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 ontwerpen6 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 = � proces ( VO > DO > BESTEK > UO) mate van parametrisatieniveau van uit werking 0% 50% 100% 100% 50% 0& aantal variabelen = 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 ontwerpen6 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