Use a criatividade com a tecnologia de construção: guia de prototipagem

Testar novas tecnologias na construção civil não precisa ser arriscado. Renzo di Furia, estrategista de VDC, mostra como desenvolver e adotar processos de ferramentas modernas começando pela prototipagem em projetos menores (com a ajuda de estudantes da Universidade de Washington).

Renzo trabalhou com estudantes da Universidade de Washington para pesquisar como a tecnologia moderna poderia ter sido empregada na construção da Ópera de Sydney. Ele também aplicou a novos projetos o fluxo de trabalho que a equipe descobriu com essa pesquisa.

Os arquitetos costumam sonhar alto. Suas criações inspiram a mudança social e um futuro mais sustentável. No entanto, quem tira essas grandes ideias do papel são as empreiteiras. Entender como passar do conceito à realidade é um desafio de criatividade por si só. Enquanto os arquitetos tentam inovar em termos de design, as empreiteiras que eles contratam precisam ir além com relação ao que pode ser construído, questionando o seguinte: o design é estruturalmente íntegro? Como coordenar equipes multidisciplinares de maneira eficiente? Qual a melhor maneira de construir formas complexas e orgânicas? É muito comum que os profissionais da construção civil queiram testar novos fluxos de trabalho de tecnologia. No entanto, eles não têm o tempo e o orçamento necessários para isso nem querem que o responsável pelo projeto acredite que seus recursos estão sendo desperdiçados com experimentação.  

Mesmo com pouca margem para criatividade no setor da construção civil, ainda é possível encontrar oportunidades de exploração respeitando os prazos e as limitações de orçamento reais. Dono da RDF Consulting Services e consultor da Turner Construction, Renzo di Furia criou um modelo de negócios baseado em pensar diferente. Ele descobriu que a prototipagem com a ajuda de estudantes, o trabalho 3D em diferentes fases do projeto e a criação de ecossistemas de tecnologia voltados à comunicação ajudam as equipes de construção a trabalharem de maneiras inovadoras.

Prototipagem e iteração constante 

Os profissionais da construção civil precisam estar sempre aprendendo novas tecnologias para economizar tempo e trabalhar com sustentabilidade. No entanto, como essa mudança não é fácil, eles costumam ficar presos ao uso de processos antigos. As soluções de pesquisa aplicada são um investimento a longo prazo que geram resultados para o projeto atual. No entanto, o mais importante é que elas podem ser usadas em projetos futuros e dimensionadas para construções de pequeno ou grande porte. Ao trabalhar com programas de graduação e pós na Universidade de Washington, Renzo descobriu uma maneira de testar uma tecnologia de construção econômica que oferece aos estudantes experiência real na carreira. Ele entende que suas equipes precisam estar sempre inovando para não ficar para trás dos concorrentes e não prejudicar a lucratividade. 

“Os avanços desenvolvidos pela NASA para chegar ao espaço criaram um ambiente inovador que possibilitou o surgimento de toda uma nova geração de tecnologia. Uma revolução semelhante é necessária no setor da construção civil. Mas isso não tem a ver só com investir na tecnologia mais moderna. É preciso aplicar a tecnologia a problemas reais, executar a prototipagem para criar um processo repetível e implementar a adoção e o aprendizado em uma escala maior.”

Renzo di Furia

Estudantes e profissionais da construção civil com um modelo do projeto de pesquisa sobre a Ópera de Sydney 

Colaboração entre universidades e profissionais

Por que os estudantes?

Os estudantes são o grupo perfeito para testar novas tecnologias de construção, porque a maioria deles cresceu usando smartphones e computadores, ou seja, adotar novas tecnologias é algo natural para essas pessoas. Como essa geração será a mais impactada pela crise climática global, os estudantes estão sempre buscando soluções tecnológicas para diminuir o desperdício e moldar um futuro mais sustentável. Eles têm mais chances de adotar soluções inovadoras, porque não precisam desaprender processos obsoletos (aqueles que existem desde sempre e agora são naturais para muitos profissionais da construção civil).

“Imagine um futuro em que a pesquisa e a prática estejam perfeitamente integradas à construção.”

Applied Research Consortium (ARC) da Universidade de Washington 
 

Catalisador de mudanças

Carrie Dossick, vice-reitora de pesquisa da Universidade de Washington, entende que os estudantes têm um potencial inexplorado. Ela criou o programa educacional Applied Research Consortium (ARC), que ajuda a impulsionar a carreira dos estudantes e os lucros dos profissionais da construção civil. Assim que ouviu falar do programa, Renzo começou a participar dele como colaborador e membro do setor. 

