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