1Introdução

O projeto em arquitetura é de natureza complexa e pode apresentar-se de diversas maneiras. “Parti.cipar+co.laborar” são atividades inerentes ao projetar, que evidenciam a natureza necessariamente coletiva do processo (SCRIVENER; BALL; WOODCOCK, 2000) e se fazem cada vez mais presentes na contemporaneidade, sobretudo quando envolvem temas complexos e/ou grandes escalas. Nesses projetos, as equipes de trabalho podem reunir diversos atores, sejam eles: usuários, clientes, projetistas ou especialistas de vários campos do conhecimento (SCRIVENER; BALL; WOODCOCK, 2000). Embora haja diferenças entre os tipos de processos coletivos, a exemplo do processo com a participação do usuário (SANDERS, 2000; SANDERS, 2006; SANDERS, 2009), o foco desse artigo será na discussão sobre o projeto colaborativo, em que há participação de mais de um especialista (VELOSO; ELALI, 2014).

Um dos processos colaborativos que envolvem diversos especialistas é o do projeto que busca o atendimento de metas de desempenho termoenergético e luminoso. Ele é influenciado pela introdução de novos procedimentos na prática projetual relativos à demanda de especialidade do arquiteto para quantificação das metas ambientais e aos ajustes no modo de organizar e trabalhar em equipe. O atendimento de metas dessa natureza ainda é um fato recente e vem sendo impulsionado pela popularização dos princípios bioclimáticos e da sustentabilidade ambiental, além da criação e obrigatoriedade de regulamentações, normativas e etiquetagens. Estas últimas estão atreladas à necessidade de estabelecer critérios mensuráveis para limitar os impactos causados pela indústria da construção, a exemplo da Etiqueta PBE-Edifica, que é obrigatória para edifícios públicos federais brasileiros desde 2014 (BRASIL, 2014). Essas medidas são respaldadas pelo conceito de sustentabilidade, criado no contexto de contaminação e escassez de recursos naturais e de mudanças climáticas (CORBELLA; YANNAS, 2003; MONTANER, 2012), e consideram, no campo das edificações, que a arquitetura pode ter o papel de reduzir ou até deter o impacto causado pelo consumo desenfreado de recursos (SYKES, 2013).

No entanto, a maneira tradicional de projetar, que envolve princípios baseados em função, forma e espaço, não considera o atendimento de critérios quantitativos de eficiência energética (AL-SAADANI; BLEIL DE SOUZA, 2016; SHI, et al., 2016). Em geral, as metas são expressas por valores quantitativos (BRASIL, 2009, 2012), mas, os arquitetos raramente possuem a formação com o aprofundamento necessário para a quantificação desses valores, que muitas vezes demandam o uso de ferramentas de simulação¹ (AL-SAADANI; BLEIL DE SOUZA, 2016; SHI, et al., 2016). Eles estão mais acostumados a trabalhar de maneira qualitativa (ALSAADANI; BLEIL DE SOUZA, 2018), ponderando a importância de cada parâmetro de projeto, de acordo com o contexto e seus diferentes pontos de vistas (MAHFUZ, 1995; LAWSON, 2011).

A forma mais recorrente de adaptação é a interação com especialistas, na qual o consultor sugere melhorias ao projetista. No entanto, existe uma disparidade nos tempos de avaliação e possibilidade de incorporar esses resultados no processo projetual. O consultor só consegue avaliar o projeto com informações detalhadas, normalmente, ao final do processo projetual (HENSEN; LAMBERTS, 2011). Por sua vez, o projetista se beneficia ao avaliar o projeto desde as primeiras fases (HOBBS et al., 2003), uma vez que as primeiras decisões projetuais são as que mais pesam no desempenho do edifício (BURBERRY, 1983; PEDRINI, 2003; HENSEN; LAMBERTS, 2011) e possíveis modificações devem ser realizadas ainda no início do projeto.

Para uma melhor interação sugere-se o trabalho em equipe (CHARNLEY; LEMON; EVANS, 2011; GOLDSCHIMIDT, 2014; ALSAADANI; BLEIL DE SOUZA, 2018). As características desse tipo de interação, perpassam pela comunicação entre os membros da equipe e pelo dimensionamento do trabalho necessário para o tempo disponível, o que demanda planejamento das atividades (CROSS, 2011) de maneira colaborativa, ao invés de dividir o trabalho em “partes”, em que cada integrante desenvolve uma atividade alheia aos demais (AL-SAADANI; BLEIL DE SOUZA, 2016).

