Concepção e análise estrutural com uso de modelagem e simulação em BIM para estudantes de graduação em arquitetura

Abstract

A compreensão de sistemas estruturais e seus componentes construtivos é essencial para a concepção da arquitetura. Assim, o ensino de estruturas é uma etapa fundamental na formação de profissionais da área. Porém, há muitos anos o ensino de estruturas para cursos de arquitetura vem sendo rotulado como fragmentado e abstrato, com aulas meramente expositivas, pautadas no cálculo e carentes de programas de ensino voltados para a aplicação prática. Atualmente, inovações tecnológicas estão emergindo nos escritórios de arquitetos e engenheiros, mudando lentamente os fluxos de trabalho desses profissionais e abrindo novas possibilidades também para a educação. Diante desse contexto, a presente pesquisa teve como objetivo investigar o processo de ensino-aprendizagem de concepção e análise estrutural para estudantes de arquitetura por meio da modelagem e da simulação em BIM. Foi delineada uma pesquisa exploratória com abordagem qualitativa e de natureza aplicada, realizada no curso de graduação em arquitetura da Universidade Federal de Santa Catarina. A coleta de dados ocorreu em duas fases: a primeira foi caracterizada como um estudo exploratório-preliminar na disciplina Ateliê de Projeto Arquitetônico; a segunda ocorreu pela oferta da disciplina optativa Ateliê Livre, com ênfase em concepção e análise estrutural, caracterizando a fase exploratória da pesquisa. A fase exploratória-preliminar resultou na identificação das dificuldades dos estudantes na solução de sistemas estruturais e construtivos no ateliê de projeto arquitetônico. A partir da fase exploratória-preliminar e com base na literatura, foram elucidadas as problemáticas do ensino de estruturas para arquitetura e novas tendências de recursos didáticos para a formação de arquitetos e engenheiros. A fase exploratória da pesquisa propôs uma investigação usando como recurso didático a modelagem da informação da construção, conhecida como BIM. Os instrumentos utilizados na coleta de dados da fase exploratória foram as entrevistas com dezoito estudantes e as análises dos processos de projetos desenvolvidos na disciplina, por meio de imagens e vídeos das avaliações. A análise de dados seguiu os procedimentos de análise de conteúdo e foi organizada no software ATLAS.ti, com os arquivos de vídeo transcritos para texto. Os dados foram tratados de forma qualitativa pela interpretação das comunicações, e quantitativa na mensuração de frequências. Essas análises revelaram que o principal desafio do uso de BIM no ensino-aprendizagem de concepção e análise estrutural foi a ocorrência de inconsistências emitidas pelo software, como os erros e avisos. Entretanto, tal desafio gerou atitudes comportamentais nos estudantes, como a autonomia para a pesquisa e o engajamento para a experimentação estrutural por meio de modificações no modelo BIM, sendo uma oportunidade para o processo de ensino-aprendizagem. Além disso, a interface da concepção e da análise estrutural em BIM com outras áreas do conhecimento foi evidenciada na pesquisa, sendo considerada uma potencialidade, mas também um desafio, pela necessidade de conhecimentos prévios do estudante em construção e gestão da construção. Essa pesquisa mostrou que a modelagem da informação da construção permitiu extrapolar os conhecimentos específicos em estruturas, relacionando-os com outras áreas do saber. A contribuição da pesquisa está no estudo de uma nova prática pedagógica para o ensino-aprendizagem de estruturas para arquitetura usando BIM, a geração de recomendações para o ensino e a aprendizagem, e as evidências de que investigações adicionais são necessárias para preencher as lacunas ainda existentes no tema.

Abstract: Understanding structural systems and their basic building components is essential to the conception of architecture. Thus, teaching structural systems is a fundamental step in the education of professionals in the field. For many years, teaching structural systems for architecture courses have been labeled as fragmented and abstract, with merely expository classes based on calculation, with programs lacking practical application. Currently, technological innovations are emerging in the offices of architects and engineers and are slowly changing the workflows of these professionals, which also open new possibilities for education. Given this context, the main objective of this research was to investigate the teaching-learning process of structural design and analysis for architecture students through BIM modeling and simulation. The research was designed as a qualitative-exploratory study carried out in the undergraduate architecture course at the Federal University of Santa Catarina and was divided in two stages: the first was an exploratory-preliminary study at the Architectural Design Studio course; the second was an exploratory study at the elective course Ateliê Livre, which emphasized structural design and analysis. The exploratory-preliminary phase identified the student's difficulties in solving structural and constructive systems in the architectural design studio. This exploratory-preliminary step along with comprehensive literature review on the topic elucidated the main problems in teaching structures for architecture, as well as new trends for pedagogical practices in the education of architects and engineers. The exploratory phase of the research proposed an investigation using Building Information Modeling, known as BIM, as a didactic resource. Instruments for data collection were interviews with a sample of eighteen students and the evaluation of the project processes developed in the elective course through images and videos. Content Analysis was the method used to analyze the data, which was organized using the ATLAS.ti software, with video files converted to text. Data was treated qualitatively by interpreting communication and quantitatively by measuring frequencies. These analyses revealed that the main challenge in the use of BIM in teaching-learning structural design and analysis was the occurrence of software messages about inconsistencies in the design, such as warnings and errors. However, this challenge generated behavioral attitudes in students, such as autonomy for research and engagement for structural experimentation through modifications in the BIM model, being an opportunity for the teaching-learning process. In addition, the interface of BIM structural design and analysis with other fields within civil construction, evidenced in the research instruments, is considered a benefit of BIM, but can also be a challenge for students, due to the need for prior knowledge in construction and management. This research showed that BIM allowed extrapolating specific knowledge in structures, relating them to other fields. Research contributions are the study of a new pedagogical practice for teaching-learning structural systems for architecture using BIM, the generation of recommendations for the teaching-learning process, and the evidence that additional investigations are necessary to fill the gaps that still exist in the subject.