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
Reacties