Diseño basado en prestaciones en la arquitectura. Estrategias proyectuales para mejorar la eficiencia energética de los edificios

Abstract

En el context actual, en què l'estalvi en el consum d'energia s'ha convertit en un objectiu prioritari per a l'arquitectura, són necessaris mètodes i eines que permetin projectar amb eficàcia edificis energèticament eficients. El disseny basat en prestacions (performance-based design o PBD) és un mètode de disseny que aspira a millorar la presa de decisions durant el projecte per tal de garantir que un cop construït el edifici complirà amb els requisits preestablerts. El disseny basat en prestacions (DBP) va sorgir a partir de la Investigació Operativa (IO) i l'Anàlisi de Sistemes (AS), disciplines que es van desenvolupar durant la Segona Guerra Mundial amb la finalitat de millorar la presa de decisions en l'àmbit militar. Mitjançant el DBP es "simulaven", emprant models matemàtics i amb el suport de la tecnologia informàtica, els efectes de solucions alternatives per triar la que millor complia uns objectius determinats. La reducció d'errors en la presa de decisions va ser considerada una de les seves avantatges principals, i artefactes tecnològics com míssils i coets, i també l'ordinador, van ser els seus productes més destacats. Durant la segona meitat del segle XX, el DBP va començar a introduir-se en l'àmbit de l'arquitectura. El concepte de performance es va contraposar a la noció de funció que havia prevalgut en el discurs arquitectònic des del segle XIX, i que va constituir un dels dogmes del moviment modern. Mentre que el debat sobre la funció en l'arquitectura s'havia centrat fins llavors en el caràcter representatiu de l'edifici, és a dir, en la capacitat de la forma per expressar la funció en termes estètics, el concepte de performance, d'altra banda, va posar l'èmfasi en el funcionament de l'edifici. Això comportava considerar l'edifici com un producte tecnològic o un artefacte amb uns objectius a complir, més que com un objecte artístic amb significat. Per integrar l'DBP en el projecte arquitectònic, van començar a plantejar-se mètodes de disseny que facilitessin la recerca d'una forma adequada a un programa de necessitats, emprant per a això les tècniques i eines utilitzades en la creació de productes tecnològics. Tot i que aquests mètodes de disseny es van postular com una solució a problemes cada vegada més complexos, no van tenir l'efecte esperat. Es va posar de manifest la impossibilitat de prescindir del valor estètic i simbòlic de la arquitectura que el DBP, tal com s'emprava en l'enginyeria de sistemes, obviava. L'arquitectura postmoderna va entendre que una de les funcions de l'arquitectura era comunicar i, per això, va recórrer a teories lingüístiques per explicar els mecanismes pels quals les formes arquitectòniques adquireixen significat. A la fi del segle XX, els avanços en les eines de simulació van permetre replantejar la necessitat del DBP en l'arquitectura: no es considerava ja com un mètode per crear edificis capaços de complir amb uns requisits predeterminats, sinó més aviat per explorar possibilitats formals utilitzant els valors de les prestacions com a inputs en el procés de disseny. Aquest procés de generació de la forma a partir d'unes prestacions es va materialitzar en edificis com el City Hall London (2002) i el Swiss Re Building (2004) de Norman Foster, i el Bird 's Nest (2008) i Beijing National Stadium (2009) d'Herzog & de Meuron; edificis que són significatius social, cultural i econòmicament, i que al mateix temps aspiren a ser eficients des del punt de vista constructiu i energètic. Aquestes obres exemplifiquen l'anomenada “arquitectura performativa” (performative architecture), que és el resultat d'un “disseny performatiu” (perfomative design), és a dir, de retroalimentar la generació de la forma amb la informació sobre les prestacions de l'edifici. El propòsit d'aquesta tesi és comprendre i valorar el potencial que ofereix la metodologia del disseny basat en prestacions per projectar i construir edificis energèticament eficients. Això comporta, en primer lloc, afrontar una sèrie de qüestions fonamentals, com són la naturalesa artística i científica de la arquitectura, la sistematització del procés de disseny i el paper de l'ordinador en aquest procés, i, finalment, el caràcter d’objecte artístic i de producte tecnològic que tenen els edificis. Es tracta així mateix d'identificar els problemes que cal superar perquè el DBP pugui arribar a consolidar-se al projecte d'arquitectura, així com de suggerir solucions als mateixos. En l'actualitat, l'aplicació del DBP en l'àmbit del projecte d'edificis energèticament eficients és encara limitada, com ho demostra el fet que en la pràctica professional se segueixin emprant eines de simulació principalment en les etapes finals del projecte, per tal de verificar el compliment amb la normativa o per aconseguir la certificació energètica, en lloc d'emprar-se per donar suport a la presa de decisions al llarg de tot el procés de disseny d’un edifici, des de les seves fases inicials fins a la seva construcció i ulterior ús. Així, davant la falta de mètodes i eines que facilitin la presa de decisions a partir d'informació avalada i contrastada empíricament, les decisions crucials que determinen l'eficiència energètica d'un edifici es prenen de manera intuïtiva, basant-se en l'experiència i el coneixement dels projectistes. Són necessàries, per tant, estratègies projectuals que permetin integrar la metodologia basada en el DBP en el procés de projecte. Amb aquesta finalitat, s'ha analitzat el procés de projecte que va precedir a la construcció d'un edifici d'habitatges projectat per complir amb la normativa d'eficiència energètica vigent, per tal de proposar un procés de projecte alternatiu basat en l'aplicació del DBP. La comparació d'ambdós processos projectuals, el que es va aplicar a la construcció de l'edifici i el procés alternatiu basat en el DBP, ha permès constatar l'eficàcia de les estratègies projectuals proposades per crear edificis energèticament eficients.

