Parametrisch ontwerpen kan als een modulair systeem worden benaderd. VolkerInfra heeft daar een eigen filosofie voor ontwikkeld. De ambities zijn serieus: binnen drie jaar moet iedere ontwerper zijn parametrisch model opstellen en is modulair parametrisch ontwerpen de norm.
32
thema
Modulair
parametrisch
ontwerpen
Parametrisch ontwerpen kan als een modulair
systeem worden benaderd. VolkerInfra heeft daar
een eigen filosofie voor ontwikkeld. De ambities
zijn serieus: binnen drie jaar moet iedere ontwer
per zijn parametrisch model opstellen en is
modulair parametrisch ontwerpen de norm.
Het modulair aanpakken van parametrisch ontwerpen is in een
stroomversnelling geraakt na een wedstrijd in de vorm van een
hackathon (zie kader 'Wedstrijd in de vorm van een hacka-
thon'). Deze aanpak behelst dat een parametrisch ontwerp kan
worden opgebouwd met twee typen modules:
? ontwerpmodules;
? uitwisselingsplatform.
Binnen een ontwerpmodule worden de berekening en de toet -
sing uitgevoerd, het uitwisselingsplatform zorgt voor de inter -
actie met de programma's (fig. 1). Twee parametrisch modellen
kunnen worden onderscheiden, een monodisciplinair parame-
trisch model en een integraal parametrisch model (zie onder
kop 'Type parametrische modellen').
Ontwerpmodules
De ontwerpmodules bestaan uit parametrisch opgezette bere-
keningen, bijvoorbeeld een geotechnische berekening, een
eindige-elementenberekening, een doorsnedeberekening of een
tekening. Een groot deel van de ontwikkeling van de ontwerp-
modules is gerealiseerd door het parametrisch maken en het
automatiseren van bestaande ontwerpen, waarbij gebruik is
gemaakt van al ontwikkelde sheets en modellen.
Dit proces is eenvoudiger voor ontwerppakketten die ingericht
zijn op parametrisch ontwerpen, maar is niet onmogelijk bij
andere pakketten.
Bij een op een parametrisch ontwerp ingericht programma kan
een volledig invoerbestand worden geschreven/geprogram-
meerd. Met het inlezen van dit invoerbestand kan met één
handeling de gehele berekening worden doorlopen. Daarbij
kan een batch-berekening worden gedaan, waarbij verschil-
lende invoersets achter elkaar worden uitgevoerd of een iteratie
waarbij enkele parameters per berekening worden aangepast
tot een bepaald optimum is bereikt.
Het is echter ook mogelijk een niet volledig op een parame-
trisch ontwerp ingericht programma toe te passen. Hierbij
wordt het model in de grafische interface van het programma
opgezet. Dit model wordt geëxporteerd in een XML-tekstbe-
stand. Uit dit XML-bestand worden de belangrijke parameters
gefilterd en die worden verbonden met een Excelbestand.
Vanuit het Excelbestand kan een nieuw XML-bestand worden
gemaakt (met andere invoerparameters). Deze nieuwe XML-
Praktische benadering van een bouwbedrijf
thema
Modulair parametrisch ontwerpen 6 2018
33
1
Informatiestroomschema van een integrale berekening,
waarin verschillende ontwerpmodules aan elkaar worden
gekoppeld via een uitwisselingsplatform
Uitwisselingsplatform
Voor een integrale parametrische benadering moeten
ontwerpmodules zoals gezegd worden gekoppeld. Binnen
VolkerInfra was hiervoor geen parate kennis en ervaring
aanwezig. Het uitwisselingsplatform dat deze koppelingen
verzorgt, moest dus volledig worden ontwikkeld. Het orga-
niseren van een hackathon heeft een boost aan deze ontwik-
keling gegeven.
1
ir. Guido Bongers
ir. Remco Mast
VolkerInfra
2 Verschillende onderdelen
van de interface van het
uitwisselingsplatform:
(a) de invoerpagina;
(b) de FLOW van de bere -
kening;
(c) een deel van een script
dat een spreadsheetbere -
kening aanstuurt;
(d) de outputpagina.
file kan weer worden geïmporteerd. Bij een goede opzet
kunnen vervolgens eindeloos nieuwe parametersets worden
gedefinieerd zonder tussenkomst van de userinterface.
