6 2018
vakblad over betonconstructies
vakblad over betonconstructies
6 2018
in control
Vanaf 1 september 2018 heten wi\f niet meer
LievenseC\bO of Bartels. Voortaan zi\fn wi\f
Lievense! Een multidisciplinair advies- en
ingenieursbureau op gebied van bouw, infra,
water en milieu.
Wij blijven iedereen graag van dienst voor elk vraagstuk\f klein
of
groot. In\biddels hebben we 10 locaties in Nederland en 3 in
het buitenland. Met 300
\bedewerkers staan we dagelijks voor je
klaar. Met Lievense ben je in control!
WATER
MILIEU
INFRA
BOUW
Wij zijn Lievense!
lievense.co\b Parametrisch ontwerpen (1)
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
Wat zijn de verschillende mogelijkheden rondom bouwkundige software?
Welke software helpt het beste bij een goed constructief ontwerp? De ontwikkelingen
in de techniek gaan razendsnel, waardoor het lastig is om een compleet beeld van
de huidige mogelijkheden van de software voor constructeurs te hebben. Hier willen
we jou een handje bij helpen. Daarom organiseert Cement op 31 oktober de Cement
Softwaredag. Kijk op www.cementonline.nl/softwaredag voor meer informatie.
Partners1
Meer informatie over deze bedrijven en over het
partnerschap staat op www.cementonline.nl/partners.
partners
6 2018
Ce ntraal 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 Parametrisch ontwerp? Wat is dat? T
Het concept parametrisch ontwerpen neemt in de
bouw de laatste jaren een enorme vlucht. Een
toelichting op de definitie en de herkomst.
9 Wat is wat bij parametrisch
ontwerpen?
T
Een overzicht van veel gebruikte begrippen rond
parametrisch ontwerpen, gebruikte software en
daaraan gekoppelde programma's.
10 Een nieuwe manier van denken T
Wat is het nut van parametrisch modelleren in de
bouw, en specifiek in het ontwerpproces? En wat
gaat de toekomst ons op dit gebied brengen?
18 De scope van parametrisch
ontwerpen
T
In gesprek met Erik Middelkoop en Jos Hoonhout
over de kansen en uitdagingen van parametrisch
ontwerpen voor de constructeurswereld.
24 Parametrisch ontwerpen over de grens T
Wat zijn de ontwikkelingen op het gebied van
parametrisch ontwerpen en wat zijn de verschillen
met het buitenland?
32 Modulair parametrisch ontwerpen T
VolkerInfra heeft grote ambities met parametrisch
ontwerpen: binnen drie jaar is modulair parametrisch
ontwerpen de norm.
36 Online applicaties gebouwd door
ingenieurs
T
Platform VIKTOR helpt ingenieurs parametrische
applicaties bouwen, waardoor handmatige en
repetitieve handelingen tot het verleden behoren.
42 Parametrisch ontwerpen in DIANA T
Door parametrische modellen te koppelen met niet-
lineaire FEA-software (Finite Element Analysis) kan
een technisch en economisch beter constructief
ontwerp worden gemaakt.
4 ? 55
Parametrisch ontwerpen
Parametrisch ontwerpen ontwikkelt
zich razendsnel in de bouw. Wat
betekent dat voor de constructeur?
Dit eerste van twee themanummers
geeft een toelichting en enkele
praktijkvoorbeelden.
26 ? 29
Parametrisch model
gekoppeld aan
rekenprogramma
Hoe worden parametrisch opgezette
constructiemodellen aan rekensoftware
gekoppeld? Een voorbeeld van een
koppeling tussen Dynamo en RFEM.
48 ? 51
Parametrisch opzet
3DPB-brug
Voor het ontwerp van de 3D-geprinte
brug in Gemert werd parametrisch
ontwerpmodel Grasshopper gekoppeld
aan een eindige-elementenanalyse met
SCIA Engineer.
1 Partners
66 Column
72 Service/online
72 Colofon
oktober 2018 / jaargang 70
inhoud
6 2018
Inhoud
3
52 Vakkennis als fundament T
LievenseCSO en Bartels heten sinds 1 september
2018 Lievense. Cement ging met de directie in
gesprek over de redenen van de nieuwe naam.
56 Cement, revolutiebestendig
In de serie met terugblikken op 70 jaar Cement
neemt Pierre Hendrikx, BAM Advies & Engineering,
dit nummer de periode 1966?1980 onder de loep.
62 De Zwarte Silo
Industrieel monument de Zwarte Silo in Deventer
is tegenwoordig een moderne foodhal. Met knap
restauratiewerk is de authentieke, betonnen
structuur behouden en de gevel hersteld.
68 De jonge constructeur
De grootste uitdaging in haar werk vindt Maaike
Kobesen, constructeur en specialist in
betonkoelingsberekeningen bij Iv-Infra, het
raakvlak vinden tussen constructie en
betontechnologie.
70 Verankeren wapening in poer
In de rubriek Rekenen in de praktijk een
toelichting op staafwerkmodellen als hulpmiddel
voor het verankeren van wapening in poeren.
Het roer om? Al bijna 70 jaar informeert Cement u over
de actuele onderwerpen in constructeursland. Eén van de hot
topics nu is ongetwijfeld parametrisch ontwerpen. In twee
opeenvolgende edities van Cement wordt dit thema voor u van-
uit allerlei perspectieven belicht: wat is parametrisch ontwerpen,
is het uniek voor de bouw, wat betekent het voor de construc -
teur, hoe gaat men er in het buitenland mee om, etc., etc.
Duidelijk wordt dat nog niet alles duidelijk is! Alleen al over
de definitie variëren de meningen. Er ligt dus nog een uitdaging
op ons te wachten. Hoe gaan we ervoor zorgen dat iedereen
met parametrisch ontwerpen vertrouwd raakt en dat ermee
wordt bijgedragen aan niet alleen de economie maar ook
aan de kwaliteit en de veiligheid van constructies die we
ontwerpen? Ik ga er namelijk vanuit dat 'we' blijven ontwerpen
en de computer het niet overneemt, zoals sommigen misschien
denken.
Op de faculteit Civiele Techniek aan de TU Delft zal dit college -
jaar parametrisch ontwerpen voor het eerst als vak worden
gegeven. De nieuwe lichting constructeurs wordt er dus al
vertrouwd mee gemaakt. Nu u en ik nog. Deze uitgave van
Cement is daarin een mooi begin!
Was u al opgevallen dat Cement (bijna) 70 jaar bestaat? Met een
aantal activiteiten, waaronder enkele terugblikken op die
periode, zullen we dit heugelijke feit luister bij zetten. Misschien
moet het roer om als het gaat om (de hulpmiddelen bij) het
ontwerpen, dat geldt zeker niet voor Cement. Dat hebt u ook al
kunnen lezen in mijn terugblik in de vorige editie.
Dick Hordijk
Voor reacties: d.hordijk@cementonline.nl
Foto voorpagina:
NEST HiLo
foto: Michael Lyrenmann
Redactioneel
6 2018
Inhoud
4
thema
Parametrisch ontwerpen betekent eigenlijk dat je in het
ontwerp parameters (ofwel variabelen) gebruikt als input voor
een berekening of, meer in het algemeen, een algoritme (een
serie bewerkingen). Hiervoor worden specifieke applicaties
ofwel 'parametrische software' gebruikt. Figuur 2 laat de rol van
een applicatie zien zoals die geldt in de klassieke informatica:
software heeft inputs en bewerking(en) die leiden tot output.
In feite is elke applicatie parametrisch, want elke software heeft
inputs. Maar wat maakt parametrische software dan zo bijzon-
der? Dat komt doordat bij parametrische software het voor de
gebruiker mogelijk is zelf expliciet de parameters te definiëren.
Je geeft als invoer dus niet alleen de waarde op maar kunt ook
bepalen welke invoer wordt ingegeven. Bij een balk definieer je
Parametrisch
ontwerp?
Wat is dat?
1
Definitie en geschiedenis parametrisch ontwerpen
Parametrisch ontwerpen is een proces waarbij op basis
van data of relaties tussen onderdelen een ontwerp
kan worden gegenereerd. Ook voor de bouw biedt dit
talloze mogelijkheden. Het concept is niet nieuw, maar
neemt in de bouw de laatste jaren een enorme vlucht.
