I International Workshop Digital Design for Architecture – concepção arquitetônica em ambiente computacional
Regiane Trevisan Pupo

Regiane Trevisan Pupo, é mestre em Engenharia de Produção pela Universidade Federal de Santa Catarina (2002). Possuí bolsa FAPESP, e atualmente é doutoranda da Faculdade de Engenharia, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) e professora da Universidade do Vale do Itajaí, SC.

A Universidade Federal da Bahia, através da Faculdade de Arquitetura e do LCAD (1) realizou durante o período de 14 a 18 de agosto de 2006, o I International Workshop Digital Design for Architecture – concepção arquitetônica em ambiente computacional – em Salvador, Bahia. O evento visou discutir e demonstrar o estado da arte em metodologia projetual para arquitetura e o processo de concepção arquitetônica em ambiente computacional, além de contribuir para a formação e aperfeiçoamento dos profissionais na área de Projeto Auxiliado por Computador. A realização do workshop sucedeu o 5º EREG (Encontro Regional de Expressão Gráfica), ocorrido na mesma instituição entre os dias 10 e 12 de agosto de 2006, e tendo como tema Educação Gráfica: perspectiva histórica e evolução.

A apresentação do workshop foi de responsabilidade do professor Loukas Nicholas Kalisperis (2), do curso de Arquitetura da Pennsylvania State University – USA, para um grupo de 30 arquitetos de várias partes do Brasil. Nos 5 dias do workshop foram debatidos conceitos como o processo projetual, a utilização e integração do computador nas primeiras fases do processo de projeto e no seu desenvolvimento, além da fabricação digital aplicada ao desenho industrial e arquitetura. Como ferramenta de apoio, o professor Kalisperis utilizou o programa formZ (3) para exemplificações de alguns pontos da teoria discutida, com eventuais demonstrações de comandos e soluções práticas. No entanto, acredito que tais incursões ao software poderiam ser descartadas, ou mesmo efetuadas em menor tempo, devido à diversidade de programas semelhantes existentes no mercado e mais utilizados pelos participantes do seminário. Contudo foi válido para um conhecimento mais aprofundado do software que o professor Kalisperis utiliza em suas aulas.

Após a identificação de algumas Drawing Tools – Ferramentas de desenho – do formZ (segundo Kalisperis, importantes para a comunicação entre o arquiteto e o software), alguns recursos como escalas, unidades de medida, superfícies, faces, primitivas e extrusão foram apresentados. Todo o conteúdo teórico do workshop foi dividido por temas, como demonstrado a seguir.

Os primeiros passos

Segundo Kalisperis, no que se refere à área da informática aplicada ao projeto de arquitetura, não é somente o software que é importante, e sim a filosofia, o conceito e a idéia que o programa possui. É muito importante uma comunicação clara entre o arquiteto e as informações do desenho. Lembra como exemplo que, em computação gráfica, uma linha é definida apenas por seus pontos extremos, e não pelo infinito número de pontos que a formam. Vivemos e trabalhamos em um mundo tridimensional mas a maioria dos softwares utilizados em arquitetura ainda utiliza o 2D ou, muitas vezes, o chamado 2.5 D, que nada mais é que uma extrusão do 2D, e quase nunca aplicamos as vantagens que o 3D oferece (Fig. 1 e 2).

Nesta fase inicial do workshop, o professor Kalisperis apresentou um panorama dos principais teóricos e estudiosos na área de métodos projetuais, desde o inicio da discussão da utilização da computação gráfica para o projeto arquitetônico. O interesse pelo desenvolvimento de métodos computacionais voltados para as fases iniciais do processo de projeto de arquitetura tem aumentado nos últimos 30 anos. Na década de 70 houve uma tentativa de criar um sistema, ou ferramentas computacionais, que repetiam os processos tradicionais, em conseqüência de uma necessidade de entendimento sobre o que e como os arquitetos procediam à frente de um problema de arquitetura. Ou seja, ao se deparar com um problema, o arquiteto pode criar uma seqüência de instruções, de procedimentos, no computador, e qualquer um pode seguir e ser aplicada no processo projetual; como uma receita. Kalisperis citou como exemplo o trabalho do matemático e arquiteto Christopher Alexander no livro “Notes on the synthesis of form” (1964), no qual cria uma série de explanações matemáticas onde os problemas são decompostos em problemas menores, como uma árvore (Fig. 3) e depois resolvidos facilmente; ou por uma série de subsistemas de variáveis por meio de conexões e articulações, todos vinculados entre si, ao mesmo tempo em que são livres um dos outros (Fig. 4).

