36 thema Online applicaties gebouwd door ingenieurs Platform VIKTOR helpt ingenieursbureaus parametrische applicaties bouwen thema Online applicaties gebouwd door ingenieurs 6 2018 37 Alle grote consultancybureaus voorspellen dat digitalisering de bouw- en infrasector gaat veranderen. Bij McKinsey voegen ze nog wat extra urgentie toe: "The construction industry is ripe for disruption". Wat maakt de industrie rijp voor 'disruptie'? Er is een noodzaak voor de bouw- en infrasector om faalkosten terug te dringen, marges in stand te houden en concurrerend te blijven. Digitalisering en parametrisch ontwerpen bieden daartoe kansrijke mogelijkheden. Automatisering van engineering Bij parametrisch ontwerpen definieer je een parameterset die het ontwerp beschrijft. Door deze set te variëren, ben je in staat verschillende ontwerpen te genereren en afhankelijkheden te bestuderen. Het maakt een gedeelte van het werk eenvoudiger. Maar eigenlijk is men op zoek naar een oplossing die veel verder gaat: automatisering van het engineeringswerk. Voor volledige automatisering moeten we het gehele proces integreren. Deze gedachte ligt ten grondslag aan de ontwikke- ling van het low-code-platform VIKTOR. Op dit platform zijn webbased parametrische applicaties te bouwen op basis van bouwblokken. Deze bouwblokken kunnen worden gedefini- eerd in Python en direct online worden gelanceerd. Dit kan door zowel eigen ingenieurs met basisprogrammeerkennis worden gedaan, als door externe ingenieurs van bijvoorbeeld MOCS, het bureau dat VIKTOR heeft ontwikkeld. In de appli- catie zijn kennisregels en relaties vast te leggen. De applicaties kunnen communiceren met veel externe teken- en rekenpak- ketten. Ook imports vanuit andere bestanden zijn mogelijk. Doordat je er direct een webbased applicatie van maakt, waar je gebruikers met rollen aan kunt toekennen, maak je de applica- tie beschikbaar binnen de operatie aan het gehele team dat te maken heeft met de ontwerpopgave. Invulling Op basis van een uitgebreide SDK (Software Development Kit, dit omvat de bouwblokken met handleiding) wordt in VIKTOR een ontwerpomgeving opgezet. Hierin zijn eigen routines, parameters en de onderlinge relaties, modellen, Excelsheets en softwaresystemen te integreren. Zo ontstaat een multidiscipli- naire en integrale ontwerpomgeving. Er kan met tientallen andere gebruikers in worden gewerkt. Iedereen kan op verschil - lende niveaus toegang krijgen: sommige gebruikers alleen tot een deel van de ontwerpdata, waar anderen grote veranderin- gen kunnen doorvoeren. VIKTOR wordt momenteel ingezet bij meerdere infra- en bouwprojecten. Twee recente voorbeelden: de automatisering van toeritten voor Lievense en de paalfunderingsoptimalisaties voor Voorbij Funderingstechniek. Computers die een gedeelte van ons werk over ­ nemen? Dankzij digitalisering en parametrisch ontwerpen kan het. Handmatige en repetitieve handelingen gaan tot het verleden behoren, waardoor ingenieurs meer worden aangespro ­ ken op expertise en creativiteit. 'Automate the boring, engineer the awesome!' Er komen steeds meer interessante hulpmiddelen beschikbaar, die dit proces voor de constructeur eenvoudiger maken, zowel in het toepassen van parame ­ trisch ontwerp als in de ontwikkeling van deze toepassingen. ir. Wouter Riedijk, ir. Roeland Weigand MOCS ing. Wichard Bron Lievense ing. Richard Reurings Voorbij Funderingstechniek 1 1 Een tunnel in aanbouw in Amsterdam, ontworpen door Lievense bron: Lievense Online applicaties gebouwd door ingenieurs 6 2018 38 2 VIKTOR is een platform waarop engineers eenvoudig webbased applicaties kunnen maken op basis van Python bron: MOCS3 De modellering van een moot in VIKTOR begint met het inladen van een globaal SCIA-model. Links het globale SCIA-model, rechts de visualisatie die de constructeur binnen VIKTOR ziet constructieve en geotechnische modellen aan het kostenmodel te koppelen en al deze parameters te combineren, kan het kostenoptimum worden gevonden. Een gebruiker kan dan de domeinen bepalen waarbinnen de applicatie zelfstandig deze paramaters kan variëren en op basis waarvan uitkomsten optima gevonden moeten worden (denk aan kosten, planning of risico's). Omdat er vaak meerdere opties dicht bij elkaar liggen, kan een gebruiker ook meerdere geoptimaliseerde versies laten genereren en hier een afweging in maken. Applicatieontwikkeling De afstemming van parameters en het definiëren van