“O ARC reúne na College of Built Environments (CBE) da Universidade de Washington um grupo interdisciplinar de empresas de construção, especialistas e estudantes de graduação que fazem pesquisa. Eles trabalham juntos para solucionar os desafios mais complexos do setor atualmente. A próxima geração de profissionais e acadêmicos usa a criatividade e aplica seus conhecimentos sobre as práticas mais recentes, o que acelera o progresso e prepara essas pessoas para o trabalho nas melhores posições dos nossos campos.”

Applied Research Consortium (ARC) da Universidade de Washington
 

Estudantes, Turner Construction e Ópera de Sydney

A teoria de que a colaboração entre estudantes e profissionais produz fluxos de trabalho inovadores foi colocada em prática em 2018. A Turner Construction tinha acabado de comprar uma nova máquina CNC e precisava de uma equipe para testar diferentes métodos de construção antes de usar o equipamento em um projeto grande e de alto risco.

Nessa época, Renzo trabalhava no departamento de construção e design virtual (VDC) da Turner. Ele colaborou com os estudantes da universidade para desenvolver um processo mais aprimorado de pré-fabricação de cofragem usando a máquina CNC. A equipe decidiu recriar a famosa Ópera de Sydney usando métodos de construção modernos.

Localizado em Sydney, na Austrália, esse centro de artes cênicas começou a ser construído em 1959 e foi inaugurado em 1973, sendo mundialmente conhecido por suas icônicas “velas” em cerâmica branca. As nervuras pré-moldadas e os painéis do telhado foram fabricados em uma instalação no local da obra, o que era um método de concretagem muito avançado para a época. O que as pessoas pouco sabem é que a construção enfrentou diversos problemas desde o início.  A estrutura de pódio que serviria de base para as conchas foi construída muitos anos antes do projeto estrutural ser finalizado. Isso fez com que a maioria das colunas de apoio para as conchas fosse totalmente reforçada, o que causou atrasos consideráveis na construção.

“Não havia um manual de instruções para nos mostrar como construir o que queríamos com a máquina CNC. Foi um processo de tentativa e erro. Há muitos fatores complexos envolvidos. Isso é o que descobrimos ao desmontar e remontar a máquina.”

Renzo di Furia

Elementos da nervura da concha, do modelo 3D à peça finalizada em escala 1:4. As imagens representam segmentos de concha e nervura em perspectiva, modelagem da estrutura de vergalhões, cofragem, montagem, retirada das formas e nervura finalizada (clique nas setas para rolar)

Renzo e os estudantes começaram a pesquisa analisando o processo de construção para descobrir uma maneira de recriá-lo com a máquina CNC. Eles estudaram os desenhos 2D da construção e os transferiram para um modelo 3D. Depois, a equipe modelou os vergalhões e a cofragem. Depois de criar o modelo 3D, a equipe conseguiu usar a máquina CNC para criar as formas e betonar diversos elementos de nervura pré-fabricados em escala 1:4. 

Com o projeto de pesquisa, a equipe desenvolveu um fluxo de trabalho de pré-fabricação que é digital e baseado em modelos. Esse tipo de trabalho é complexo e costumava exigir um investimento muito grande em mão de obra para produzir um retorno financeiro baixo. Ao trabalhar para entender o uso da máquina CNC fazendo outras melhorias no processo, a equipe conseguiu aumentar a eficácia da betonagem e encaixou o trabalho em um prazo de construção gerenciável. Esses avanços receberam diversos prêmios do setor, incluindo o Build Washington Excellence in Innovation da ACG em 2018.

Aproveitando o impulso…

Na Turner Construction, Renzo trabalhou com o ARC para desenvolver um curso educacional de continuação chamado Virtual Modeling for Digital Fabrication. O objetivo é oferecer aos estudantes uma visão ainda mais aprofundada sobre a modelagem na fabricação digital. O curso aborda os principais elementos do processo de fabricação digital: varredura a laser para mapear estruturas reais, consulta de documentos históricos, construção de modelos avançados, formatação de arquivos para corte a laser, roteamento CNC e impressão 3D. Com base nesse programa, os estudantes atuais e futuros podem praticar a criação de modelos avançados e reais, além de solucionar problemas em novas tecnologias de pré-fabricação à medida que elas surgem. 

Usando o SketchUp na modelagem 3D e o Scan Essentials para importar nuvens de pontos, os participantes do curso aprendem a modelar construções famosas. O curso é ideal para os estudantes que queiram aprender mais sobre a gestão de design-build ou que queiram desenvolver habilidades práticas para ingressarem em um cargo profissional relacionado. O SketchUp oferece o software aos estudantes e vídeos com instruções. Esse programa não só é mais um resultado positivo da parceria com a Universidade de Washington, como também reforça a ideia de Renzo de que a criação de ambientes autênticos voltados à pesquisa precisam incluir ensino e aprendizado.
Horizonte de Seattle à beira-mar com o Seattle Aquarium em destaque. 