Open toerit
Een van de berekeningen die VolkerInfra op de laatst
genoemde wijze heeft opgepakt, is een open toerit, gebruikma-
kend van het pakket SCIA. Wat begon als een standaardbereke-
ning op een project is nu doorontwikkeld tot een parametrisch
model. De ontwerpmodules die voor dit model ontwikkeld
zijn, worden toegepast op een volgend groot project. Binnen dit
project zal het parametrische SCIA-model worden doorontwik-
keld en gekoppeld aan nieuwe programmatuur.
Direct beginnen
In de ideale situatie voor parametrisch ontwerpen wordt er
vanaf de start van een ontwerp volledig rekening gehouden met
een parametrische invoer en de koppeling tussen verschillende
programma's. Een randvoorwaarde is echter wel dat de ontwer -
per bekend is met de te doorlopen ontwerpstappen. Wanneer
de randvoorwaarden voor de communicatie met het uitwisse-
lingsplatform bekend zijn, kan worden gestart met het parame-
trisch maken en automatiseren binnen de ontwerpmodules. Er
kan direct worden begonnen! Elk onderdeel dat ontwikkeld is,
is een bouwsteen voor het integrale platform. Elke automatise-
ringsslag van een berekening; elke koppeling tussen program-
ma's; elke parametrisering van de invoer die is gemaakt, maakt
een berekening sneller.
Wapenings- berekening Geotechnische berekening
BIM-model/Tekening Hoeveelheden Kosten
Eindige-elementen- berekening
UitwisselingPlatform
Output
Geoptimaliseerde berekening
Output
Tekening en
Hoeveelhedenstaat
2a
2c
2b
2d
Modulair parametrisch ontwerpen 6 2018
343
In een hackathon zijn koppelingen tussen
verschillende programma's gemaakt
Het uitwisselingsplatform bestaat uit een grafische interface
voor invoer van parameters, een takenlijst en een parameterda-
tabase (fig. 2). Het platform wordt ontwikkeld op basis van
Mendix. Dat is een low-code softwareplatform dat het mogelijk
maakt applicaties samen te stellen en te onderhouden. Het plat-
form wordt zodanig algemeen opgesteld dat de ontwerpers zelf
de mogelijkheid hebben om de berekeningen en parameters te
kiezen die aan elkaar worden gekoppeld.
Op het uitwisselingsplatform bepaalt de ontwerper de flow van
de parametrische berekening, ofwel hij stelt zelf een lijst samen
in welke volgorde berekeningen of scripts moeten worden
uitgevoerd. Op basis van de gekozen berekeningen geeft de
ontwerper daarna aan wat de invoerparameters zijn en welke
uitkomsten moeten worden doorgegeven aan het volgende
programma. Het uitwisselingsplatform voegt geen informatie
toe aan berekeningen en tekeningen. Het zorgt enkel voor een
interface en de flow tussen de berekeningen en scripts. Het
platform zorgt niet voor de communicatie met de rekenpro-
gramma's, voor het opstellen van de invoerfile en het opstarten
van de programmatuur. Deze taken worden gerealiseerd met
behulp van Python-scripts.
Door het platform worden de mogelijkheden het ontwerp te
optimaliseren aanzienlijk vergroot en wordt programmeren
steeds meer een onderdeel van het ontwerp van infrastructu-
rele projecten. Het eindproduct van een parametrisch ontwerp
is nog steeds de berekening en de tekening die ook bij een
traditioneel ontwerpproces worden opgesteld. De inhoudelijke
controle op het ontwerp kan plaatsvinden op basis van deze
ontwerpproducten.
Type parametrische modellen
Zoals gezegd kunnen met behulp van ontwerpmodules en een
uitwisselingsplatform twee type modellen worden opgesteld:
een monodisciplinair parametrisch model en een integraal
parametrisch model.
Monodisciplinair parametrisch model
Berekeningen van constructies met een meer uniek karakter
kunnen worden versneld door het parametriseren van de
invoer en/of het koppelen van twee rekenprogramma's,
waarmee een deel van de constructie wordt doorgerekend.
Hierdoor krijgt de ontwerper meer inzicht in zijn constructie.
Daarnaast kan de gevoeligheid van het constructieonderdeel
worden vastgesteld, bijvoorbeeld voordat een ontwerpmodule
in een integraal parametrisch model wordt ingebouwd.
