10 thema De keuze voor parametrisch ontwerpen ir. Chris van der Ploeg ABT Afweging met veel invloedsfactoren De denkwijze van parametrisch ontwerpen is voor construc - teurs niets nieuws. Menig constructeur heeft in de loop van de jaren vele parametrische modellen gebouwd, in de vorm van Excelsheets: rekensheets waarin regels en relaties worden vast - gelegd om daarmee efficiënter en consistenter te kunnen werken. In feite is elke Excelsheet daarmee een parametrisch model. Het grote verschil is dat het bij parametrische ontwer - pen niet meer gaat om een eenmalige berekening, maar dat het wordt ingezet om bewust gebruik te maken van de mogelijk - heid tot variatie. Al op kleine schaal is dit inzetbaar voor alle - daagse constructieve ontwerpopgaven als een betonpoerontwerp (fig. 1).   Een parametrisch model kan worden ingezet voor verschil - lende doelen afhankelijk van de fase in het ontwerpproces. Parametrische modellen in een VO-fase hebben een sterk verkennend karakter met focus op inspiratie en het verkennen van verschillende varianten in het ontwerpdomein. Vaak worden ze echter pas in latere stadia van het ontwerpproces toegepast (DO/UO). De invloed op de totaaloplossing is daarmee beperkt omdat veel keuzen al vastliggen. Hiermee wordt voorbijgegaan aan het potentieel van een parametrisch model, namelijk het verkrijgen van meer inzicht in consequen - ties van de (integrale) ontwerpkeuzen of het verbeteren van de overallontwerpperformance (VO/DO) (fig. 2). Parametrisch ontwerpen kan ook noodzakelijk zijn als er een productiemethode wordt geselecteerd (DO/TO) die mass-custo - mization toelaat waarbij alle elementen uniek kunnen zijn. Mede gestimuleerd door grafische programmeer - software als Dynamo en Grasshopper, heeft het gebruik van parametrische modellen de laatste jaren een enorme vlucht genomen. Beschikbaarheid van techniek is niet langer een beperkende factor; veel (jonge) constructeurs zijn met deze middelen bekend. Maar de keuze voor een parametrische aanpak gaat verder dan alleen het kiezen voor het gebruik van een nieuwe digitale tool.   "Weer aan het spelen met je spaghetti-modellen?" Dat hoor je nog wel eens als er weer een parametrisch model op het scherm staat, opgezet in Dynamo of Grasshopper. Wel zien wij vaak nog enige terughoudendheid voor toepassing van parametrisch ontwerpen in de projecten. Dit wordt mede veroorzaakt doordat naast gebruik van een nieuwe technologie, parame - trisch ontwerpen ook een andere werkwijze vraagt. Een andere aanpak met nieuwe mogelijkheden, nieuwe kansen en risico's die zijn weerslag zal hebben op bestaande manieren van werken, huidige processen en samenwerkingsvormen.     Rol van parametrisch ontwerpen Parametrisch ontwerpen is een ontwerpmethodologie waarbij op basis van regels en relaties een ontwerp wordt gegenereerd. thema De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018 11 Waarom parametrisch ontwerpen? De motivatie voor het toepassen van parametrische modellen in het ontwerpproces is vaak tijd en geld gedreven, met een focus op verbetering van de efficiëntie van het eigen proces. Dit is gerelateerd aan de huidige businessmodellen waar veelal voor een vast bedrag een gegeven product moet worden geleverd. Redenen om voor een parametrisch proces te kiezen, zijn echter veel talrijker (fig. 2 en 3). De volgende worden genoemd: ? het proces is accuraat, er wordt exact voldaan aan vooraf gegeven regels; ? het leidt tot generatie van precieze wiskundige geometrie; ? het levert constante kwaliteit, zonder menselijke fouten; ? modellen kunnen worden hergebruikt in andere projecten; ? verschillende ontwerpoplossingen kunnen worden verkend en inzichtelijk gemaakt, onder meer door simulatie; 