Dit artikel gaat dieper in op de definitie van para
metrisch ontwerpen en de herkomst.
thema
Parametrisch ontwerp? Wat is dat? 6 2018
5
halve alleen de term 'parametrisch ontwerpen' gebruikt. Asso-
ciatief betekent dat er associaties ofwel relaties tussen de
parameters bestaan. Op zichzelf is ook dat niet bijzonder, want
elke software die een nuttige taak uitvoert, gebruikt in principe
associaties; dit zijn namelijk de bewerkingen uit het bewer-
kingsdeel van de software (fig. 2). Wat parametrische software
bijzonder maakt, is dat de gebruiker niet alleen de parameters
maar ook deze bewerkingslogica expliciet mag definiëren
(modelleren). Dit betekent feitelijk dat de software dus precies
gaat doen wat de gebruiker wil en zoals de gebruiker dit wil,
want je hebt het zelf gedefinieerd. Software is dus geen 'black
box' meer die zijn interne werking verbergt; de gebruiker kan
precies zien wat er gebeurt in de software en als hij niet tevre-
den is, past hij het aan.
dr.ir. Jeroen Coenders
White Lioness technologies
1
De Canton Tower in Guangzhou
(China), ontworpen met door Arup
geschreven parametrische
ontwerpsoftware
foto: Arup 2
Eenvoudig model uit de informatica
van een softwareapplicatie: applica-
tie heeft invoer (inputs) waarop
bewerkingen worden gedaan om
tot een uitvoer (output) te komen
Jeroen Coenders
Jeroen Coenders is een van de twee oprichters van White Lioness
technologies, een bedrijf dat zich richt op een nieuwe generatie
van parametrische ontwerpsystemen voor Digital Twins. Deze
software genaamd Packhunt.io wordt toegepast in vele indus-
trieën, zoals de eyewear, sportswear, medische producten,
3D-printing en de bouw. Jeroen Coenders kwam zestien jaar
geleden al in aanraking met parametrisch ontwerpen, eerst door
eigen ontwikkelde software en later door zijn bijdragen aan de
SmartGeometry-workshops en conferenties als senior tutor voor
constructief parametrisch modelleren. Coenders en zijn teams bij
voormalig werkgever Arup hebben parametrische ontwerpsoft -
ware en modellen ontwikkeld en toegepast voor grote projecten
zoals de hoogste tv-toren ter wereld in Guangzhou en het station
van Arnhem van UNStudio. Ook is Coenders gedurende dertien
jaar verbonden geweest aan de TU Delft. Veel van zijn voorma-
lige studenten zijn nu in het binnen- en buitenland actief als
'computational designers' bij ingenieursbureaus en aannemers.
Nu is zijn missie bedrijven helpen digitaal te transformeren en
geavanceerde automatisering voor iedereen toegankelijk te
maken via parametrisch modelleren en no-code.
bijvoorbeeld de lengte van de balk als een parameter en het
type profiel. Bij een vloer kunnen de parameters de overspan-
ningen in twee richtingen en de dikte van de vloer zijn. De
gebruiker mag dit zelf verzinnen en de computer 'begrijpt' dat
deze parameters invoer is voor het model.
input bewerking output
Mogelijkheden
Met parametrisch ontwerpen kun je dezelfde voordelen berei-
ken als waar je vroeger voor moest programmeren: automatise-
ren, genereren en optimaliseren. En dit allemaal zonder de pijn
van programmeertalen, zoals de welbekende 'syntax errors' en
eindeloze zoektochten naar bugs en denkfoutjes. Ook voor het
engineeringsproces biedt parametrisch ontwerpen talloze
mogelijkheden: modellen of ontwerpen kunnen automatisch
worden gegenereerd op basis van parameters als maten, materi-
aaldikte of geometrie. Op deze manier kunnen haast eindeloos
veel alternatieven voor complexe geometrie en constructies
worden afgewogen. Hierdoor is optimalisatie nauwkeurig en
relatief eenvoudig mogelijk, ook voor complexe constructies.
Bovendien kunnen de consequenties van wijzigingen laat in het
ontwerpproces automatisch worden doorgevoerd. Ook kunnen
flinke stappen in efficiency worden gezet, als modellen worden
gekoppeld aan productie.
Hoewel het nog lang niet heel breed wordt toegepast, zijn er al
behoorlijk wat praktijkvoorbeelden die de potentie van de tech-
niek laten zien.
"Met parametrisch ontwerpen
kun je dezelfde voordelen
bereiken als met het ouderwetse
programmeren maar dan zonder
de pijn van programmeertalen,
zoals 'syntax errors' en eindeloze
zoektochten naar bugs"
Associatief
Het parametrisch ontwerpen wat in dit artikel wordt beschre-
ven, kan misschien beter worden aangeduid als 'parametrisch
en associatief ontwerpen'. In dit artikel wordt verder gemaks-
2
Parametrisch ontwerp? Wat is dat? 6 2018
63
Een graaf met drie parameters (10, 2 en 5) en twee operaties (+ en ?). De pijltjes
zijn de 'edges'/'zijden'. De graaf drukt een berekening uit: 10 + 2 ? 5 = 7
4 Graaf voor een reeks getallen. Het resultaat: 7, 17, 27
Hierdoor pakken de meeste mensen het vrij snel op en kunnen
zij automatiseringen bouwen die vroeger alleen voor program-
meurs waren weggelegd.
Parametrisch ontwerpen is daarom een soort 'high-level-
programmeertaal' geworden voor ontwerpers en ingenieurs.
Net zoals moderne programmeurs geen machinetaal in nullen
en enen hoeven te schrijven of assembler hoeven te gebruiken,
omdat ze beschikking hebben over operating systems en high-
level-programmeertalen als Javascript en Python, hoeft ook de
ontwerper deze programmeertalen met al hun complexiteit niet
meer te leren. Dit maakt dat de ontwerper of ingenieur zich
kan richten op zijn vak, maar toch zelf krachtige automatise-
ring kan bouwen en gebruiken.
"Parametrisch ontwerpen is een
soort 'high-level-programmeer -
taal' geworden voor ontwerpers
en ingenieurs"
Krachtige automatisering: replication
Er zijn nog veel meer krachtige eigenschappen van parametrische
software. Een laatst genoemde eigenschap, die een groot voordeel
biedt ten opzichte van bijvoorbeeld spreadsheets of een program
-
meertaal, is 'replication'. Dit mechanisme zit in de meeste
moderne parametrische applicaties. Het is de eigenschap dat als je
een bepaalde logica voor een waarde van een parameter uitdrukt,
je dezelfde logica kunt afspelen voor een lijst van waarden.
Dit kan worden toegelicht aan de hand van het eerdere voor -
beeld uit figuur 3. Daar wordt 2 bij 10 opgeteld, dat na de eerste
knoop (plus) leidt tot 12. Daarna wordt er 5 vanaf getrokken en
na de tweede knoop (min) leidt dat tot 7. Als in plaats van 10
een lijstje getallen wordt ingevoerd, bijvoorbeeld 10, 20 en 30,
is het resultaat van deze graaf 7, 17 en 27. De software heeft
voor elk van deze waarden dezelfde som afgespeeld.
L
2
5
+
?
Herberekening voor elke verandering
De extra eigenschap die parametrische software bijzonder
maakt, is dat het een 'solver' gebruikt die voor elke verandering
van een parameter via de associaties alle afhankelijke variabe-
len herberekent via de operaties. Dit gebeurt via een zoge-
noemde 'graph' ('graaf ' in het Nederlands). Hierin zijn de
afhankelijkheden tussen de parameters en associaties vastge-
legd. Wiskundig uitgelegd: de knopen (nodes) in de graaf zijn
de operaties (bewerkingen) die uitgevoerd worden en de zijden
(edges) de relaties (fig. 3).
Elke keer dat er een verandering in het model plaatsvindt,
wordt de graaf gevolgd van zijn parameters via de associaties.
Passeert de software een knoop, wordt deze operatie (bewer -
king) uitgevoerd.
10
2
5
+
?
In feite is ook dit weer niet zo bijzonder. Spreadsheets werken
immers op dezelfde wijze. Alleen spreadsheets laten niet expli-
ciet de graaf zien op de userinterface.
Vergeleken met parametrische software zijn spreadsheets
beperkt tot alleen numerieke invoer (parameters) en wiskun-
dige formules als associaties. Bij parametrisch modelleren zijn
veel meer vormen van invoer mogelijk, zoals geometrie
(punten, lijnen, vlakken), afbeeldingen, sliders, grafieken, enzo-
voort. En ook veel meer vormen van bewerkingen, zoals
geometrische operaties, operaties op lijsten, koppelingen met
constructieve pakketten, gescripte operaties en optimalisatie.
Eigenlijk te veel om op te noemen.
Omdat via parametrisch ontwerpen geometrische operaties
goed zijn uit te drukken, ligt er een sterke link naar CAD-soft-
ware die gebruikt wordt om de operaties uit te voeren.
