7 2018 vakblad over betonconstructies vakblad over betonconstructies 7 2018 betoniek-tillman 160912.indd 1 12-09-16 14:31 Parametrisch ontwerpen (2) vakblad over betonconstructies De B+BTEC gepatenteerde Renovatie Anker Systemen (RAB) bieden een betrouwbare oplossing voor het versterken van breedplaatvloeren die van beide of enkel van de onderzijde bereikbaar zijn. Het B+BTEC RAB Breedplaatvloer Renovatie Systeem is reeds in meerdere gebouwen toegepast en heeft inmiddels ook de goedkeuring gekregen van de Gemeente Amsterdam en een gerenomeerd Nederlands onafhankelijk Ingenieursbureau. Onmiddelijk na het instorten van de parkeergarage op 27 mei 2017 op Eindhoven Airport is B+BTEC begonnen met de ontwikkeling van een oplossing voor het versterken van de zoge- naamde bubbledeck vloeren. Dit heeft geresulteerd in een verankeringssysteem dat een oplossing biedt voor het repareren van breedplaatvloeren die van boven en onder bereikbaar zijn en voor vloeren die alleen van onder te benaderen zijn. Het reparatie principe baseert zich op het herstel van de gedelamineerde zone ter hoogte van de koppelstaven door de prefab laag en de opgestorte laag weer tegen elkaar te spannen middels verankeringen door en door of van onderuit, welke onder voorspanning verlijmd worden. Renovatie Anker Breedplaatvloeren Voordelen ? Stofvrij ? Geluidsarm ? Toepasbaar tussen bestaande installaties ? Toepasbaar in kleine ruimtes ? Toepasbaar in gebouwen terwijl ze in gebruik zijn Referenties ? Verschillende Kantoorgebouwen/ Hotels in Utrecht en Amsterdam De Boor- en Installatiewerkzaamheden van de bovenstaande projecten zijn door Interboor Midsland (BRL 0509 gecertif- ceerd) succesvol opgeleverd. Interboor Midsland 030- 241 19 19 B+BTec 0168 - 331 240 bbtec.nl - bbtectools.nl MEER INFO? 1809_CEMENT.indd 1 12-09-18 11:13 Dyckerhoff ?maakt er meer van. Dyckerhoff, Verkoopkantoor Nederland/Belgie nl@dyckerhoff.com www.dyckerhoff.nl Waalbrug Ewijk (A 50) Dyckerhoff Basal levert hoge sterkte beton C 90/105; Dyckerhoff levert speciale cement VARIODUR 30 Fotos: Bart van Hoek DyB Anz_Waalbrug Ewijk_225x297_lay.indd 1 15.03.17 10:33 Partners 1 Meer informatie over deze bedrijven en over het partnerschap staat op www.cementonline.nl/partners . partners 6 2018 Centraal overleg Bouwconstruc ties Stufb Studievereniging ? b -N ederland Cement wordt mede mogelijk gemaakt door onze partners Cement is een platform van én voor constructeurs. Het platform legt kennis vast over construeren met beton, en verspreidt deze onder vakgenoten. Om het belang hiervan te onderstrepen kan een bedrijf partner worden. Een partner geniet een aantal voordelen, zoals een flinke korting op het lidmaatschap, gratis vacatures plaatsen en meepraten over de inhoud van het platform. Heb je ook interesse om partner te worden, neem dan contact op met Jacques Linssen, j.linssen@aeneas.nl. 2 4 Mogelijkheden van digital engineering T Digital engineering verandert de ingenieurswereld in rap tempo. De mogelijkheden met interoperabi - liteit, automated engineering, parametrisch ont - werpen en generatief ontwerpen zijn legio. 10 De keuze voor parametrisch ontwerpen T De keuze voor een parametrische aanpak gaat verder dan alleen het kiezen voor het gebruik van een nieuwe digitale tool. Het is een afweging met veel invloedsfactoren. 18 Parametrisch denken in het ontwerp T Parametrisch ontwerpen heeft veel invloed op het ontwerpproces in de bouw. Diverse projectvoorbeelden tonen de waarde en impact op de ontwerpworkflow, -methode en ? optimalisatie. 24 Construeren met Grasshopper en Geometry Gym T Grasshopper was een echte game-changer voor de adoptie van parametrisch ontwerpen. Samen met Geometry Gym zijn het voor ingenieurs populaire tools om constructies te modelleren. 28 De mogelijkheden van Generative Design T Precedenten zijn heel bepalend in het ontwerp - proces. Wat als ontwerpers zouden beginnen met minder vooroordelen en zich meer zouden richten op het ontdekken van onverwachte resultaten? 48 Samenwerking door digitale ontwerpmethoden T Dankzij digitale ontwerpmethoden en robotisering kunnen duurzame oplossingen precies op maat worden ontworpen en gerealiseerd. Deze methoden vragen een verregaande ketensamenwerking. 4 - 77 Cement 2018/7 Dit tweede themanummer over parametrisch ontwerpen geeft vooral praktische voorbeelden, van generative design, via automated engineering tot digital manufacturing. 40 - 47 Een kans voor parametrisch modelleren Hoe kun je een uitspraak doen over de veiligheid van een bouwwerk als je niet alle informatie hebt? Welke bouwwerken krijgen prioriteit? Hebben meer onderzoek of berekeningen zin? Een combinatie van parametrisch ontwerpen en statistiek brengt uitkomst. 54 ? 60 Complexe gevel vraagt bijzondere modellering Om de juiste vorm van de prefab- betonnen gevelelementen van de nieuwbouw van Naturalis te kunnen bepalen, is gebruikgemaakt van een reeks programma's en een parametrische benadering. 1 Partners 84 Service / online 84 Colofon november 2018 / jaargang 70 inhoud 7 2018 Inhoud 3 62 Adviesfabriek voor constructeurs T De tool VeriCon One levert automatisch tekenin - gen en berekeningen voor grondgebonden woningen, voor opdrachtgevers en aannemers maar ook voor collega-constructeurs. 66 Parametrisch platform met modulaire bouwstenen T Het webbased platform Packhunt.io maakt automatisering, configuratoren en Digital Twins ook voor de bouw mogelijk. 70 Complexe vormen mogelijk dankzij parametrisch ontwerpen T Fondation Louis Vuitton in Parijs toont aan dat het parametriseren van ontwerpen in combinatie met BIM zeer complexe en zelfs grensoverschrijdende bouwwerken mogelijk maakt. 75 Wat is wat bij parametrisch ontwerpen? T Een overzicht van veel gebruikte begrippen rond parametrisch ontwerpen, gebruikte software en daaraan gekoppelde programma's. 76 Het BIM automation tijdperk T Column van Johan de Groot (Wagemaker) over de automatisering van engineering met BIM automation. 78 De jonge constructeur Maarten van Impelen begon ooit aan zijn studie bouwkunde om architect te worden, maar zijn talent lag bij het constructief ontwerp. Aan Cement vertelt hij over zijn ervaringen als constructief adviseur bij Sweco. 80 Betonnen sieraad De innovatieve gevel van grijs beton met aderen van translucente kunsthars van de nieuwe flagship store van Bulgari in Kuala Lumpur staat symbool voor traditie en vakmanschap. Begrip Vorige keer schreef ik dat met onze themanummers over para - metrisch ontwerpen vooral duidelijk wordt dat nog niet alles duidelijk is. Maar wij weten ook dat u als constructeur wel behoefte hebt aan duidelijkheid. Wat dat betreft hebben we goed nieuws. In dit tweede themanummer proberen we namelijk wat meer handen en voeten te geven aan het begrip parametrisch ontwerpen. Diverse praktijkvoorbeelden laten zien wat de enorme reikwijd - te is van het thema. Die loopt van schetsontwerp, via uitwerking tot aan productie en beoordeling achteraf. Zo laten we zien dat met generative design en kunstmatige intelligentie de compu - ter ons oplossingen kan bieden die we zelf misschien niet voor mogelijk hadden gehouden. Maar ook dat met slimme tools voor grondgebonden woningen volledig automatisch bereke - ningen en tekeningen kunnen worden gegenereerd. En dat het productieproces van 3D-betonprinters parametrisch kan wor - den aangestuurd. En dat met een parametrische aanpak gebou - wen in Groningen op een slimme en efficiënte manier kunnen worden beoordeeld. Dit alles dankzij onder meer API's, IFC's, SDK's, UI's. Doen die termen u een beetje duizelen? Wees gerust, u bent daarin niet alleen. De handige begrippenlijst aan het eind van dit nummer biedt u hopelijk het nodige houvast. Als dat parametrisch ontwerpen ons zo veel werk uit handen gaat nemen, gaat dit dan banen kosten? Het is een vraag die vaker aan bod komt in Cement . Nee, zo blijkt