Wedstrijd in de vorm van een hackathon
Om ervaring op te doen met parametrisch ontwerpen, is Volker -
Infra in 2017 begonnen een model te ontwikkelen voor een
windmolenfundatie, een constructie bestaande uit een enkele
poer met fundatiepalen en met een eenvoudige belasting. De
eerste stap was het maken van modellen en rekensheets die aan
elkaar konden worden gekoppeld. Gekozen is voor DIANA, in
combinatie met een D-Foundationberekening en doorsnedebe -
rekeningen in Excel. Voor het ontwikkelen van de koppeling
tussen de rekenmodellen is gekozen tussen het inhuren van
expertise of verdere ontwikkeling binnen VolkerInfra. Tijdens een
gesprek met een externe expert, MOCS uit Delft, is het idee
ontstaan een wedstrijd te organiseren in de vorm van een hacka-
thon. In een hackathon gaan meerdere teams de strijd met
elkaar aan om in korte tijd een Proof of Concept (POC) te maken
(foto 3).
Het doel van de wedstrijd was het realiseren van de meeste
koppelingen. Het team dat de meeste koppelingen realiseerde
won. Twee teams hebben deelgenomen: een intern VolkerInfra-
team en het team van MOCS. Beide partijen vonden het een
uitdaging om in een sprint van twee dagen tot een product te
komen. De uitkomst was duidelijk:
? MOCS slaagde erin een POC te realiseren waarbij de aangele -
verde Excel-sheet, DIANA-model en D-foundationmodel aan
elkaar werden gekoppeld.
? Het VolkerInfra-team slaagde hier bijna in, maar kon het resul-
taat van MOCS niet evenaren.
3
thema
Modulair parametrisch ontwerpen 6 2018
35
4
Een monodisciplinair model waarbij de invoerparameters
voor een wapeningstekening in Microsoft Excel worden
ingevoerd en automatisch worden gekoppeld aan de
wapeningstekening in Revit
per krijgt zo meer inzicht in de samenhang tussen de diverse
constructieonderdelen en kan door middel van een gevoelig -
heidsanalyse optimaliseren op basis van materiaalkosten en
duurzaamheid. De steeds schaarser wordende capaciteit van de
ontwerper, ofwel beschikbare kennis en kunde, kan optimaal
worden ingezet.
Parametrisch ontwerpen dwingt de ontwerper meer gebruik
te maken van de aanwezige standaard, het ontwikkelen van
een nieuw parametrisch rekenmodel kost immers meer tijd.
Voor de standaardconstructies zal er een doorlooptijdverkor -
ting ontstaan waardoor uiteindelijk de ontwerpkosten lager
uitvallen.
Parametrisch ontwerpen is de toekomst, waarin de rekenkracht
van de computer wordt gecombineerd met het vakmanschap
van de ontwerper. Het vergt de ultieme samenwerking tussen
ontwerpers, uitvoering en kostendeskundigen. Het is hierbij
duidelijk dat de inventiviteit van een ontwerp niet door een
computer is te vervangen, de ontwerper blijft verantwoordelijk
voor zijn ontwerp. Het vakmanschap van de ontwerper zorgt
ook in de toekomst voor het verschil in een ontwerp.
?
Integraal parametrisch model
Voor veelvoorkomende constructies (zoals een viaduct, fundatie
van een windmolen of een kadeconstructie) is een integraal
parametrisch model uitermate geschikt. Een integraal parame-
trisch ontwerp is een applicatie waarbij het totale ontwerp van
invoer tot en met tekening en kosten is geautomatiseerd. Na het
invoeren van de parameters kan het gehele ontwerpproces met
een druk op de knop van constructieve en geotechnische bereke-
ning tot tekening en rapportage worden uitgevoerd en aangepast.
Bij een integraal parametrisch ontwerp zijn parametrische
ontwerpspecialisten nodig om diverse programmatuur aan
elkaar te koppelen en te optimaliseren. Bij een monodiscipli-
nair model kan de ontwerper zelf met de gereedschappen van
het uitwisselingsplatform software en berekeningen met elkaar
combineren.
Resultaten parametrisch ontwerpen
Door het gebruik van een parametrische opzet kost het opstel-
len van de definitieve en meest optimale berekening relatief
weinig tijd. Hierdoor ontstaat er meer tijd om zowel te optima-
liseren als tijd om aandacht te besteden aan risico's. De ontwer -
4
Modulair parametrisch ontwerpen 6 2018
Reacties