Visueel programmeren
Eigenlijk is parametrisch ontwerpen een vorm om eigen logica
uit te drukken in software en deze naar eigen inzicht vorm te
geven en uit te voeren. Het is een vorm van visueel program-
meren. Het voordeel ten opzichte van tekstueel programmeren
is dat de interactie met de software heel eenvoudig en speels is.
invoer
voor L uitkomst op
de + operatieuitkomst op
de - operatie
10 127
20 2217
30 3227
[10, 20, 30] [12, 22, 32][7, 17, 27]
[5, 8, 16, 38] [7, 10, 18, 40][2, 5, 13, 35]
4
3
thema
Parametrisch ontwerp? Wat is dat? 6 2018
7
5 Voorbeeld van een Grasshopper-model
ontstaan van een organisatie genaamd SmartGeometry. Het is
een non-profitorganisatie die zich bezighoudt met het gebruik
van computers als intelligent ontwerphulpmiddel en die de
samenwerking bevordert tussen professionals, wetenschappers
en studenten die actief zijn met reken- en parametrische soft-
ware. Hier komen elk jaar, ook nu nog, 'special modelling
groups' van bedrijven als Foster+Partners, Arup, Buro Happold,
SOM en KPF samen met wetenschappers en praktijkmensen van
over de hele wereld om hun mooiste ontwikkelingen te tonen en
in intensieve workshops te proberen een volgende stap te maken
op dit gebied. In het begin ontstond tijdens deze workshops een
behoefte aan het ontwikkelen van logica om ingewikkelde
geometrische ontwerpen te modelleren en te beheersen. Robert
Aish, die al de nodige ervaring had opgedaan in de scheepsbouw
met het bouwen van software, is voor Bentley een systeem
genaamd CustomComponents gaan ontwikkelen. Later is dit
GenerativeComponents gaan heten. Deze software is vervolgens
gedurende zo'n tien jaar steeds verder ontwikkeld en werd elk
jaar verder uitgebreid op basis van alle nieuwe inzichten die de
specialisten inbrachten tijdens de SmartGeometry-workshops.
Softwarebedrijven keken graag over de schouders van deze
architecten en ingenieurs mee om te leren wat er in de volgende
generatie van de software moest komen.
De tweede doorbraak: Grasshopper
In 2008 bezocht een Nederlandse student Bouwkunde David
Rutten SmartGeometry. Rutten had zelf al vele jaren genera-
tieve algoritmes in Rhinoceros (ook wel Rhino, een CAD-
applicatie) ontwikkeld. Toen hij GenerativeComponents zag
Dit is een enorm krachtig mechanisme. Het betekent bijvoor
-
beeld dat bij een berekening van een balk een paar verschil-
lende balkhoogten kunnen worden uitgeprobeerd om de
spanningsverdeling te bekijken. In plaats van één balkafmeting
kunnen een aantal alternatieven afmetingen worden ingevoerd.
Zonder enige inspanning leidt dat tot meerdere resultaten.
Deze vorm van automatisering is met programmeertalen nog
niet eens op zo'n eenvoudige wijze mogelijk.
Waar komt parametrisch ontwerpen vandaan?
Bekende parametrische pakketten zijn Grasshopper, Dynamo en
GenerativeComponents. Deze lijken in veel opzichten op elkaar.
Ze hebben op een bepaalde manier een relatie met elkaar. Er is
ook een bijzondere relatie met Nederland te ontdekken. In het
navolgende een overzicht van de historische ontwikkelingen.
Het begin
Parametrisch ontwerpen is verre van nieuw. Er zijn geruchten
dat de eerste impliciete parametrische software al bij de
opkomst van de eerste computers in de jaren vijftig beschikbaar
was. Impliciet betekent hier dat de gebruiker niet expliciet de
graaf kon bewerken, maar relaties modelleerde via geometri-
sche operaties die vervolgens wel werden herberekend via een
logica. Hier zijn films uit de oude doos van te vinden.
Eerste doorbraak: SmartGeometry en
GenerativeComponents
De grote technologische doorbraak dateert van 2001, met het
5
Parametrisch ontwerp? Wat is dat? 6 2018
8
6 Voorbeeld van een
Dynamo-model ontwerp plaatsvindt. Conferenties zoals Advances in Architec-
tural Geometry, Design Modelling Symposium en de Internati-
onal Association for Shell and Spatial Structures besteden ruim
aandacht aan dit onderwerp.
Recent is in Nederland een open community opgericht voor
parametrisch ontwerpers genaamd Dutch Parametrics waar
enthousiastelingen elkaar vragen kunnen stellen, elkaar helpen
en nieuws op het gebied van parametrisch ontwerp delen. Er
zijn ook verschillende aanbieders van beginnerscursussen om
een start te maken met parametrisch ontwerpen, onder andere
PA O T M .
En nu?
Niemand heeft een glazen bol om in de toekomst te kijken,
maar duidelijk is wel dat er verandering op komst is. Robert
Aish is grotendeels met pensioen. David Rutten is nog steeds
hard bezig bij McNeel om nieuwe versies van Grasshopper te
maken en Ian Keough heeft een nieuwe startup opgezet om
opensourcesoftware voor de bouw te maken. Maar er zijn ook
vele nieuwe platforms in ontwikkeling, veelal geïnspireerd op
de ideeën van SmartGeometry, maar met nieuwe invalshoe-
ken. En parametrisch ontwerpen groeit enorm snel en 'is here
to stay'. Dus wie weet wat er gaat gebeuren? De toekomst zal
het uitwijzen
?
draaien op Microstation (CAD-applicatie van Bentley), wilde
hij graag ook een vergelijkbare applicatie voor Rhino ontwik-
kelen. Bentley en McNeel (de maker van Rhino) konden het
niet eens worden. Rutten is toen zelf een plug-in genaamd
ExplicitHistory gaan ontwikkelen, geïnspireerd door Smart-
Geometry. Later werd dit Grasshopper. De zeer actieve Rhino-
community, waarvan enthousiastelingen uit vele verschillende
industrieën deel uitmaken, werd bij deze ontwikkeling betrok-
ken en ging parametrisch modelleren adopteren.
De derde doorbraak: Dynamo
Onderdeel van de jaarlijkse SmartGeometry-workshops was
een groep die zich richtte op constructies. Naast de auteur van
dit artikel was een ingenieur van Buro Happold genaamd Ian
Keough een van de tutors van deze groep. Keough begon aan
een project om parametrisch ontwerpen te gebruiken met
Autodesk-software. Na enkele jaren is hij naar Autodesk
verhuisd om dit project voort te zetten. Op dat moment was de
eerdergenoemde Robert Aish, die inmiddels Bentley had verla -
ten, daar Research Director geworden. Hieruit is Dynamo
voortgekomen: een parametrische applicatie, wederom geïnspi-
reerd op de ideeën uit SmartGeometry, maar deze keer sterk
gelinkt aan Autodesk-software zoals Revit.
Autodesk heeft een sterke en brede gebruikersbasis in alle
facetten van de bouw wereldwijd en de toevoeging van
Dynamo heeft er nu definitief voor gezorgd dat parametrisch
ontwerp op de radar staat bij veel architectenbureaus, bouwbe-
drijven en ingenieursbureaus.
Andere plaatsen van ontwikkeling
Naast SmartGeometry zijn ondertussen ook andere entiteiten
ontstaan waar ontwikkeling en discussie rond parametrisch
Dutch Parametrics
Aanmelden voor de community Dutch Parame -
trics kan via jeroencoenders@white-lioness.com.
6
thema
Parametrisch ontwerp? Wat is dat? 6 2018
9
Dit overzicht is tot stand gekomen
in samenwerking met onder meer
Jeroen Coenders ( White Lioness
technologies), Michael van Telgen
(Arcadis) en Diederik Veenendaal
(Summum Engineering).