ook weer uit dit nummer. Het is en blijft een hulpmiddel. Positief is dat het de kwaliteit van onze bouwwerken kan verbeteren. En natuurlijk blijft onze inzet nodig voor als er dingen fout gaan. Want ondanks alle computerkracht is dat nooit uit te sluiten. Denk aan al het werk dat op ons afkomt vanuit Groningen of de breedpla - tenproblematiek. Beide onderwerpen houden veel van ons nog altijd dagelijks bezig. Ons als Cement -redactie overigens ook. Het zijn twee thema's waarover we volgend jaar meer willen laten horen. Dick Hordijk Voor reacties: d.hordijk@cementonline.nl Foto voorpagina: De Kroongevel van het nieuwe gebouw voor het Naturalis Biodiversity Center in aanbouwbron: Lievense Redactioneel 7 2018 Inhoud 4 thema Mogelijkheden van digital engineering 1 1 Vakblad Toekomstbeeld der Techniek , editie 31-5 uit 1981 [1] Verschillende vormen van digital engineering belangrijk hulpmiddel voor constructeur Digital engineering is een ontwikkeling die de ingenieurswereld in rap tempo verandert. De mogelijkheden met interoperabiliteit, automated engineering, parametrisch ontwerpen en generatief ontwerpen zijn legio. Er worden in de praktijk al diverse successen mee geboekt.   "Wat is de invloed van de computer en van de micro-elektronica op het ontwerpen en construeren? Deze vraag is niet op een eenvoudige wijze te beantwoorden. Het betreft hier een omstre - den onderwerp." Toekomstbeeld der Techniek , 31-5 uit 1981 [1] (fig. 1). Digital engineering is niet nieuw, blijkt dus wel. We werken al jaren met spreadsheets, eindige-elementenmodellen (EEM), 2D- en 3D-CAD-software en de oudere lezers herinne - ren zich de ponskaarten nog. Maar nu start een nieuwe fase waarin digital engineering veel belangrijker wordt en een prominente plaats inneemt in het constructeursvak. Royal HaskoningDHV werkt hard aan deze digitale transfor - matie. Nieuwe mensen met andere vaardigheden worden aangenomen, huidige werknemers volgen cursussen Python, Grasshopper en Dynamo en een deel van de businessmodellen verandert van projecten naar producten en services. thema Mogelijkheden van digital engineering 7 2018 5   Dit artikel beschrijft de huidige stand van zaken en geeft een toekomstvisie wat betreft digital engineering voor construc - teurs. Dit gebeurt aan de hand van theorie gecombineerd met praktijkvoorbeelden.     Digital engineering We onderscheiden bij digital engineering vier onderwerpen: interoperabiliteit, automated engineering, parametrisch ontwerpen en generatief ontwerpen. De onderwerpen zijn nauw aan elkaar verwant en overlappen deels.   Interoperabiliteit Interoperabiliteit is de mogelijkheid van twee of meer systemen om samen te werken en informatie uit te wisselen [2]. Voor constructeurs is een herkenbaar probleem hierbij de samen - werking tussen Revit en SCIA Engineer. Deze twee pakketten zijn van nature niet verenigbaar met elkaar. Met vergelijkbare programma's is dit meestal niet veel beter, terwijl dit essentieel is om automated engineering, parametrisch ontwerpen en generatief ontwerpen mogelijk te maken. De aanwezige data in beide systemen lijken veel op elkaar. Deze bestaan uit een geometrie met daaraan gekoppeld objecten met metadata. Toch is er nog een vertaalslag nodig. Je kunt het vergelijken met Nederlands en Duits. In beide talen kun je dezelfde informatie geven, maar als je beide talen niet spreekt, is het moeilijk elkaar te verstaan. Voor BIM worden daarom universele talen ontwik - keld zoals IFC.   Automated Engineering Automated engineering gaat over het automatiseren van het ingenieurswerk. Hierbij kan het gaan over stappen in het proces of over een volledig geautomatiseerd product. Een stap in het proces kan bijvoorbeeld zijn de toetsing van een constructief element of het optimaliseren van een doorsnede. Wanneer alle stappen in het proces geautomatiseerd zijn, kom je tot een geau - tomatiseerd product. Hierbij gaat het om bouwtekeningen en documentatie van het ontwerp inclusief toetsingen. In veel projecten ligt het ontwerpproces vooraf nog niet vast. Het ontwerpproces is van nature iteratief met als doel om uiteindelijk het meest waardevolle ontwerp aan klant en stake - holders te leveren. In dit ontwerpproces kunnen ingenieurs zeker hun waarde bewijzen.   Parametrisch ontwerpen Bij parametrisch ontwerpen wordt in plaats van een statisch model een dynamisch model gemaakt. Met behulp van (visuele) programmeertalen wordt de logica van het ontwerp omgezet in een relationeel model, dat kan worden gebruikt om het ontwerp aan de eisen en wensen te toetsen. Het model kan binnen een bepaalde bandbreedte worden aangepast om zo verschillende varianten te kunnen onderzoeken. Deze varian - ten kunnen vervolgens worden beoordeeld. Dit is enerzijds kwantitatief door bijvoorbeeld bij elke variant de kosten te laten bepalen. Anderzijds kan dit ook kwalitatief door bijvoorbeeld gebruik te maken van virtual reality. De klant kan dan door meerdere varianten lopen om te beoordelen hoe hij de ruimten ervaart. Bij parametrisch ontwerp kunnen automated enginee - ring-modules worden gebruikt om het ontwerp te beoordelen.   Generatief ontwerpen Generatief ontwerp gaat nog een stap verder. Hierbij laat je de computer varianten genereren en beoordelen. Tools als Design Explorer kunnen je helpen de varianten zelf te beoordelen. Indien je de computer de varianten laat beoordelen, zijn kunst - matige-intelligentietechnieken van belang. Als voorbeeld kan bij het ontwerpen van hotels gebruik worden gemaakt van de ratings die bezoekers aan hotels geven. Op basis van deze data kan de computer worden getraind om te leren herkennen wat hotelbezoekers prettig vinden, en dit vervolgens te gebruiken om tot nieuwe ontwerpen te komen. In de praktijk wordt dit nog weinig toegepast en is het ook maar de vraag hoe dit zich precies gaat ontwikkelen. Interoperabiliteit, automated engi - neering en parametrisch ontwerp in combinatie met big data, zullen een basis vormen om generatief ontwerpen mogelijk te maken.     Kiezen voor een parametrisch model Er zijn vier motieven om een parametrisch model op te zetten: vormgeving, productie, optimalisatie en flexibiliteit   Vormgeving Bij complexe vormen, zoals dubbelgekromde vlakken of andere sferische constructies, kan een parametrisch model helpen om snel een 3D-model te genereren. Hierbij worden programma's als Grasshopper en Dynamo gebruikt.   Productie Bij een hoge mate van herhaling van dezelfde soort berekenin - gen, kunnen parametrische modellen het productieproces versnellen. Vooral als er ook automatisch rapporten, tekenin - gen of andere deliverables worden gegenereerd.   Optimalisatie Constructies waarvoor een volledig parametrisch model is gemaakt, zijn vaak geschikt voor optimalisatiestudies. Het aantal variabelen waarmee wordt geoptimaliseerd, moet worden beperkt, omdat de rekentijd exponentieel toeneemt met het aantal parameters. Evolutionaire algoritmes worden ingezet om efficiëntere optimalisaties uit te voeren. Galapagos van Grasshopper is een voorbeeld van een dergelijk algoritme. ir. Koen van Viegen, ir. Robin van der Have, ir. Gijs Joosen, ir. Pieter Schreurs Royal HaskoningDHV Mogelijkheden van digital engineering 7 2018 6 thema eerder beschreven aspecten van digital engineering. Op deze manier kunnen meerdere varianten parallel aan elkaar worden onderzocht. De modellen zijn parametrisch opgezet. Hierdoor is er bij elke wijziging direct een indicatie van het constructief gedrag en de kosten. Met een virtual reality-model kan de architect direct ervaren wat de wijziging doet met de beleving in het stadion. Dit maakt het mogelijk in dit project proactief advies te geven en uiteindelijk samen met de architect tot het gewenste resultaat te komen.   