Pesquisa aplicada em um projeto de renovação

As descobertas da remodelagem e da projeção em escala de um por quatro das nervuras da Ópera de Sidney são até hoje aplicadas a muitos projetos diferentes. Isso inclui a renovação em larga escala e expansão do Seattle Aquarium Construído em 1977, o aquário no Central Waterfront da cidade de Seattle é uma atração muito conhecida entre os moradores e turistas. A expansão acomoda um habitat marinho maior para atender às demandas atuais e futuras. A Turner Construction foi contratada como a principal empreiteira do projeto e, em novembro de 2022, concluiu mais de 23 horas consecutivas de betonagem para formar o novo habitat.  

Modelos da nova expansão do Seattle Aquarium (clique nas setas para rolar)

“Tudo que aprendemos ao explorar a Ópera de Sydney, que foi um período de dois anos de muita pesquisa, nós aplicamos ao Seattle Aquarium: a forma de modelar a estrutura, de elaborar o trabalho de vergalhões, de abordar a cofragem e muito mais.”

Renzo di Furia

Desafio: uma forma geométrica complexa 

Em partes, o que fazia o habitat ser tão difícil de construir era sua forma orgânica inspirada no oceano e que oferece aos visitantes imagens impressionantes da vida marinha lá abrigada. Como o habitat planejado era enorme, a equipe sabia que a aplicação dos vergalhões seria um desafio. Para o projeto, a Turner desenvolveu internamente um fluxo de trabalho de modelagem exclusivo e no nível da fabricação. A estrutura conta com uma parede de concreto curva e com espessura de mais de meio metro, cerca de 520 metros cúbicos de concreto e 355 toneladas de vergalhão, o que representa quase quatro vezes a quantidade de vergalhão usada em um núcleo comum, de acordo com a Turner. Os painéis usados como molde para o concreto foram construídos usando espuma estrutural com revestimento de fibra de vidro. A espuma foi esculpida com base diretamente no modelo 3D por meio de grandes máquinas CNC industriais. A cofragem das aberturas das janelas, as escadarias circulares e a impressionante abertura circular no teto da entrada foram produzidos por meio de métodos de fabricação digital na oficina da Turner. 

Os estudantes e a Turner já tinham realizado pesquisas relacionadas ao sistema de modelagem paramétrica, geometria do concreto orgânico, capacidade de construção de vergalhões e cofragem para fabricação digital usando máquinas CNC. Com a ajuda desses estudos, a equipe conseguiu aproveitar a construção única do Seattle Aquarium, economizando uma quantidade significativa de tempo e dinheiro. 
Imagem que mostra a estrutura de vergalhões em construção 

Adoção do 3D do início ao fim 

Um dos desafios da construção (e um dos motivos que a tornam tão cara) é que ela envolve equipes de trabalho muito grandes, e bastante informação precisa ser processada. Muitas vezes, ouvimos sobre problemas isolados entre arquitetos, empreiteiras e proprietários. Menos comum é ouvir sobre isso nas equipes de construção. Um local de construção pode ter profissionais de 50 áreas diferentes, cada um exigindo materiais e equipamentos em uma determinada hora. Quando não atendemos a essas necessidades de maneira coordenada, podemos desperdiçar tempo e recursos valiosos.  

“Criar um modelo 3D perfeito que possa ser usado no processo de design e construção é uma tarefa que exige um pouco de prática e dedicação. É como aprender a tocar um instrumento musical.”

Renzo di Furia

Renzo e a Turner utilizaram os dados em um ambiente 3D para aprimorar a colaboração entre as equipes do projeto do Seattle Aquarium. É o primeiro projeto que a Turner concluiu usando a comunicação totalmente baseada no modelo do início ao fim. Renzo e a equipe da Turner usaram um modelo do SketchUp com centenas de cenas para elaborar a planta. Depois, no processo de construção, eles determinaram a quantidade de todos os materiais com base nas medidas dos modelos 3D do habitat (incluindo modelos para concreto, madeira e vergalhão). A primeira maquete física do habitat foi construída em espuma e esculpida com uma máquina CNC gigante (uma das últimas tarefas do processo desenvolvido pelos estudantes ao estudar a Ópera de Sydney). 

“No caso do Seattle Aquarium, as complexidades do design levaram a equipe de gestão de local a adotar um fluxo de trabalho 3D completo. Isso eliminou os silos de informação e garantiu que uma equipe mais unificada conseguisse resolver todos os desafios. A capacidade de solucionar problemas com um grupo grande e diferente é algo raro e demonstra os enormes benefícios que um processo 3D de verdade oferece.”

Renzo di Furia

Contar com um modelo 3D que podia ser atualizado desde o início do processo até a construção possibilitou uma linha aberta de comunicação com todas as partes interessadas. A equipe da Turner se reunia com os arquitetos e profissionais de outras áreas uma vez por semana para revisar o modelo 3D e solucionar todos os problemas. 

