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INTRODUÇÃO, problema, relevância e objetivos

As novas possibilidades tecnológicas permitem utilizar melhor recursos, que são escassos e finitos. Em arquitetura as novas possibilidades tecnológicas revolucionaram o processo de design, encurtando o ciclo produtivo e possibilitando uma produção mais eficiente. No entanto a expressão mais comum que emerge destas novas possibilidades é diferenciação geométrica. A utilização das tecnologias para gerir os recursos tem-se concentrado na gestão do processo de conceção e fabricação digital. A possibilidade de gerir recursos após a construção dos edifícios tem sido menos explorada. A gestão personalizada de edifícios é ainda considerada como um luxo. Um luxo só aplicável a alguns edifícios e acessível a poucos, na sociedade pós-industrial.

Com a atual crise energética a gestão de recursos é fundamental. Os edifícios gastam uma energia significativa não só na sua construção como na sua manutenção. Como tal o recurso às tecnologias disponíveis para a gestão integrada do edifício deixa de ser um capricho para se tornar numa necessidade. O desenvolvimento da matemática permitiu formular leis gerais enunciadas na teoria geral dos sistemas. Embora o conceito de sistema seja há muito considerado em arquitetura beneficiou com o desenvolvimento da disciplina que estudo o controlo dos sistemas, a cibernética. Para a cibernética é indiferente se um sistema é social, natural ou sintético. Para definir um edifício responsivo é necessário recorrer à ideia de sistema. Embora existam algumas referências na literatura sobre edifícios responsivos, não existe um estado da arte que relacione este tipo de edifícios com a evolução dos princípios matemáticos que suportam estes sistemas. Dado o interesse crescente em sistemas e nos edifícios responsivos é fundamental estabelecer o estado da arte, citando as referências anteriores nesta área.

Este artigo pretende determinar se serão necessários sistemas para que os edifícios sejam responsivos . Pretende determinar que problemas limitam a aplicação de edifícios responsivos, qual o potencial da sua aplicação, identificando problemas existentes a solucionar. Um dos maiores problemas do desenvolvimento de sistemas holísticos é a gestão de processos complexos e de uma grande quantidade de informação. A análise do estado da arte permite antever que uma reformulação teórica poderá favorecer o desenvolvimento de sistemas que suportem edifícios responsivos. Esta pesquisa pretende incidir sobre o desenvolvimento teórico visando possíveis aplicações em arquitetura. Irá também utilizar a experiência do desenvolvimento de um sistema responsivo aplicado num caso prático, para antever futuras aplicações e desenvolvimentos.

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METODOLOGIA

Este artigo começará por abordar a importância da energia na construção, recorrendo a estudos anteriores. Depois será estudada a origem matemática da teoria dos sistemas e o seu desenvolvimento. Será também aprofundado o estudo da cibernética, disciplina responsável pelo controlo dos sistemas. O objetivo é verificar como o conceito de sistema está relacionado com a emergência dos edifícios responsivos. Tratará finalmente de analisar algumas aplicações práticas destas teorias.

A sociedade atual enfrenta sérios desafios ambientais. Edward Mazria estudou a relação entre arquitetura, energia e meio ambiente. Mazria contabilizou a utilização de energia em três setores básicos nos EUA: o da arquitetura, dos transportes e da indústria. Segundo este estudo, o setor de arquitetura consome 48% energia, enquanto os transportes e indústria consomem respetivamente 27% e 25%. Acresce que o setor de arquitetura gera 46% das emissões anuais CO², número que já sendo significativo tende a aumentar. Se esta tendência se propagar às cidades em geral, então a arquitetura deverá refletir sobre este impacto. Tal justifica a preocupação crescente com a redução consumo energia na arquitetura e construção. Para um ambiente mais sustentável são necessários edifícios que se adaptem melhor ao meio e utilizem menos recursos. Os processos e ferramentas digitais podem potenciar a capacidade de adaptação dos edifícios ao meio.

Desenvolvimentos da biologia, da computação e arquitetura permitem hoje conceber edifícios responsivos, que ao contrário dos edifícios tradicionais estáticos, se podem adaptar dinamicamente ao meio. Tal implica uma visão ecológica de populações, dando enfase às regras e à interação do conjunto. Tal permite ultrapassar uma visão parcial centrada em objetos como entidades isoladas. No entanto para poder considerar os edifícios no contexto da cidade são necessárias novas ferramentas que organizem e regulem o fluxo de informação. A arquitetura responsiva pode permitir desenvolver uma nova classe de envelopes que se ajustem e adaptem ao meio de acordo com as variações climatéricas, da hora do dia e situação geográfica, com potencial para obter edifícios personalizados e adaptados reduzindo o consumo energético.

Sistema e edifício responsivo, resumo histórico

Após a revolução industrial com especialização e segregação do saber científico e técnico, foi necessária uma teoria geral dos sistemas para considerar holísticamente diversos ramos do conhecimento, como a biologia, sociologia ou a computação. Partindo desta teoria contribuíram para o desenvolvimento da arquitetura responsiva diversos protagonistas de diferentes áreas como Bertalanffy, Pask, Alexander, Weinstock, Negroponte, Sterk e Achten entre outros.