En el contexto actual, en el que el ahorro en el consumo de energía se ha convertido en un objetivo prioritario para la arquitectura, son necesarios métodos y herramientas que permitan proyectar con eficacia edificios energéticamente eficientes. El diseño basado en prestaciones (performance-based design o PBD) es un método de diseño que aspira a mejorar la toma de decisiones durante el proyecto con el fin de garantizar que una vez construido el edificio cumplirá con los requisitos prestablecidos. El diseño basado en prestaciones (DBP) surgió a partir de la Investigación Operativa (IO) y el Análisis de Sistemas (AS), disciplinas que se desarrollaron durante la Segunda Guerra Mundial con el fin de mejorar la toma de decisiones en el ámbito militar. Mediante el DBP se “simulaban”, empleando modelos matemáticos y con el apoyo de la tecnología informática, los efectos de soluciones alternativas para elegir aquella que mejor cumplía unos objetivos determinados. La reducción de errores en la toma de decisiones fue considerada una de sus ventajas principales, y artefactos tecnológicos como misiles y cohetes, y también el ordenador, fueron sus productos más destacados. Durante la segunda mitad del siglo XX, el DBP comenzó a introducirse en el ámbito de la arquitectura. El concepto de performance se contrapuso a la noción de función que había prevalecido en el discurso arquitectónico desde el siglo XIX, y que constituyó uno de los dogmas del movimiento moderno. Mientras que el debate sobre la función en la arquitectura se había centrado hasta entonces en el carácter representativo del edificio, es decir, en la capacidad de la forma para expresar la función en términos estéticos, el concepto de performance, por otra parte, puso el énfasis en el funcionamiento del edificio. Esto conllevaba considerar el edificio como un producto tecnológico o un artefacto con unos objetivos a cumplir, más que como un objeto artístico con significado. Para integrar el DBP en el proyecto arquitectónico, comenzaron a plantearse métodos de diseño que facilitasen la búsqueda de una forma adecuada a un programa de necesidades, empleando para ello las técnicas y herramientas utilizadas en la creación de productos tecnológicos. A pesar de que estos métodos de diseño se postularon como una solución a problemas cada vez más complejos, no tuvieron el efecto esperado. Se puso de manifiesto la imposibilidad de prescindir del valor estético y simbólico de la arquitectura que el DBP, tal como se empleaba en la ingeniería de sistemas, obviaba. La arquitectura postmoderna entendió que una de las funciones de la arquitectura era comunicar y, por ello, recurrió a teorías lingüísticas para explicar los mecanismos por los que las formas arquitectónicas adquieren significado. A finales del siglo XX, los avances en las herramientas de simulación permitieron replantear la necesidad del DBP en la arquitectura: no se consideraba ya como un método para crear edificios capaces de cumplir con unos requisitos predefinidos, sino más bien para explorar posibilidades formales utilizando los valores de las prestaciones como inputs en el proceso de diseño. Este proceso de generación de la forma a partir de unas prestaciones se materializó en edificios como el City Hall London (2002) y el Swiss Re Building (2004) de Norman Foster, y el Bird’s Nest (2008) y Beijing National Stadium (2009) de Herzog & De Meuron; edificios que son significativos social, cultural y económicamente, y que al mismo tiempo aspiran a ser eficientes desde el punto de vista constructivo y energético. Estas obras ejemplifican la denominada “arquitectura performativa” (performative architecture), que es el resultado de un “diseño performativo” (perfomative design), es decir, de retroalimentar la generación de la forma con la información acerca de las prestaciones del edificio. El propósito de esta tesis es comprender y valorar el potencial que ofrece la metodología del diseño basado en prestaciones para proyectar y construir edificios energéticamente eficientes. Esto conlleva, en primer lugar, afrontar una serie de cuestiones fundamentales, como son la naturaleza artística y científica de la arquitectura, la sistematización del proceso de diseño y el papel del ordenador en este proceso, y, finalmente, el carácter de objeto artístico y de producto tecnológico que tienen los edificios. Se trata asimismo de identificar los problemas que hay que superar para que el DBP pueda llegar a consolidarse en el proyecto de arquitectura, así como de sugerir soluciones a los mismos. En la actualidad, la aplicación del DBP en el ámbito del proyecto de edificios energéticamente eficientes es aún limitada, como lo demuestra el hecho de que en la práctica profesional se sigan empleando herramientas de simulación principalmente en las etapas finales del proyecto, con el fin de verificar el cumplimiento con la normativa o para conseguir la certificación energética, en lugar de emplearse para apoyar la toma de decisiones a lo largo de todo el proceso de diseño de un edificio, desde sus fases iniciales hasta su construcción y ulterior uso. Así, ante la falta de métodos y herramientas que faciliten la toma de decisiones a partir de información avalada y contrastada empíricamente, las decisiones cruciales que determinan la eficiencia energética de un edificio se toman de manera intuitiva, basándose en la experiencia y el conocimiento de los proyectistas. Son necesarias, por tanto, estrategias proyectuales que permitan integrar la metodología basada en el DBP en el proceso de proyecto. Con este fin, se ha analizado el proceso de proyecto que precedió a la construcción de un edificio de viviendas proyectado para cumplir con la normativa de eficiencia energética vigente, con el fin de proponer un proceso de proyecto alternativo basado en la aplicación del DBP. La comparación de ambos procesos proyectuales, el que se aplicó en la construcción del edificio y el proceso alternativo basado en el DBP, ha permitido constatar la eficacia de las estrategias proyectuales propuestas para crear edificios energéticamente eficientes.