API (Application
Programming Interface)Verzameling definities op basis waarvan een compu-
terprogramma kan communiceren met een ander
programma
Automated engineering Proces waarbij op basis van input parameters auto -
matisch berekeningen en tekeningen worden ver -
vaardigd
Digital manufacturing Proces waarbij de productie wordt aangestuurd met
computertechnologie (ook wel digital/automated
fabrication/manufacturing)
Digital twin Virtuele representatie van een product
GEF (Geotechnical
Exchange Format) Gestandaardiseerd uitwisselingsformaat voor de
opslag en overdracht van geotechnische gegevens
Generative design Ontwerpproces waarbij de computer op basis van
doelen en randvoorwaarden een scala aan oplossin-
gen genereert
IFC (Industry Foundation
Classes) Neutraal en open bestandsformaat voor het uitwisse
-
len van bouwinformatie
Kernel Kern van een sotwaresysteem; het is de meest centra-
le en minst zichtbare component
Machine learning Methode om patronen te herkennen in data
Parametrisch ontwerpen Proces waarbij variaties van een gekozen
ontwerp(richting) kunnen worden gegenereerd op
basis van van tevoren gekozen parameters
Plug-in Aanvulling op een computerprogramma om een pro -
gramma uit te breiden of meer mogelijkheden te
geven
Primer Handleiding om (bijvoorbeeld) te starten met
Grasshopper en Dynamo
Replication Eigenschap dat als je een bepaalde logica voor een
waarde van een parameter uitdrukt, je dezelfde logica
kunt afspelen voor een lijst van waardes
Script Set instructies voor een programma om tot een resul-
taat te komen, bijvoorbeeld een ontwerp
Shape grammar Concept waarbij regels in een parametrisch model
zelf variabel zijn
UI (User interface) Datgene wat de gebruiker ziet van de tool (de pro -
grammacode is meestal niet zichtbaar)
Visueel programmeren Programmeren zonder tekstuele softwarecode, maar
via diagrammen
Wat is wat bij parametrisch
ontwerpen?
Begrippen
Een (niet uitputtend) overzicht van veel gebruikte begrippen
rond parametrisch ontwerpen.
Software
Een overzicht van software op het gebied van parametrisch ont -
werpen en daaraan gekoppelde programma's. Dit overzicht is niet
uitputtend. Alleen veel gebruikte programma's worden genoemd,
soms aangevuld met enkele nieuwe en kleinere ontwikkelingen.
Meest gebruikte parametrische software
Grasshopper Gelinkt aan Rhinoceros3D
Dynamo Gelinkt aan Autodesk-software
Dynamo is behalve als Dynamo for Revit ook beschikbaar als
Dynamo Sandbox en Dynamo Studio.
Voor Grasshopper is Shape diver een online configurator.
Overige programma's en platforms met parametrische eigenschappen
Fusion 360, GenerativeComponents, Inventor, Marionette, Möbius,
Packhunt.io, ParaPy, Shapediver, Sverchok, Viktor
Plug-ins voor koppelingen parametrische software
GeometryGym Koppeling Grasshopper met diverse BIM- en
rekensoftware, o.a. SCIA Engineer
Grasshopper-Tekla Live Link Koppeling Grasshopper met Tekla Structures
Grevit Koppeling Grasshopper met Revit
Hummingbird Koppeling Grasshopper met Revit
Karamba3D Geïntegreerde analyse- en engineering tool voor
Grasshopper
Structural Analysis Koppeling Dynamo met Robot Structural Analysis
VisualARQ Koppeling Rhino/Grasshopper met Revit
Dit is slechts een beperkt overzicht. Meer is te vinden op internet en
op de websites van de diverse programma's, bijvoorbeeld
www.food4rhino.com of dynamopackages.com.
BIM-software
AllplanCivil 3DArchiCAD
Infraworks RevitTekla Structures
CAD/modelleer-software
AutoCadBlenderMaya
MicroStation Rhinoceros3D (ook wel Rhino of Rhino3D)
Vectorworks Trimble SketchUp
Constructieve rekensoftware
AnsysAxisVMDiamonds
DIANA GSAIDEA
MatrixFrame QECRFEM/RSTAB
Robot Structural Analysis SCIA EngineerSofistik
Struct4U Technosoft
Objectgeoriënteerde script- en programmeertalen
t.b.v. koppelingen parametrische software
C#PythonVB.net
Wat is wat bij parametrisch ontwerpen? 6 2018
thema
10
thema
Een nieuwe
manier van
denken
De rol van parametrisch modelleren in het ontwerpproces
thema
Een nieuwe manier van denken 6 2018
11
Zo'n tien jaar geleden presenteerde David Rutten zijn
programma Grasshopper op de TU Delft. Zelfs voor diegenen
die destijds al bekend waren met vergelijkbare middelen zoals
Processing of GenerativeComponents, was deze vorm van
parametrisch modelleren een openbaring. Parametrisch
modelleren wint de laatste tijd aan populariteit in Nederland.
Het zal naar verwachting als dienst niet meer onderscheidend
zijn, maar een van de vele middelen die een architect, ingenieur
of tekenaar tot zijn beschikking heeft. Wat meer gechargeerd
zou je kunnen stellen dat het een gemeenschappelijke taal en
manier van denken wordt.
Wat onderscheidt parametrische software?
Parametrische software wordt vaak vergeleken met een spread-
sheet; één die zijn geometrische resultaten kan weergeven in
een CAD-programma. Deze vergelijking is best logisch maar
doet tekort aan de potentie van parametrisch modelleren. Je
kunt met parametrische software inderdaad een model opbou-
wen waarin onderlinge relaties behouden blijven voor een reeks
invoeren of een variatie van de invoer. Maar parametrische
software onderscheidt zich verder op drie punten:
? Er is niet alleen een grafische weergave, maar deze dient ook
als een grafische interface. Hierdoor kan de invoer niet alleen
numeriek of tekstueel zijn, maar ook van geometrische aard.
? Er is sprake van een visuele programmeeromgeving op basis
van flow-based programming, die programmeren en
daarmee digitaal modelleren zeer laagdrempelig maakt.
? Er is een breed scala aan mogelijkheden de software te
koppelen aan externe soft- en hardware (mede mogelijk door
een grote gemeenschap die deze koppelingen ontwikkelt en
beschikbaar stelt).
Elk van deze punten biedt unieke toepassingen in de bouw.
1
dr.sc.ir. Diederik Veenendaal
Summum Engineering 1 NEST HiLo 1:1 prototype,
Zürich, 2017
bron: BRG, ETH Zürich,
foto: Michael Lyrenmann
De laatste twee jaar kunnen we in Nederland
spreken van een omslag als het gaat om parame
trisch modelleren, met een toenemend aantal
evenementen en publicaties dat aan het onderwerp
is gewijd. Maar wat is nu precies het nut ervan in de
bouw, en specifiek in het ontwerpproces? En wat
gaat de toekomst ons op dit gebied brengen?
Een nieuwe manier van denken 6 2018
12
van tevoren duidelijk zijn gedefinieerd, bijvoorbeeld met
wiskundig formules (zie kader 'Voorbeeld: Additive Stereo-
tomy') of geometrische verbanden (zie kader 'Voorbeeld:
Palawan Koepel'). Het kan ook gaan om een iteratief proces
zoals 'form-finding' (zie kader 'Voorbeeld: Portalen-paviljoen'),
waarbij vooraf doelstellingen en randvoorwaarden zijn
bepaald, dat tot ? af en toe verrassende ? resultaten leidt. In
dit laatste geval spreekt men soms liever van generatief of
algoritmisch in plaats van parametrisch ontwerpen. Dit mede
omdat de laatste term zijn herkomst vindt in parametrische
vergelijkingen in de wiskunde, die nadrukkelijk geen iteratief
karakter hebben.
Toepassing in het ontwerp (procedureel en iteratief )
De grafische in- en uitvoer van parametrische software zorgt
voor een directe aansturing en terugkoppeling van het model.
Het maakt er een uitstekend ontwerpmiddel van. Door de logi-
sche verbanden tussen onderdelen in het 3D-model te waar-
borgen, kan iemand razendsnel, en vooral vele varianten
verkennen. Deze verbanden kunnen veel breder van aard zijn
dan het beperkte aantal puur geometrische relaties dat een
CAD-programma soms biedt.
Een parametrisch model kan in een ontwerpstadium procedu-
reel zijn, waarbij alle parameters en hun relaties tot het ontwerp
Voorbeeld: Additive Stereotomy
Het schaalmodel 'Stereotomy 2.0' is een betonnen gewelf dat bestaat
uit een reeks voorgespannen boogconstructies van 3D-geprinte
betonblokken (fig. 2). De blokken zijn hol en nemen naar boven toe
af in gewicht door de grote van deze holten. De vorm van de boog en
het verloop in gewicht zijn volledig analytisch bepaald en te beschrij-
ven met twee wiskundige formules die in een Grasshopper-model
zijn verwerkt (fig. 3). Het project is een voorstel en wordt ontwikkeld
door de New Fundamentals Research Group van de Polytechnische
Universiteit van Bari in samenwerking met Summum Engineering.
