Architecten en ingenieurs staan voor steeds complexere opgaven. Integrale oplossingen zijn noodzakelijk om in de gebouwde omgeving de uitdagingen van deze tijd aan te kunnen gaan. Parametrisch ontwerpen kan hierbij helpen. Mathew Vola, directeur bij het internationale adviesbureau Arup, en zijn collega Rick Titulaer, constructeur en parametrisch ontwerper, vertellen over de mogelijkheden.
Door Leon Sebregts
Kunnen jullie in één zin uitleggen wat parametrisch ontwerpen inhoudt?
“Parametrisch ontwerp is een multidisciplinaire, digitale ontwerptool om een compleet overzicht van ontwerpoplossingen te genereren en te analyseren, met als doel om zeer vroeg in een ontwerpproces gefundeerde beslissingen te kunnen nemen.”
Welke voordelen biedt parametrisch ontwerpen?
“Met parametrisch ontwerp kun je de volledige oplossingsruimte verkennen en je opdrachtgever een beter beeld geven van de mogelijkheden van een bepaalde ontwerpopgave. Bovendien kun je op een groeiend aantal aspecten in een zeer vroeg stadium gedetailleerde analyses doen en hier je beslissingen op baseren. Dit vermindert risico’s voor zowel ontwerpende partijen als de opdrachtgever. Een mooi voorbeeld is windhinder bij hoogbouw. Traditioneel is dat een studie die je in de DO-fase verricht. Met parametrisch ontwerp kun je deze cruciale informatie al in het SO vergaren en een groot aantal alternatieven vergelijken. Daarnaast weet je door de toepassing van parametrisch ontwerp zeker dat je alle mogelijke oplossingen bekijkt, ook de oplossingen die je in een analoog proces misschien over het hoofd zou zien.”
Duizenden ontwerpvarianten voor het project Elements in Amsterdam
Wat is het verschil tussen een traditioneel en een parametrisch ontwerpproces?
“In een analoog ontwerpproces ontstaat vaak gaandeweg, op basis van een gelimiteerde analyse, enthousiasme over een bepaalde ontwerpoplossing. Die oplossing is het gevolg van persoonlijke opvattingen, de ervaring van de betrokkenen en van de dynamiek binnen het team. Wanneer je die ontwerpoplossing vervolgens aan de opdrachtgever presenteert, gebeurt het maar zelden dat je meteen in de roos schiet. Soms zijn nog tientallen, onzekere stappen nodig om tot een voor de opdrachtgever bevredigend resultaat te komen.
In een parametrisch ontwerpproces leg je van tevoren de randvoorwaarden vast, zoals omgevingscondities, en bepaal je samen met de opdrachtgever welke doelstellingen belangrijk zijn en aan welke knoppen gedraaid mag worden. Parameters zoals hoogte, breedte, diepte en oriëntatie zijn de input voor het algoritme. De gegenereerde geometrie kan vervolgens worden geanalyseerd op het vlak van bijvoorbeeld duurzaamheid, comfort, veiligheid, esthetiek of kosten: de zogenaamde KPI’s, Key Performance Indicators. De computer genereert verzamelingen van oplossingen. Het ontwerpteam kan aan de hand van de KPI’s een geïnformeerde beslissing nemen welk ontwerp goed scoort. Als er geen oplossing uitkomt die op alle aspecten voldoet, kun je veel makkelijker dan bij een analoog proces een discussie hebben over de uitgangspunten.
Parametrisch ontwerp is dus een methode om in een wereld van complexe vraagstukken en moeilijke keuzes het ontwerpproces te objectiveren. Wanneer consequenties van een ontwerpbeslissing inzichtelijk zijn, zullen betrokkenen eerder geneigd zijn te bewegen. Dat geldt voor de opdrachtgever, maar net zo goed voor de architect of adviseur. In een ontwerpproces faciliteert parametrisch ontwerp wederzijds vertrouwen.”
Parametrische studie van modulaire bouwblokken waarin de oplossingen inzichtelijk zijn gemaakt om tot een geïnformeerde beslissing te komen.
Sommige architecten zijn huiverig als het gaat om de toepassing van parametrisch ontwerp. Ze vrezen dat het ten koste gaat van de creativiteit. Hoe ziet de samenwerking met architecten er in jullie projecten uit?
“Allereerst is het van belang op te stellen dat parametrisch ontwerp juist het gevolg is van de creativiteit van architecten. Zij kunnen sinds een aantal decennia middels 3D-modellen hele complexe vormen maken. Wij werden als adviseurs en constructeurs overspoeld met ingewikkelde vragen over de prestaties en de maakbaarheid van die vormen. De antwoorden waren niet zomaar in de tabellenboeken op te zoeken. We lagen achter op de architecten en moesten innoveren. Door geometrieën algoritmisch te benaderen, daarvoor ‘scripts’ te schrijven en onze analysemodellen eraan te koppelen, kunnen we architecten en opdrachtgevers sneller en beter informeren.”