Werken met een centraal model Het werkproces in het project is zo ingericht dat de data uit de verschillende modellen naadloos op elkaar aansluiten. Samen werk je aan één model waar uiteindelijk alle deliverables uit worden gehaald. Ieder teamlid in het project kan de data gebruiken om zijn analyses uit te voeren en de data verder te verrijken. Dit resulteert in een gedistribueerd informatiemo - del, waarbij ieder teamlid wel eigenaar is van een deel van de data.  Het bieden van flexibiliteit is waardevol tijdens het ontwerp - proces. Aan het begin van een ontwerpproces is nog veel onduidelijk. Een parametrisch model is handig bij veranderin - gen. Als er wijzigingen optreden, hoeven dezelfde handelingen niet opnieuw te worden uitgevoerd.   Om een goed beeld te krijgen bij interoperabiliteit, automated engineering, parametrisch ontwerpen en generatief ontwerpen, worden twee recente projecten besproken.     Feyenoord-stadion (Grasshopper, Karamba) In samenwerking met architectenbureau OMA werkt Royal HaskoningDHV aan een voorlopig ontwerp voor het nieuwe Feyenoord-stadion (fig. 2 en 3). Het voorlopig ontwerp is nog niet volledig afgerond, maar een inkijk in de werkzaamheden is toch al mogelijk. In het ontwerpproces wordt volop gebruikgemaakt van de 2 Mogelijkheden van digital engineering 7 2018 7 analyses worden uitgevoerd. Hiermee wordt een inschatting gemaakt of er windhinder wordt ondervonden door bezoe - kers van het stadion of in het omliggende gebied. ? Revit-model: via Dynamo wordt een Revit-model gemaakt met alle gebouwdata, waarmee alle tekeningen kunnen worden gegenereerd.   Om een dynamisch model te maken, wordt in dit project gebruikgemaakt van parametrisch ontwerpen. Binnen de modellen wordt gebruikgemaakt van automated engineering om het ontwerp te toetsen en te verbeteren. De data uit de modellen worden uitgewisseld tussen verschillende program - ma's, zodat iedere expert zijn eigen analyses kan uitvoeren. Een volgende stap kan zijn om generatief varianten te genereren door de computer en zo tot nieuwe inzichten te komen. Verschillende aspecten van digital engineering komen terug in het proces om geïnformeerd ontwerpkeuzen te kunnen maken. Dit ondersteunt het ontwerpproces en verhoogt de kwaliteit van het project.   Modelperspectieven In het project heeft elke discipline zijn eigen perspectief op de data. Dit betekent dat alleen data worden gebruikt die relevant zijn. Als startpunt wordt een parametrisch model gemaakt met het programma Grasshopper. In dit model worden de uitgangs - punten vanuit opdrachtgever en architect vertaald naar een 3D-model. Dit model wordt het coördinatiemodel genoemd. Alle andere teamleden hebben hun modellen relatief aan dit coördinatiemodel gedefinieerd. De opbouw in de modellen is als volgt: ? Constructiemodel: met behulp van Karamba wordt de constructie gedefinieerd relatief ten opzichte van de gridlij - nen uit het coördinatiemodel. Karamba is een EEM-plug-in van Grasshopper. In dit model wordt de constructie geanaly - seerd en geoptimaliseerd. ? MEP-model (mechanical, electrical and plumbing): via Dynamo wordt de ruimte die nodig is voor installaties gere - serveerd. Verschillende configuraties worden tijdens het ontwerptraject onderzocht. ? CFD-model: met Grasshopper wordt een volumemodel gemaakt waarmee Computational Fluid Dynamics (CFD)- 2 Feyenoord-stadion in de avondbron: OMA3 Impressie stadion tijdens een voetbal - wedstrijdbron: OMA 3 Mogelijkheden van digital engineering 7 2018 8 4 EEM-model van NLTH-analyse in DIANA, om een constructie te beoordelen op aardbevingsbestendigheid een eigen Python-package geschreven. Python is vrij gemak - kelijk te leren en ingenieurs in Groningen maken dagelijks gebruik van dit pakket. Na het succes van het pakket voor de NLTH-analyses is hetzelfde ontwikkeld voor de MRS-analyses. Dit was iets complexer omdat SCIA Engineer niet over een Python-shell beschikt zoals DIANA.     Conclusie Digital engineering maakt al lang deel uit van ons vak, maar zal een steeds prominentere plaats innemen. Het ontwerp van het nieuwe Feyenoord-stadion geeft een goed voorbeeld van hoe interoperabiliteit kan worden ingezet om parametrisch te ontwerpen en op die manier flexibiliteit te bieden aan de archi - tect. Verder stelt het parametrische model ons in staat optima - lisaties uit te voeren voor constructiedoorsneden. Het aardbevingsproject in Groningen laat zien dat, bij een hoge mate van repetitie, het automatiseren van het engineeringspro - ces de productie kan vergroten en fouten kan voorkomen.   In de toekomst zullen deze technieken veel vaker worden ingezet tijdens het ontwerpproces. Uiteraard zal het creëren van een onnavolgbare black box moeten worden voorkomen. Het blijft van belang dat de constructeur het proces blijft begrijpen om de constructieve veiligheid te kunnen waarborgen. ?   Aardbevingsproject in Groningen Groningse gebouwen ondervinden schade door aardbevingen veroorzaakt door extractie van gas uit de bodem. Als gevolg hiervan worden honderden gebouwen onderzocht op hun aardbevingsbestendigheid. In het geval dat de gebouwen niet voldoen aan een near-collapse-criterium, wordt een verster - kingsadvies voorgesteld. De Modale Response Spectrum (MRS)-analyses en de Non Linear Time History (NLTH)- analyses worden toegepast om de constructies te beoordelen. Voor MRS wordt het EEM-pakket SCIA Engineer gebruikt en voor NLTH het meer geavanceerde EEM-pakket DIANA (fig. 4). Beide methoden ondervinden een hoge mate van repetitie. De objecten verschillen bij elke analyse, maar de procedures zijn standaard.   Het proces van het maken van een aardbevingsanalyse begint bij een bureaustudie. Daarna volgen één of meerdere inspecties, waarna een 3D-Revit-model wordt opgezet. In dit model zitten al veel van de data die nodig zijn om een berekening te maken. Die data kunnen handmatig worden vertaald in een EEM- model, maar dit kost veel tijd. DIANA is een zeer geavanceerd pakket en dat vraagt veel van de gebruiker. Het handmatig opzetten van het EEM-model is erg foutgevoelig. Het kan gebeuren dat interfaces niet goed worden gedefinieerd of dat bepaalde nodes niet zijn verbonden. De modellen bestaan vaak uit meer dan 100.000 elementen. De berekeningen zelf duren vaak enkele dagen waardoor fouten pas laat worden gevonden. Om dit deel van het proces te verbeteren, is in 2016 besloten het stapsgewijs te automatiseren. Hiervoor is een Python-groep opgezet. DIANA heeft een Python-shell waardoor de keuze voor deze taal voor de hand lag.   Python is een object-georiënteerde programmeertaal. Het is een populaire taal, waar veel packages voor zijn geschreven die door iedereen te gebruiken zijn. Hierdoor kun je met relatief weinig code snel een werkend model maken. Voor dit project is ? LITERATUUR 1 Schönfeld, J.F.P. (1981). Boswijk, H.K., Toekomstbeeld der Techniek 31-5: Micro-Elektronica, Het ontwerp proces. Delft: Delftse Universitaire Pers. 2 Miller, P. (2000). Interoperability: What is it and why should I want it? In: Ariadne 24, 2008: http://www. ariadne.ac.uk/issue24/interoperability/. thema Mogelijkheden van digital engineering 7 2018 Hakron biedt u kosteloos haar bibliotheek met BIM- objecten aan. Voorbeelden van productgroepen die als BIM-objecten beschikbaar zijn: instort- en hijs- voorzieningen, wapeningskoppeling-systemen, dilatatie- bekistingen, voorraad-lateien, sparingsbuizen en voegenbanden. Zowel losse BIM-objecten als de complete verzameling is op www.bimobject.com/hakron en www.hakron.nl te downloaden. Op aanvraag ook voor IFC beschikbaar. Hakron BIM-objecten worden ook meegeleverd in de standaard bibliotheek van elke Tekla-Structures-versie. Onze Tekla-modellen zijn daarnaast voor iedereen beschikbaar via onze pagina op het Tekla-Warehouse. Mist u een Hakron-product als BIM-object? Geef het aan onze engineers door! BIM-objecten van Hakron-producten www.bimobject.com/hakron T: 0341 27 88 40 E: engineering@hakron.nl I: www.hakron.nl Hakron Engineering AFZINKKELDERS PREFAB KELDERBAKKEN PREFAB KELDERWANDEN GESTORTE KELDERS TRILLINGVRIJ GEEN BARRIÈREWERKING GRONDWATER BOUWEN OP DE ERFGRENS BOUWEN OP DE ERFGRENS BESPARING BOUWTIJD EN RISICO DAMWAND (NIET NODIG) 035-588 1888 info@kelderbouw.nl www.kelderbouw.nl MBS Kelderbouw Energieweg 2 3762 ET Soest 10 thema De keuze voor parametrisch ontwerpen ir. Chris van der Ploeg ABT Afweging met veel invloedsfactoren De denkwijze van parametrisch ontwerpen is voor construc - teurs niets nieuws. Menig constructeur heeft in de loop van de jaren vele parametrische modellen gebouwd, in de vorm van Excelsheets: rekensheets waarin regels en relaties worden vast - gelegd om daarmee efficiënter en consistenter te kunnen werken. In feite is elke Excelsheet daarmee een parametrisch model. Het grote verschil is dat het bij parametrische ontwer - pen niet meer gaat om een eenmalige berekening, maar dat het wordt ingezet om bewust gebruik te maken van de mogelijk - heid tot variatie. Al op kleine schaal is dit inzetbaar voor alle - daagse constructieve ontwerpopgaven als een betonpoerontwerp (fig. 1).   