Reducing energy consumption has become a priority for contemporary architecture. Consequently, methods and tools to effectively design energy-efficient buildings are needed. Performance-based design (PBD) is a design method that aims to improve decision making during the design process in order to ensure that, once built, a building will meet the predefined requirements. PBD emerged from Operational Research (OR) and Systems Analysis (SA), two disciplines developed during the Second World War to improve military decision-making. PBD was used to “simulate” alternative solutions using mathematical models and computer technology, in order to choose the one that best met some previously determined objectives. One of its main advantages was the reduction of errors in decision making, while its most outstanding products were technological devices such as missiles and rockets, and also the computer. During the second half of the 20th century, PBD began to be introduced in the field of architecture. The concept of performance was played against the notion of function, which prevailed in the architectural discourse since the 19th century and was a dogmatic idea of the modern movement. While the notion of function in architecture focused on the representative character of the building, that is, the capacity of the form to express the function in aesthetic terms, on the other hand, the concept of performance emphasized on the operability of the building. This entailed considering the building as a technological product, or an artefact with some objectives to fulfil, instead of an artistic and meaningful object. Design methods were developed in order to integrate PBD in architectural design, with the objective of easing the search of a form suitable to program needs, by applying techniques and tools used in the creation of technological products. Although these design methods were postulated as a solution to increasingly complex problems, they did not have the expected effect. It became then evident the impossibility to dispense with the aesthetic and symbolic qualities of architecture, which the PBD, as it was being applied in systems engineering, ignored. Postmodern architecture remarked that one of the functions of architecture was to communicate and, therefore, it applied linguistic theories to explain the mechanisms by which architectural forms acquire meaning. The advances in simulation tools at the end of the 20th century led to reconsider the need for PBD in architecture: it was no longer meant to be a method to create buildings capable of fulfilling predefined requirements, but rather to explore formal possibilities using the performance values as inputs to the design process. This process of generating the form considering its performance gave rise to buildings such as the City Hall London (2002) and the Swiss Re Building (2004) by Norman Foster, and the Bird's Nest (2008) and Beijing National Stadium (2009) by Herzog & De Meuron; buildings that are socially, culturally and economically meaningful and at the same time aspire to be efficient from the constructive and energetic perspective. These works exemplify the so-called “performative architecture”, which is the result of a “performative design”; that is, a generative process driven by performance. The purpose of this thesis is to understand and assess the potential of PBD to design and build energy-efficient buildings. This purpose entails, in the first place, facing up fundamental questions such as the artistic and scientific nature of architecture, the systematization of the design process and the role of the computer in this process, and finally, the artistic and technological nature of a building. It also implies identifying the problems that must be overcome in order to strengthen the use of PBD in architectural design, and suggesting solutions to them. Nowadays, the application of PBD in the design of energy-efficient buildings is still limited. This is evidenced by the fact that, in professional practices, simulation tools are mainly used in the final stages of the design in order to check regulations or to obtain an energy certification, instead of being applied to support decision making throughout the entire building design process, from its initial phases to its construction and subsequent use. In the absence of methods and tools that facilitate a decision-making process based on reliable and verifiable information, some crucial decisions that determine the energy efficiency of a building are taken intuitively, on the basis of the experience and knowledge of the designers. Therefore, there is a need of developing strategies to integrate the methodology based on PBD in the design process. For that purpose, the design process of a residential building designed to comply with current energy efficiency regulations has been analysed, in order to propose an alternative design process based on PBD. The comparison of both processes, the one that was applied in the construction of the building and the alternative process based on PBD, made it possible to verify the effectiveness of the proposed design strategies to create energy-efficient buildings.