O processo pode ser considerado colaborativo quando um único projeto requer a interação de mais de um especialista, compartilhando-se metas e intenções (SIMOFF; MAHER, 2000) e o conhecimento sobre o processo e o projeto (KLEINSMANN, 2006). No contexto de atendimento de metas de desempenho, é recomendável que se trabalhe com equipes multidisciplinares, envolvendo especialistas de diversas áreas, sobretudo quando o projeto se torna mais complexo (ALSAADANI; BLEIL DE SOUZA, 2018), e também que se busque por uma visão mais holística (CHARNLEY; LEMON; EVANS, 2011; AL-SAADANI; BLEIL DE SOUZA, 2016). Um projeto que envolve múltiplos participantes com especialidades distintas, demanda mais planejamento e organização por parte dos envolvidos. A colaboração também traz novas atividades as quais precisam ser incorporadas ao processo, como identificar, gerenciar e evitar conflitos (CROSS, 2011). Alguns processos colaborativos já tentam incorporar a integração de diversos membros desde o início do projeto, como é o caso do Projeto Integrado (IPD) (AIA, 2007; ANDRADE; RUSCHEL, 2013). Trabalhos indicam que o IPD é fundamental para atender a requisitos como no caso dos edifícios de energia zero (ZEB) (GARDE, et al., 2014). No entanto, os principais trabalhos desenvolvidos no Brasil ainda não focam no uso do IPD para o atendimento de metas ambientais. Essas atividades de gerenciamento e quantificação de metas podem ser consideradas como novos procedimentos que precisam ser incorporados na dinâmica projetual. Mas não está claro como os fluxos dessas informações se adequam ao processo. Logo, a análise do registro da organização das equipes e da sua interação podem ser referências para uma melhor compreensão de como se dá esse processo colaborativo para atendimento de metas ambientais, possibilitando reflexões e contribuições para sua organização.

Além disso, a produção científica que envolve o atendimento de metas de desempenho ambiental foca, em geral, os métodos de modelagem e em simulação desenvolvidos por engenheiros e físicos, enquanto que, frequentemente, a perspectiva do arquiteto é ignorada, apesar de sua importância na tomada de decisões. Poucos trabalhos focam na integração das técnicas de atendimento de metas no processo projetual, ou na percepção das técnicas de avaliação do desempenho do projeto pelos arquitetos (SHI, et al., 2016), ou, ainda, no reconhecimento de que essas técnicas devem se adaptar ao processo projetual, e não o contrário (MORBITZER, 2003). Assim, esse artigo é parte de uma pesquisa de doutorado e tem por objetivo levantar quais reflexões são pertinentes às fases iniciais de processo colaborativo que visa atendimento de metas de desempenho termoenergético e luminoso, aproximando a discussão à perspectiva do arquiteto projetista, e que, portanto, tem outros pontos de vista além do atendimento de metas ambientais.

2Método

O método consistiu na realização de um estudo de caso piloto, de caráter exploratório, que serviu de base para uma pesquisa maior, aplicada a outros casos. Os requisitos para seleção desse caso específico foram: acesso aos documentos relativos às etapas iniciais do processo (KLEINSMANN, 2006); envolvimento de especialistas com diferentes tipos de responsabilidades e tarefas (KLEINSMANN, 2006), sendo pelo menos um deles encarregado do desempenho termoenergético e luminoso da edificação; e, após verificação inicial, disponibilidade dos registros em número e qualidade necessários para análise em nível de estudo preliminar. Dessa forma, com base nesses critérios, foi selecionado o projeto do edifício da educação infantil de uma escola, no município de Parnamirim, localizado na Região Metropolitana de Natal/RN.

Assim, o estudo do caso ocorreu por meio da observação da reunião de apresentação do relatório “Relatório de diretrizes iniciais de projeto visando desempenho termo-luminoso e certificação ambiental PBE-EDIFICA”, da análise de documentos indicadores ou resultantes do processo projetual (croquis, diagramas conceituais, plantas, modelagens, relatórios, atas de reuniões e outros), e da elaboração do diagrama DICA-M (conforme item 2.1).

O projeto foi desenvolvido por dois escritórios de arquitetura e a consultoria foi realizada por uma empresa especializada, sendo uma das autoras do artigo parte da equipe de consultoria. Para avaliação do projeto, as consultoras utilizaram simulações computacionais simplificadas (HENSEN; LAMBERTS, 2011) nos programas computacionais de simulação: DesignBuilder (DESIGNBUILDER SOFTWARE LTD, 2000-2005), FlowDesign e Ecotect (MARSH, 2003), a partir do projeto em nível de estudo preliminar, recebidos em arquivos de AutoCAD e SketchUp.

Conforme sugerido por Braun e Clarcke (2006), a análise desses documentos foi guiada por algumas questões. Para o caso estudado, foram elaboradas as seguintes:

+ Caracterização do problema de projeto:

i.Qual meta deve ser atendida?

ii.Quais são as restrições?

iii.Qual o problema a ser resolvido?

iv.Qual a natureza do projeto?

v.Qual a sua dimensão?

+ Tomada de decisão

i.Quando e baseado em que surgiu a solução?

ii.Qual a interdependência das decisões?

iii.Qual a relação entre o nível de complexidade tecnológica e o nível de autonomia na decisão por parte do projetista?

iv.Qual o papel do consultor na tomada de decisões? Ele propõe soluções? Ou ele apenas testa soluções?

v.As decisões seguem hierarquia (horizontal, vertical, outra?)

vi.A meta aumenta o tempo necessário para tomada de decisão?

vii.Que informações são necessárias para a tomada de decisão (o que entra? Por que entra?)

viii.Que informações são produto da tomada de decisão (o que sai? Por que sai?)

ix.Enfim, qual decisão é tomada em cada etapa de projeto visando às metas?