Een parametrisch model kan worden ingezet voor verschil - lende doelen afhankelijk van de fase in het ontwerpproces. Parametrische modellen in een VO-fase hebben een sterk verkennend karakter met focus op inspiratie en het verkennen van verschillende varianten in het ontwerpdomein. Vaak worden ze echter pas in latere stadia van het ontwerpproces toegepast (DO/UO). De invloed op de totaaloplossing is daarmee beperkt omdat veel keuzen al vastliggen. Hiermee wordt voorbijgegaan aan het potentieel van een parametrisch model, namelijk het verkrijgen van meer inzicht in consequen - ties van de (integrale) ontwerpkeuzen of het verbeteren van de overallontwerpperformance (VO/DO) (fig. 2). Parametrisch ontwerpen kan ook noodzakelijk zijn als er een productiemethode wordt geselecteerd (DO/TO) die mass-custo - mization toelaat waarbij alle elementen uniek kunnen zijn. Mede gestimuleerd door grafische programmeer - software als Dynamo en Grasshopper, heeft het gebruik van parametrische modellen de laatste jaren een enorme vlucht genomen. Beschikbaarheid van techniek is niet langer een beperkende factor; veel (jonge) constructeurs zijn met deze middelen bekend. Maar de keuze voor een parametrische aanpak gaat verder dan alleen het kiezen voor het gebruik van een nieuwe digitale tool.   "Weer aan het spelen met je spaghetti-modellen?" Dat hoor je nog wel eens als er weer een parametrisch model op het scherm staat, opgezet in Dynamo of Grasshopper. Wel zien wij vaak nog enige terughoudendheid voor toepassing van parametrisch ontwerpen in de projecten. Dit wordt mede veroorzaakt doordat naast gebruik van een nieuwe technologie, parame - trisch ontwerpen ook een andere werkwijze vraagt. Een andere aanpak met nieuwe mogelijkheden, nieuwe kansen en risico's die zijn weerslag zal hebben op bestaande manieren van werken, huidige processen en samenwerkingsvormen.     Rol van parametrisch ontwerpen Parametrisch ontwerpen is een ontwerpmethodologie waarbij op basis van regels en relaties een ontwerp wordt gegenereerd. thema De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018 11 Waarom parametrisch ontwerpen? De motivatie voor het toepassen van parametrische modellen in het ontwerpproces is vaak tijd en geld gedreven, met een focus op verbetering van de efficiëntie van het eigen proces. Dit is gerelateerd aan de huidige businessmodellen waar veelal voor een vast bedrag een gegeven product moet worden geleverd. Redenen om voor een parametrisch proces te kiezen, zijn echter veel talrijker (fig. 2 en 3). De volgende worden genoemd: ? het proces is accuraat, er wordt exact voldaan aan vooraf gegeven regels; ? het leidt tot generatie van precieze wiskundige geometrie; ? het levert constante kwaliteit, zonder menselijke fouten; ? modellen kunnen worden hergebruikt in andere projecten; ? verschillende ontwerpoplossingen kunnen worden verkend en inzichtelijk gemaakt, onder meer door simulatie; 1 1 Inzicht in de optimale verhouding van afmetingen, beton- kwaliteit en wapeningsconfiguratie voor een betonpoer op basis van een dataset gegenereerd uit een parametrische Excelsheet 2 Drijfveren voor de toepassing van computational design-methodieken met invloed op de workflow afhankelijk van de fase in het ontwerpproces [1] 3 (a) Het verkennen van oplossingen, (b) inzicht in de conse - quenties van ontwerpkeuzen en (c) het kwantificeren van de prestaties van een ontwerp ten opzichte van alternatieven op basis van varianten gegenereerd met een parametrisch model design simulated variants performance performance lead time impact on workflow integralperformance newtechnology efficientprocesses 2 3a 3b 3c De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018 12 een pure basisgeometrie op voor de productie. Aanpassingen of wijzigingen zullen keer op keer blijven voldoen aan de vooraf opgegeven regels. De toepassing van parametrische ontwerpen voor generatie van complexe geometrie is daarmee voorname - lijk vanuit efficiency gedreven.   Krapte arbeidsmarkt als stimulans Door de toenemende krapte op de arbeidsmarkt neemt de vraag naar meer efficiëntie toe. De capaciteit voor de traditio - nele aanpak is niet meer aanwezig en een efficiëntieslag is noodzakelijk. Een antwoord hierop kan zijn het gebruik van parametrisch configureerbare oplossingen. Hiermee wordt de bereidheid groter het 'risico' van nieuwe digitale parametrische technieken te accepteren. Zo kan een gebrek aan modelleurs aanleiding zijn de repetitieve delen in het modelleerproces te gaan automatiseren. Dat kan interessant zijn bij projecten met veel repetitie zoals bij windmolenfunderingen (fig. 4). Voor vele ontwerpen kunnen tekeningen en bijbehorende berekenin - gen worden gegenereerd. De focus kan dan verschuiven naar de specials en uitzonderingen waar een grotere toegevoegde waarde kan worden geleverd dan bij repetitief werk.   ? de relatieve prestatie ten opzichte van alternatieven kan worden gekwantificeerd; ? oplossingen kunnen worden geoptimaliseerd; ? het geeft flexibiliteit voor het ontwerpproces, er kan worden geanticipeerd op wijzigingen; ? ontwerpvrijheid word behouden; ? het proces wordt efficiënter: minder inzet, verkorting van doorlooptijd.   Elk van deze aspecten geeft aanleiding tot zijn eigen toepassin - gen en verdienmodellen. Een aantal zaken wordt nader toege - licht.   Complexe geometrie Parametrisch ontwerpen wordt vaak direct geassocieerd met complexe geometrie. Dit komt doordat complexe geometrie vaak te bewerkelijk is om handmatig te modelleren en efficiën - ter kan worden gegenereerd op basis van regels in een parame - trisch model. Dit geldt helemaal wanneer aanpassingen of wijzigingen plaatsvinden. Daarnaast zorgt het genereren van geometrie door een parametrisch model ervoor dat de vorm exact volgens (wiskundige) regels wordt gegenereerd. Dit levert 4 Generatie van de wape - ning voor windmolen- funderingen op basis van parametrische modellen (Python) voor zowel bere - keningen als tekeningen5 Schematische weergave van de rol van multidisci - plinaire parametrische modellen voor het genere - ren van data waarmee inzicht in de consequen - ties van ontwerpkeuzen kan worden verkregen6 Schetsmatige weergave van het parametrische model van de parkeer- garage PXXL (b) en een van de gegenereerde varianten geplaatst in de omgeving (a) 4 thema De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018 13 Parametrische modellen voor flexibiliteit In een traditionele constructieve aanpak wordt na een varian - tenstudie zo snel mogelijk getrechterd naar een specifieke oplossing of er wordt doelbewust van grof naar fijn gewerkt. Blijven variëren tot in latere procesfasen wordt vermeden, zodat de technische detailuitwerking efficiënt kan plaatsvinden en dubbel werk wordt voorkomen. Het behoud van ontwerpvrijheid dat parametrisch ontwerpen introduceert, staat hier lijnrecht tegenover. Doordat aanpassin - gen eenvoudiger kunnen worden gemaakt, wordt het mogelijk ontwerpkeuzen en variaties tot in een later stadium in het proces te laten plaatsvinden. Dit biedt kans te anticiperen op ontwerpwijzigingen of doelbewust keuzen uit te stellen totdat hier gefundeerd een besluit over genomen kan worden, zonder dat dit het ontwerpproces vertraagt.   