Contudo, Kalisperis ressaltou que, já no seu segundo ensaio, Alexander passa a recusar suas próprias teorias publicadas, alegando que não se pode decompor ou “desconstruir” os problemas em pequenas partes durante as primeiras fases dos processos de projeto, pois suas soluções podem negar ou destruir as outras gerando um conflito com as condições psicológicas. O professor argumenta que todo processo de projeto é fundamentalmente um processo experimental, de tentativa e erro. Ele é feito, repensado, manipulado e refeito. O processo continua sempre, nunca acaba, a não ser por fatores externos que não têm relação direta com o processo. Kalisperis relaciona os tipos de problemas de projeto:

1. O problema estruturado: só tem uma única solução;
2. O problema semi-estruturado: Podem-se identificar as variáveis, todos seus parâmetros e as possíveis soluções.
3. Mal-definidos: não se tem conhecimento das variáveis nem se pode identificá-las.

A Prática Profissional

Segundo Kalisperis, o processo de projeto na prática profissional é dividido em 4 fases, descritas abaixo e representadas na figura 5:

1. Esquemática: extremamente abstrata, é nesta fase em que se pretende entender o problema de forma mais lúdica, com croquis, desenhos 2D, maquetes volumétricas  ou modelos no computador;

2. Desenvolvimento de projeto: talvez a mais importante por ser a fase onde se começa a tratar dos conceitos básicos. Aqui as idéias são geradas e desenvolvidas. Fase com desenhos de melhor acabamento, modelos, visualizações internas, animações, experimentos em prototipagem. Momento em que as principais decisões são tomadas.

3. Documentação: plantas 2D, cortes, fachadas, dimensionamento e anotações, análises luminotécnicas, estruturais e ambientais (entorno), gerenciamento de banco de dados, prototipagem. Para Kalisperis, praticamente não existe tomada de decisões nesta fase.

4. Administração: totalmente técnica e informativa.

Como conceituado, mantendo um ponto de vista demais linear, Kalisperis mostra uma visão segmentada do processo de projeto, deixando de lado os momentos de realimentação de alternativas, com a devida valorização das inúmeras soluções que surgem ao longo do processo.

Arquitetura Digital e Educação

Nesta parte do curso, Kalisperis apresentou o processo de projeto sendo focado no “como” e não no “por que”. Nas fases iniciais de projeto, são utilizadas formas que se definem por si mesmas, em diferentes escalas, como conceito, sem medidas. Salienta que, neste momento, o que importa não é o tamanho delas, mas sim a proporção entre os elementos que estamos criando. A utilização da tridimensionalidade, completa o professor, permite um maior entendimento do espaço, altura x profundidade x massa, os quais, juntos, resultam na forma, permitindo o entendimento de diferentes componentes. É preciso utilizar ferramentas que permitam explorar as formas e descobrir qual a mais apropriada para cada fase. Como um dos conceitos mais importantes do curso, Kalisperis salienta com isso que os computadores deveriam ser utilizados para esboços, exploração e geração de formas e não para simples representação e documentação.