+ Recursos utilizados (humanos, tecnológicos, informacionais, etc.)

i.Quais os recursos humanos envolvidos no atendimento à meta?

ii.Quais os recursos tecnológicos necessários para avaliar o atendimento à meta?

iii.Quais os recursos informacionais necessários para avaliar o atendimento à meta? Foi necessário o compartilhamento de quais informações? Por meio de que recursos?

2.1 Diagrama DICA-M

O Diagrama DICA-Multidisciplinar (Diagrama DICA-M) é uma versão ampliada, para representar a inserção da equipe multidisciplinar no Diagrama DICA, desenvolvido por Dutra (2010). O diagrama proposto por ele está estruturado a partir das principais categorias de ações para o desenvolvimento de projetos bioclimáticos, reunindo: informações, decisões de projeto, síntese conceitual (metas e alvos), análise, síntese projetual, conjectura e ferramentas de suporte ao projeto ambiental (Environmental Design Support Tools – EDST). Cada uma dessas categorias está disposta em uma linha, na qual, uma ação é representada por um ponto. Os pontos são ligados cronologicamente por uma linha que representa o processo projetual.

Espera-se que o uso desse diagrama facilite a visualização da sequência das ações de projeto durante o processo, qual sequência antecede a tomada de decisão e em qual ação cada membro da equipe está envolvido. Entende-se que esse recurso se adequa aos projetos que visam atendimento de metas ambientais, já que ele foi desenvolvido para analisar processos de projetos bioclimáticos.

Para a versão multidisciplinar (Figura 1), foram acrescentadas algumas informações à estrutura do diagrama desenvolvido por Dutra (2010): os diversos membros da equipe de projeto, representados por cores diferentes (Figura 1A), a identificação dos momentos dos trabalhos coletivos ou individualizados, ao longo do processo (Figura 1B), bem como a identificação da fase na qual o projeto se encontra e a inserção da identificação do projeto (Figura 1C).

3Estudo de caso

O estudo de caso trata da interação entre arquitetas e consultoras durante o estudo preliminar do projeto de uma escola de educação infantil com funcionamento diurno. Para o desenvolvimento do projeto, as arquitetas trabalharam com conceitos de acolhimento, complexidade, polivalência, transparência, ludicidade, religiosidade, tecnologia e sustentabilidade (Figura 2). De acordo com as arquitetas, a etiqueta era essencial para quantificar e comprovar as estratégias de conforto adotadas, demonstrando o empenho e inovação do empreendimento.

O esboço inicial do estudo preliminar é composto por dois pavimentos (Figura 3 e 4), totalizando, aproximadamente, 6017m² de área construída. A orientação predominante do edifício é Nordeste, mesma orientação da maioria das salas de aula. O edifício apresenta também outras três áreas de sala de aula paralelas, orientadas a Sul e a área administrativa a Noroeste.

O projeto está localizado no município de Parnamirim/RN, a 05º 54' 56" S de latitude e 35º 15' 46" W de longitude. O clima é quente e úmido, com temperaturas médias por volta de 27°C e umidade relativa do ar em torno de 70%. A cidade está na Zona Bioclimática 08, para qual se recomendam: ventilação natural; proteção contra a radiação solar; ventilação noturna e movimento do ar interno; associação de ventilação, inércia térmica e resfriamento evaporativo (ABNT, 2005).

4Resultados

A interação entre arquitetas e consultoras ocorreu durante o acompanhamento do projeto para fins de desempenho termoenergético, luminoso e de etiquetagem de eficiência energética, a partir de uma primeira versão do estudo preliminar. A troca de informações inicial entre arquitetas e consultoras ocorreu por meio de reunião para definição de metas ambientais a serem atendidas e explicação de conceitos, condicionantes e ideias iniciais do projeto.

A avaliação preliminar de desempenho térmico constou de análise de carga térmica, sombreamento e ventilação natural; avaliação preliminar de otimização de luz natural; e apresentação da etiqueta PBE-Edifica. A análise de carga térmica identificou as fontes para essas cargas por zona térmica, indicando quais deveriam ser removidas por meio da ventilação natural ou condicionamento artificial. A principal fonte de carga térmica identificada foi a radiação solar e, para sua redução, foi sugerido o sombreamento das aberturas.

A análise de sombreamento considerou os elementos já definidos para cada abertura, observando seu desempenho em termos percentuais (Figura 7). Para os casos nos quais o sombreamento não foi satisfatório, as consultoras simularam algumas opções de proteção solar adequadas e inadequadas para a abertura em questão. Essas análises consideraram também a parte da abóbada celeste que deveria evitar obstrução e, assim, contribuir para a iluminação natural.

A ventilação natural foi abordada por meio do cálculo da renovação de ar por hora no interior de cada zona térmica, o que indicou a necessidade de aumentar as áreas de abertura efetiva para ventilação. As janelas especificadas, em sua maioria, eram de correr, cuja área de abertura para ventilação corresponde a apenas 45% da área do vão. Para as zonas térmicas consideradas insatisfatórias, ilustraram-se alternativas de tipos de esquadrias que aumentariam a área para ventilação.

