26 thema Parametrisch model gekoppeld aan reken- programma Slimme ingenieurs zijn al jaren bezig met parametrisch ontwerpen. Ze maken prachtige ontwerpen met Grasshop ­ per of Dynamo en sturen de modellen naar rekensoftware voor analyses. Maar hoe worden parametrisch opgezette constructiemodellen aan rekensoftware gekoppeld? In dit artikel wordt een beeld geschetst. Een techniek die helpt bij het visualiseren van data, is het zoge- noemde visueel programmeren. Het verschil met gewoon programmeren is dat er niet alleen naar computercode wordt gekeken, maar dat die code ook direct een visuele representatie heeft. Deze manier van programmeren is mogelijk met software als Dynamo of Grasshopper. Daarin kunnen geometrieën, belas- tingen en randvoorwaarden als parametrisch script worden opgezet. Door de data te visualiseren, is meteen te zien of het script goed werkt. En door een koppeling te maken met een rekenpakket kan een constructieberekening worden uitgevoerd zonder dat de constructeur nog handmatig data moet toevoegen. Voor de meeste constructeurs is het maken van zo'n script, dankzij een goed getraind analytisch denkvermogen, een prima aan te leren vaardigheid. Een vliegende start is mogelijk door gebruik te maken van de primers van Grasshopper en Dynamo. Een primer is de door de ontwikkelaars aangehouden bena- ming voor de handleiding. Beide programma's hebben een duidelijke userinterface en wijzen zich daardoor bovendien bijna vanzelf. Hierdoor kan vrij snel een eerste geometrie als parametrisch model worden opgezet. Parametrisch model koppelen aan rekensoftware Met het opzetten van een parametrisch constructiemodel is het constructief ontwerpproces nog niet klaar. Voor een bere- Voorbeeld van koppeling tussen Dynamo en RFEM Parametrisch ontwerpen bestaat als techniek al vele jaren en er zijn veel vormen van parametrisch ontwerpen mogelijk. Het ontwerpen van constructieonderdelen met zelfgemaakte Excel - bladen kan ook worden gezien als een manier van parametrisch ontwerpen. Daarbij zijn via de Visual Basic-editor in Excel op eenvoudige wijze scripts te maken om data te genereren en uit te wisselen met andere programma's. Alleen herkennen we dat mogelijk niet als parametrisch ontwerpen, omdat er in ieder geval twee dingen aan ontbreken. Ten eerste is in Excel een directe visuele presentatie van data, zoals geometrie en schema- tisatie, niet zomaar mogelijk. Ten tweede wordt een koppeling tussen Excel en een rekenpakket niet standaard meegeleverd. Je zult die zelf moeten maken om echt serieuze (EEM-)berekenin- gen uit te kunnen voeren. thema Parametrisch model gekoppeld aan rekenprogramma 6 2018 27 paramedisch modelrekenmodel aanmaken rekenmodel BIM model BIM model sturen naar... snelle uitwisseling van gegevens parametrisch ontwerpen leerd als Structural Analysis for Dynamo. Deze plug-in koppelt Dynamo aan rekenpakket Robot, dat ook een programma is van Autodesk. Het grootste voordeel van een kant-en-klare plug-in is dat er geen programmeerkennis nodig is om de koppeling te maken. De nadelen zijn onder andere dat het onmogelijk is zelf wijzi- gingen te maken aan de functionaliteit van de plug-in, dat er een afhankelijkheid is van de ontwikkelaar en dat er mogelijk geen beschikbare plug-in is voor het programma waarmee wordt gewerkt. Tijdens een recent onderzoek bij Arcadis naar de mogelijkheden van andere rekenpakketten, bleek dat er bij de standaard gebruikte programma's (Dynamo en rekenpakket SCIA Engi- neer) nog geen directe koppeling bestaat en dat het ook niet gemakkelijk is deze op te zetten tussen die programma's. Om het zelf op te zetten, moet een rekenpakket namelijk de beschikking hebben over een API. Daarmee heeft een programma de moge- lijkheid data direct door te geven aan andere applicaties. Een workflow met een wisselbestand tussen Dynamo en SCIA Engi- neer is overigens wel mogelijk, maar leidt door eerdergenoemde