Desta forma, é extremamente coerente que os laboratórios de computação para arquitetura, especialmente na educação, sejam compostos de ambientes com uma relação simbiônica – uma associação e entendimento entre o homem e a máquina. Kalisperis ironiza que “os laboratórios de computação gráfica são um mal necessário”. Como a própria arquitetura, os laboratórios de CAD são argumentação e produção. Os estudantes devem desenvolver seus projetos onde possam acomodar computador (meio digital), papel (meio tradicional) e maquetes físicas. E completa que, simultaneamente, qualquer que seja o software utilizado para projeto de arquitetura, deveria lidar com a tectônica: Modelagem x Esboço / Físico x Virtual (Modeling x Sketching / Physical x Virtual).

Um dos momentos mais interessantes do workshop ocorreu quando o professor Kalisperis descreveu a dinâmica de suas aulas e o laboratório de CAD do departamento de arquitetura da Penn State University, onde ele desenvolve suas aulas de projeto e pesquisas. Em suas aulas, emprega a prática como fator primordial para um tipo de entendimento que envolve inúmeras possibilidades de aprendizado. A primeira etapa do processo de projeto cobrada por ele de seus alunos é a elaboração de uma maquete física de uma obra existente, utilizando o material que os próprios alunos julgarem conveniente, explorando o básico da teoria de projeto. Somente na fase posterior a essa é que são treinados e estimulados a utilizar uma ferramenta computacional. Este treinamento é gradativo à medida que os alunos sentem a necessidade de ter um auxílio mais específico em suas soluções: “... aprendem mais sobre computadores e softwares à medida que avançam no projeto”, salienta o professor Kalisperis.

Aprender com seus próprios erros é seu lema. Cada aluno tem o seu próprio computador portátil, e em suas aulas, Kalisperis utiliza o software formZ (apesar de os alunos poderem utilizar qualquer software que preferirem). Nas palavras do professor Kalisperis, este programa foi escolhido “mais pelo o que ele não faz do que pelo o que ele faz”. Isto é, o software não possui elementos padronizados como biblioteca de móveis, ou esquadrias com dimensões comerciais. No caso do formZ, o software permite o aluno “rabiscar”, em 3D, sem detalhes, é imersivo; não há a preocupação com detalhes no momento da criação e sim com a forma e com a ocupação. Um recurso muito utilizado por ele no formZ, por exemplo, com seus alunos, no inicio do curso, é a planificação de desenhos 3D, que é automática, preparando-os para ser impresso, recortado e montado, inclusive com suas abas de montagem. Mesmo assim, considera importante construir um objeto 3D com as mãos, uma maquete física, como um link entre o virtual e o físico.

Ao “ensinar” o software, Kalisperis nunca descreve comandos, nem permite a utilização de cores ou texturas nas modelagens, somente camadas gradativas de cinza. Os alunos estão todo o tempo no laboratório de CAD, onde têm acesso a uma impressora tridimensional, para pequenos testes. Nas animações finais, também não são permitidas a abertura de portas e janelas:  “... o abrir e fechar de uma porta na animação não tem nada a ver com a arquitetura, com as soluções, com as formas, pontos fundamentais do nosso trabalho”, insiste o professor Kalisperis.

Resumindo, Kalisperis propõe a utilização de todas as possíveis opções de geração de formas e fabricação por meios digitais na sala de aula, de maneira incremental e evolutiva. A figura 6 mostra as instalações dos laboratórios de projeto do curso de Arquitetura, onde se nota a integração dos meios computacionais com os modelos físicos bem como a diversidade de elementos e mídias nas apresentações.

Arquitetura Digital

Nesta etapa do workshop o professor Kalisperis ilustra como a tecnologia CAD e seus processos podem verdadeiramente afetar a forma de se conceituar e construir arquitetura, uma das mais importantes questões hoje discutidas. Em seu entendimento, não se deve unicamente considerar questões relativas à conceituação da arquitetura e das novas formas que vêm sendo geradas por meios digitais. As formas, segundo ele, são fáceis de criar, manipular e explorar.