Também considerou-se a influência da orientação na ventilação natural. Identificou-se os coeficientes de pressão para verificar o potencial da ventilação cruzar os ambientes, a existência de barreiras de vento e as distâncias recomendadas entre os blocos. Em decorrência, sugeriu-se mudança na forma da edificação, o uso de captadores de vento ou de elementos verticais que pudessem aumentar a diferença de pressão ou redirecionar o percurso do vento.

A avaliação preliminar visando a otimização de luz natural foi realizada em termos qualitativos. Os aspectos abordados foram: abertura efetiva para iluminação, profundidade dos ambientes com relação à altura das aberturas, layout do mobiliário, refletância da superfície interna dos ambientes; orientação das aberturas, proteção solar das aberturas e obstrução do entorno. Foram apresentados princípios arquitetônicos para otimização da iluminação natural que pudessem ser aplicados ao projeto e foram exemplificados tipos de sombreamento mais eficientes para cada orientação e sugeridos a utilização de paisagismo para obstrução da radiação direta nas aberturas e aproveitamento da luz natural (Figura 8).

Por fim, a etiqueta PBE-Edifica foi apresentada em termos dos sistemas avaliados e parâmetros de cálculo. Como recomendações, foram indicados os pontos críticos do regulamento que impactavam no projeto de arquitetura e quais parâmetros deveriam ser atentados para cada um desses itens para atingir o nível A de eficiência energética. A consultoria destacou a importância da escolha do material que compõe a cobertura, da redução de área de abertura exposta à radiação e das cores dos revestimentos.

4.1 Análise de documentos

Inicialmente, a consultoria trabalhou no sentido de analisar o desempenho do projeto e compreender as diretrizes projetuais, de maneira que pudessem ser discutidas soluções para os problemas identificados que não fossem conflitantes com os princípios do projeto. Essas informações foram registradas em formato de relatório, com 56 páginas, o qual foi apresentado em uma reunião com as arquitetas, cuja duração foi de aproximadamente 3 horas. Além de apresentar as análises realizadas, a reunião permitiu explicar princípios termofísicos e estratégias bioclimáticas que embasavam as referidas análises e também abriu espaço para que as arquitetas tirassem dúvidas sobre os pontos apresentados.

A partir das informações trocadas nessa primeira fase, as arquitetas responsáveis pelo desenvolvimento do projeto trabalharam de duas maneiras, tentando:

+ incorporar as sugestões dadas à proposta arquitetônica, tentando conciliar, principalmente, aspectos estéticos da edificação.

+ compreender os princípios bioclimáticos para trazer novas soluções projetuais aos problemas apontados como críticos, a partir das ilustrações e explicações.

As principais restrições identificadas nessa fase de projeto foram o formato do terreno, um polígono irregular, e a área do terreno já comprometida com vagas de estacionamento, correspondente à edificação já existente da escola (atual ensino infantil, fundamental e médio). Esses dois fatores, aliados ao extenso programa e pré-dimensionamento, restringiu a orientação dos blocos ao paralelismo com os limites do lote (Figura 9 e 10). Outra restrição considerável foi a necessidade de visuais liberadas para que o coordenador conseguisse ter domínio visual das crianças em, praticamente, qualquer ponto da escola e a interação das crianças com a vegetação. A necessidade de ter a visual liberada levou a uma maior discussão para solução de sombreamento do corredor do térreo, que optou por utilizar a vegetação (Figura 11 e 12).

Nessa primeira etapa, as metas guiaram o desenvolvimento das proteções solares (Figura 11, 12 e 13), tipo de janelas (Figura 13) e especificação de materiais para paredes e coberturas. No entanto, a orientação, que facilitaria a ventilação natural, o sombreamento e, consequentemente, a iluminação natural, não pode ser alterada. A restrição da disponibilidade de área e o formato do terreno se colocaram como fatores limitadores. Apesar da manutenção da orientação, vê-se que esses problemas foram contornados com uso de soluções projetuais que necessitariam de um estudo mais aprofundado, como a incorporação de sheds, prateleira de luz e uso de proteções solares que restringem a visual (Figura 14).

A indicação da necessidade de refinar decisões como o tipo específico de proteção para cada abertura; o tipo de abertura e sua área efetiva para ventilação; a incorporação de sheds e prateleira de luz, sugerem o desenvolvimento mais aprofundado de soluções projetuais em fases iniciais do projeto. Isso porque o desenho da abertura e da proteção solar, por exemplo, comumente seria pensado apenas na fase de detalhamento do projeto. Além disso, a questão da incorporação dos sheds e prateleiras de luz restringe soluções baseadas em experiências precedentes que podem ser incorporadas sem pensar detalhadamente o impacto dela na edificação (RODRIGUES; PEDRINI, 2017).

Apesar do caráter objetivo da meta, a forma de resolver o problema não é única. Assim, a interação com as projetistas e a demanda delas por entender os conceitos termofísicos enfatizaram que a subjetividade também se faz presente na solução projetual. O fluxo de informações identificadas está apresentado na Quadro 1.

