de adjacência espacial, onde relacionou-se todos os ambientes de acordo as exigências de proximidade adotadas. A partir dessa planilha, foram gerados a matriz de adjacência (Figura 1), o diagrama de distribuição, o índice de adjacência e o diagrama bolha. Este último, formado pelos espaços e os segmentos de ligação, configura-se como o principal instrumento de análise gráfica do planejamento espacial.
Figura 1 – Matriz de adjacência espacial
Fonte: Os autores
Criado automaticamente, o diagrama bolha precisa de ajustes para que se torne legível e útil na análise dos requisitos do projeto. É importante reorganizar os espaços de maneira a evitar sobreposição entre linhas, ou de linhas com espaços. Essa reorganização também deve buscar tornar o diagrama mais compacto, sem que isso prejudique a sua leitura. Por padrão, os espaços criados para configurar o diagrama bolha são quadrados. Apesar de serem formas mais próximas do usual, White (1986) coloca que a forma ideal para representar o ambiente deve ser o círculo. Isso justifica-se por serem figuras mais estáveis visualmente e que não desviam a atenção das relações espaciais para sua forma. Uma alternativa é a alteração manual da forma desses espaços com o arredondamento das suas arestas, de forma a aproximá-los de um círculo e sem alterar suas áreas (Figura 2).
Figura 2 – Diagrama bolha com melhorias na visualização da informação
Fonte: Os autores
Uma vez que as ferramentas de planejamento espacial do programa não possuem nenhuma função voltada para o zoneamento do programa de necessidades, uma opção é a diferenciação por cores dos espaços de acordo com os setores que foram definidos na matriz inicial.
As legendas – elementos essenciais para leitura de qualquer diagrama – não são apresentadas de forma automática, apesar dos dados estarem acessíveis nos menus de propriedades dos objetos. Uma solução seria a inserção manual das legendas, entretanto essas informações não estariam vinculadas de maneira paramétrica aos diagramas. Os diagramas de distribuição possibilitam uma visão geral de como está a proporção das áreas dos ambientes por pavimento. Ao oferecer um diagnóstico de como os usos estão distribuídos pelos andares, além da proporção entre áreas de circulação e áreas de permanência, essa ferramenta configura-se como mais um instrumento que auxilia na tomada de decisões no processo de projeto.
A ferramenta de índice de adjacência determina um valor para a eficiência de um diagrama bolha. Essa pontuação é calculada pela soma de todas as multiplicações entre o comprimento e a força de ligação que relacionam todos os espaços listados em uma matriz. Assim, quanto menor for esse valor, mais eficiente é a distribuição espacial proposta. O cálculo pode ser representado pela fórmula a seguir:
I = Σ (Dab x Aab) (1) onde, I = índice de adjacência;
Dab = distância entre dois ambientes; Aab = força de ligação entre dois ambientes.
Hsu e Krawczyk (2003) denominam essa relação matemática de equação de alocação espacial e apontam que, no caso de vários cenários de layout serem estudados, deve-se escolher o menor valor como a pontuação ótima para o projeto. No caso do Vectorworks® Architect 2016, o projetista pode alterar manualmente o posicionamento dos espaços e verificar se o valor da pontuação de adjacência foi menor ou maior que as outras situações testadas.
Assim, o índice de adjacência é importante na comparação entre diferentes cenários de distribuição espacial, já que fornece um parâmetro de apoio às decisões do projetista. Entretanto, questiona-se sua eficácia já que o posicionamento e o comprimento das ligações entre as bolhas são constantemente alterados para uma melhor visualização do diagrama. Segundo White (1986), as relações de adjacência devem ser representadas pela espessura da linha e seus segmentos podem ser de qualquer tamanho. Isso aponta que essa
ferramenta é mais eficiente quando o projeto já possui ao menos uma planta baixa preliminar.
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
As ferramentas de planejamento espacial do Vectorworks® Architect 2016 contribuem para o planejamento espacial auxiliado por ferramentas digitais que, segundo Hsu e Krawczyk (2004), deve ajudar os arquitetos a visualizar as relações espaciais em diagramas bidimensionais baseados nos dados de adjacência espacial. Com o programa, pôde-se reproduzir graficamente as relações de adjacência espacial que foram identificadas no projeto da unidade de saúde.
As ferramentas exploradas apresentam-se bem semelhantes às da Análise de Adjacência Espacial apresentadas por White (1986). Apesar disso, é importante que avanços sejam feitos com a intenção de melhorar a visualização gráfica dos seus diagramas e das informações adicionais, como as legendas.
A utilização de um software de modelagem de arquitetura que incorpora ferramentas de análise espacial, não só facilita o entendimento do programa de necessidades, como permite intermediar a passagem desse para a etapa de síntese, ou seja, para o projeto. Também se evita a perda de informação e erros na interpretação dessas diretrizes iniciais. Uma das grandes virtudes da incorporação de ferramentas de planejamento espacial pelo Vectorworks® Architect 2016 é a possibilidade de conferir propriedades arquitetônicas aos diagramas. Assim, após as análises das restrições do programa de necessidades, pode-se passar ao projeto com a incorporação de elementos construtivos aos espaços que, até então, eram apenas elementos do diagrama.
A ligação paramétrica entre as informações da matriz de adjacência e do diagrama bolha abre espaço para que seja invertida a ordem proposta por White (1986), onde primeiro deve-se fazer a matriz de adjacência, depois o diagrama bolha e, em seguida, o zoneamento. Assim, pode-se primeiro criar os espaços, relacioná-los através de segmentos de força de ligação e, só em seguida, gerar a matriz de adjacência.
Ao avaliar a aplicação do planejamento espacial em programas de computador, Hsu e Krawczyk (2003) apontam duas deficiências nos métodos analisados: a incapacidade de descrever relações dos espaços com o ambiente externo e a de apresentar diagramas tridimensionais. Da mesma maneira, os diagramas gerados pelo Vectorworks® Architect 2016 descrevem apenas vínculos referentes ao interior da edificação, já que relacionam ambientes fechados e com dimensões finitas, e os apresentam em duas dimensões, o que dificulta a visualização das relações entre pavimentos.
A futura incorporação do diagrama de zoneamento também é importante, uma vez que a visualização gráfica dos agrupamentos de ambientes auxilia na transição do diagrama para o projeto. A divisão do programa em zonas diminui as variáveis a serem consideradas no início do projeto e facilita a visualização de soluções, sejam elas funcionais ou volumétricas.
Verificou-se que essas ferramentas podem ser facilmente assimiladas pelos usuários. Entretanto, é fundamental que os projetistas tenham, além do conhecimento do programa, familiaridade com o conhecimento teórico de planejamento espacial para que façam uso consciente das ferramentas do software.
A partir dessa investigação exploratória dos recursos do Vectorworks® Architect 2016 voltados para o planejamento espacial, indica-se o aprofundamento das pesquisas na
utilização da metodologia proposta por White (1986) em outros software BIM de modelagem de arquitetura, assim como a avaliação da utilização dessas ferramentas em situações de projeto reais.
REFERÊNCIAS
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WHITE, Edward T. Space adjacency analysis: Diagramming information for architectural
design. Tucson: Architectural Media Ltd., 1986.
ORIGEM DO ARTIGO
A base do presente artigo é originada de uma Monografia para o curso de MBA em Plataforma BIM – Unicid/Inbec e a presente versão foi desenvolvida durante a pesquisa de mestrado em andamento no programa de Pós-Graduação em Arquitetura, Tecnologia e Cidade - Unicamp.
AGRADECIMENTOS À CAPES, pelo apoio recebido.
