Aplicação do BIM em conforto ambiental: uma experiência no ensino de Arquitetura e Urbanismo

Abstract

O ensino de conforto ambiental em cursos de graduação em arquitetura é crucial para formar profissionais capacitados a projetar edifícios sustentáveis, levando em conta fatores como orientação solar, ventilação natural e iluminação adequada, especialmente em relação aos materiais construtivos. Diversas alternativas para simulação de desempenho estão disponíveis, como o Heliodon, túnel de vento (ambos de funcionamento mecânico) e o software EnergyPlus (um dos principais softwares de simulação).

Neste sentido, o BIM (Building Information Modeling) definido como um ecossistema de aplicativos e processos que permitem a integração de informações de diversas disciplinas (Jernigan, 2017), se destaca como uma alternativa viável, permitindo antecipar o desempenho ambiental do edifício desde as fases iniciais do projeto, integrando informações de diversas disciplinas. Sua adoção no ensino de conforto ambiental traria benefícios ao possibilitar testes em sala de aula, evidenciando diferentes desempenhos de acordo com os materiais de construção especificados e considerando um maior número de variáveis relevantes no processo de concepção de projeto. A experiência didática desenvolvida no âmbito da disciplina BIM no Ensino de Arquitetura do Programa de Mestrado Acadêmico do PROARQ/FAU-UFRJ tem como objetivo associar propriedades materiais ao uso de simulações termoenergéticas, auxiliando os alunos a embasar suas tomadas de decisões de projeto relacionadas ao conforto ambiental.

A escolha da tecnologia construtiva adequada como estratégia de conforto, apesar de ter grande impacto no desempenho térmico de edificações, não é considerada no uso de instrumentos de análise climática e nem nas simulações físicas. Por isso, como exemplo para essa atividade foi escolhido o Ladybug Tools, que funciona junto com os softwares Rhinoceros e Grasshopper, e se baseia nas alternativas tecnológicas oferecidas por estas ferramentas que permitem a modelagem das características dos materiais de construção junto a análise de conforto ambiental. A experiência que se propõe, ocorreria em duas etapas e visa utilizar as ferramentas como instrumento de ensino-aprendizagem de conforto ambiental aliado às propriedades dos materiais na fase de concepção de projetos. Realizada em 3 aulas, a atividade conta com a fase de familiarização do aluno com a teoria dos aspectos envolvidos no processo de avaliação de desempenho termoenergético, com a utilização do software e os principais comandos a serem utilizados, e enfim a realização das simulações, possibilitando aos alunos fazer testes, análises de desempenho e dos resultados das simulações. Para viabilizar a experiência proposta, na primeira aula será disponibilizado para a turma um modelo BIM que será manipulado pelos estudantes em conjunto com a exposição do professor, que deverá orientar os estudantes em relação aos comandos a serem utilizados e o passo a passo necessário para a realização das simulações. Essa manipulação do modelo de aula se faz necessária para identificação de qual componente deverá ser manipulado pelos alunos e de que forma: inserção de parâmetros numéricos (para os dados de propriedades materiais); vínculo com o modelo 3D Rhinoceros estudado; ativar ou desativar visualização (no caso dos componentes relacionados aos resultados da simulação). Todo esse processo se dá através do uso de um arquivo base Grasshopper (um arquivo com todos os códigos visuais das ferramentas do Ladybug Tools necessários para a realização da simulação já inseridos e conectados no arquivo). Desta forma, a atividade permite personalização pelo professor ao passo que não exige conhecimento prévio dos alunos sobre programação para manipulação do arquivo. Com a inserção de dados obtidos em fontes estabelecidas pelo docente (como a apostila de Desempenho Térmico de edificações (LAMBERTS, 2000), norma de desempenho (NBR 15575), sites como o Projeteee - Calculadora de propriedades, e catálogos como o Catálogo de propriedades térmicas de paredes e coberturas (LABEEE)), os componentes que geram a imagem resultado das simulações e configuram o final do fluxo de componentes podem ser acionados e, enfim, os resultados gráficos e numéricos da simulação devem ser analisados pelos alunos de forma a verificar se o desempenho térmico está alinhado ao almejado na etapa de concepção e escolha dos materiais.

Com os resultados obtidos na primeira rodada de simulação e sua seguinte análise, realiza-se a etapa de experimentação com alterações projetuais visando a melhoria do desempenho termoenergético. Alterações relativas a todos os aspectos do projeto podem ser promovidas pelos alunos de maneira rápida e utilizando poucos comandos - o que facilita a realização da atividade em sala de aula. Deste modo, o resultado esperado dessa atividade não deve ser somente a entrega dos arquivos digitais Rhinoceros/Grasshopper, mas também a entrega de um relatório de análise dos resultados obtidos pelos alunos em, pelo menos, dois cenários diferentes. Assim, poderá ser avaliado pelo professor a compreensão dos conceitos ensinados na disciplina de Conforto Ambiental pelos alunos em vez da habilidade de manipulação dos softwares. Para que esta proposta seja bem sucedida, há que se considerar aspectos de capacitação do corpo docente na manipulação de modelos e calibração dos softwares de simulação, disponibilidade dos softwares que permitam a realização das análises, e infraestrutura para viabilizar a manipulação pelos estudantes inscritos na disciplina. A realização da experiência didática que estimula a autonomia dos alunos pode promover maior engajamento tanto nos aspectos teóricos ligados à disciplina em questão quanto no aperfeiçoamento do uso da ferramenta, que pode acompanhá-los no decorrer da graduação e também na vida profissional. O uso dos arquivos-base durante a experiência tira o foco das ferramentas e prioriza aspectos teóricos como a definição de zonas térmicas, orientação solar e propriedades dos materiais. O uso de fontes de dados como Normas (NBR 15575), sites (Projeteee - calculadora de propriedades) e catálogos (Catálogo de propriedades térmicas de paredes e coberturas - LABEEE) reforçam a necessidade de compreensão dos aspectos teóricos e auxiliam o aluno no processo de escolha dos materiais. Simplificar o uso das simulações computacionais nesse sentido visa dar ênfase à importância das escolhas projetuais desde a fase de concepção de projetos e não com caráter de especificidade.