É importante notar não somente como estas formas são geradas no domínio digital, mas como são fabricadas com a tecnologia disponível hoje. O que ocorre é que, em escritórios de arquitetura de grande porte, as quatro fases do processo de projeto apresentadas acima (Esquemática, Desenvolvimento de projeto, Documentação, Administração), sofrem uma separação com a disjunção das duas primeiras fases das demais, formando dois grupos distintos. Em alguns casos, os dois grupos são até desenvolvidos em ambientes diferentes, ou mesmo efetuados por firmas diferentes. E exemplifica a diferenciação desta prática dos antigos gregos, os quais concentravam as 4 fases em um só profissional – a quem Kalisperis se refere como “master architect”, e diversas vezes desenvolviam-nas no próprio local da obra, sendo parte direta de todo o processo, do princípio ao fim. “Nos dias de hoje”, completa, “o arquiteto deve estar atento a conceituar o projeto, utilizar as diversas ferramentas disponíveis e aplicar as técnicas que permitam utilizá-las de maneira funcional. Desta junção pode surgir um novo tipo de arquitetura”.

Kalisperis faz referência à citação de William Mitchell (4) na qual afirma que “a integração do computador auxiliando arquitetura e o computador auxiliando a fabricação e construção [...] fundamentalmente redefine a relação entre projetar e produzir. Elimina muitas restrições geométricas impostas pelos métodos tradicionais de desenho e produção. Ela também elimina a lacuna que se abriu entre o desenho e a produção quando os arquitetos começaram a desenhar”. Cita um exemplo próximo à sua realidade, nos Estados Unidos, onde comumente se desenha sobre um grid de 4x6 pés (aproximadamente 1,50 x 2,00m), em conseqüência das dimensões dos materiais disponíveis no mercado, tais como, esquadrias, pisos, placas de isolamento térmico, entre outras. Desta forma, o projeto arquitetônico depende da produção das empresas que fornecem os materiais. Nestes casos, quando se inicia um processo de exteriorização do processo de projeto, inicia-se paralelamente a utilização de materiais que afetarão a forma de se projetar.

Kalisperis define “Arquitetura Digital” como “processos de geração e transformação de formas baseadas em computador” e a divide em quatro grupos distintos:

1. Arquiteturas topológicas – Os exemplos mais citados foram algumas obras de Greg Lynn (5) que oferecem novas abordagens de projeto desenvolvendo uma “lógica mais fluida de conectividade” (Fig. 7 e 8). São expressas através de desdobramentos que partem da geometria Euclidiana de pequenos volumes e empregam a geometria topológica, “rubber-sheet”, de curvas e superfícies contínuas. Estas superfícies são matematicamente descritas como NURBS – Non-Uniform Rational B-Splines – cujas formas são facilmente controladas pela manipulação e controle de pontos e nós, tornando as formas complexas do espaço topológico computacionalmente possíveis. A respeito desta definição, Sperling (SERLING, 2003) afirma que todo esse uso que se tem feito da topologia, centra atenção nas formas, mas a topologia está interessada em características espaciais independentes da transformação formal. E completa que qualquer objeto geométrico, com um cubo por exemplo, possui uma topologia e uma geometria. Portanto, a conexão direta da topologia com a arquitetura de formas fluidas ou construídas com NURBS é uma as principais incorreções no uso que arquitetos têm feito da topologia. (6)

2. Arquiteturas isomórficas – Compostas pelas chamadas Blobs ou Metaballs, são formas que interagem entre si (Fig. 9 e 10), tornando-se conectadas através de uma lógica onde o todo sempre está aberto a variações de novas formas. Os objetos são amorfos e construídos com forças internas e massa e atração,  como aplicado no projeto de B. Franken (Fig. 11), onde o programa simulou gotas de água transformando informação em forma.

3. Arquiteturas metamórficas / Animação – Neste caso, os softwares de animação são usados como recursos de geração de forma. A animação é definida pela presença mútua de movimento e força no momento da concepção projetual formal. Enquanto o deslocamento implica movimento e ação, a animação sugere a evolução da forma, as simulações dinâmicas levam em consideração os efeitos das forças em movimento e suas propriedades físicas como massa, elasticidade ou estática são definidos. A simulação dinâmica é computada através da força de gravidade e do vento, fazendo com que as colisões sejam detectadas e os obstáculos especificados; como exemplificado na figura 12.

