nav.be / nieuws / parametrisch ontwerpen? niet alleen voor grote projecten!

Interview

Parametrisch ontwerpen? Niet alleen voor grote projecten!

Arch. Johan Geerts • 9 januari 2024

Parametrisch ontwerpen is een proces waarbij op basis van data – en relaties tussen onderdelen van die data – de ontwerper digitaal ondersteund wordt in de zoektocht naar een ontwerp. Daarom noemen we het ook wel associatief of geïnformeerd ontwerpen. Met specifieke software die gebaseerd is op visueel programmeren (visual scripting) gaat de architect zijn of haar ontwerpopdracht analytisch definiëren en deze vertalen in een script met vaste, variabele en te exploreren parameters. Door met de variabelen in het script te ‘schuiven’, wordt binnen de opgegeven grenzen van het ontwerp gezocht naar de optimale combinatie van de parameters die uiteindelijk leidt naar het ideale ontwerp.

Parametrisch versus generatief

Bijna automatisch snijden we als eerste gespreksonderwerp vormgeving aan. “Al te vaak wordt parametrisch ontwerpen geassocieerd met esthetisch complexe vormen”, zegt Ruben Van de Walle, bestuurder bij studiov2 en lector BIM bij Toegepaste Architectuur aan Howest. “De naam van Zaha Hadid valt dan altijd quasi ogenblikkelijk. En terecht, want natuurlijk leent deze digitale ontwerpmethode zich uitermate om ingewikkelde vormen zoals dubbelgekromde vlakken of sferische constructies in een realiseerbaar 3D-model te gieten. De grens met generatief ontwerpen wordt hier echter heel dun.”

“Klopt”, vult Stefan Boeykens aan. Hij is sr. BIM-specialist bij D-studio en gastprofessor in het Departement Architectuur van de KU Leuven. “Misschien is het verschil best als volgt te definiëren: bij parametrisch ontwerp manipuleert de gebruiker een reeks parameters die op hun beurt de geometrie of andere gegevens bijsturen op basis van vastgelegde regels, terwijl bij generatief ontwerp een softwarealgoritme varianten genereert op basis van een parametrisch ontwerp. Bij generatief ontwerpen selecteert de software de combinaties van de parameters die het beste scoren op een vastgelegde formule, bijvoorbeeld maximale oppervlakte, minimale kost, maximale zontoetreding, minimale EPC-score, …”

Parametrisch in het klein

Toch moeten we daarnaast bewust blijven dat beide processen – zowel parametrisch als generatief ontwerpen – ook productief ingezet kunnen worden voor minder spectaculaire toepassingen.

Ruben Van de Walle: “Als voorbeeld nemen we een zonnewering met houten latten of balkjes voor een gegeven glasoppervlak en een minimale doorkijk van 50%. De afmetingen van de latten worden gekozen uit een beperkte reeks handelsmaten. De ontwerper stelt twee scenario’s voor: verticale en horizontale plaatsing. De optimalisatie met de zonnestand kan gebeuren op basis van beschikbare klimaatdata. Via (gerichte) manipulatie van de variabelen toetsen we het concept binnen de grenzen van de scenario’s af. Dat is parametrisch ontwerpen. Bij generatief ontwerp kan het script eerder zijn: genereer meerdere varianten met het oog op maximale zonnewinsten, minimale koellasten, maximale doorkijk of een combinatie van meerdere doelen – elk met een bepaald ‘gewicht’. Elke variant wordt automatisch geëvalueerd en gescoord aan de hand van de voorgelegde randvoorwaarden en kan zo gerangschikt worden. Er kunnen dan complexe geometrische oplossingen gegenereerd worden waaruit een ontworpen – en uitvoerbare – zonnewering gedistilleerd wordt.”

Optimalisatie

We concentreren ons verder alleen op parametrisch ontwerpen. Optimalisatie van ontwerpoplossingen blijkt een ander groot voordeel te zijn. 

Stefan Boeykens: “De opdracht luidt het ontwerp van een parking in een niet evidente geometrische context. Die context – een bestaand terrein of gebouw – is een vaste parameter, net zoals de minimumafmetingen van een parkeerplaats en de rijstroken ertussen, de minimumdraaicirkel, maximumafstanden tot de uitgang voor voertuigen en voetgangers opgelegd door de brandweer. Ten slotte kan er een minimumpercentage van het totale aantal te voorziene parkeerplaatsen voor mensen met een beperking een bijkomende vaste parameter zijn.”

“Enkele variabele parameters zijn de hoekverdraaiing tussen parkeerplaatsen en de breedte van de rijstrook, het aantal parkeerplaatsen in functie van brandvoorschriften, de verhouding tussen lengte en breedte van de parkeerplaatsen, … Het is de actieve rol van de ontwerper die hier nog steeds bepalend is. Hij of zij vertaalt de ontwerpintenties in een script met het oog op een paramaterstudie binnen de zelf bepaalde vaste en variabele parameters. Alle gewenste variaties worden afgetoetst en de ontwerper kiest waarmee hij of zij verdergaat!”

Flexibiliteit

Aan het begin van een ontwerpproces is niet alles altijd even duidelijk. Zo kan het zijn dat een opdrachtgever tijd nodig heeft om te wennen aan bepaalde ontwerpvoorstellen van een architect. Een parametrisch model kan handig zijn om aanpassingen die de opdrachtgever vraagt constant te toetsen aan de ontwerpfilosofie van de architect.

Als er met andere woorden wijzigingen optreden, hoef je dezelfde ontwerphandelingen niet telkens opnieuw uit te voeren.