4.2 Diagrama DICA-M aplicado ao estudo piloto

A análise do diagrama DICA-M aplicado ao estudo piloto (Figura 15), se inicia quando a arquiteta autora do projeto busca contato com as consultoras de desempenho ambiental (térmico, lumínico e de etiquetagem). Nesse primeiro contato, a arquiteta já tinha a programação arquitetônica definida, a nível de determinação de objetivos, restrições e conceitos que deveriam ser trabalhados no projeto. Também já estava desenvolvido um esboço em planta-baixa e volume, do que se pretendia para o projeto. Assim, a interação da arquiteta principal com as consultoras se iniciou com o estabelecimento das metas de desempenho, em uma reunião presencial, por meio de discussão coletiva.

Após essa primeira etapa, houve um momento de análise apenas das consultoras, sem participação das arquitetas. As análises, em geral, foram realizadas utilizando o embasamento do referencial bibliográfico e de simulações computacionais. Durante esse momento, foi recorrente o movimento de análise para conjectura. Isso porque, além de analisar o projeto, as consultoras sentiram a necessidade de exemplificar, por meio de imagens, soluções que funcionariam e que não funcionariam, para auxiliar a compreensão das arquitetas no momento da decisão projetual.

O terceiro momento foi novamente de discussão coletiva, quando as consultoras apresentaram as análises para as arquitetas. Nessa reunião, com parte da equipe presente e parte por videoconferência, as consultoras apresentaram as análises e tentaram explicar os princípios termofísicos que fundamentavam os resultados. Ao final da apresentação, as arquitetas questionaram sobre novas soluções, considerando outros fatores envolvidos no projeto, como estética e aproveitamento do terreno.

As novas decisões e sínteses projetuais demandaram um segundo ciclo de análises, que foram realizadas e enviadas virtualmente para as arquitetas por meio de relatório. Por se tratar análises feitas a partir de sínteses projetuais propostas pelas arquitetas, após as análises, seguiu-se para a tomada das decisões projetuais.

5 Considerações finais

O projeto estudado se insere na temática “parti.cipar+co.laborar”, se aproximando da definição de projeto colaborativo, em que uma equipe multidisciplinar trabalha com divisão de tarefas com reuniões para ajustar o entendimento e as decisões tomadas. O momento da reunião pode ser percebido com uma forte tendência à colaboração e à decisão coletiva. Muitos desafios ainda precisam ser superados para a colaboração efetiva, que inclui o gerenciamento do processo projetual desde as etapas iniciais, a exemplo do entendimento da necessidade de realizar encontros constantes para se discutir os temas sob os pontos de vista dos diversos envolvidos.

Na fase inicial do projeto analisado, as reflexões enfatizaram questões relativas à forma, orientação e anteciparam questões como diretrizes de sombreamento e configuração de janelas para quantificar a renovação de ar no ambiente. Já a tomada de decisões permeou duas posturas principais: quando as arquitetas apenas seguem as recomendações das consultoras, ou quando elas tentam compreender os princípios termofísicos para se apropriar das definições e propor novas soluções projetuais a partir desse entendimento. A segunda postura indica maior grau de autonomia e embasamento das decisões projetuais.

Em análises futuras, devem ser incorporadas entrevistas com projetistas e consultores e/ou anotação e gravação das reuniões, a fim de complementar lacunas na compreensão dos documentos. Salienta-se a importância de repetir o estudo com um maior número de casos e de fases projetuais, permitindo analisar recorrências e similaridades entres as reflexões dos projetistas.

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1Introduction

The architectural design nature is complex and can be presented in a variety of ways. “Parti.cipar+co.laborar” are inherent activities to designing, which evidence the nature of the process Scrivener, Ball and Woodcock, 2000) and are increasingly present in contemporary times, especially when they involve complex themes and/or large scales. In these projects, work teams can bring together various participants, whether they are: users, clients, designers or experts from various fields of knowledge (Scrivener, Ball and Woodcock, 2000). Among different types of collective design process, such as the process with user participation (Sanders, 2000, 2006, 2009), the collaborative design with the participation of more than one expert is discussed in this article (Veloso and Elali, 2014).

The fulfilment of thermo-energetic and daylight performance goals involves several specialists and is influenced by the introduction of new procedures in design practice, related to the architect's specialization and needs, such as the quantification of environmental goals and adjustments in the way of organizing team works. Such needs are historically recent due to the introduction of bioclimatic principles and environmental sustainable concerns, as well as the introduction and obligation to meet regulations, standards and labels.The latter are linked to the need of measurable criteria to limit the impacts caused by the construction industry, such as the PBE-Edifica energy label, which is mandatory for Brazilian federal public buildings since 2014 (Brasil, 2014). These measures are supported by the concept of sustainability, in the context of contamination and scarcity of natural resources and climate change (Corbella and Yannas, 2003; Montaner, 2012), and regard, in the construction field, that architecture can have the role of reducing or even halting the impact caused by the uncontrolled consumption of resources (Sykes, 2013). 