Leren van simulaties De toenemende integraliteit van ontwerpen leidt tot een toename van de complexiteit van ontwerpen, waarin de gevol - gen van ontwerpkeuzen soms vooraf niet zijn te overzien, te PXXL bij Schiphol Samen met specialisten van constructie, installaties, bouwfysica, geotechniek en kosten is het ontwerp van de nieuwe parkeerga - rage PXXL bij Schiphol gerationaliseerd en is bepaald binnen welk bereik alle mogelijke varianten worden gesimuleerd en geanalyseerd (fig. 6). Inzichten uit deze simulaties onderbouwen de ontwerpkeuzen. Het parametrische model is hier bewust gegenereerd uit een schakeling van Excelsheets, zo dat alle specialisten konden bijdragen zonder daarvoor eerst een (visuele) programmeertaal te leren. voorspellen of te kwantificeren op basis van enkel ervaring. Parametrische modellen kunnen bijdragen aan het efficiënt genereren van varianten en daarmee het verkrijgen van inzicht, waardoor de oplossing kan worden verbeterd (fig. 5). Deze techniek is ontwikkeld en toegepast bij het ontwerp van de nieuwe parkeergarage PXXL bij Schiphol (zie kader 'PXXL bij Schiphol').    Verschuiving werkzaamheden Parametrisch ontwerpen kan leiden tot een verschuiving van werkzaamheden, van herhaaldelijk repetitief werk naar meer tijd voor integrale afstemming. Huidige businessmodellen en verdienmodellen zullen daarbij gaan veranderen. Worden we betaald om een ontwerp te leveren, voor elke variant die we maken, of voor het inzicht in ontwerpkeuzen of voor de toege - voegde waarde van ons advies? Dit zal een verschuiving zijn naar meer hoogwaardig advies waarbij de kwaliteit van de oplossing, bijdrage of besparing aan het ontwerp telt in plaats van een vergoeding voor het leveren van enkel de eerste oplossing. 5 6a 6b De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018 14 Een voorwaarde bij elk project is dat de regels expliciet en bekend zijn zodat ze kunnen worden vastgelegd, waarna de regels in (visuele) programmeercode kunnen worden vertaald. Ofwel: think, make the rules, code and press enter (fig. 7).   Elk parametrisch model begint dan ook op papier. Een analoge stap, waarin van tevoren de logica van een ontwerp in regels of schema's wordt vastgelegd. Deze regels vormen de basis voor het creëren van een digitaal parametrisch model. Dit rationaliseren van het ontwerp kan pas plaatsvinden als er een conceptueel ontwerp bekend is, een denkrichting waaruit de ontwerpregels kunnen worden gedestilleerd. Immers, aan een computer kunnen geen creativiteit of impliciete relaties of niet-rationele keuzen worden geleerd. Opties en varianten zijn daarin mee te nemen, maar moeten worden gevat in concrete spelregels.   Het visueel vastleggen van afspraken en relaties maakt het mogelijk de regels bespreekbaar te maken met anderen en ontwerpaannamen te toetsen alvorens het digitale parametri - sche model te maken. Ook in een traditioneel proces kan dit van meerwaarde zijn voor het begrip en inzicht tussen partijen.   Computational thinking Het herleiden van de spelregels in een opgave vergt vergaande vaardigheden op het gebied van computational thinking. Computational thinking is het proces voor het formuleren van een probleem en oplossingen op een dusdanige manier dat deze effectief kunnen worden uitgevoerd door een computer (mens of machine). Dit bevat een combinatie van verschillende technieken, zoals: ? algoritme: het formuleren van de regels om stap voor stap tot een oplossing te komen; ? patroonherkenning: zoeken van overeenkomsten in het ontwerp of tussen verschillende opgaven; ? decompositie: vertalen van een complex probleem in kleinere meer behapbare delen; ? abstractie: focus op enkel de relevante aspecten om de onder - liggende structuren zichtbaar te maken.   Computational thinking wordt gezien als een basisvaardigheid voor de 21e eeuw, waarvoor specifieke kennis van parametri - sche software niet nodig is. Hier kan dus ook door alle teamle - den aan worden bijgedragen.   In vergelijking met een traditioneel proces verschuiven werk - zaamheden daarmee ook meer naar de voorkant. In de tijd dat regels worden afgeleid en het model wordt samengesteld, zouden de eerste details of berekeningen al afgerond kunnen zijn. Op het moment dat het parametrische model echter beschikbaar is, wordt het mogelijk om binnen een kort tijdsbe - stek meerdere ontwerpen of varianten te genereren. Dit kan leiden tot toegevoegde waarde of winst in het ontwerpproces. Deze voorafgaande investering in zowel tijd als geld wordt veelal als risico ervaren omdat deze fase niet direct zichtbaar resultaat oplevert. Dit kan al meteen aanleiding zijn om te blijven kiezen voor een risicomijdende of bekende weg, dan wel het hanteren van een 'not in my project'-principe. Een alterna - tief hierop kan zijn om het traject parallel aan te vliegen, wat garantie voor resultaat geeft, tegen de kosten van dubbel werk. Een meer LEAN-aanpak kan hier gehanteerd worden, waarbij in stapjes naar het resultaat wordt toegewerkt. Hierbij bieden de eerste stappen al directe meerwaarde voor het projectteam.     Aanpak Direct beginnen met het maken van het model of blokjes naar het canvas van een parametrische ontwerptool slepen, is veelal niet de meest efficiënte strategie om te starten met parametrisch ontwerpen. In plaats daarvan begint het met het bepalen van het doel van het gebruik van parametrische modellen en bewust benoemen voor welke doelstellingen parametrisch ontwerpen van toegevoegde waarde zou kunnen zijn in het project. Is er ruimte voor variatie of ligt alles al vast? Is er behoefte aan variatie voor meer inzicht? Worden er aanpassingen verwacht in het ontwerp? Is het veelvuldig genereren van situaties of alternatie - ven volgens gestandaardiseerde regels mogelijk? Bias Parametrisch ontwerpen kan leiden tot een voorkeur voor ontwerpvarianten die gemaakt kunnen worden door de aanwe - zige parametrische tools. Zo is het ontwerp van een vierkante windmolenfundatie vanuit het oogpunt van interne efficiency minder wenselijk als er al een parametrisch model voor een ronde windmolenfundatie beschikbaar is. Ook in concurrentie tussen partijen kan dit een rol gaan spelen. Sommige partijen zullen wel of niet de investering hebben gedaan om een para - metrisch model te ontwikkelen voor bepaalde toepassingen en kunnen daarmee een concurrerendere aanbieding maken. Dit kan leiden tot een verdeling van de markt. Of juist tot nieuwe samenwerkingen tussen partijen waarbij elkaars parametrische modellen worden gedeeld. Al met al zal dit bestaande verdien - modellen veranderen. think make rules code enter 7 thema De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018 15 Voor simulaties, zoals een constructieve analyse, is veelal een koppeling met een rekenpakket of toetsingspakket wenselijk. Het moet dan wel mogelijk zijn deze software digitaal aan te sturen. Aanwezigheid van een gedocumenteerde API is daarmee voorwaarde voor een softwareplatform van de toekomst.     