1 1 Inzicht in de optimale verhouding van afmetingen, beton- kwaliteit en wapeningsconfiguratie voor een betonpoer op basis van een dataset gegenereerd uit een parametrische Excelsheet 2 Drijfveren voor de toepassing van computational design-methodieken met invloed op de workflow afhankelijk van de fase in het ontwerpproces [1] 3 (a) Het verkennen van oplossingen, (b) inzicht in de conse - quenties van ontwerpkeuzen en (c) het kwantificeren van de prestaties van een ontwerp ten opzichte van alternatieven op basis van varianten gegenereerd met een parametrisch model design simulated variants performance performance lead time impact on workflow integralperformance newtechnology efficientprocesses 2 3a 3b 3c De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018 12 een pure basisgeometrie op voor de productie. Aanpassingen of wijzigingen zullen keer op keer blijven voldoen aan de vooraf opgegeven regels. De toepassing van parametrische ontwerpen voor generatie van complexe geometrie is daarmee voorname - lijk vanuit efficiency gedreven.   Krapte arbeidsmarkt als stimulans Door de toenemende krapte op de arbeidsmarkt neemt de vraag naar meer efficiëntie toe. De capaciteit voor de traditio - nele aanpak is niet meer aanwezig en een efficiëntieslag is noodzakelijk. Een antwoord hierop kan zijn het gebruik van parametrisch configureerbare oplossingen. Hiermee wordt de bereidheid groter het 'risico' van nieuwe digitale parametrische technieken te accepteren. Zo kan een gebrek aan modelleurs aanleiding zijn de repetitieve delen in het modelleerproces te gaan automatiseren. Dat kan interessant zijn bij projecten met veel repetitie zoals bij windmolenfunderingen (fig. 4). Voor vele ontwerpen kunnen tekeningen en bijbehorende berekenin - gen worden gegenereerd. De focus kan dan verschuiven naar de specials en uitzonderingen waar een grotere toegevoegde waarde kan worden geleverd dan bij repetitief werk.   ? de relatieve prestatie ten opzichte van alternatieven kan worden gekwantificeerd; ? oplossingen kunnen worden geoptimaliseerd; ? het geeft flexibiliteit voor het ontwerpproces, er kan worden geanticipeerd op wijzigingen; ? ontwerpvrijheid word behouden; ? het proces wordt efficiënter: minder inzet, verkorting van doorlooptijd.   Elk van deze aspecten geeft aanleiding tot zijn eigen toepassin - gen en verdienmodellen. Een aantal zaken wordt nader toege - licht.   Complexe geometrie Parametrisch ontwerpen wordt vaak direct geassocieerd met complexe geometrie. Dit komt doordat complexe geometrie vaak te bewerkelijk is om handmatig te modelleren en efficiën - ter kan worden gegenereerd op basis van regels in een parame - trisch model. Dit geldt helemaal wanneer aanpassingen of wijzigingen plaatsvinden. Daarnaast zorgt het genereren van geometrie door een parametrisch model ervoor dat de vorm exact volgens (wiskundige) regels wordt gegenereerd. Dit levert 4 Generatie van de wape - ning voor windmolen- funderingen op basis van parametrische modellen (Python) voor zowel bere - keningen als tekeningen5 Schematische weergave van de rol van multidisci - plinaire parametrische modellen voor het genere - ren van data waarmee inzicht in de consequen - ties van ontwerpkeuzen kan worden verkregen6 Schetsmatige weergave van het parametrische model van de parkeer- garage PXXL (b) en een van de gegenereerde varianten geplaatst in de omgeving (a) 4 thema De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018 13 Parametrische modellen voor flexibiliteit In een traditionele constructieve aanpak wordt na een varian - tenstudie zo snel mogelijk getrechterd naar een specifieke oplossing of er wordt doelbewust van grof naar fijn gewerkt. Blijven variëren tot in latere