redenen niet tot de gewenste workflow. In het onderzoek was er interesse in rekenprogramma's RFEM (vanwege de gebruiksvriendelijkheid en de beschikbare API) en Robot (omdat hiervoor een directe koppeling al beschikbaar is zonder dit zelf te programmeren). Om een gevoel te krijgen van de benodigde investering voor het maken van een koppe- ling, werd er gekozen een koppeling met RFEM op te zetten. De meeste modelgegevens van RFEM zijn uitwisselbaar via de API en er is veel documentatie beschikbaar over hoe de uitwis- seling is te realiseren. Omdat Dynamo ook bruikbaar is in combinatie met Revit, werd besloten de koppeling te maken tussen Dynamo en RFEM. ir. Michael van Telgen Arcadis, Structural Design & Engineering 1 Mogelijke koppelingen met rekenpakket kening is het nodig het model naar het rekenprogramma te sturen. Een dergelijke koppeling wordt niet 'standaard' meege- leverd. Daarvoor zijn te veel verschillende programma's op de markt. Omdat het toch wenselijk is een constructief rekenmo- del aan te maken op basis van het parametrische model, zijn hier enkele opties voor: indirecte en directe koppelingen. Indirecte koppeling Een Dynamo-model is via Revit naar een rekenpakket te sturen, zie hiervoor de rode route in figuur 1. Voor de koppe- ling tussen Revit en een rekenpakket zijn er al plug-ins, bijvoorbeeld CADS voor Scia Engineer. RFEM heeft een koppeling beschikbaar in het pakket zelf. Een tussenstap blijkt wel vertragend en omslachtig te werken en sommige data gaan verloren tijdens het overzetten van het model. Boven- dien is het terughalen van gegevens uit Revit naar Dynamo niet mogelijk. Data terugschrijven van het rekenpakket naar Revit gaat vaak nog wel, maar heeft een beperkte waarde in de constructieve analyse-workflow. Hierdoor beperkt deze mogelijkheid zich effectief tot éénrichtingsverkeer. Op dezelfde manier kan een wisselbestand worden ingezet. Dit is niet getoond in figuur 1, maar volgt ook de rode route met in plaats van Revit het wisselbestand. Directe koppeling Grasshopper en Dynamo zijn ook direct te koppelen aan een rekenpakket, zie de groene route in figuur 1. Bij deze directe koppeling kunnen constructies met de hoogste snelheid en mate van kwaliteit worden beoordeeld, omdat er geen snel- heid en data verloren gaan door een tussenstap te maken. Ook is het mogelijk om zo een gevoel te krijgen voor het ontwerp door eindeloos simulaties te draaien en te kijken wat er gebeurt. Het is niet per se nodig de resultaten te bekijken in het rekenpakket, omdat de resultaten ook zijn terug te halen naar Dynamo of Grasshopper. Deze vorm van tweerichtings- verkeer van data maakt daarbij ook de weg vrij voor geauto- matiseerde ontwerpoptimalisaties. Dynamo kent overigens ook een standalone-versie (Dynamo Sandbox) die gratis beschikbaar is en verder niet leunt op de functionaliteiten van Revit. Grasshopper is alleen bruikbaar in combinatie met Rhino en hiervoor is een betaalde licentie nodig. Vergelijking van rekenpakketten Om een directe koppeling te krijgen, is het nodig in Gras- shopper of Dynamo een plug-in te hebben die het parametri- sche model naar het rekenpakket stuurt. Voor Grasshopper zijn er onder andere de tools van GeometryGym die dit kunnen. In Dynamo kunnen ook packages worden geïnstal- 1 Parametrisch model gekoppeld aan rekenprogramma6 2018 282 De tool is zichtbaar bij het opstarten van Dynamo in te pluggen door het verbinden van de draden in Dynamo. Dit project kan het beste worden opgezet als Zero Touch Node- project. Een Zero Touch Node is een type Dynamo-node waar alle standaardfunctionaliteiten al in zitten die Dynamo-nodes nodig hebben om überhaupt te functioneren. Doordat de stan- daardfunctionaliteiten erin zitten, kan de programmeur zich focussen op de handelingen die moeten worden verricht in die node. Matteo Cominetti heeft een goede tutorial voor het opzetten van een Zero Touch Node-project geschreven [1]. Andere hulpbronnen voor ontwikkelaars kunnen natuurlijk ook worden gebruikt [2]. Om de koppeling met RFEM te maken, is het nodig dat het script weet welke commando's er beschikbaar zijn in RFEM. Hiervoor is een soort bibliotheek nodig die in het Visual Studio-project moet worden geladen. Dat gebeurt door een extra 'reference' in te voegen, namelijk een referentie naar de 'Dlubal.RFEM5.dll' library. Hierdoor zijn de functionaliteiten van RFEM benaderbaar via de programmacode. In de docu- mentatie van de RFEM SDK [3] is uitgebreid beschreven hoe gestart kan worden met programmeren voor RFEM. Ook zijn daar veel voorbeelden in opgenomen. Voorbeeld: exporteer een lijn Op Cementonline.nl staat bij dit artikel de programmacode van een voorbeeldscript van het naar RFEM schrijven van in Dynamo gegenereerde lijnen (Zie het kader 'Downloaden voorbeeld package'). Dit script wordt in de Dynamo-package weergegeven als een Dynamo Node. Hiervoor gaan we uit van een eenvoudig Dynamo-model dat bestaat uit lijnen en knopen (fig. 2). Belangrijke aandachtspunten zijn: 1 Een verbinding tussen RFEM en Dynamo moet eerst worden gemaakt. RFEM begrijpt dan dat er via een ander programma instructies binnenkomen die moeten worden verwerkt. Om vervelende misstappen te voorkomen, wordt RFEM voor de gebruiker tijdelijk geblokkeerd. Dan kan niet per ongeluk een handeling in het programma worden verricht waardoor het script niet goed loopt. In de RFEM-handleiding is beschreven hoe het leggen van de verbinding werkt. 2 Er moet een variabele worden aangemaakt van het type 'RFEM-knoop' en 'RFEM-lijn'. Deze variabelen zijn een soort doosjes waarin data van een bepaald type kunnen worden opgeslagen. Door hierin de knoopcoördinaat en lijngegevens op te slaan, kan RFEM respectievelijk de knoop en de lijn tekenen, omdat het programma begrijpt dat het om gegevens van dat type gaat. 3 Dan begint de loop waarin eerst het beginpunt en eindpunt van de lijn worden bepaald. De eigenschappen van de punten Koppeling maken Wanneer de gewenste combinatie van visueel programmeer - programma en rekenpakket er nog niet is, kan ervoor worden gekozen een plug-in te ontwikkelen. De plug-in is feitelijk een computerprogramma en kan worden gemaakt in een program- meeromgeving. Hiervoor is Microsoft Visual Studio een uitste- kende keuze en hier is ook een gratis versie van. De API van RFEM kan met de programmeertalen C# of Visual Basic overweg. Het heeft de voorkeur de plug-in te maken in C#, omdat deze taal ook wordt gebruikt voor packages in Dynamo. Voor de ontwikkelaar zelf is het noodzakelijk op enig niveau te kunnen programmeren. Dat wil echter niet zeggen dat een formele opleiding nodig is, omdat iedereen met voldoende tijd en doorzettingsvermogen het kan. Of het is aan te raden hier als constructeur in te duiken, hangt af van de hoeveelheid beschikbare tijd en interesse vanuit de persoon. In dit voorbeeld is het het doel een Dynamo-package te maken. Wie eerder met Dynamo heeft gewerkt, weet dat de blokjes die op het werkveld worden toegevoegd ook wel nodes worden genoemd. De functionaliteiten van de koppeling, in het onder - staande geval is dat het exporteren van geometrie, worden aan een zelfgemaakte node toegevoegd. De node heeft dan als input de geometrie van Dynamo nodig. Deze moet dan in de node zijn Terminologie Application Program­ ming Interface (API) Communicatiepoort waarmee een computer - programma kan commu- niceren met een ander programma loop Serie herhalingen in de programmacode waarin hetzelfde gebeurt maar voor een ander element in de serie nodes (Dynamo) / components (Grass­ hopper) Objecten waarin model- bewerkingen plaatsvin- den. Deze objecten zijn aan elkaar te koppelen packages Toevoegingen op Dynamo (feitelijk ook plug-ins) die te down- loaden zijn via het programma zelf plug­in Een stuk software wat samen werkt met een bepaald programma om bepaalde