het proces vormden het startpunt voor de ingenieurs van Lievense en ontwikkelaars van MOCS. Lievense is daarbij als expert en gebruiker betrokken, terwijl MOCS het webbased parametri- sche model maakt en zorgt dat het proces tot op het juiste niveau wordt geautomatiseerd. Er zijn drie expertises samen- gebracht vanuit Lievense: constructief, geotechnisch en kosten- technisch. Op die manier kan er een multidisciplinaire optimalisatie worden uitgevoerd. Applicatieworkflow Binnen de onlineapplicatie geeft de gebruiker per project de paaltypen aan die beschikbaar zijn met de verschillende eenheidsprijzen. Binnen een project kunnen dan de moten worden ontworpen. Onder een moot kan een gebruiker de GEF-bestanden uploaden horend bij de sonderingen die binnen een moot zijn gemaakt (GEF is een gestandaardiseerd uitwisselingsformaat voor de opslag en overdracht van geotech- nische gegevens). Er volgt een suggestie voor een interpretatie die een geotechnisch adviseur kan aanpassen. De modellering van een moot begint met een globaal SCIA- model zonder palen. Zo voorkom je handmatige invoer van gegevens die al vaststaan en in een andere bron al beschikbaar zijn. Dit SCIA-bestand wordt door de gebruiker geüpload via drag&drop. In VIKTOR kan de gebruiker op twee manieren Case 1: Lievense ontwerp open toeritten van onderdoorgangen Ingenieursbureau Lievense werkt veel onderdoorgangen uit, onder andere voor ProRail. Voor de 'open toeritten' is een betonnen U-bak met palen een veelvoorkomende oplossing. Deze toeritten zijn erg aantrekkelijk om te parametriseren. Er is vaak sprake van een repeterende vorm van twee wanden en een vloer met bepaalde mootlengte. De vloer wordt gefun- deerd op palen. De uitwerking gaat nu nog vaak op basis van ervaring en rede- natie. Vaak wordt gekozen voor oplossingen die zich in eerdere projecten hebben bewezen, de oplossing van maatgevende sneden worden geëxtrapoleerd. Dat is logisch. Het uitwerken van een snede kost veel tijd. Bij deze werkwijze ontbreekt echter een cijfermatige onderbouwing van de gekozen oplos- sing. Echt inzicht in het ideale ontwerp ontbreekt en dat kan veel geld kosten. Een grove extrapolatie kan enerzijds resulte- ren in overtollig werk en materiaalkosten, maar het kan ook leiden tot foutieve aannamen en oplopende faalkosten. Beter is het dus een optimum te vinden met globale parame- ters, zoals kosten. Om tot een oplosrichting te komen, is een applicatie nodig die parameters kan variëren op een interdisci- plinair niveau, op basis van paaltypen, aantal palen, paallengten versus toegepaste wapening, vloerdikte, enzovoort. Door de 2 3 thema Online applicaties gebouwd door ingenieurs 6 2018 4 Een palenveld in Amsterdam dat wordt gebouwd door Voorbij Funderingstechniek bron: Voorbij Funderingstechniek Omdat dit stuk van het proces nu geheel is geautomatiseerd, kan VIKTOR ook een grote hoeveelheid verschillende palen - plannen zelf genereren en doorrekenen. Doordat alle parame - ters elkaar beïnvloeden, is het niet altijd duidelijk welke keuze uiteindelijk de goedkoopste is. Lievense is vooral geïnteres- seerd in de onderlinge verbanden. Deze worden in VIKTOR in een overzicht geplot. Hierdoor kan de constructeur met behulp van zijn kennis en expertise gedegen keuzen maken. Als controlefunctionaliteit en om goed overzicht te houden over de gegenereerde ontwerpen, kan Lievense bestanden van gemaakte D-foundations- en SCIA-sommen downloaden en 'lokaal' bekijken. Resultaat Er waren slechts twee 'sprints' nodig om de volledige applicatie te ontwikkelen. Primair is het resultaat inzicht in de invloed van de verschillende parameters, de gevoeligheid van de para- meters ten opzichte van elkaar en een 'optimale' oplossings- richting. Het is mogelijk in kort tijdsbestek meer varianten te beschouwen dan voorheen, waardoor de 'optimale' oplossings- een palenplan ontwerpen. "Eenvoudig": de gebruiker geeft in x- en y-richting een gewenst aantal palen. "Gedetailleerd": de gebruiker kan rijen / kolommen palen toevoegen, met een hart-op-hartafstand ten opzichte van de vorige rij / kolom. Andere parameters die de constructeur kan beheren, zijn bijvoorbeeld wapeningsdekkingen, betonsterkteklassen en andere ontwerpkeuzen. Het is mogelijk met één druk op de knop de opgegeven situatie geheel automatisch door te rekenen. Alle programma's (in dit geval SCIA, D-Foundations en meerdere Excelsheets) worden op de achtergrond gerund en er zijn geen menselijke handelin- gen vereist om de gehele multidisciplinaire berekening uit te voeren. Het draagvermogen van de paalconfiguratie volgt uit D-foundations en het benodigde draagvermogen uit SCIA. Ook de snedekrachten worden door de VIKTOR-applicatie uit SCIA gelezen. Via een gekoppelde Excelsheet kan VIKTOR deze omzetten in een benodigde hoeveelheid wapening. Alle uitgerekende eigenschappen bij elkaar bepalen de kostprijs van een ontwerp. De uitkomsten van alle berekeningen worden in VIKTOR weergegeven. 