procesfasen wordt vermeden, zodat de technische detailuitwerking efficiënt kan plaatsvinden en dubbel werk wordt voorkomen. Het behoud van ontwerpvrijheid dat parametrisch ontwerpen introduceert, staat hier lijnrecht tegenover. Doordat aanpassin - gen eenvoudiger kunnen worden gemaakt, wordt het mogelijk ontwerpkeuzen en variaties tot in een later stadium in het proces te laten plaatsvinden. Dit biedt kans te anticiperen op ontwerpwijzigingen of doelbewust keuzen uit te stellen totdat hier gefundeerd een besluit over genomen kan worden, zonder dat dit het ontwerpproces vertraagt.   Leren van simulaties De toenemende integraliteit van ontwerpen leidt tot een toename van de complexiteit van ontwerpen, waarin de gevol - gen van ontwerpkeuzen soms vooraf niet zijn te overzien, te PXXL bij Schiphol Samen met specialisten van constructie, installaties, bouwfysica, geotechniek en kosten is het ontwerp van de nieuwe parkeerga - rage PXXL bij Schiphol gerationaliseerd en is bepaald binnen welk bereik alle mogelijke varianten worden gesimuleerd en geanalyseerd (fig. 6). Inzichten uit deze simulaties onderbouwen de ontwerpkeuzen. Het parametrische model is hier bewust gegenereerd uit een schakeling van Excelsheets, zo dat alle specialisten konden bijdragen zonder daarvoor eerst een (visuele) programmeertaal te leren. voorspellen of te kwantificeren op basis van enkel ervaring. Parametrische modellen kunnen bijdragen aan het efficiënt genereren van varianten en daarmee het verkrijgen van inzicht, waardoor de oplossing kan worden verbeterd (fig. 5). Deze techniek is ontwikkeld en toegepast bij het ontwerp van de nieuwe parkeergarage PXXL bij Schiphol (zie kader 'PXXL bij Schiphol').    Verschuiving werkzaamheden Parametrisch ontwerpen kan leiden tot een verschuiving van werkzaamheden, van herhaaldelijk repetitief werk naar meer tijd voor integrale afstemming. Huidige businessmodellen en verdienmodellen zullen daarbij gaan veranderen. Worden we betaald om een ontwerp te leveren, voor elke variant die we maken, of voor het inzicht in ontwerpkeuzen of voor de toege - voegde waarde van ons advies? Dit zal een verschuiving zijn naar meer hoogwaardig advies waarbij de kwaliteit van de oplossing, bijdrage of besparing aan het ontwerp telt in plaats van een vergoeding voor het leveren van enkel de eerste oplossing. 5 6a 6b De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018 14 Een voorwaarde bij elk project is dat de regels expliciet en bekend zijn zodat ze kunnen worden vastgelegd, waarna de regels in (visuele) programmeercode kunnen worden vertaald. Ofwel: think, make the rules, code and press enter (fig. 7).   Elk parametrisch model begint dan ook op papier. Een analoge stap, waarin van tevoren de logica van een ontwerp in regels of schema's wordt vastgelegd. Deze regels vormen de basis voor het creëren van een digitaal parametrisch model. Dit rationaliseren van het ontwerp kan pas plaatsvinden als er een conceptueel ontwerp bekend is, een denkrichting waaruit de ontwerpregels kunnen worden gedestilleerd. Immers, aan een computer kunnen geen creativiteit of impliciete relaties of niet-rationele keuzen worden geleerd. Opties en varianten zijn daarin mee te nemen, maar moeten worden gevat in concrete spelregels.   Het visueel vastleggen van afspraken en relaties maakt het mogelijk de regels bespreekbaar te maken met anderen en ontwerpaannamen te toetsen alvorens het digitale parametri - sche model te maken. Ook in een traditioneel proces kan dit van meerwaarde zijn voor het begrip en inzicht tussen partijen.   