To parametrically design or not De keuze om parametrisch te ontwerpen vraagt investeringen vooraf, zowel tijd als geld (fig. 10). Dit wordt veelal als risico ervaren omdat deze fase niet direct zichtbaar resultaat oplevert. Onbekendheid of onervarenheid met parametrisch ontwerpen maakt het lastig de balans tussen investeringsrisico en moge - lijke toegevoegde waarde in te schatten. Eveneens is potentiële meerwaarde vaak vooraf moeilijk te kwantificeren. Zo is vaak onbekend hoeveel variatie er exact zal plaatsvinden en de meerwaarde van meer inzicht laat zich moeilijk vertalen in geld. De keuze voor toepassing van parametrisch ontwerpen wordt dan ook meer gemaakt op kwalitatieve argumenten, gevoel, vergelijkingen of op basis van ervaringen uit het verle - den. Een projectleider moet eigenlijk een keer een parame - trisch project hebben meegemaakt om daarna meer gevoel bij deze afweging te hebben.   Code Voor het maken van parametrische modellen is ervaring met (een van de) parametrische modelleerpakketten of program - meertalen benodigd. Veelal worden visuele programmeertalen als Grasshopper of Dynamo gebruikt vanwege de toegankelijk - heid. Ervaring met de verschillende programmeertalen helpt om het juiste middel voor het juiste doel te kiezen. Vaak wordt deze keuze gedomineerd door het uiteindelijke documentatieplat - form, zoals gebruik van Dynamo voor het genereren van Revit- modellen, of wordt dit bepaald door beschikbaarheid van mensen. Waar meer dan de standaardfunctionaliteit is beno - digd, volgt al gauw de stap naar een programmeertaal zoals Python of C#. Voor grootschalige ontwikkelingen lenen visuele program - meertalen zich minder omdat de structuur en de logica minder goed gestructureerd en gedocumenteerd kunnen worden. Deze modellen zijn op een later tijdstip of voor een buitenstaander vaak lastig leesbaar. In dit geval kiezen wij eerder voor een objectgeoriënteerde aanpak met definitie van een parametrisch model in een taal als C# of Python. Soms worden deze defini - ties dan weer gebruikt of aangeroepen vanuit een visuele Gras - shopper- of Dynamo-omgeving.   Depot Boijmans Van Beuningen Bij het ontwerp van het nieuwe Depot Boijmans Van Beuningen ? in de vorm van een kom, met zijn karak - teristieke glazen, spiegelende gevel ? is bewust gekozen voor parame - trisch genereren van de glazen gevel - panelen vanwege het belang van de exacte geometrie. Daarnaast is gean - ticipeerd op wijzigingen van de vorm. Hierdoor konden tot vlak voor de deadline vormwijzigingen worden doorgevoerd zonder dat dit conse - quenties had voor de doorlooptijd. 7 Regels moeten expliciet bekend zijn waarna ze in (visuele) programmeer- code kunnen worden vertaald8 Depotgebouw Boijmans Van Beuningenbron: MVRDV9 De rol van parametrisch ontwerpen in het ontwerpproces van het nieuwe depotgebouw van Boijmans Van Beuningen 8 9 De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018 16 10 Relatie investering en resultaat de voordelen van maximale efficiëntie op een project op korte termijn volstaat de inzet een enkele ervaren parametrische ontwerpers. Om parametrisch ontwerpen in de toekomst blij - vend onderdeel te laten zijn van de integrale projectaanpak, zijn investeringen nodig in het opleiden en begeleiden van medewerkers en teams, in het opdoen van ervaring en in het vullen en bijhouden van de parametrische 'toolbox'. Bij de keuze voor een parametrische aanpak zit daarbij ook de keuze voor de teamsamenstelling. Waar een parametrische aanpak soms al moeilijk 'te verkopen' is, wordt dit dilemma verder bemoeilijkt wanneer eveneens wordt ingezet op opleiding. Hierdoor zal meer tijd vereist zijn voor het maken van de modellen en de begeleiding.   Hergebruik Een belangrijke afweging is of een parametrisch model eenma - lig wordt gebruikt of herbruikbaar moet zijn. Een volledig soepel werkende tool, zonder fouten, gedocumenteerd en over - draagbaar naar anderen, vergt een vele malen hogere investe - ring dan een eenmalig model dat even snel voor het eigen werk wordt gemaakt. Ofwel het verschil tussen 'spaghetti' en een duidelijk gestructureerd model. Veel parametrische tools zullen derhalve niet worden doorontwikkeld voor hergebruik.     Van spaghetti naar gemeengoed Parametrisch ontwerpen vervult een steeds grotere rol in onze werkzaamheden. Van een specialistische techniek, enkel toege - past door digitale specialisten, wordt dit steeds meer standaard - gereedschap en gemeengoed voor constructeurs. Dit vraagt van iedereen om meer te denken in regels. Van het in de eerste fase afleiden van de spelregels tot het daadwerkelijk programmeren van het parametrische model. Discussie en samenwerking tussen de (jonge) digitale mensen, voor wie de parametrische denkwijze heel gewoon is, en de minder digitale generatie, is hiervoor nodig om samen de nieuwe mogelijkheden en kansen te verkennen. Zodat we 'spaghetti'-modellen kunnen transfor - meren naar parametrische hulpmiddelen om advieswerkzaam - heden te versterken. ?     ? REFERENTIES http://www.abt.eu/cs   ? GERAADPLEEGDE BRONNEN Huijben F., Van der Ploeg, C. (2018), Computational design in the buil - ding industry ? Three key drivers for effectively applying computational design in the building industry. In: Stahlbau Volume 87 , Issue 2, Berlin: Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ stab.201810573).   Gezamenlijke aanpak Ontwikkelingen en innovaties, zo ook op het gebied van para - metrisch ontwerpen, beginnen vaak met het enthousiasme van individuele medewerkers die nieuwe mogelijkheden verkennen en hiervoor buiten standaardkaders durven te denken. In diverse projecten is vooraf niet gekozen voor parametrische aanpak, maar hebben specialisten zelfstandig gekozen voor een parametrische aanpak of door middel van een proof of concept de projectleiders proberen te inspireren. In feite wordt het eerder benoemde investeringsrisico daarin gedragen door het individu. Het dilemma wat hieraan ten grondslag ligt is dat de (senior)groep die veelal de lijnen in projecten uitzet, vaak niet de groep is met de meeste digitale affiniteit. Tegelijkertijd mist soms de digitale (jongere) generatie de ervaring om verder te kijken dan technisch digitale mogelijkheden en een goede risico-inschatting of digitale procesaanpak voor te stellen. Met toenemende snelheid van digitalisering kan dit gat groter worden in de toekomst. Samenwerking tussen beide groepen is daarbij nodig. Hier ligt ook een duidelijke rol voor de 'niet- digitale generatie' om te zorgen voor stimulans en interesse om samen de kansen en risico's te verkennen van deze nieuwe mogelijkheden.   Afweging Met de keuze voor parametrisch ontwerpen moet er een afwe - ging worden gemaakt tussen benodigde functionaliteit, kwali - teit, beschikbare doorlooptijd, beschikbare uren (geld) en teamsamenstelling. Wat wordt er allemaal meegenomen in het parametrische model, hoeveel variabelen, welk detailniveau, welke uitvoer en waar ligt de grens? De hoeveelheid mogelijk - heden en spelregels beïnvloeden direct de benodigde tijd en investeringskosten. Implementatie van nieuwe technieken als parametrisch ontwerpen vraagt een bewuste afweging van een bedrijf. Voor result investment/risk added value/profit time/? traditional design computational design 10 thema De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018 DIANA is ontworpen voor de toekomstige ingenieurspraktijk en maakt het makkelijk om geavanceerde berekeningen te doen. Ingenieurs zijn nu in staat om met minimale inspanning DIANA te gebruiken voor zowel eenvoudige conventionele constructies als geavanceerde projecten met complexe geometrie en niet-lineaire analyses. https://dianafea.com Gratis workshop DIANA op 17-01-19 https://dianafea. com /betondag-2018- workshop Onderzoek het werkelijke veiligheidsniveau van uw ontwerp in control lievense.com Wij zijn Lievense! Vanaf 1 september 2018 heten wij niet meer LievenseCSO of Bartels. Voortaan zijn wij Lievense! Een multidisciplinair advies- en ingenieursbureau op gebied van bouw, infra, water en milieu. 