Um ecossistema tecnológico interconectado

A interoperabilidade do software de design era tão importante quanto a comunicação entre os membros do projeto. A equipe usou o Trimble Connect, uma plataforma de colaboração e ambiente comum de dados (CDE) baseado na nuvem que conecta todos os profissionais às versões sincronizadas do modelo. Além desse recurso, a equipe usou o SketchUp na modelagem 3D, o LayOut para criar documentos 2D, a Tekla no design estrutural, o Trimble Total Stations e Trimble Laser Scanning Solutions na pesquisa, o Revit na elaboração de documentos detalhados de construção e muito mais. 

“Começamos nossa jornada de VDC há alguns anos com a coordenação de sistemas MEP. Depois, aplicamos nosso aprendizado à concretagem que realizávamos. Durante o processo de descoberta, notamos que o fator mais importante de qualquer projeto de construção é o gerenciamento de informações. Desde então, tenho trabalhado no protótipo de um sistema de fluxo de trabalho aprimorado e voltado à parte estrutural que aumenta drasticamente o controle de qualidade e pode ser aplicado a qualquer projeto, seja ele grande ou pequeno.”

Renzo di Furia

O uso da tecnologia certa no momento adequado aprimorou os trabalhos de modelagem e coordenação da Turner no projeto do Seattle Aquarium. Como resultado, a empresa fortaleceu os processos de controle de qualidade e gerenciou todas as informações compartilhadas durante o processo de design e construção.

A coordenação voltada à estrutura combina documentações de contratos, desenhos finais e RFIs, controle de construções, captura de realidade (varredura a laser, drones e fotografia panorâmica), além de modelos de chassi de concreto, de fabricação de subempreiteira para aço e MEPF e de construções variadas da Turner. 

O caminho para o futuro: sistemas voltados à estrutura 

O setor de construção civil está entrando em uma nova era de colaboração, o que exigirá a adoção de novas tecnologias e processos. Renzo acredita que a adoção de sistemas voltados à estrutura vai melhorar a coordenação e unir as informações do modelo. 

“Em todos os anos que tenho trabalhado com isso (gerenciamento de VDC), começamos com a coordenação de MEP e depois a aplicamos à nossa operação de concretagem. Mas acredito que há um jeito melhor: criei o protótipo de um sistema de fluxo de trabalho voltado à estrutura que une dados e diferentes áreas de atuação, seguindo um modelo estrutural centralizado.” 

Renzo di Furia

Outro projeto em que Renzo trabalhou, o Dexter Yards, seguiu um fluxo de trabalho de modelagem mais voltado à estrutura. A equipe usou modelos 3D para coordenar os sistemas e equipamentos de construção, como aço, paredes e elementos de laje (clique nas setas para rolar)

O fluxo de trabalho de modelagem voltado à estrutura precisa de mais algumas melhorias para que as equipes de construção o adotem em diversas áreas. Felizmente, sabemos que os estudantes vão nos ajudar com isso. 

Criatividade e construção andam lado a lado 

O setor de construção civil ainda tem muitos desafios para superar, como corrigir os fluxos de trabalho desconexos, encontrar maneiras de aplicar novas tecnologias e descobrir uma forma de fomentar sua adoção nas equipes. Esses desafios precisam ser enfrentados para que seja possível construir um futuro melhor e mais sustentável. 

Profissionais de construção, chegou a hora de mostrar como vocês usam a criatividade no trabalho. Entre em contato com sua universidade local para encontrar estudantes que estejam buscando a próxima tese deles. Comece pesquisando e reproduzindo soluções inovadoras em projetos menores e depois combine o aprendizado com fluxos de trabalho 3D avançados e tecnologias inteligentes para criar projetos com mais rapidez e eficiência. Tudo isso incentiva uma cultura de aprendizado na sua empresa, que vai reduzir o desperdício e ser melhor para o meio ambiente. Vamos mostrar à próxima geração de engenheiros, empreiteiros e consultores que pensar fora da caixinha é tão importante para novos construtores como é para novos designers.

Comece a criar seu fluxo de trabalho 3D com o software de modelagem colaborativo e fácil de usar do SketchUp. Se você não tem uma assinatura, aproveite nossa versão de teste.

Sobre Renzo di Furia

Renzo di Furia é um profissional da área de construção virtual especializado em modelagem de tolerância de fabricação. Ele usa ferramentas de modelagem 3D há mais de 18 anos e desenvolveu uma abordagem simplificada de implementação de BIM e VDC. Seus métodos complementam as funções da equipe, promovem a excelência operacional e maximizam a qualidade, produtividade e segurança. Renzo também desenvolve programas de treinamento em BIM e VDC, aproveitando sua parceria com o Department of Built Environments da Universidade de Washington, o Visiting Professionals Program da Trimble e o Carpenters International Training Center de Las Vegas.

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