2 Additive Stereotomy,
schaalmodel 'Stereotomy
2.0' tentoonstelling, NYIT
School of Architecture
and Design, 2018
bron: Barberio Collela ARC /
foto: G. Fallacara
3 Additive Stereotomy,
parametrisch ontwerp
door middel van wiskun-
dige formules
bron: Summum Engineering
2
3
thema
Een nieuwe manier van denken 6 2018
13
Voorbeeld: Palawan Koepel
De Palawan Koepel op de Filipijnen is een zogeheten geodetische
koepel in de traditie van de Amerikaanse ontwerper Buckminster
Fuller. Een vorige koepelconstructie (fig. 4), waar geen ontwerper
of ingenieur aan te pas was gekomen, was kort na de bouw inge-
stort. De nieuwe versie is volledig parametrisch berekend, waarbij
de minimale massa is bepaald op basis van de dichtheid van het
grid, en de beschikbare staafdiameters (fig. 5 en 6). Een geodeti-
sche koepel is volledig geometrisch ? en dus eveneens procedu-
reel ? te bepalen door een veelvlak te projecteren op een bol. De
gekozen variant zal worden opgebouwd uit stalen ronde buizen
met een paar typen digitaal gefabriceerde knopen, waarbij de
raming van de constructie en de detaillering van de knopen uit
parametrische Grasshopper-modellen van Summum Engineering
en de ontwerpers, Superproject.xyz, kwamen.
4 Oude geodetische koepel,
Palawan, Filipijnen, 2018
foto: Jeremy Guiab5 Nieuw ontwerp geodeti-
sche koepel, Palawan,
Filipijnen, 2018
bron: Summum Engineering /
afbeelding: Sjef Brands
6 Parametrische varianten-
studie voor nieuwe
constructie
bron: Superproject.xyz
4
5
6
Een nieuwe manier van denken 6 2018
147
Portalen-paviljoen, 1:50 model bij 'Public Luxury' tentoonstelling, ArkDes,Stockholm
bron: Map13 Barcelona8 Portalen-paviljoen, ontwikkelbare houten gridschaal, Norrköping, Zweden, 2018bron: Map13 Barcelona9 Portalen-paviljoen, parametrisch model en koppeling met rekensoftwarebron: Summum Engineering
De mogelijkheid te optimaliseren, is sterk vergemakkelijkt.
Diverse plug-ins voor Grasshopper staan toe problemen te
optimaliseren met één of meerdere begrensde variabelen, met
één globaal optimum, of meerdere optima (multi-modaal), en
met één of meerdere doelstellingen (multi-criteria). In het
laatste geval kunnen de resultaten onder meer worden gevisu-
aliseerd door middel van een Pareto-front of een parallelleco-
ordinatengrafiek (fig. 11 en 12). Voor verdere wiskundige
problemen (bijvoorbeeld met expliciete afgeleiden of rand-
voorwaarden), is het mogelijk een externe code aan te roepen
en gebruik te maken van wiskundige rekenmodules (zoals
NumPy en SciPy).
Deze inhoudelijke details zijn wellicht nietszeggend maar het
gevolg ervan hopelijk wel: programma's als Grasshopper
hebben de drempel sterk verlaagd om een breed palet aan
technische problemen op te lossen en de precieze oplossing te
optimaliseren.
Voorbeeld: Portalen-paviljoen
Het Portalen-paviljoen (fig. 7, 8 en 9) in Zweden is een houten
gridschaal in de traditie van Frei Otto en Ted Happold. Dit houdt
in dat hij op de grond als een vlakke, vierkante mat wordt opge -
bouwd, om vervolgens in zijn vorm te worden gebogen. Het
ontwerp is gebaseerd op een Chebyshev-net, een netwerk
waarbij elke staaf dezelfde lengte heeft. Voor een werkbaar resul-
taat is een zogeheten iteratieve 'form-finding'-procedure nodig,
waarbij het resultaat op voorhand niet bekend is. De vormgeving
liep gedurende het ontwerpproces behoorlijk uiteen. Maar het
model om zowel de berekeningen als detaillering en bouwsche -
ma's te kunnen uitvoeren, kon worden gehandhaafd. Op basis van
een voorontwerp van Map13 Barcelona, is een definitieve geome -
trie gegenereerd met behulp van een parametrisch model met
Grasshopper en Sofistik, ontwikkeld door Summum Engineering
en Edyta Augustynowicz.
Toepassingen in engineering (analyse en
optimalisatie)
Zoals gezegd fungeert een programma als Grasshopper ook als
visuele programmeeromgeving. Processing, een voorloper,
vergde nog enige kennis van programmeren. Bij Grasshopper is
dit niet langer het geval. Het biedt dezelfde mogelijkheden als
programmeren aan een veel breder publiek.
Parametrisch modelleren biedt een uitgelezen kans een enginee -
ringsproces volledig te automatiseren (zie kader 'Voorbeeld: ETFE-
kussens'). Bestaande Excel-documenten, waarmee constructieve
elementen aan geldende normen worden getoetst, kunnen een-op-
een worden gekopieerd of eenvoudig worden uitgelezen door een
Grasshopper-definitie. Vervolgens kunnen de elementen worden
gevisualiseerd en indien gewenst voorzien van detaillering en
dimensionering en worden doorgekoppeld aan eindige-elementen
-
pakketten, bouw-informatiemodellen, enzovoort.
7
8 9
thema
Een nieuwe manier van denken 6 2018
15
10
ETFE kussens als lichtkoepel van Buitink Technology.
Respectievelijk 7 en 5.8m, met asymmetrische sneeuw-
belasting en reactiekrachten, 2018
bron: Summum Engineering
Op de horizon
Bij de optelsom van bovenstaande toepassingen ontstaat een
veelomvattend beeld: van parametrisch ontwerp, via multidis-
ciplinaire analyse en optimalisatie, tot aan computergestuurde
productieprocessen. Dit raakt de architect, de ingenieur en de
aannemer, en daarmee dus ook de opdrachtgever en de eindge-
bruiker. We mogen al spreken van huidige ? weliswaar niet
gangbare ? praktijk in de bouw. Wat zou dit beeld in de
toekomst verder veranderen? Er is een aantal ontwikkelingen
waarneembaar.
Dataverwerking
Parametrische modellen creëren met gemak een grote hoeveel-
heid data. In het kader van variantenstudies is dit zowel een
zegen als een vloek. Optimalisatie is een manier om tot een
Toepassingen in de keten (horizontaal en verticaal)
Er zijn ? en dit geldt met name voor Grasshopper ? ontelbare
mogelijkheden ontstaan om functionaliteit toe te voegen aan
parametrische software, dankzij een grote actieve gemeen-
schap. Er zijn bruggen geslagen naar externe programmatuur
zoals teken- en CAD-pakketten, spreadsheets, BIM-software,
rekenprogramma's (eindige-elementen, bouwfysisch, vloeistof-
mechanisch, enz.), en naar de meest geavanceerde rekenmodu-
les voor geometrisch modelleren of wiskundig rekenen. Zo kan
het zijn dat disciplines samenwerken, en dat er zelfs één
centraal parametrisch model aanwezig is (zie kader 'Voorbeeld:
NEST HiLo'). Op deze manier kan er in elke fase horizontaal
worden geïntegreerd in de vorm van multidisciplinair ontwer -
pen; niet alleen tijdens het vergaderen.
Nog verstrekkender is de koppeling met de fysieke wereld,
namelijk met CNC-gestuurde machines zoals frezen, snijders,
3D-printers en robotarmen. Het is mogelijk code of bestanden
te genereren voor zulke apparatuur, maar ook om ze direct aan
te sturen vanuit Grasshopper. Het overkoepelende ideaal: een
naadloze, digitale stroom van informatie vanuit het ontwerp tot
aan de productie, waarbij de parametrische insteek bovendien
toestaat om elk product op maat te vervaardigen. Dit is de
ultieme vorm van verticale ketenintegratie. Voor alle duidelijk-
heid: digitale fabricage is prima mogelijk zonder parametrisch
modelleren, maar het wordt er wel degelijk door aangejaagd.
Voorbeeld: ETFE-kussens
Meerlaagse, opgeblazen ETFE-kussens kunnen worden toege -
past als dunne, lichte folieconstructies voor lichtkoepels in daken
(fig. 10). De specifieke afmetingen, binnendruk en foliedikte
kunnen variëren, maar verder is de wijze van berekenen eendui-
dig. Hetzelfde parametrische model kan de vorm ervan bepalen
en de berekeningen uitvoeren, inclusief detailberekeningen. Het
is zelfs mogelijk de verslaglegging te parametriseren. Figuur 10
toont twee projecten, waarbij het tweede in slechts 10% van de
tijd van het eerste kon worden uitgevoerd. Afbeeldingen voor de
rapportage, zoals de reactiekrachten, worden ook gegenereerd
in dit model. In dit geval maakt Grasshopper dankbaar gebruik
van de zogeheten COM-interface van een extern reken- en
tekenpakket, om direct data uit te wisselen en zonder met
tussentijdse bestanden te hoeven werken.