Computational thinking Het herleiden van de spelregels in een opgave vergt vergaande vaardigheden op het gebied van computational thinking. Computational thinking is het proces voor het formuleren van een probleem en oplossingen op een dusdanige manier dat deze effectief kunnen worden uitgevoerd door een computer (mens of machine). Dit bevat een combinatie van verschillende technieken, zoals: ? algoritme: het formuleren van de regels om stap voor stap tot een oplossing te komen; ? patroonherkenning: zoeken van overeenkomsten in het ontwerp of tussen verschillende opgaven; ? decompositie: vertalen van een complex probleem in kleinere meer behapbare delen; ? abstractie: focus op enkel de relevante aspecten om de onder - liggende structuren zichtbaar te maken.   Computational thinking wordt gezien als een basisvaardigheid voor de 21e eeuw, waarvoor specifieke kennis van parametri - sche software niet nodig is. Hier kan dus ook door alle teamle - den aan worden bijgedragen.   In vergelijking met een traditioneel proces verschuiven werk - zaamheden daarmee ook meer naar de voorkant. In de tijd dat regels worden afgeleid en het model wordt samengesteld, zouden de eerste details of berekeningen al afgerond kunnen zijn. Op het moment dat het parametrische model echter beschikbaar is, wordt het mogelijk om binnen een kort tijdsbe - stek meerdere ontwerpen of varianten te genereren. Dit kan leiden tot toegevoegde waarde of winst in het ontwerpproces. Deze voorafgaande investering in zowel tijd als geld wordt veelal als risico ervaren omdat deze fase niet direct zichtbaar resultaat oplevert. Dit kan al meteen aanleiding zijn om te blijven kiezen voor een risicomijdende of bekende weg, dan wel het hanteren van een 'not in my project'-principe. Een alterna - tief hierop kan zijn om het traject parallel aan te vliegen, wat garantie voor resultaat geeft, tegen de kosten van dubbel werk. Een meer LEAN-aanpak kan hier gehanteerd worden, waarbij in stapjes naar het resultaat wordt toegewerkt. Hierbij bieden de eerste stappen al directe meerwaarde voor het projectteam.     Aanpak Direct beginnen met het maken van het model of blokjes naar het canvas van een parametrische ontwerptool slepen, is veelal niet de meest efficiënte strategie om te starten met parametrisch ontwerpen. In plaats daarvan begint het met het bepalen van het doel van het gebruik van parametrische modellen en bewust benoemen voor welke doelstellingen parametrisch ontwerpen van toegevoegde waarde zou kunnen zijn in het project. Is er ruimte voor variatie of ligt alles al vast? Is er behoefte aan variatie voor meer inzicht? Worden er aanpassingen verwacht in het ontwerp? Is het veelvuldig genereren van situaties of alternatie - ven volgens gestandaardiseerde regels mogelijk? Bias Parametrisch ontwerpen kan leiden tot een voorkeur voor ontwerpvarianten die gemaakt kunnen worden door de aanwe - zige parametrische tools. Zo is het ontwerp van een vierkante windmolenfundatie vanuit het oogpunt van interne efficiency minder wenselijk als er al een parametrisch model voor een ronde windmolenfundatie beschikbaar is. Ook in concurrentie tussen partijen kan dit een rol gaan spelen. Sommige partijen zullen wel of niet de investering hebben gedaan om een para - metrisch model te ontwikkelen voor bepaalde toepassingen en kunnen daarmee een concurrerendere aanbieding maken. Dit kan leiden tot een verdeling van de markt. Of juist tot nieuwe samenwerkingen tussen partijen waarbij elkaars parametrische modellen worden gedeeld. Al met al zal dit bestaande verdien - modellen veranderen. think make rules code enter 7 thema De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018 15 Voor simulaties, zoals een constructieve analyse, is veelal een koppeling met een rekenpakket of toetsingspakket wenselijk. Het moet dan wel mogelijk zijn deze software digitaal aan te sturen. Aanwezigheid van een gedocumenteerde API is daarmee voorwaarde voor een softwareplatform van de toekomst.     