18 thema Parametrisch denken in het ontwerp 1 Parametrisch ontwerpen van invloed op ontwerpworkflow, -methode en -optimalisatie De digitalisering in het algemeen en de introductie van parametrisch ontwerpen in het bijzonder hebben veel invloed op het ontwerpproces in de bouw. Zo is er meer mogelijk geworden op het gebied van ontwerpintegratie en -optimalisatie. Diverse projectvoorbeelden laten zien wat de waarde van parametrisch ontwerpen is.   thema Parametrisch denken in het ontwerp 7 2018 19 Parametrisch ontwerpen biedt vooral mogelijkheden voor het verbeteren van ontwerpworkflow, ontwerpmethode en multi - disciplinaire optimalisatie. Wat die invloed precies is, wordt inzichtelijk gemaakt aan de hand van enkele voorbeelden.     Invloed op ontwerpworkflow Een traditioneel ontwerpproces is in de meeste gevallen lineair. Het programma van eisen definieert de input voor het ontwerp. Vervolgens worden er geometrische restricties aan het ontwerp gekoppeld aan de hand waarvan de constructie wordt vormge - geven. Als de constructieve opzet is bepaald, wordt het materi - aalgebruik vastgesteld en wordt vervolgens nagedacht over de uitvoering. Deze workflow omvat meestal een aantal iteraties, waarbij de relatie tussen architect en ingenieur een grote rol speelt. Hoe beter de interactie tussen vorm en constructie is, hoe meer invloed die iteraties hebben. Dat betekent wel dat kennis en ervaring kunnen leiden tot beperkingen bij het ontwikkelen van complexe geometrieën. Door gebruik te maken van parametrische ontwerpmetho - dieken kan het ontwerp rationeler worden benaderd en ontstaat een betere integratie in de workflow tussen vorm en constructie.   Voorbeeld: Camp Adventure Park in Denemarken In Denemarken wordt gebouwd aan een uitkijktoren in het Camp Adventure Park (architect: EFFEKT). De uitkijktoren is een 45 m hoge hyperboloïde rasterconstructie met een spiraal - vormige loopbrug die de afsluiting vormt van een 600 m lang verhoogd vlonderpad en bezoekers tot boven de boomtoppen brengt (fig. 1). Daar hebben ze een panoramisch uitzicht over de omliggende bossen. Dit project wordt momenteel gebouwd en is vanaf eind 2018 geopend voor publiek.   Het conceptontwerp kwam tot stand door middel van een volledig parametrische workflow (fig. 2) die het mogelijk maakte gemakkelijk en snel diverse ontwerpvarianten te testen. Daarbij lag de focus op het vinden van een optie die voldeed aan de visie van de architect en aan de budgeteisen van de klant. Samenwerking en afstemming tussen architect en ingeni - eur werden hoofdzakelijk gecodeerd uitgevoerd. Door de geometrie te definiëren met parameters konden data snel worden aangepast in het ontwerp. En door een link met alle analyseprogramma's ? er was sprake van een sterke integratie van de statische berekeningen en de architectonische uitgangs - punten ? was er een efficiënte workflow. De integratie van de statische berekeningen en de architectoni - sche uitgangspunten gebeurde op basis van geometrische logica, statische analyse en trillingsanalyse van de constructie, belastingsdefinities, toetsing van het ontwerp aan Eurocodes, form-finding en optimalisatie van de torentopologie, tot uitvoering van BIM. Het proces bevorderde de samenwerking tussen ingenieur en architect gedurende het gehele traject, omdat het uitvoeren van de berekeningen, met verificatie, auto - matisch verliep en direct werd aangepast naar aanleiding van genomen ontwerpbeslissingen. Hierdoor was het team in staat talloze alternatieve ontwerpoplossingen te testen en kreeg het direct inzicht in hoe deze oplossingen het budget van de klant beïnvloedden.     Invloed op ontwerpmethode Het is duidelijk dat een traditionele ontwerp- en rekenmethode zoals de eindige-elementenmethode (EEM) van enorme waarde is voor het evalueren en verfijnen van goed ontwik - kelde ontwerpvoorstellen. Wat het ontwerpen zelf betreft, moeten echter vraagtekens worden gezet bij het nut van EEM in de vroege besluitvormingsfase van het ontwerpproces. Met dergelijke berekeningen is het bijvoorbeeld mogelijk een nauw - keurige prognose te geven van de belastingspaden binnen twee verschillende ontwerpvoorstellen (fig. 3). Maar het is niet mogelijk eenvoudig te optimaliseren. Door het toepassen van een parametrische en door computermodellen gedreven methode, die de berekeningen integreert in de iteraties van het ontwerp, kunnen er veel meer mogelijkheden worden bekeken.   Shibo Ren Arup 1 Uitkijktoren in Camp Adventure Park in Denemarkenbron: EFFEKT2 Parametrische workflow tussen architect en ingenieur gedurende alle ontwerpfasen 2 Parametrisch denken in het ontwerp 7 2018 20 3 EEM-analyse voor een oorspronkelijke vorm (a) en een optimale vorm (b); beide ontworpen voor dezelfde belastingsgevallen en randvoorwaarden4 Parametrische en computationele ontwerpmethode voor het project Yinji Snow World ? topologie-optimalisatie (zie onder kop 'Topologie-optimali - satie') van de boomachtige constructie voor het bepalen van de optimale vorm van de kolommen die het dak ondersteu - nen; ? digitale form-finding van de boomtakken ter verbetering van de efficiëntie van de constructie, vergelijkbaar met wat archi - tect Frei Otto vorige eeuw deed met fysieke draadmodellen; ? automatische optimalisatie van de afmetingen van alle 10.000 dakelementen binnen de 60 belastingscombinaties bij uiterste grenstoestand (UGT) (inclusief seismische belastingen).   Dit alles resulteerde in een lichte dakconstructie met een gewicht van slechts 63 kg/m 2.   Topologie-optimalisatie De boomvormige kolom dankt de karakteristieke optimale vorm van de takken aan topologie-optimalisatie. Door een ontwerpdomein te onderwerpen aan een set randvoorwaarden, waarin de posities van de steunpunten voor het dak en alle overgedragen belastingen worden meegenomen, kan voor elke kolom de optimale vorm worden voorspeld door middel van iteratieve computerberekeningen met inachtneming van de voorgeschreven prestaties. In dit geval was dat het minimalise - ren van het gewicht van de totale constructie (fig. 5). In dit proces worden de berekeningen verwerkt in elke iteratie om de resultaten te evalueren, en dat levert feedback op voor de nieuwe richting waarin de vorm van het ontwerp zich moet ontwikkelen.   Voorbeeld: Snow World in China Yinji Snow World in China is een groot indoorsneeuwpark met een oppervlakte van 40.000 m 2 en meer dan 10.000 stalen dake - lementen. Verder omvat het ontwerp boomvormige kolommen en twee complexe betonconstructies voor de ski- en sleehellin - gen, plus een verwarmd betonnen gebouw. Voor het project zijn een brede reeks parametrische en compu - tergestuurde technieken onderzocht. Deze werden toegepast in geavanceerde methoden voor het ontwerpen van een dak met grote overspanning en de topologisch geoptimaliseerde kolom - men. Binnen een zeer kort tijdsbestek is een aantal digitale en opti - malisatietechnieken ontwikkeld. Zo konden de ontwerpruimte worden verkend en de uiterste grens van het ontwerp worden bepaald door: ? parametrische modellering van het complete ontwerp om de geometrische parameters en randvoorwaarden te definiëren en te controleren; 3 4 thema Parametrisch denken in het ontwerp 7 2018 21 5 Topologie-optimalisatie genereert de boomachtige kolommen die de dakconstructie ondersteunen6 Geometrische variaties in de casestudie van een sportgebouw met grote overspanning In dit iteratieve proces maakt topologie-optimalisatie een geïn ontwerpoplossing met organische en complexe geometrie kan worden ontwikkeld.     Invloed op multidisciplinaire optimalisatie In feite houdt elk ontwerp een optimalisatieopgave in. Omdat parametrische optimalisatie een veel krachtigere methode is dan handmatige optimalisatie of een trial-and-errorbenade - ring, wordt dit steeds vaker toegepast. Bijvoorbeeld om de constructie en de schil van een gebouw te optimaliseren. De meeste bestaande optimalisatietoepassingen zijn echter een vorm van single-objective optimalisatie en verlopen sequentieel. Daarbij wordt elk subsysteem of elke discipline afzonderlijk geoptimaliseerd in een vooraf bepaalde volgorde, waarbij ervan wordt uitgegaan dat de ontwerpen van de andere subsystemen ongewijzigd blijven. Dat wil zeggen dat de optimalisatie van elk volgend subsysteem wordt uitgevoerd in een later stadium van het ontwerp op basis van één enkele oplossing, die tot stand komt door de eerdere optimalisatie van het vorige subsysteem. 