10
Een nieuwe manier van denken 6 2018
1611
NEST HiLo 1:1, eerste optimalisatie m.b.v. parallellecoördinatengrafiek
bron: BRG, ETH Zürich, afbeelding: Diederik Veenendaal 12 NEST HiLo 1:1, tweede optimalisatie m.b.v. Pareto-fronten bron: BRG, ETH Zürich, afbeelding: Diederik Veenendaal 13 NEST HiLo 1:1 prototype, Zürich, 2017 bron: BRG, ETH Zürich, foto: Michael Lyrenmann
sluitend antwoord te komen, maar het veronderstelt een paar
zaken: dat je doelstellingen kunt formuleren, dat er een bekend
verband is tussen deze invoerparameters en deze doelen en dat
het optimaliseren niet te veel rekenwerk vereist. Als er niet kan
worden voldaan aan deze laatste twee punten, kan er gebruik
worden gemaakt van machine learning-methoden waar nu al
Voorbeeld: NEST HiLo
NEST HiLo (fig. 11, 12, 13) is een experimenteel project van de Block
Research Group (BRG), ETH Zürich, waarbij het dak een flexibel
gevormd, koolstoftextiel gewapende, betonnen sandwichconstructie
is. Hierbij werd de vorm geoptimaliseerd aan de hand van een para-
metrisch model waarin doelstellingen en randvoorwaarden uit de
architectuur, krachtswerking, bouwfysica en maakbaarheid samen
werden ondergebracht. Tot en met het DO bestond het team uit
zowel BRG als A/S van de ETH Zurich, alsmede Supermanoeuvre en
ZJA (Zwarts & Jansma Architecten). In deze fase was Diederik Veenen-
daal constructeur en projectcoördinator, en werkte hij samen aan het
parametrisch model met Jack Bakker van ZJA.
een ruim aanbod van beschikbaar is voor Grasshopper (zie
kader 'Voorbeeld: Rodiator'). Datavisualisatie biedt uitkomst
bij een teveel aan doelen, en menselijke interventie in optimali-
satie, als niet alle doelen te kwantificeren zijn (MIT, University
of Michigan en Thornton Tomasetti houden zich hier o.a. mee
bezig).
11
12
13
thema
Een nieuwe manier van denken 6 2018
17
product moet het werk daarom onder licentie worden geleverd.
Nog logischer zou het zijn noch documenten, noch modellen,
maar relevante data te leveren. Een bouwproces zou op die
basis efficiënter, maar heel anders ingericht moeten zijn.
Deze beslommeringen over verdienmodellen druisen wel in
tegen de opensourcementaliteit die er ? met name in de Gras-
shopper gemeenschap ? heerst. Een aardige kanttekening
daarbij is de ontwikkeling van Ladybug, een opensourceplug-in
voor bouwfysische analyse, die sinds kort geheel onder
beschermheerschap verder wordt ontwikkeld. Zou de bouw
zich zo kunnen blijven verenigen, om samen meer software en
modellen te financieren?
Een geheel tegenstrijdige ontwikkeling is de toename van
commerciële software die alleen nog als abonnement verkrijg-
baar is.
En nu?
Slaan wij met z'n allen aan het parametrisch modelleren?
Laten we beginnen om in ieder geval het begrip niet te pas en
te onpas te gebruiken; dat een project al gauw 'parametrisch
ontworpen' is, als iemand een keertje Grasshopper open had
staan. Dit is vergelijkbaar met enkel het gebruik van Revit
synoniem stellen aan BIM.
Laten we ook de kaalslag in het weinige parametrische onder-
wijs dat er is een halt toeroepen, en pleiten voor visie met
continuïteit. Zo is op dit gebied een aantal docenten en vakken
bij de TU Delft verdwenen en zijn veel studenten, zowel bij de
universiteiten als hogescholen, aangewezen op zelfstudie.
Maar laten we vooral kennis blijven nemen van parametrisch
modelleren, dat er begrip ontstaat in de bouw over hoe en
wanneer je het kunt inzetten, zodat het een middel blijft in
plaats van dat het een doel op zich wordt.
Op deze basis mogen wij een parametrische toekomst in de
bouw positief tegemoet gaan, en is het antwoord op de vraag of
we met z'n allen aan het parametrisch modelleren slaan,
volmondig: "Ja!".
?
Parametrische verbanden
Parametrische modellen zijn vaak gebonden aan het stramien
dat de modelleur heeft opgelegd. Hoe flexibel ze ook zijn
opgezet, een parametrisch model voor een brug is bijvoorbeeld
niet bruikbaar voor een tunnel. Er zijn echter ontwikkelingen
die een uitweg kunnen bieden. Zo worden met shape grammar
de regels in een parametrisch model zelf variabel gemaakt. Stel
het parametrische model is 1 + 1. Bij een normaal model
kunnen de getallen variabel zijn, echter nu kan ook de operatie
'+' variabel zijn en veranderen in '?'.
Data-uitwisseling
De uitwisseling van parametrische modellen gebeurt op basis
van bestanden. Dit is enigszins ouderwets. Dit wordt versterkt
door het grote aantal verschillende pakketten (GenerativeCom-
ponents met Microstation, Grasshopper met Rhino, Marionette
met Vectorwork, Dynamo met Revit, Sverchok met Blender).
Een platform- en softwareonafhankelijke standaard voor zulke
modellen is niet geheel ondenkbaar, maar onwaarschijnlijk. De
oplossing zal eerder liggen in de cloud. Momenteel zijn er initi-
atieven om informatie via de cloud uit te wisselen (Speckle en
tot voor kort Flux) en om parametrische modellen in de cloud
te laten draaien (Packhunt, ShapeDiver, Möbius). Een verdere
uitdaging ligt in het realiseren van succesvolle integratie van
parametrisch ontwerpen met BIM, waarbij in feite het BIM-
model parametrisch blijft.
Parametrische diensten of producten?
Huidige verdienmodellen zijn doorgaans gebaseerd op dienst-
verlening, waarbij het parametrisch modelleren tot traditionele
documenten leidt (tekeningen, 3D-modellen, rapportages). Een
alternatief is het model zelf op te leveren. Hier kan echter
auteursrecht en intellectueel eigendom een rol gaan spelen. Als
Voorbeeld: Rodiator
De Rodiator is een meubel van robotisch gebogen staven,
waarbij het materiaal wordt beheerst door middel van machine
learning. Op basis van steekproeven is een zelflerend model
opgesteld. Dit model bepaalt op voorhand de hoeveelheid
buiging die een robotarm moet toepassen om tot een vorm te
komen. Het resultaat komt zodoende overeen met het ontwerp,
zonder een complex materiaalmodel op te hoeven stellen. Het
project is ontwikkeld en uitgevoerd door Maria Smigielska van
Bendilicious in samenwerking met Pierre Cutellic. Summum
Engineering is betrokken bij het parametrisch rekenmodel in
het kader van ontwerpaanpassingen.
14 Rodiator, Parijs, 2016 foto: Leslie Ware
14
Een nieuwe manier van denken 6 2018
18
thema
De scope van
parametrisch
ontwerpen
"Als je doet wat je altijd deed, krijg je wat je altijd kreeg". Het is een bekende uitspraak
van Albert Einstein die volgens Erik Middelkoop (Royal HaskoningDHV) en Jos
Hoonhout (Vericon) nog veel te optimistisch is. Als je met potlood en papier sommetjes
was blijven maken, had je nu waarschijnlijk al geen werk meer gehad. Beide heren
besteden daarom veel aandacht aan innovatie en zijn nu ? ieder op zijn eigen manier
? bezig met parametrisch ontwerpen. De redactie van Cement vroeg wat volgens hun
de belangrijkste kansen en uitdagingen zijn voor de constructeurswereld.
Methode biedt veel kansen voor de constructeur
Er zijn verschillende opvattingen over het begrip parametrisch
ontwerpen. Ingenieursbureaus geven er hun eigen invulling
aan. Veel is afhankelijk van wanneer het in het proces wordt
toegepast.
Automated engineering
Een benadering die je in de markt veel tegenkomt, gaat uit
van het eindproduct. Op basis van vaststaande hoofdlijnen
van dat eindproduct kun je parameters gaan variëren. Bij
woningen is dat bijvoorbeeld de beukmaat, de diepte of de
kapvorm. Bij poeren de breedte, de dikte, de hoogte en het
aantal palen. De computer levert voor verschillende parame-
ters automatisch een berekening en tekening. Het concept
VericonOne (fig. 1) van Hoonhout is hiervan een treffend
voorbeeld. Met het programma worden voor grondgebonden woningen volledig automatisch berekeningen en constructie-
tekeningen gemaakt.