To parametrically design or not De keuze om parametrisch te ontwerpen vraagt investeringen vooraf, zowel tijd als geld (fig. 10). Dit wordt veelal als risico ervaren omdat deze fase niet direct zichtbaar resultaat oplevert. Onbekendheid of onervarenheid met parametrisch ontwerpen maakt het lastig de balans tussen investeringsrisico en moge - lijke toegevoegde waarde in te schatten. Eveneens is potentiële meerwaarde vaak vooraf moeilijk te kwantificeren. Zo is vaak onbekend hoeveel variatie er exact zal plaatsvinden en de meerwaarde van meer inzicht laat zich moeilijk vertalen in geld. De keuze voor toepassing van parametrisch ontwerpen wordt dan ook meer gemaakt op kwalitatieve argumenten, gevoel, vergelijkingen of op basis van ervaringen uit het verle - den. Een projectleider moet eigenlijk een keer een parame - trisch project hebben meegemaakt om daarna meer gevoel bij deze afweging te hebben.   Code Voor het maken van parametrische modellen is ervaring met (een van de) parametrische modelleerpakketten of program - meertalen benodigd. Veelal worden visuele programmeertalen als Grasshopper of Dynamo gebruikt vanwege de toegankelijk - heid. Ervaring met de verschillende programmeertalen helpt om het juiste middel voor het juiste doel te kiezen. Vaak wordt deze keuze gedomineerd door het uiteindelijke documentatieplat - form, zoals gebruik van Dynamo voor het genereren van Revit- modellen, of wordt dit bepaald door beschikbaarheid van mensen. Waar meer dan de standaardfunctionaliteit is beno - digd, volgt al gauw de stap naar een programmeertaal zoals Python of C#. Voor grootschalige ontwikkelingen lenen visuele program - meertalen zich minder omdat de structuur en de logica minder goed gestructureerd en gedocumenteerd kunnen worden. Deze modellen zijn op een later tijdstip of voor een buitenstaander vaak lastig leesbaar. In dit geval kiezen wij eerder voor een objectgeoriënteerde aanpak met definitie van een parametrisch model in een taal als C# of Python. Soms worden deze defini - ties dan weer gebruikt of aangeroepen vanuit een visuele Gras - shopper- of Dynamo-omgeving.   Depot Boijmans Van Beuningen Bij het ontwerp van het nieuwe Depot Boijmans Van Beuningen ? in de vorm van een kom, met zijn karak - teristieke glazen, spiegelende gevel ? is bewust gekozen voor parame - trisch genereren van de glazen gevel - panelen vanwege het belang van de exacte geometrie. Daarnaast is gean - ticipeerd op wijzigingen van de vorm. Hierdoor konden tot vlak voor de deadline vormwijzigingen worden doorgevoerd zonder dat dit conse - quenties had voor de doorlooptijd. 7 Regels moeten expliciet bekend zijn waarna ze in (visuele) programmeer- code kunnen worden vertaald8 Depotgebouw Boijmans Van Beuningenbron: MVRDV9 De rol van parametrisch ontwerpen in het ontwerpproces van het nieuwe depotgebouw van Boijmans Van Beuningen 8 9 De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018 16 10 Relatie investering en resultaat de voordelen van maximale efficiëntie op een project op korte termijn volstaat de inzet een enkele ervaren parametrische ontwerpers. Om parametrisch ontwerpen in de toekomst blij - vend onderdeel te laten zijn van de integrale projectaanpak, zijn investeringen nodig in het opleiden en begeleiden van medewerkers en teams, in het opdoen van ervaring en in het vullen en bijhouden van de parametrische 'toolbox'. Bij de keuze voor een parametrische aanpak zit daarbij ook de keuze voor de teamsamenstelling. Waar een parametrische aanpak soms al moeilijk 'te verkopen' is, wordt dit dilemma verder bemoeilijkt wanneer eveneens wordt ingezet op opleiding. Hierdoor zal meer tijd vereist zijn voor het maken van de modellen en de begeleiding.   