4 40 5 Een weergave van een gebied met sonderingen binnen de Voorbij Module in VIKTOR. Op basis van deze sonderingen en benodigde draagvermogens kan de applicatie zelf een palenplan genereren, geoptimaliseerd naar kosten, gebaseerd op de grondopbouw en met variabele parameters als groeperingen, PPN's en paaltypen richting beter cijfermatig kan worden onderbouwd. Dit kan veel waarde opleveren. In eerste instantie in geld, maar met andere modellen zou dit ook kunnen in termen van risico's, bouwtijd, uitvoerbaarheid of andere KPI's. Case 2: Voorbij Funderingstechniek ontwerp paalfunderingen In samenwerking met Voorbij Funderingstechniek zijn op het VIKTOR-platform modules gebouwd die Voorbij ondersteunen met het optimaliseren van diverse processen en innovatieve toepassingen. Een startpunt is het (her-)ontwerp van paalfunde- ringen. Voorbij krijgt vaak een eerste ontwerp aangeleverd. Vanuit hun expertise en ervaring zien zij hier kansen om verder te optimaliseren, door bijvoorbeeld de variantie van de grond beter mee te nemen in het ontwerpproces. Ook kan er vaak worden geoptimaliseerd door sonderingen slim te groeperen en mee te nemen in de berekeningen. Of bijvoorbeeld het omzetten naar een alternatief paalsysteem. Als dit snel en goed kan worden gedaan, kunnen klanten sneller worden voorzien van geoptimaliseerde palenplannen; dat scheelt veel geld voor de opdrachtgever. Applicatieontwikkeling De engineers van Voorbij en MOCS hebben eerst het proces goed in kaart gebracht. Bijvoorbeeld als het gaat om visualisa- ties. Zo wil de gebruiker onder andere snel de kleeftrajecten kunnen terugzien van ingeladen sonderingen en meerdere sonderingen tegelijk kunnen bekijken. Daarnaast zijn er andere functionaliteiten die de gebruikers helpen, zoals het in één keer kunnen wijzigen van de interpretatie van meerdere sonderingen. Het hoofddoel is dat de eerste applicatie zelf in staat is een palenplan te genereren, geoptimaliseerd naar kosten, gebaseerd op de grondopbouw en met variabele parameters als groeperin- gen, PPN's (paalpuntniveaus) en paaltypen. Voorbij heeft een methode ontwikkeld om groeperingen te genereren uit een set van regels, waarvan MOCS het achterliggende algoritme heeft geschreven. Als gebruiker heeft Voorbij eisen gesteld die specifiek passen bij hun proces. Een paar voorbeelden: bij optimalisatie kunnen zij de onder- en bovengrenzen aangeven van PPN's, een koppe- ling maken naar Technosoft, het ontwerp praktisch uitvoerbaar laten genereren, de grenswaarde praktisch afstellen, interactieve draagvermogengrafieken zien en palen gevisualiseerd zien in combinatie met de sonderingen. Resultaat Omdat het VIKTOR-platform de generieke bouwstenen heeft om een dergelijke omgeving te configureren, zijn er maar vier sprints nodig om zo'n professionele maatwerkapplicatie te bouwen. Dat terwijl er een heel grote waarde is die wordt gere- aliseerd met de applicatie, voor zowel de opdrachtgevers als voor Voorbij zelf. Tot slot Om tot goede optimalisaties te komen, is het belangrijk (een deel van) het proces geheel te automatiseren en hier een bruik- bare applicatie van te bouwen voor eindgebruikers. Dit wordt bereikt door een combinatie te maken van parametrisch ontwerp, kennisregels, integratie van gebruikte softwaresyste- men, Excelsheets en andere modellen en dit online toegankelijk te maken. Het VIKTOR-platform is gebouwd om precies dit te doen en hier de bouwblokken voor te leveren. Via het platform kan een ingenieur met basisprogrammeerkennis eenvoudig en snel professionele webbased applicaties bouwen, die direct kunnen worden gelanceerd in de operatie en gebruikt door alle betrokken teamleden. Inmiddels wordt het breed toegepast in de sector. Zo speelt het platform momenteel een belangrijke rol in de DO-fase van het ontwerp binnen het megaproject de Groene Boog. ? 5 thema Online applicaties gebouwd door ingenieurs 6 2018