However, the traditional way of designing, which involves principles based on function, form and space, does not consider the fulfilment of quantitative criteria of energy efficiency (Al-Saadani and Bleil de Souza, 2016; Shi,et al., 2016). In general, the goals are expressed by quantitative values (BRASIL, 2009; 2012), but the architects rarely have the training with necessary depth to quantify these values, which often require the use of simulation tools¹ Al-Saadani and Bleil de Souza, 2016; Shi,et al., 2016). They are more familiar working qualitatively (Al-Saadani and Bleil de Souza, 2018),pondering the importance of each design parameter, according to the context and their different points of view (Mahfuz, 1995; Lawson, 2011). 

The most common form of adaptation is the interaction with experts, in which the consultant suggests improvements to the designer.However, there is a disparity in the time needed for evaluation and the possibility of incorporating these results into the design process. The consultant can only evaluate the project with detailed information, usually at the end of the design process (Hensen and Lamberts, 2011). However, the designer benefits from evaluating the project since the early stages (Hobbs,et al., 2003), regarding the first design decisions are more impacting in the building performance (Burberry, 1983; Pedrini, 2003; Hensen and Lamberts, 2011) and possible modifications should be done at the early design. 

Teamwork is suggested for a better interaction (Charnley, Lemon and Evans, 2011; Goldschimidt, 2014; Al-Saadani and Bleil de Souza, 2018). Communication between the members and the task measuring for the available time demand planning activities (Cross, 2011) in a collaborative way instead of splitting into parts, in which each member develops an unrelated activity to another (Al-Saadani and Bleil de Souza, 2016). 

The process can be assumed collaborative when a single design requires the interaction of more than one expert, sharing goals, intentions (Simoff and Maher, 2000) and knowledge about the process and about the design (Kleinsmann, 2006). In the context of meeting performance goals, it is advisable to work with multidisciplinary teams, involving specialists from different fields, especially when the design becomes more complex (Al-Saadani and Bleil de Souza, 2018), seeking a more holistic view (Charnley, Lemon and Evans, 2011; Al-Saadani and Bleil de Souza, 2016). A design that involves multiple participants with different specialties demands more planning and organization by those involved. 

Collaboration also brings new activities that need to be incorporated into the process, such as identifying, managing, and avoiding conflicts (Cross, 2011). Some collaborative processes already try to incorporate the integration of several members from the beginning of the project, such as the Integrated Project Delivery (IPD) (AIA, 2007; Andrade and Ruschel, 2013). Papers indicate that IPD is fundamental to meeting requirements such as zero energy buildings (ZEB) (Garde, et al., 2014). Although, the main works developed in Brazil still do not focus on the use of IPD to meet environmental goals.

These goals management and quantification activities can be considered as new procedures that need to be incorporated into the design dynamics. But it is not clear how the flow of this information fits the process. Therefore, the analysis of the organization's records of the teams and their interaction can be references for a better understanding of how this collaborative process occurs in order to meet environmental goals, allowing reflections and contributions to their organization.

In addition, the academic researches involving meeting environmental performance goals generally focus on modelling and simulation methods developed by engineers and physicists, while the architect's perspective is often ignored, despite its importance in decision-making. Few projects focus on the integration of techniques for achieving goals in the design process, or on the perception of architects' techniques for performance evaluation (Shi, et al., 2016), or in the recognition that these techniques must adapt to the design process, not the opposite (Morbitzer, 2003). Thus, this paper is part of a doctoral research and aims to identify which considerations are pertinent to the early collaborative design process that aims to meet the goals of thermo-energetic and daylight performances, bringing the discussion closer to the perspective of the designer, who has other obligations beyond the fulfilment of environmental goals.

2Method

The method consisted in performing an exploratory pilot case studyfor further research, and other cases. The requirements for selecting this specific case were: access to documents related to the early design stages (Kleinsmann, 2006); involvement of specialists with different types of attributions and tasks (Kleinsmann, 2006), at least one of them being in charge of the thermal and energetic performance of the building; and, after initial assessment, availability of records in number and quality, enough for analysis at a sketch design level. Based on these criteria, the selected design was the children's education building of a school in Parnamirim, in the metropolitan area of Natal / RN.

Thus, the case study assessed the meeting for the presentation of the report "Report of initial design guidelines for thermo-luminous performance and environmental certification PBE-EDIFICA", analysing indicators or resulting documents of the design process (sketches, conceptual diagrams, plans, modelling, reports, records of meetings and others), and the elaboration of the diagram DICA-M (according to item 2.1).

The design was developed by two architecture offices and the consultancy by a specialized company (one of the authors of the article was part of the consulting team). The consultants used simplified computational simulations to evaluate the design (Hensen and Lamberts, 2011) in softwares DesignBuilder (Designbuilder Software Ltd, 2000-2005), FlowDesign and Ecotect (Marsh, 2003), based on the sketches, AutoCAD and SketchUp plans and drawings at early stage.

The documents analyses were guided by questions based on Braun and Clarcke (2006) suggestions:

+ Characterization of the design problem:

i.Which goal should be match?

ii.What are the restrictions?

iii.What is the problem to solve?

iv.What is the nature of the design?

v.What is its dimension?