Hergebruik Een belangrijke afweging is of een parametrisch model eenma - lig wordt gebruikt of herbruikbaar moet zijn. Een volledig soepel werkende tool, zonder fouten, gedocumenteerd en over - draagbaar naar anderen, vergt een vele malen hogere investe - ring dan een eenmalig model dat even snel voor het eigen werk wordt gemaakt. Ofwel het verschil tussen 'spaghetti' en een duidelijk gestructureerd model. Veel parametrische tools zullen derhalve niet worden doorontwikkeld voor hergebruik.     Van spaghetti naar gemeengoed Parametrisch ontwerpen vervult een steeds grotere rol in onze werkzaamheden. Van een specialistische techniek, enkel toege - past door digitale specialisten, wordt dit steeds meer standaard - gereedschap en gemeengoed voor constructeurs. Dit vraagt van iedereen om meer te denken in regels. Van het in de eerste fase afleiden van de spelregels tot het daadwerkelijk programmeren van het parametrische model. Discussie en samenwerking tussen de (jonge) digitale mensen, voor wie de parametrische denkwijze heel gewoon is, en de minder digitale generatie, is hiervoor nodig om samen de nieuwe mogelijkheden en kansen te verkennen. Zodat we 'spaghetti'-modellen kunnen transfor - meren naar parametrische hulpmiddelen om advieswerkzaam - heden te versterken. ?     ? REFERENTIES http://www.abt.eu/cs   ? GERAADPLEEGDE BRONNEN Huijben F., Van der Ploeg, C. (2018), Computational design in the buil - ding industry ? Three key drivers for effectively applying computational design in the building industry. In: Stahlbau Volume 87 , Issue 2, Berlin: Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ stab.201810573).   Gezamenlijke aanpak Ontwikkelingen en innovaties, zo ook op het gebied van para - metrisch ontwerpen, beginnen vaak met het enthousiasme van individuele medewerkers die nieuwe mogelijkheden verkennen en hiervoor buiten standaardkaders durven te denken. In diverse projecten is vooraf niet gekozen voor parametrische aanpak, maar hebben specialisten zelfstandig gekozen voor een parametrische aanpak of door middel van een proof of concept de projectleiders proberen te inspireren. In feite wordt het eerder benoemde investeringsrisico daarin gedragen door het individu. Het dilemma wat hieraan ten grondslag ligt is dat de (senior)groep die veelal de lijnen in projecten uitzet, vaak niet de groep is met de meeste digitale affiniteit. Tegelijkertijd mist soms de digitale (jongere) generatie de ervaring om verder te kijken dan technisch digitale mogelijkheden en een goede risico-inschatting of digitale procesaanpak voor te stellen. Met toenemende snelheid van digitalisering kan dit gat groter worden in de toekomst. Samenwerking tussen beide groepen is daarbij nodig. Hier ligt ook een duidelijke rol voor de 'niet- digitale generatie' om te zorgen voor stimulans en interesse om samen de kansen en risico's te verkennen van deze nieuwe mogelijkheden.   Afweging Met de keuze voor parametrisch ontwerpen moet er een afwe - ging worden gemaakt tussen benodigde functionaliteit, kwali - teit, beschikbare doorlooptijd, beschikbare uren (geld) en teamsamenstelling. Wat wordt er allemaal meegenomen in het parametrische model, hoeveel variabelen, welk detailniveau, welke uitvoer en waar ligt de grens? De hoeveelheid mogelijk - heden en spelregels beïnvloeden direct de benodigde tijd en investeringskosten. Implementatie van nieuwe technieken als parametrisch ontwerpen vraagt een bewuste afweging van een bedrijf. Voor result investment/risk added value/profit time/? traditional design computational design 10 thema De keuze voor parametrisch ontwerpen 7 2018