Bij het ontwerp van een stadion kan de architect een bepaalde vorm of shape in gedachten hebben. Denk aan het iconische vogelneststadion in Peking van Herzog de Meuron. Maar bij het ontwerp van een stadion komen tal van ontwerpparameters ter sprake: aantal zitplaatsen, helling van de tribunes, maximum zichtafstand tot de piste, brandvoorschriften, loopafstanden, … Deze parameters hebben onderlinge relaties: als de helling van de tribunes verandert, veranderen de zichtlijnen, het aantal plaatsen, ... Als het esthetisch uitzicht van het stadion vastgelegd wordt in een script dat bestaat uit een aantal vaste parameters, dan kan de architect samen met de opdrachtgever op zoek gaan naar de ideale combinatie van de variabele parameters en zal de software waken over de vooropgestelde vorm.

Valkuilen

Uiteraard zijn er ook valkuilen.

Ruben Van de Walle: “Zoals zo vaak bij software en het gebruik van technologie is ook parametrische software een middel en geen doel op zich. Het vastleggen van de vaste, variabele en te exploreren parameters en het resultaat van de analyse ervan in een script gieten, is een belangrijke ontwerpuitdaging. Te veel parameters definiëren en opnemen in het script is een gekende valkuil en maakt een script te complex voor de eindgebruiker en bovendien moeilijk te onderhouden. De software zal dan bovendien zelf ook verloren lopen in de hoeveelheid data. Daarnaast is het genereren van oneindig veel oplossingen ook weer geen goed idee. De interactie met de software moet behapbaar blijven. De rol van de ontwerper blijft met andere woorden cruciaal. Als er in het traditioneel ontwerpproces door vroege beslissingen bepaalde andere oplossingen worden uitgesloten, bestaat het gevaar dat bij parametrisch ontwerpen te veel pistes te lang openblijven. Het is de ervaring van de ontwerper om bij de analyse van zijn of haar ontwerpopdracht belangrijke en minder belangrijke parameters te onderscheiden en het onderliggende idee te vertalen in een synthetisch script.”

Einde van de creativiteit?

Een vaak gehoorde bezorgdheid is dat door het gebruik van parametrische software, ontwerpers hun creativiteit minder kunnen aanwenden.

Stefan Boeykens: “De creativiteit blijft bij de ontwerper, maar die wordt gesteund vanuit de technologische vertaling van ontwerpintenties naar het parametrisch recept. Onafhankelijk van de manier waarop je ontwerpt, is het heel belangrijk dat je weet wat je met het ontwerp wil bereiken. Data hebben op zich geen betekenis, laat staan creatieve waarde. De ontwerper moet er waarde aan toekennen. Vervolgens versterkt het door de ontwerper ontwikkelde parametrisch model het creatieve proces door te laten zien hoeveel er binnen de gestelde randvoorwaarden mogelijk is. Vaak is dat veel meer dan de ontwerper zelf zou bedenken. Als je de opdracht krijgt een stoel te ontwerpen, ga je als ontwerper automatisch refereren aan eerder gemaakte ontwerpen of voorbeelden van andere designers. Op dat moment sluit je honderden andere pistes uit en dat is jammer. Parametrische programma’s hebben geen ‘esthetisch geheugen’. Ze sluiten geen enkele mogelijkheid uit die binnen de opgegeven parametrisatie mogelijk is. Meer nog: gedurende het proces kun je parameters toevoegen of variabelen aanpassen. Zo wordt het model steeds verfijnder. Het eindresultaat volgt uit de selectie van de ontwerpvariant die het best aan de opgelegde vereisten voldoet. Het is belangrijk vast te leggen wat je als ontwerper zelf wil evalueren en wat je wil overlaten aan de parametrische software. Dubbele evaluatie is niet nodig en kost veel geld en tijd. Tenslotte weet je als geroutineerd ontwerper perfect wat je zelf kan, waar de software je kan helpen en wat de software volledig zelf kan vormgeven of genereren.”

Aan de slag?

Bezint eer ge begint. Dat geldt zeker ook voor parametrisch ontwerpen. Je moet niet alleen het model opbouwen, maar ook de conceptuele structuur definiëren die mogelijke parametrische variaties kan genereren. Bij dit ontwerpproces is het essentieel om eerst na te denken over de systeemlogica voordat je daadwerkelijk een lijn begint te tekenen.

Grasshopper (McNeel) en Dynamo Studio (Autodesk) en Marionette (Vectorworks) zijn de bekendste softwaretools om parametrische ontwerpen op te bouwen.

Voorbeeld: parametrisch modelleren van steunen bij een verhoogde vloer (video)

Het ontwerp voorziet op elke verdieping een verhoogde vloer. Om de plaatsing van de technieken in deze verhoogde vloeren voor te bereiden was een eenvoudig geometrisch model nodig van … 16.000 ‘pootjes’. De onderaannemer had een 2D-legplan opgemaakt dat als data voor een relatief eenvoudig script gebruikt kon worden. Hierbij worden de data van het legplan geanalyseerd door het eerste deel van het script (lijnen uit de juiste lagen van de tekening halen, dubbels elimineren, kruispunten en eindpunten opzoeken, …) waarna in het tweede deel op elk weerhouden punt een vloersteun wordt geplaatst.

In dit consistent opgebouwde parametrisch model wordt repetitief tekenwerk sterk geautomatiseerd, de foutenlast daalt en het script is future-proof voor eventueel volgende toepassingen of updates. Zo werkt het script kostenbesparend. Tenslotte kon met het model van de verhoogde vloer eenvoudig een Clash Detection uitgevoerd worden met de deelmodellen van de technische installaties.

• Project: Learning & Innovation Centre van VUB/ULB – afwerking
• Opdrachthouder: studiov2
• Architect: EVR-architecten / A229 / Ney & Partners / Arcadis
• Hoofdaannemer: Artes Roegiers

terug naar overzicht