functionalitei- ten mogelijk te maken primers Handleidingen om te starten met Grasshopper en Dynamo script Set instructies voor een programma om tot een resultaat te komen, bijvoorbeeld een constructief ontwerpuserinterface (UI) Datgene wat de gebrui- ker ziet van de tool. De programmacode is meestal niet zichtbaar Zero Touch Node Een type node met alle standaardfunctionalitei- ten die Dynamo-nodes nodig hebben om te functioneren, zodat deze niet door de gebruiker zelf hoeven te worden gemaakt. De functionaliteit die de node wordt gewenst uit te voeren, kan de programmeur hierin programmeren Voor meer begrippen zie begrippenlijst in artikel thema Parametrisch model gekoppeld aan rekenprogramma 6 2018 29 worden toegekend in de loop, bijvoorbeeld dat het om een poly- lijn type gaat. Door op de juiste manier oplopend te nummeren, komt de knoopnummering voor de lijnstukken goed uit in RFEM. Daarna wordt de lijn weggeschreven naar RFEM, doordat de eigenschappen van de lijn in de variabele van het type RFEM-line wordt gestopt en aan het programma wordt verteld dat deze lijn moet worden overgenomen in het model. 4 Tot slot moet de bewerking van het RFEM-model worden afge- sloten. Het model wordt vervolgens vrijgegeven aan de gebrui- ker, zodat er mee verder kan worden gewerkt. In dit script is een simpele overdracht van lijnen mogelijk. Om het script flexibeler te maken, kan worden overwogen bijvoor - beeld modellen opnieuw aan te maken of te overschrijven, want nu moet, tussen het exporteren vanuit Dynamo door, steeds het RFEM-model worden geleegd. Andere mogelijkheden zijn er natuurlijk ook, zoals het los exporteren van de knopen, of het overbrengen van lijnelementen of vlakken. Alles wat in de API- interface beschikbaar is van RFEM kan worden aangeroepen via de programmacode. Omdat de interface vrij compleet is, is bijna alles wel aan te sturen vanuit Dynamo. Hoe nu verder? Met dit artikel is getoond hoe een koppeling tussen een visuele programmeertool en een rekenprogramma kan worden opgezet. De vraag of we nu allemaal dit soort projecten moeten gaan opzet- ten, blijft echter nog over. Mijn antwoord zou 'nee' zijn. Dit is slechts een Proof of Concept en door duidelijk te laten zien dat het maken van de koppeling mogelijk is, kan de kracht uit zowel Dynamo als het rekenpakket optimaal worden benut. ? ? REFERENTIES 1 Zero touch nodes (Dynamo unchained): http://teocomi.com/dynamo- unchained-1-learn-how-to-develop-zero-touch-nodes-in-csharp/ 2 Hulpbronnen voor Dynamo package ontwikkeling: http://developer. dynamobim.org/ 3 RF-COM (RFEM API interface): https://www.dlubal.com/en/products/ rfem-and-rstab-add-on-modules/others/rf-com Downloaden voorbeeld package Op Cementonline staat de programmacode van een voor - beeldscript van het naar RFEM schrijven van in Dynamo gege - nereerde lijnen. Ook is de package met de lijn-export-node uit het voorbeeld te downloaden op www.cementonline.nl. Om dit uit te proberen, moet de inhoud naar de package-map van Dynamo worden geschreven. Dit is meestal de map: 'C:\Users\"gebruikersnaam"\AppData\Roaming\Dynamo\Dynamo Core\2.1\ packages', waarbij de gebruikersnaam varieert per gebruiker. De benaming 'Users' kan ook in het Nederlands zijn, afhankelijk van de taal van de Windows- installatie. De Dynamo-versie bepaalt het getal onder 2.1. Voor het gebruiken van deze package is minimaal Dynamo versie 2.1 nodig en RFEM 5.12 of nieuwer. Het kan nodig zijn administratieve rechten toe te kennen aan programma's en het bestand Dlubal.RFEM5.dll moet wellicht worden gedeblok - keerd door er rechts op te klikken en 'eigenschappen' te kiezen. Dat bestand staat in de map van de Cement Package. Bij het opstarten van Dynamo moet vervolgens de tool beschikbaar zijn in het menu, zoals is te zien in figuur 2. De tool wordt enkel beschikbaar gesteld voor demonstratiedoel- einden. 2 Parametrisch model gekoppeld aan rekenprogramma6 2018