4. Arquiteturas paramétricas – Neste caso, não se declara a forma e sim seus parâmetros. Diferentes objetos podem ser criados com a atribuição de valores de parâmetros distintos, tais como equações que podem ser usadas para descrever a relação entre objetos, através de algoritmos da geometria. Por intermédio da exploração algorítmica, os arquitetos podem construir modelos matemáticos e procedimentos generativos classificadas por inúmeras variáveis. Um exemplo disso é o programa GenerativeComponents, da Bentley Systems (7), um módulo do programa MicroStation, não citado por Kalisperis, mas de fundamental importância como ferramenta de projeto, o qual permite o desenho de modelos tridimensionais paramétricos e associativos. A idéia é permitir que o arquiteto use novas maneiras de projetar formas alternativas, eficientes, sem precisar construir manualmente os detalhes para cada cenário. Uma desvantagem no uso deste tipo de sistema, ainda, é que, necessariamente, os arquitetos devem possuir conhecimento de programação, mesmo que básica, para a obtenção dos resultados esperados, o que, de certa forma, delimita a utilização desta ferramenta. A figura 13 mostra alguns exemplos do Smart Geometry (8), um grupo de pesquisa e educação na área de aplicações avançadas em 3D para CAD, utilizando o programa GenerativeComponents.

Arquitetura Digital – Ambientes virtuais

O laboratório de ambiente imersivo (Immersive Environments Lab – IEL) da Penn State University é um projeto conjunto do sistema de Tecnologia da Informação (Information Technology Services – ITS) e da faculdade de arquitetura e paisagismo da universidade. O objetivo do laboratório é facilitar o uso efetivo das técnicas de realidade virtual em disciplinas como projeto arquitetônico, entre outras, a fim de aperfeiçoar a qualidade de aprendizado. O professor Kalisperis utiliza os recursos disponíveis deste laboratório para que os alunos possam ter entendimento e interação do espaço tridimensional, como mostra a figura 14, com o auxilio de equipamentos apropriados para seu uso, como luvas, óculos, capacetes e esteiras móveis.

Os ambientes virtuais, hoje, através da realidade virtual, imergem o usuário em simulações visuais tridimensionais da realidade com dispositivos que enviam e recebem informações geradas por um computador, permitindo a interação com o ambiente tridimensional ou qualquer outro ambiente sensorial.

Ferramentas Digitais de Fabricação

Nesta fase final do workshop o professor Kalisperis referiu-se a processos computadorizados de fabricação da forma baseados em um modelo digital. Alguns destes processos de fabricação digital foram identificados, tais como, fabricação 2D, Fabricação Subtrativa e/ou Aditiva, Montagem e Prototipagem rápida. De acordo com sua apresentação, a fabricação bidimensional é mais focada em máquinas CNC (Computer Numerically Controlled) de corte, com tecnologias como cortadores laser, jatos de água ou Plasma-Arc (9) CNC (Fig. 15). Esta última foi utilizada no projeto e Frank Gehry – Zollhof Towers – em Düsseldorf, Alemanha, para cortar placas de aço que suportavam paredes de alvenaria (Fig. 16).

Um dos exemplos citados pelo professor Kalisperis foi o Stata Center for Computer, Information and Intelligence Sciences (10), do MIT – Massachussets Institute of Technology – EUA, onde Frank Gehry utilizou formas reforçadas de concreto as quais foram produzidas com blocos de poliestireno leve em CNC para a produção de 355 moldes curvos diferentes (Fig. 17 e 18).

Uma outra alternativa apontada pelo professor foi a fabricação subtrativa e/ou aditiva que envolve, respectivamente, a remoção ou adição de um volume específico, recentemente aplicada no projeto e B. Franken, o BMW Pavilion, para a produção de painéis de vidro laminados com curvatura complexa (Fig. 19).