+ Decision-making

i.When and where did the solution come from?

ii.What is the interdependence of the decisions?

iii.What is the relationship between the level of technological complexity and the degree of autonomy in decision by the designer?

iv.What is the role of the consultant in making decisions? Does he/she propose solutions? Or does he/she just test solutions?

v.Do the decisions follow hierarchy (horizontal, vertical, other)?

vi.Does the goal increase the time needed for decision-making?

vii.What information is needed for decision-making? (What is considered? Why is it considered?)

viii.What information is a product of decision-making? (What results of it? Why is this result produced?)

ix.Finally, what decision is made at each stage of the project aiming to meet the goals?

+ Resources used (human, technological, informational, etc.)

i.What human resources are involved in meeting the goal?

ii.What technological resources are needed to evaluate the goal?

iii.What information resources are needed to evaluate the goal? Was it necessary to share what information? By what means?

2.1 DICA-M Diagram

The DICA-Multidisciplinary Diagram (DICA-M Diagram) is an expanded version, to represent the insertion of the multidisciplinary team in the DICA Diagram, developed by Dutra (2010). The diagram proposed by him is structured on the main measures for the development of bioclimatic projects: gathering of information, design decisions, conceptual synthesis (goals and targets), analysis, design synthesis, conjecture and Environmental Design Support Tools (EDST). Each of these categories is arranged in a line, in which an action is represented by a point. The points are linked chronologically by a line representing the design process.

The diagram application is expected to facilitate the visualization of design action sequences during the process, which action precedes the decision making, and in which action each team member is involved. It was developed to analyze bioclimatic design processes and it is understandable to meet environmental goals.

Information was added to the structure of the diagram developed by Dutra (2010), for the multidisciplinary version (Figure 1): the different members of the project team, represented by different colours (Figure 1A); the identification of moments of collective or individualized work along the process (Figure 1B); the identification of the phase and the design identification (Figure 1C).

3Case Study

The case study deals with the interaction between architects and consultants during the sketch design stage of a daytime nursery school. For the development of the project, the architects worked with concepts of welcoming, complexity, polyvalence, transparency, playfulness, religiousness, technology and sustainability (Figure 2). According to the architects, the energy label was required to quantify and prove the environmental comfort strategies adopted, demonstrating the commitment and innovation of the development. 

The initial drawing of the sketch design stage is composed of two floors (Figure 3 and 4), totalizing approximately 6.017 m² of constructed area. The predominant orientation of the building facades is Northeast, same orientation of most classrooms. The building also has three other parallel classroom areas, oriented to the South and the administrative area to the Northwest.

The project is located in Parnamirim/RN, at latitude of 05º 54 '56 "S and longitude of 35º 15' 46" W. The climate is warm and humid, with average temperatures around 27°C and relative humidity around 70%. The city is in Bioclimatic Zone 08, which recommends: natural ventilation; solar shading; night ventilation and internal air movement; ventilation combined with thermal inertia and evaporative cooling (ABNT, 2005).

4Results

The interaction between architects and consultants occurred during the evaluation of the design for thermo-energetic, daylight performance and energy efficiency labelling, from a preliminary version of the sketch design stage. The initial information exchange between architects and consultants occurred through a meeting to define environmental goals to be met and an explanation of design concepts, constraints and initial ideas.

The preliminary evaluation of thermal performance consisted in: analysis of thermal loads, shading and natural ventilation; preliminary assessment of natural light optimization; and presentation of the energy label PBE-Edifica. The thermal load analysis identified the thermal zone load sources, indicating the ones should be removed by natural ventilation or artificial conditioning. The main source of thermal load was solar radiation and it was suggested shading the openings.

The shading analysis assessed the current openings, observing their performance in terms of percentage (Figure 7). For those cases where the shading was not satisfactory, the consultants simulated some adequate and inadequate solar shading options. These analyses included the quantification of visible sky factor, to achieve daylight potential use.

The natural ventilation performance was assessed calculating the air renewal per hour of each thermal zone, and the need of increasing current opening dimensions. The windows specified, for the most part, were sliding windows, whose vent opening area corresponds to only 45% of the window area. For thermal zones considered to be unsatisfactory, alternative types of window that would increase the area for ventilation were introduced. 

The influence of orientation on natural ventilation was also considered. Pressure coefficients were identified to verify the potential of crossed ventilation, the existence of wind barriers and recommended distances between building blocks. As a result, it was suggested a building form change, the use of wind deflectors or vertical elements to increase the pressure differences or redirect the wind trajectory. 

The preliminary evaluation aimed a daylight optimization, performed qualitatively. The aspects assessed were: effective opening for lighting, room depth opening height ratios, furniture layout, room internal surface reflectances; opening orientation, opening solar shadings and surrounding obstructions. Architectural principles were presented for the optimization of daylight that could be applied to the project, and more efficient shading types were proposed for each orientation and the use of landscaping to obstruct the direct solar radiation on the openings and use of daylight were suggested (Figure 8).