De ontwikkelingen van deze manier van parametrisch
ontwerpen, die ook wel automated engineering
wordt
genoemd, gaan steeds verder. Zo kan het aantal parameters
worden verhoogd, en kunnen aspecten als kosten, tijd en
milieu worden meegenomen. Ook kan de informatie zodanig
worden opgesteld dat aansluiting kan worden gevonden met
BIM-modellen en productie. Met wapeningscentrales bijvoor -
beeld of prefab-betonfabrieken. Het gaat dan over tot automa -
ted manufacturing (ook wel digital manufacturing ).
Wapeningstekeningen worden op die manier in theorie over -
bodig. VericonOne is een voorbeeld dat op dit gebied erg ver
is, zowel wat aantal parameters betreft als aansluiting met
productie.
thema
De scope van parametrisch ontwerpen 6 2018
19
Deze manier van parametrisch ontwerpen biedt talloze moge-
lijkheden. Er kunnen haast eindeloos veel varianten worden
doorgerekend, waardoor constructies eenvoudig zijn te optima-
liseren. Wijzigingen in het ontwerp en de invloed daarvan op
de engineering worden direct zichtbaar en kunnen tot laat in
het proces worden doorgevoerd zonder dat dat extra tijd kost.
Bovendien kunnen modellen zodanig worden verfijnd dat de
uitkomsten nog nauwkeuriger en economischer worden. Het
biedt dus een enorme efficiencyverbetering.
Parametrisch ontwerp in VO
Een andere insteek van parametrisch ontwerpen begint niet
met een eindproduct, maar met een leeg vel papier. Op basis
van eerste ideeën en wensen van opdrachtgever en architect,
kan al een paramedisch model worden opgezet. Het aantal
variabelen is in theorie dan nog oneindig groot. Om het model
op te kunnen zetten, moet dat dus sterk worden gereduceerd.
Voor een toren gaat het bijvoorbeeld om verdiepingshoogte en
aantal verdiepingen. Met die variabelen kun je een parame-
trisch geometrisch model opzetten. In dat model kun je rand-
voorwaarden vanuit het programma van eisen van de
opdrachtgever integreren. Ook kunnen er belangrijke ontwerp-
criteria vanuit de constructeur worden toegevoegd. Bij een
stadion ? Royal HaskoningDHV is nu bezig met een parame-
trische benadering van een voetbalstadion ? kun je denken aan de consequenties van de kapvorm op het aantal droge zitplaat-
sen of het klimaat op het veld. Of de relatie tussen de vorm van
de tribune en zichtlijnen. Op die manier is de computer een
sterk hulpmiddel om tot het ideale ontwerp te komen.
Het aantal parameters zal, zoals gezegd, in dit stadium moeten
worden beperkt. Maar zelfs met een beperkt aantal variabelen
is het volledig doorrekenen van de constructie, tot aan de
normtoets aan toe, niet mogelijk. Beschouw je bijvoorbeeld een
balk en heb je een relatief beperkt aantal parameters van tien
? denk aan breedte, hoogte, vloerdikte, betonsterkteklasse ?
en je wilt die balk op tien punten doorrekenen, heb je al tien
miljard berekeningen nodig. En dan hebben we het nog alleen
over constructieve zaken.
1
2
1
Verschillende woningtypologieën als input voor het concept
VericonOne
2 Met VericonOne zijn grondgeboden woningen volledig
automatisch te berekenen
De scope van parametrisch ontwerpen 6 2018
20
3 Impressie voetbalstadion Feyenoordbron: OMA
uitgegaan van vuistregels. Bijvoorbeeld voor slankheid van
vloeren of voor maximale spanningen in kolommen.
Ontwerpen van het proces
Bij parametrisch ontwerpen geldt dat de focus verschuift van
het ontwerpen van een eindproduct ? dat gebeurt voor een
belangrijk deel door de computer ? naar het ontwerpen van het
proces. Welke parameters zijn er? Wat is de invloed op het
ontwerp? In welke fase spelen ze een rol? Wanneer moeten ze
worden vastgesteld? In dit proces, of het nu gaat om het maken
van een parametrisch geometrisch model of om automated
engineering en automated manufacturing, kunnen verschil-
lende tools worden toegepast. Die tools moeten modulair
worden opgezet zodat ze in verschillende projecten kunnen
worden ingezet. Bouw je bijvoorbeeld een tool voor het opti-
Een parametrisch model waarin je dus een heel bouwwerk van
begin af aan kunt ontwerpen en tot in detail kunt uitwerken,
zal dus altijd een illusie blijven. Er is overigens wel een ontwik-
keling waarin dankzij slimme algoritmes niet alle varianten
hoeven te worden doorgerekend, maar waarbij de computer
met beperkte informatie op zoek gaat naar een optimum. Ook
artificial intelligence
of machine learning kan hierbij een grote
rol gaan spelen. Maar voor enigszins complexe projecten blijft
dit heel moeilijk.
Het aantal variabelen, dat in het begin dus oneindig groot is,
neemt af naarmate je verder in het proces komt. Hoe verder je
komt, hoe meer je dus in detail kunt gaan rekenen. Dit proces
loopt parallel aan het ontwerpproces van VO, DO, bestek tot
aan UO (fig. 4). Om in het beginstadium toch een reëel beeld
van afmetingen en kosten te krijgen, kan in het model worden
3
thema
De scope van parametrisch ontwerpen 6 2018
21
aantal variabelen \O= proces ( VO \f DO \f BE\bTEK \f UO)
mate van parametri\Osatieniveau van uit
werking
0%
50%
100% 100%
50%
0&
aantal variabelen \O= 0
4
Het aantal variabelen wordt gedurende het bouwproces steeds kleiner en het
niveau van uitwerking steeds gedetailleerder
5 Groninger Maatregelen Catalogus, een door Royal HaskoningDHV ontworpen
webbased tool voor de aardbevingsproblematiek
Veel van de technieken die nu worden toegepast, waren overi-
gens een aantal jaar geleden ook al beschikbaar. Er zit wel voor -
uitgang in maar heel snel gaat het niet. Dat komt doordat de
mate waarin er wordt geïnvesteerd in het ontwikkelen van tools
relatief beperkt is. Als bureaus zelf willen ontwikkelen, kost dat
een hoop geld en het valt nog maar te bezien of dat wordt
terugverdiend. Dat parametrisch ontwerpen de laatste tijd toch
zo'n vlucht neemt, komt onder meer doordat er steeds meer
softwareleveranciers standaardproducten lanceren. Producten
die voor een grote groep mensen, ook de 'gewone' constructeur,
toegankelijk zijn of worden. Voordat je als bureau zelf een tool
gaat ontwikkelen, is het dus verstandig eerst na te gaan wat er
al beschikbaar is. Je kunt die beschikbare software gaan inzet-
ten of je juist focussen op een gebied waar nog weinig bureaus
actief zijn.
Dat zou zelfs zo ver kunnen gaan dat je ook al ingenieursbure-
autools gaat ontwikkelen om op de markt te zetten. Royal
HaskoningDHV heeft een webbased tool (fig. 5) ontwikkeld
voor de aardbevingsproblematiek. Hiermee kunnen uit een
maatregelencatalogus oplossingen worden gekozen voor het
versterken van gebouwen. Investeringen om zelf tools te
ontwikkelen die geschikt zijn om op de markt te brengen, zijn
meestal echter veel te groot. Bovendien hebben ingenieurs de
eigenschap verliefd te worden op de techniek. En liefde maakt
blind, ook hier. Daardoor gaat er onvoldoende aandacht uit
naar marketing en sales. Zo'n 99% van de energie gaat zitten in
de ontwikkeling en slechts 1% in de marketing. Dat zou eerder
50/50 moeten zijn.
Dat de constructeurs niet de meest ondernemende types zijn,
helpt hier ook niet aan mee. Het enige voorbeeld van een
concept dat naar buiten toe aan de weg timmert, is eigenlijk
VericonOne. Hoewel ook dat niet volledig beschikbaar wordt
gesteld, omdat de inspanning die nodig is om zo'n applicatie
foolproof te maken te groot is. En andere bureaus doen ook van
alles maar vooral voor eigen gebruik.
maliseren van een poer, of het berekeningen van de hoeveel-
heid wapening per m
3, kun je die tool weer in het parametrisch
proces van een ander project integreren.
"Focus verschuift van het
ontwerpen van een eindproduct
naar het ontwerpen van het
proces"
Tools
De kwaliteit van de parametrische tools wordt steeds groter.