Ainda deu exemplos de diversas tecnologias existentes hoje no mercado, as quais utilizam-se de uma variedade de materiais em processos baseados em luz, calor ou químicos. Algumas delas são a Estereolitografia (SLA), Sinterização seletiva a laser (SLS), impressão 3D (3DP), concreto em spray, entre outras.

A mensagem final (11) transmitida pelo professor Kalisperis, um professor de projeto que utiliza os meios computacionais desde a concepção projetual até sua fabricação, sustenta a importância da tecnologia computacional na arquitetura como fator agregador. O incentivo dado a alunos de arquitetura e os resultados apresentados demonstram que, quando bem utilizada, a tecnologia computacional, pode deixar de ser simples representação e se transformar em um meio e exploração. Foi um evento que acrescentou muita bagagem aos presentes e proporcionou a oportunidade de conhecer um profissional da educação consciente e competente em suas funções, acima de tudo um educador, mais que um simples professor. A única ressalva por mim apontada, foi a falta de um espaço maior para discussões e reflexões sobre o assunto, com troca de idéias e experiências entre professores e profissionais presentes. Não há ainda previsões para um segundo workshop.

Notas

1
O LCAD foi um dos primeiros laboratórios de CAD para arquitetura do Brasil. O laboratório tem desenvolvido, ainda, trabalhos na área de fotogrametria computadorizada, com uso de scanners a laser, para a modelagem 3D de monumentos históricos como apoio ao restauro.

2
Loukas Kalisperis, PhD – Professor, Tenure granted. PennState University – USA. Sua pesquisa se concentra na simulação baseada em computador e ambientes imersivos. Os focos de sua pesquisa são a representação do projeto arquitetônico e a visualização na produção da arquitetura, além da integração da realidade virtual ao processo de projeto.

3
formZ é marca registrada da auto·des·sys, Inc. (automated design systems), USA. www.formz.com.

4
“Integrating computer-aided design with computer-aided fabrication and construction [...] fundamentally redefines the relationship between designing and producing. It eliminates many geometric constraints imposed by traditional drawing and production processes. It bridges the gap between designing and producing that opened up when designers began to make drawings.”. Mitchell, W. and M. McCullough. (1995). Prototyping (Ch. 18). In Digital Design Media, 2nd ed., 417-440. New York, Van Nostrand Reinhold.

5
Ver: www.glform.com.

6
Glossário de topologia: www.midimagem.eesc.usp.br/situs/gloss.htm.

7
Ver: www.bentley.com/en-US/Markets/Building/GenerativeComponents.htm.

8
Ver: www.smartgeometry.org.

9
Ver: www.twi.co.uk/j32k/protected/band_3/jk51.html.

10
Ver: www.architectureweek.com/cgi-bin/wlk?http://web.mit.edu/buildings/statacenter.

11
“Never let the media make you stop the design”.

Figura 1 – 2D e 2.5 D

Figura 2 – 3D

Figura 3 – “The tree”

Figura 4 – Subdivisão de Grafo (Alexander, 1964)

Figura 5 – Aplicação do computador na prática profissional. Prof. Loukas Kalisperis

Figura 6 – Instalações do curso de Arquitetura da Penn State University (USA)

Figura 7 – h2 House, Greg Lynn

Figura 8 – Cardiff Bay Opera House, Greg Lynn

Figura 9 – Blobs ou Metaballs

Figura 10 – Blobs ou Metaballs

Figura 11 – BMW Pavillion de Bernard Franken. Fonte: http://www.franken-architekten.de/

Figura 12 – Terminal de ônibus em Nova York por Greg Lynn

Figura 13 – Vários exemplos do projeto SmartGeometry no ACADIA

Figura 14 – Aula do curso de arquitetura em Realidade Virtual

Figura 15 – Plasma-Arc

Figura 16 – Zollhof Towers, Frank O’Gehry

Figura 17 – Stata Center - MIT

Figura 18 – Stata Center - MIT

Figura 19 – Moldes para a produção de painéis de acrílico com curvatura dupla no BMW-Pavilion de B. Franken