Resumo Este artigo investiga na indústria da construção, através da fabricação digital e robótica, um conceito denominado “Arquitetura 4.0”. Através de um estudo explorando as tecnologias fundamentais para automação robótica, utilizando manufatura aditiva¹ (impressão 3D de concreto) e subtrativa² (Usinagem CNC³) e a automação robótica no campo da construção civil, há uma análise sobre os avanços nas limitações no canteiro de obras, permitindo a materialização de geometria complexas. Há ainda uma análise crítica sobre as barreiras econômicas e tecnológicas sobre uma adoção em larga escala da “Arquitetura 4.0”.

Palavras-chave: Fabricação Digital, Construção Robótica, Arquitetura 4.0, Manufatura Aditiva, Manufatura Subtrativa, Formas Complexas, Automação na Construção.

O Advento da Arquitetura 4.0

     Um dos setores e mais antigos da atividade humana, não consegue avançar em termos de tecnologia e processo de manufatura como ocorreu na indústria 4.0 (automação na fabricação de produtos utilizando principalmente a robótica e processos autônomos). Essa transição significa uma integração de sistemas, físicos, digitais, de automação e digitalização em todas as pontas durante o processo de concepção e construção no ambiente construído. A revolução industrial redefiniu os métodos de produção, e nesse momento de era digital, há um desafio em como os edifícios são projetados, mas também fabricados e materializados. É um movimento na arquitetura, um processo que vem se consolidando a longo dos anos afim de avançar nos processos arquitetônicos.

     Este processo não é apenas a adoção de novas ferramentas de software na fase de projeto, mas engloba também um fluxo de dados contínuo, conectando o modelo computacional diretamente com as máquinas de fabricação e robôs no canteiro de bras. Uma integração como essa renova praticamente toda a cadeia de processo tradicional e fragmentada, que vai da cadeia de comando, ao projeto e a execução. A representação geométrica do modelo digital sai do campo de apenas uma representação digital para ser interpretadas no canteiro de obras para um guia diretamente ligada a ação de construir, a ação das máquinas, reconfigurando as relações entre o design, engenharia e construção, e criando um nível de colaboração interdisciplinar entre arquitetura, ciência da computação, engenharia de controle, robótica, entre outros.

As Limitações da Construção Tradicional

     É necessário analisar criticamente as deficiências dos métodos construtivos convencionais, na qual ela é extremamente conservadora, praticamente sem evolução ao longo do século, enfrentando assim desafios crônicos limitando a eficiência, segurança e inovação. Um dos maiores problemas é a baixa produtividade, tendo atrasos em cronogramas, orçamentos estourados são praticamente regras em todo canteiro de obra, muitas das vezes com processos manuais com adoção de tecnologia de forma lenta. Esse congestionamento no canteiro de obras agrava a ineficiência. A questão de precisão na construção dendê praticamente das habilidades dos trabalhadores, tenso assim consequentemente erros humanos que geram retrabalho e desperdício.

     Com isso o desperdício de materiais é consequência, por exemplo o corte manual de materiais diretamente no canteiro de obras gera quantidades significativas de resíduos, e a logística para compras desses insumos sempre deve ser calculada em excesso para compensar as perdas. O mesmo acontece na questão da segurança, sengo o canteiro de obras o mais suscetível a riscos em praticamente todas as tarefas, sejam trabalhar em altura ou manusear equipamentos com risco de corte por exemplo.

Da Representação à Materialização Direta

     É necessária uma transição a partir de um modelo baseado na representação para um modelo de materialização direta. No sistema tradicional, o projeto arquitetônico é uma representação abstrata da realidade que será construída, e ela é interpretada pelos agentes dessa construção, esse processo manual de informações pode ser perdido, mal interpretada ou perdida pois necessita de trabalho manual.

     A arquitetura 4.0 é o rompimento dessa lógica, na qual o modelo digital deixa de ser um desenho para se tornar um conjunto de instruções de máquina, como um guia para o processo de fabricação, gerando assim duas consequências diretas. Otimização do processo construtivo, como novos níveis de precisão, velocidade e eficiência no emprego dos materiais e na forma como o arquiteto projeta, expandido seu domínio no processo. Essa transição funde o ato de projetar com o ato de programar a fabricação, não se isolando apenas na concepção da fora, mas abrangendo o conhecimento nos equipamentos, materiais e processos de fabricação, evoluindo assim de um desenho representacional para um script algoritmo.

Impressão 3D: Construindo Camada por Camada

     A impressão 3D, engloba um conjunto de tecnologia que constroem objetos tridimensionais adicionando material camada sobre camada, através de um modelo digital, na construção civil, essa extrusão de materiais cimentícios por enquanto é uma das melhores técnicas para revolucionar como as estruturas de concreto são erguidas.

     Esse processo de extrusão do concrete envolve o depósito contínuo de um concreto especial, controlado por um sistema robótico (podendo ser um braço articulado como acontece na indústria automotiva). O funcionamento consiste em filamentos ou cordões de concretos depositados em camadas sucessivas para formar o conceito de paredes ou outros elementos estruturais como vigas e colunas.

     Apesar de eficazes, esse tipo de sistema tem algumas limitações de tamanho máquinas precisam ter espaço para trabalhar, sendo necessário na maioria das vezes serem maiores que as construção, há problemas logísticos também como transporte e montagem no local.

Usinagem por Controle Numérico Computadorizado (CNC)

     A tecnologia central da manufatura subtrativa é o uso do CNC, que são máquina fresadoras, cortadores a laser ou jato de água que utiliza um código específico a partir de um modelo CAD para guiar as ferramentas com precisões milimétricas. O CNC é elogiado devido a altíssima precisão dimensional, excelente acabamento e capacidade de trabalhar com uma vasta gama de materiais, sendo também extremamente rápido na concepção. O ponto fraco é a geração de desperdício, pois o material removido do corte é praticamente descartado, sendo assim utilizado somente em processos que exigem excelente precisão e acabamento.

Desafios, Implicações e o Futuro da Arquitetura 4.0

     Apesar de potencial transformador nos avanços da construção no canteiro de obras, a transição para a Arquitetura 4.0 está cheia de obstáculos, sendo que a adoção em larga escala da fabricação digital e da robótica enfrenta muitas barreiras complexas além dos desafios tecnológicos. Sendo algumas das barreiras a cultural, econômica e sistêmica, refletindo o que hoje é a inércia da indústria civil que está enraizada em processos tradicionais. Superar estes desafios exige não apenas inovação tecnológica, mas uma reestruturação organizacional, educacional e regulatória para acelerar este processo de transformação.