Ze kunnen verregaand worden geoptimaliseerd waardoor
uitkomsten nog nauwkeuriger zijn. Veiligheidsfactoren
zouden in theorie daardoor zelfs omlaag kunnen. Dat klinkt
misschien vreemd, er gaat nog genoeg fout in de bouw. Maar
die fouten zijn nooit te wijten aan te lage veiligheidsfactoren
maar aan denk-, ontwerp-, proces- en uitvoeringsfouten. En
die fouten kunnen in het traditionele proces herhaaldelijk
worden gemaakt. Met digitalisering kan het aantal fouten
sterk worden gereduceerd. En als er in een tool een fout
wordt ontdekt, wordt die hersteld en is die er voorgoed uit,
ook als de tool wordt hergebruikt. Als in het traditionele
proces iemand een fout maakt, leert daar maar één persoon
van.
Dit is overigens ook een gebied waarop bureaus zich kunnen
onderscheiden van andere. Door nog betere en nauwkeuri -
gere tools te ontwikkelen of gebruiken en daarmee tot een
nog beter advies te komen voor een opdrachtgever.
"Veiligheidsfactoren kunnen
in theorie zelfs omlaag"
4
5
De scope van parametrisch ontwerpen 6 2018
22
gaan opzetten voor een heel specialistisch probleem, je kunt je
traditioneel specialiseren in complexe vraagstukken, of je kunt
je toeleggen op innovatieve materialen.
De achtergrond van deze mensen zal grotendeels gelijk blijven,
namelijk bouwkundig. Natuurlijk zullen die zich gedurende
hun loopbaan moeten blijven ontwikkelen, vooral op het
gebied van softwaregebruik en ontwikkeling. Maar het is
eenvoudiger een bouwkundige te leren programmeren dan een
programmeur bouwkundige zaken bij te brengen.
"Het is eenvoudiger een
bouwkundige te leren
programmeren dan een
programmeur bouwkundige
zaken bij te brengen"
Andere ontwikkelingen
Er zijn nog veel andere ontwikkelingen te noemen waar para-
metrisch ontwerpen voor gaat zorgen. Een van de gevolgen is
dat, nog meer dan nu al het geval is, gevraagd wordt om een
multidisciplinaire benadering. Door de parametrische aanpak
kunnen of moeten veel meer aspecten dan alleen constructieve
worden meegenomen. Disciplines raken daardoor vervlochten.
De kans bestaat dat je geen adviseur constructies meer krijgt
maar een adviseur woningen of bedrijfshallen bijvoorbeeld. Die
gaan dan ook op andere terreinen dan alleen constructie advi-
seren, maar wel voor maar één marktsegment of product-
marktcombinatie.
Parametrisch ontwerpen biedt ook een kans voor standaardisa-
tie in het productieproces. Natuurlijk willen we variatie in
eindproducten. Dat kan door parametrisch ontwerpen ook heel
eenvoudig. Maar door automated engineering en automated
manufacturing ligt het steeds meer voor de hand bouwdelen
meer te gaan standaardiseren.
Boeiend
Er zitten dus voornamelijk positieve kanten aan deze ontwikke-
ling. We gaan betere ontwerpen maken, die beter aansluiten op
de behoeften van de klant, met minder fouten en tegen lagere
kosten. En het werk wordt ook nog eens boeiender. Dat moet
als muziek in de oren klinken!
Jacques Linssen
Rol constructeur
Duidelijk is dat er voor een groot deel van de constructeurs het
nodige gaat veranderen. Zo zijn er taken die gaan verdwijnen.
Het gaat hierbij om handelingen waar in feite weinig denk-
kracht voor nodig is, die gekenmerkt worden door veel repeti-
tie en die dus uitstekend door computers kunnen worden
overgenomen. Oneerbiedig gezegd dus over de onderkant van
de markt. Denk aan normtoetsingen of uitwerking van wape-
ningsnetten. Deze ontwikkeling is al in gang gezet en is onom-
keerbaar.
Maar het tempo waarin dit gaat, ligt wel nog redelijk laag.
Bovendien zijn er altijd zaken die niet zijn te automatiseren. En
er zijn altijd uitzonderingen in het ontwerp die niet in een tool
passen, er blijft sprake van bouwfouten, er zullen altijd gevallen
zijn die buiten het toepassingsgebied van de Eurocode vallen.
Daarom blijven er specialisten nodig. Mensen die dingen
zonder de tools moeten kunnen oplossen maar die wel zicht
hebben op de manier waarop zaken zijn berekend in de tools.
Voor een ander deel van de constructeurs ligt er een taak om
juist met de tools te gaan werken. Zij moeten nagaan wanneer
welke tool moet worden gebruikt, moeten die tools van de
juiste input voorzien en moeten ze aan elkaar koppelen. Daar is
andere kennis voor nodig. Ze moeten bijvoorbeeld scripts
kunnen schrijven in Python.
Deze taak zal altijd bij de constructeur blijven. Een software-
ontwikkelaar heeft niet de kennis in huis om dat te doen.
Pakketten die zij leveren behelzen vaak ook maar een onder-
deel van het proces. Het is een illusie dat er een pakket komt
die het hele bouwproces kan bevatten. Bovendien heeft de
constructeur ook het meeste verstand van de parameters en
ontwerpregels om de tools van de juiste input te voorzien. Wel
zullen er steeds meer samenwerkingsverbanden gaan ontstaan
tussen ingenieursbureaus en softwarebedrijven. Of samenwer -
kingen tussen ingenieursbureaus onderling. Zo kunnen
bureaus de expertise op bepaalde gebieden gaan inkopen bij
andere bureaus.
Werkgelegenheid
Het feit dat er werk gaat verdwijnen heeft een positief bijeffect.
Het is nu al lastig goede mensen te vinden en het lijkt er niet op
dat dat op korte termijn gaat veranderen. De kans dat er
mensen werkloos thuis komen te zitten, is dus niet zo groot.
Sterker nog, het vinden en vasthouden van de goede mensen is
momenteel een van de grootste uitdagingen. Het is dan ook
belangrijk daarin te investeren, in opleiding bijvoorbeeld.
Gelukkig wordt het werk voor veel mensen alleen maar interes-
santer. De mogelijkheden zijn zeer divers. Je kunt je ontwikke-
len op het gebied van software in de breedte, je kunt een tool
thema
De scope van parametrisch ontwerpen 6 2018
Software oplossingen voor constructeurs, staal\fouwers en kozijn\bakers - www.\batrix-software.nl
MatrixFrame is de meest veelzijdige NEN-EN, NBN-EN en DIN-EN rekensoftware voor
constructeurs. Of het nu gaat om detailberekeningen, 1D/2D/3D raamwerken of FEM
berekeningen voor platen en wanden, MatrixFrame is daarvoor het juiste gereedschap.
Als zelfstandig softwarepakket, en ook als plugin voor Revit, IT-Concrete en Tekla.
MatrixFrame, veelzijdige BIM
re\fenso\btware voor constructeurs
re\fenso\btware voor constructeursre\fenso\btware voor constructeurs
CEMENTONLINE.NL
LEER DE AUTEURS
VAN CEMENT KENNEN!
? krijg inzicht in kennis van onze auteurs
? neem met één klik contact op
? wissel kennis uit
Kijk op WWW.CEMENTONLINE.NL/AUTEURSNETWERK
NIEUW: AUTEURSNETWERK
24
Parametrisch ontwerpen
over de grens
Loopt de bouw in Nederland
achter?
Parametrisch ontwerpen deed al zo'n
vijftien jaar geleden zijn intrede in de
bouw. Maar gek genoeg had vijf jaar
geleden nog steeds bijna geen enkele
partij in de bouw interesse om met
ons samen te werken op dit gebied.
Niemand zag er het voordeel van in,
op een paar specialisten na. Het was
vooral BIM dat de aandacht trok.
Maar de laatste twee jaar is daar het
een en ander aan veranderd. Sterker
nog, als je de snelheid van ontwikke-
ling op dit gebied vergelijkt met
andere industrieën, blijkt de bouw
het nog niet zo slecht te doen. Inte -
gendeel zelfs. Op bepaalde fronten,
zoals 3D-printen zou je kunnen stel-
len dat de bouw zelfs meer durft dan
andere industrieën. Zoek maar eens
een echt 3D-geprint onderdeel in een
auto, toch een industrie waar de
bouw vaak tegenop kijkt qua ontwik -
kelingen. Verder dan het printen van
wat cosmetische onderdelen komen
ze daar nog niet, terwijl in de bouw
hele constructies worden geprint. Er
zijn bedrijven in de bouw die honder -
den productgroepen maken, uniek
voor elk project, met modern
Reacties