5 6 Parametrisch denken in het ontwerp 7 2018 22   Casestudie: ontwerpoptimalisatie sportgebouw Een voorbeeld van multi-objective -optimalisatie zijn sportgebou - wen. Deze gebouwen bieden ontwerpers geweldige mogelijkhe - den, maar stellen ze ook voor uitdagingen: overspanningen moeten groot zijn en er gelden specifieke prestatie-eisen wat betreft het gebruik van daglicht en energie-efficiëntie. In samen - werking met TU Delft en Sun Yimin Studio van SCUT heeft Arup onderzoek gedaan naar multi-objective , multidisciplinaire ontwerpoptimalisatie voor sportgebouwen. Een lopend project voor een indoorsportfaciliteit van 30.000 m 2 naar een ontwerp van Sun Yimin Studio werd geselecteerd als casestudie om de optimalisatiemethode tegen het licht te houden. Het uitgangs - punt bij dit project was het creëren van een lichte en energie- efficiënte ruimte door gebruik te maken van lichtkoepels en   Deze aanpak kent minimaal twee belangrijke beperkingen. Ten eerste neemt de ontwerpcyclus veel tijd in beslag omdat het niet mogelijk is gelijktijdige optimalisaties door te voeren. Ten tweede zijn de resultaten suboptimaal als gevolg van een geringe ontwerpvrijheid in de latere stadia van het ontwerp - proces. Om deze beperkingen te ondervangen, wordt steeds meer gestimuleerd multi-objective -optimalisatie toe te passen samen met een verbeterd multidisciplinair optimalisatieproces. Daarmee krijgt deze aanpak een veelbelovende en actieve rol bij het ontwerpen van gebouwen. Multi-objective -optimalisatie biedt een methode voor het nemen van trade-off-beslissingen tussen twee of meer (en soms conflicterende) ontwerpdoelstel - lingen in de vroege ontwerpstadia. 7 thema Parametrisch denken in het ontwerp 7 2018 23 7 Resultaten van het optimalisatieprobleem8 Vergelijking van een willekeurig geselecteerde Pareto-oplossing (a) en de originele oplossing (b)     Koppeling geometrie en constructie De eerder beschreven projecten laten zien welke bouwtechni - sche nieuwe mogelijkheden er ontstaan wanneer parametrisch denken wordt geïmplementeerd in het ontwerpproces van een constructie. De nauwe correlatie tussen architectuur en constructie onderstreept het geïntegreerde ontwerpproces en biedt nieuwe methoden voor en vrijheid in het ontwerpen die de traditionele benaderingen overstijgen. Dit is echter geen oproep om uitsluitend te vertrouwen op geautomatiseerde besluitvormingstools. De parametrische en digitale rekenkracht zijn geen poging het proces van ontwerpdenken ? het funda - mentele vermogen van een ontwerper ? te vervangen, maar is eerder een nieuw en doeltreffende manier om geometrie en constructie bij elkaar te brengen. ?     ? BRONNEN 1 Ren, S. en Galjaard, S. (2015). Topology Optimisation for Steel Structural Design with Additive Manufacturing . Kopenhagen: Design Modelling Symposium (DMS). 2 Yang, D., Ren, S., Turrin, M., Sariyildiz, S. en Sun, Y. (2018). Multi-disciplinary and Multi-objective Optimization Problem Re-formulation in Computational Design Exploration: A Case of Conceptual Sports Building Design, Automation. In: Construction , Issue 92 (2018), pp. 242-269. 3 Ren, S., Tiliakos, M.A. en Ureta, P.V. (2011). Fibre Morphologies . London : Architectural Association.   bovenlichten, in combinatie met een lichtgewichtconstructie voor het dak met een grote overspanning.   De hoofddraagconstructie van het dak overspant 91,6 m tussen de buitenste steunpunten. De constructie omvat een stalen frame met liggers in één richting, die in twee lagen diamantpa - tronen vormen. Met behulp van kabels in laterale richting ontstaat op meerdere punten laterale stabiliteit. Een stalen vakwerk wordt gebruikt waar de twee dakoppervlakken verspringen.   Allereerst werd de set ontwerpvariabelen bepaald in het geïnte - greerde parametrische model. Deze werden verdeeld in negen groepen die de parameters definieerden voor verschillende disciplines, zoals de geometrie van de tribune, de gebouwschil, de externe zonwering en de dakconstructie. Daarnaast werden de prestatiecriteria toegevoegd voor de diverse disciplines (architecturaal, daglicht, energie en constructie): het daglicht maximaliseren (Modified Useful Daylight Illuminance (UDImod)), het energieverbruik minimaliseren (Energy Use Intensity (EUI)) en het constructiegewicht minimaliseren. Ook werden de ontwerpeisen van de diverse disciplines overgeno - men, waaronder het aantal zitplaatsen, de vrije hoogte en de eisen wat betreft sterkte en stijfheid van de constructie. Nadat het volledige kader was uitgezet, werden een proces van ontwerpverkenning en een optimaliseringsstrategie toegepast, en konden de optimale Pareto-oplossingen (waarin (tegenstrij - dige) doelstellingen tegen elkaar worden afgewogen) worden gerealiseerd binnen de gegeven ontwerpruimte en randvoor - waarden. Zoals blijkt uit de resultaten bieden de Pareto-oplos - singen ondanks de geometrische gelijkheid nog voldoende geometrische diversiteit. Hierdoor kunnen de ontwerpers in hun uiteindelijke besluitvorming een evenwicht realiseren tussen kwantitatieve en kwalitatieve doelstellingen. 8 Parametrisch denken in het ontwerp 7 2018 24 thema Construeren met Grasshopper en Geometry Gym 1 Grasshopper en plug-ins belangrijk hulpmiddel voor parametrisch ontwerpen Grasshopper is een krachtige, parametrische extensie (plug-in) voor Rhinoceros (Rhino of Rhino3D), een 3D NURBS CAD- toepassing die in veel industrieën wordt gebruikt voor complexe objecten. Denk daarbij aan architectuur, scheepsbouw, automo - tive, juwelen en schoeisel. Grasshopper wordt gebruikt om para - metrische logica te modelleren voor Rhino-modellen.     Geschiedenis Voordat Grasshopper bestond, was parametrisch ontwerp voorbehouden aan gespecialiseerde teams in grote bedrijven. In 2007 ontstond Grasshopper. Het werd ontwikkeld door de Nederlandse Rhino-expert David Rutten. Het was in eerste instantie een work-in-progress-project met de bijnaam Explicit History. Grasshopper werd zeer snel immens populair in de grote en actieve Rhino-gemeenschap. Het is tot nu toe wereld - wijd door meer dan 350.000 architecten, ontwerpers en ingeni - eurs gedownload. Rhino en Grasshopper zijn pakketten van het Amerikaanse bedrijf McNeel & Associates. Het programma Grasshopper was een echte game-changer voor de adoptie van parametrisch ontwerpen. Samen met Geometry Gym zijn het twee populaire parametrische tools die ingenieurs kunnen gebruiken om constructies te model - leren. Ook de Grasshopper-gemeenschap heeft daarbij een belangrijke rol gespeeld.   thema Construeren met Grasshopper en Geometry Gym 7 2018 25 Werking Grasshopper gebruikt operaties in de vorm van bouwstenen die met elkaar in verband kunnen worden gebracht. Met deze operaties kan logica visueel worden geprogrammeerd. Er hoeft geen tekstuele broncode gedebugged te worden om te program - meren, maar dat kan worden gemodelleerd op een visuele gebruikersinterface. Om een idee te krijgen hoe dit werkt, kan een vergelijking worden gemaakt met spreadsheets. In spreadsheets kunnen eigen parameters en relaties worden beschreven. De gebruiker vult een getal of tekst in cellen in en schrijft formules in andere cellen, die kunnen afhangen van de parametercellen of andere formulecellen. De spreadsheetapplicatie herberekent de spread - sheet telkens wanneer een van de parameters wijzigt. Op een zelfde manier is het mogelijk in Grasshopper componen - ten te plaatsen die een parameter vertegenwoordigen. Het kan net als in een sp