At the end, the energy label PBE-Edifica was presented concerning systems and calculation parameters. Recommendations were elaborate to address the regulation critical points in relation to the architecture project in order to achieve energy efficiency level A. The consultancy highlighted the importance of selecting the adequate roof material, the reduction of the opening area exposed to solar radiation and the external colours.

4.1 Document Analysis

Initially, the consultancy assessed the design performance and the design guidelines compatible with the project principles. This information was formatted in a 56-page report, which was presented at a meeting with the architects, which lasted approximately 3 hours. The meeting also contributed to explain the thermo-physical principles and bioclimatic strategies related to the analyses and allowed the architects to discuss the presented points. 

From the information exchanged in this first phase, the architects in charge of the project development worked in two ways, trying to:

+ incorporate the suggestions given, trying to reconcile, mainly, aesthetic aspects of the building

+ understand bioclimatic principles to bring new design solutions to problems identified as critical from the illustrations and explanations.

The main constraints identified in this design phase were the irregular shape of the site, and its area already compromised with parking spaces, corresponding to the existing school building (current nursery, middle and high school). These two factors, in addition to the extensive program and pre-dimensioning, restricted the blocks orientation to parallel with the lot boundaries (Figure 9 and 10). Another noticeable restriction was the need for open visuals to keep the children in the supervisor’s sight at practically any point of the school, and for children interaction with the vegetation. The need of open visuals led to further discussion about shading solution of the ground floor corridor, choosing vegetation (Figure 11 and 12).

In this first step, the goals guided the development of the solar shadings (Figure 11, 12 and 13), type of windows (Figure 13) and specification of wall and roof construction system. However, the orientation, which would facilitate natural ventilation, shading and hence daylighting, could not be changed. The available area restriction and the site format were considered as limiting factors. The preservation of the orientation resulted in design alternatives that would require a more in-depth study, such as incorporation of sheds, light shelves and use of sunshades that restrict the user’s vision of the outside (Figure 14). 

The need of refining decisions suggest a deeper development of design solutions in the early stages of the project, such as the specific type of shading for each opening, the current type and opening area for ventilation, and the incorporation of sheds and light shelves. Such design solutions are usually elaborated only in the detailing phase. Furthermore, incorporating sheds and light shelves restricts solutions based on previous experiences that can be incorporated without thinking in detail about their impact on building (Rodrigues and Pedrini, 2017).

Despite the goal objectivity, there is no only way to solve the problem. Thus, the interaction with the designers and their demand to understand the thermo-physical concepts emphasized that subjectivity is also present in the design solution. The identified information flow is shown in Table 1.

4.2 DICA-M Diagram applied to pilot study case

The analysis of the DICA-M diagram applied to the pilot study (Figure 15) begins when the author of the project contacts the environmental performance consultants (thermal, lighting and labelling). In this first contact, the architect already had the architectural programming defined, in terms of determining objectives, constraints and concepts that should be developed. A ground floor, second floor and volume sketchs had also been developed to what the designer intended. Thus, the interaction between the principal architect and the consultants began with the establishment of the performance goals, in a face-to-face meeting, through a collective discussion. 

After this first stage, there was a moment for the consultants’ analysis, without the participation of the architects. The analyses, in general, were carried out basing on bibliographic references and computer simulations. During that time, the movement from analysis to conjecture was frequent, due to the consultant needs to exemplify, through images, solutions that perform adequately, or not, to support the understanding of the architects at the moment of the design decision.

The third moment was a collective discussion, again, when the consultants presented the analyses to the architects. At the meeting, part presential and part by videoconference, the consultants introduced the analyses and attempted to explain the thermo-physical principles underlying the results. At the end of the presentation, the architects elaborated new solutions, considering other factors involved in the project, such as aesthetics and site occupancy, and questioned the consultant about them. 

The new design decisions and syntheses required the second cycle of analyses, which was carried out and sent virtually to the architects in a report. Because the analyses were made based on the design syntheses proposed by the architects, after the analyses, they proceeded to decision-making. 

5Final considerations

The sketch design studied is part of the theme "parti.cipar+co.laborar", approaching the definition of a collaborative design, in which a multidisciplinary team works with the division of tasks and meetings to adjust the understanding and the decisions taken. The timing of the meeting can be perceived with a strong tendency towards collaboration and collective decision-making. Many challenges still need to be overcome for effective collaboration, which include managing the design process from the earliest stages, such as understanding the need to hold regular meetings to discuss the issues from the points of view of the various members involved.

In the early design phase of the case studied, the considerations emphasized issues related to shape, orientation, and anticipated shading guidelines and window characteristics to quantify room air renewal. Decision-making has permeated two main moments: when architects only follow consultants' recommendations, or when they attempt to understand thermo-physical principles to appropriate the definitions and propose new project solutions from that understanding. The second posture indicates a greater degree of autonomy and validity of the design decisions.

In future analyses, interviews with designers and consultants and/or annotation and recording of meetings should be incorporated to complement gaps in document understanding. It is important to repeat the study with a greater number of cases and design phases, allowing the analysis of recurrences and similarities between the reflections of the designers.

References

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