Von Bertalanffy desenvolveu a teoria geral dos sistemas aplicável a sistemas vivos, sociais ou máquinas em 1950 (1950-68). Nesta teoria definiu matematicamente mecanismos de adequação como o feedback e a equifinalidade. Gordon Pask desenvolveu a teoria de controlo dos sistemas (cibernética, 1969), completando os mecanismos de controlo de Bertalanffy com a “procura por objetivos”. Se as máquinas eram encaradas como sistemas fechados, com o desenvolvimento da cibernética, passaram a ser consideradas como sistemas abertos capazes de apreender e se adaptar ao meio como outros sistemas vivos. Estas definições permitiram passar de sistemas fechados e unidirecionais para sistemas abertos multicausais. Tal torna possível definir ambientes colaborativos entre o homem e a máquina suportando a arquitetura responsiva. Pask refere que os arquitetos devem gerar sistemas que gerem edifícios.

Christopher Alexander no texto “sistemas gerando sistemas” (1968) reflete sobre a relevância da palavra sistema em arquitetura. Reflete também como criar sistemas holísticos que garantam formas sincronizadas com o seu ambiente. Alexander defende que um sistema só é considerado como tal se tiver um sistema generativo que regule a relação das partes com o todo e do todo com as partes. Defende a importância de sistemas generativos para a definição de sistemas holísticos.

Nicholas Negroponte é um pioneiro da arquitetura responsiva nos anos 70, antevendo como as tecnologias digitais poderiam melhorar os sistemas documentação e projeto, os sistemas generativos de projeto e suportar espaços inteligentes com computador incorporado. Em 2006 Tristan-d'Estree Sterk reformulou anteriores propostas para definir um sistema responsivo propondo um modelo híbrido distribuído capaz de combinar alta e baixa inteligência para implementar e controlar a arquitetura de edifícios em rede. Mike Weinstock refere também diferentes tipos de organização de sistemas, como os sistemas hierárquicos e emergentes, retirando conclusões no campo da arquitetura (Teoria da Emergência 2004).

Sterk argumenta que para construir uma forma verdadeiramente responsiva de arquitetura é fundamental ter compreensão de arquitetura, robótica, inteligência artificial e engenharia estrutural. Defende que existem ligações necessárias entre estes conhecimentos para atuar e controlar as respostas deste tipo de arquitetura. Na sua opinião esta é uma das razões para a ambivalência dos arquitetos no aprofundamento e exploração da arquitetura responsiva que resulta numa dificuldade em desenvolver mais do que uma estética baseada em eventos.

Henry Achten identificou em 2014 várias designações relacionadas com edifício responsivo como: sistema de automação de edifício, smart home, edifício senciente, edifício adaptativo, edifício dinâmico, edifício interativo, arquitetura cinética, edifício inteligente e edifício portátil. Apresenta uma definição para cada um destes temos, concluindo não existir uma classificação unanime possivelmente por cada um estar relacionado com um aplicação tecnológica específica. Refere que tal poderá ser um reflexo da aplicação recente destas tecnologias, que não terão sido absorvidas na linguagem comum. Achten procura caraterizar a interação dos sistemas responsivos com os usuários. Defende o recurso a desenvolvimentos recentes da inteligência artificial, com a utilização de redes multiagentes, capazes de suportar a análise, o projeto e o desenvolvimento de sistemas complexos em todas as fases de projeto.

Esta introdução é uma antevisão da análise histórica em desenvolvimento, que se pretende aprofundar, interpretando e relacionando os contributos de diferentes autores. Esta pesquisa é necessária devido a um sistema responsivo englobar diversas áreas da tecnologia como arquitetura, inteligência artificial, robótica, programação e matemática. Analisará depois um sistema responsivo desenvolvido, enfatizando como foi constituído, qual a sua estrutura e como este é controlado.

Sistema Responsivo, caso prático

Definição de responsivo: a palavra responsivo é um adjetivo que deriva do latim responsīvu que designa aquele que responde de forma rápida e adequada à situação. O sistema responsivo desenvolvido que aqui será analisado controla a entrada de luz solar num espaço definindo uma membrana com componentes que se abrem ou fecham de acordo com fatores externos (localização geográfica, ano, mês, dia, hora, tipo céu) e internos (requisitos funcionais de iluminância e contraste visual, tipos de luz e padrões luz-sombra). O referido sistema foi desenvolvido durante uma tese de doutoramento apresentada. Pretende-se analisar o sistema desenvolvido e aplicado na prática para retirar conclusões úteis. Nesse sentido deverá ser analisada a abordagem ao problema de como organizar um sistema em níveis, como definir os processos, os mecanismos e as ferramentas de controlo do sistema responsivo. Pretende-se também determinar como está organizada a meta-estrutura de controlo do sistema que propõe um sistema colaborativo home/máquina capaz de apreender com a experiência.

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RESULTADOS e DISCUSSÂO

Esta análise procurará estabelecer um estado da arte da arquitetura responsiva. Para tal aborda os seus fundamentos, precursores e a atual nomenclatura. Trará o seu contributo testando esta teoria num caso prático num projeto construído. Poderá também abordar algumas aplicações desenvolvidas durantes workshops recentes sobre edifícios responsivos numa experiência que se pretende continuar. Os resultados contribuem como base para futuros projetos, antevendo possíveis aplicações e desenvolvimentos.http://sigradi2015.sites.ufsc.br/ocs/index.php/sigradi2015/si2015/author/submit/3?paperId=149

Sistemas responsivos, teoria geral sistemas, cibernética, computação