“Een parametrisch ontwerpproces is net als een analoog traject een uiterst creatief proces. Esthetica en ook bepaalde functionele eisen zijn moeilijk in een algoritme te vatten. Daar brengt de architect altijd zijn of haar expertise in. Bovendien bepaal je uiteindelijk als team welke parameters je in het model stopt. Een parametrisch ontwerp is geen black box waar een kant-en-klaar antwoord uit rolt. De architect heeft een leidende rol in het bepalen van de regels van het ontwerp, de logica. Traditioneel zet de architect de kaders uit, vooral als het gaat over de geometrie. Middels parametrisch ontwerp kan hij of zij dat met meer informatie doen. Het algoritme is uiteindelijk slechts een middel om te convergeren naar de ideale oplossing.”
Op welke vlakken kun je parametrisch ontwerp inzetten?
“Wij passen parametrisch ontwerp toe op drie schaalniveaus: op objectniveau, gebouwniveau en stedenbouwkundig niveau.”
Kunnen jullie voorbeelden noemen van projecten op deze drie schaalniveaus?
“Bij het multifunctionele gebouw Valley op de Zuidas, ontworpen door MVRDV en net uit de steigers, had men moeite om vanwege de complexe geometrie van het gebouw een traditioneel ontwerpproces te doorlopen. Wij hebben in nauwe samenwerking met MVRDV, de opdrachtgever en de overige adviseurs een ontwerpmodule ontwikkeld om bij vormwijzigingen zaken als daglicht en privacy automatisch door te rekenen.”
“De nog te bouwen woontoren Elements in het Amstelkwartier in Amsterdam is een voorbeeld van een gebouw waarvan de vorm middels parametrisch ontwerp is bepaald. Voor dit project hebben we een aantal duurzaamheids- en comfortcriteria opgesteld, voor zowel de toekomstige bewoners van de toren als voor de omwonenden. Hoewel we uitgingen van een piramidevormig gebouw kwam er tijdens het parametrische ontwerpproces in nauwe samenspraak met Koschuch Architects en de opdrachtgever een meer sculpturale toren uit als optimale variant.
“Een stedenbouwkundige situatie waarin parametrisch ontwerp zeer goed van pas komt, is het Smakkelaarspark in Utrecht. Dit is een zeer complexe plek, vlak naast het Centraal Station, waar veel verkeersstromen samenkomen. De bouw van dit project is net gestart. Uit de uitvraag van de gemeente bleek dat men hier bovenal een park wilde realiseren. Middels parametrisch ontwerp hebben we de perfecte balans weten te creëren tussen een rendabele ontwikkeling en een zo groot en toegankelijk mogelijk park voor de stad. De gebouwen faciliteren eigenlijk het park.”
Ontwerpstappen Smakkelaarspark: maximalisatie groen, stedelijk mozaïek, extrusie gebouwen.
Hoe ging dat bij Smakkelaarspark in zijn werk?
“We waren ervan overtuigd dat parametrisch ontwerp op deze complexe locatie de sleutel was tot de winst van de tender. In de eerste ronde van de uitvraag hebben ontwikkelaar Lingotto en Arup samen ingeschreven. We wilden zo onbevangen mogelijk van de gemeente horen welke aspecten, welke KPI’s, écht belangrijk voor ze waren en ze introduceren in het voorgenomen ontwerpproces. In de tweede ronde hebben we het proces voorgelegd aan architect Studioninedots en landschapsarchitect ZUS. Hier ontstond een zeer interessante dynamiek waarbij we gezamenlijk en ieder vanuit de eigen discipline iteratief een optimalisatie hebben gezocht tussen de stedenbouwkundige randvoorwaarden, architectuur en landschapsarchitectuur. Samen hebben we parameters bepaald voor een goed park, zoals zonlicht in de lente en herfst, sociale veiligheid en minimale geluidshinder. Waar het referentieontwerp een gesloten bouwblok voorstelde, kwamen we in onze analyses uit op een variant met drie gebouwen. In een volgende stap hebben we de kwaliteit van de gebouwen geoptimaliseerd door ook hiervoor samen KPI’s te definiëren, zoals daglicht, uitzicht, geluid, energiegebruik en mogelijkheden tot energieopwekking.”
Ontwerpinterface met alternatieven voor Smakkelaarspark om integraal tot een geïnformeerde oplossing te komen
Wat raden jullie architecten aan als het gaat over parametrisch ontwerpen?
“Laat je niet afschrikken door het feit dat parametrisch ontwerpen ingewikkeld lijkt. In de praktijk valt dat erg mee. Vooral voor architecten met complexe projecten is het belangrijk om je in het onderwerp te verdiepen. Naarmate de wereld meer uitdagingen kent en de regelgeving ingewikkelder wordt, zal een digitaal parametrisch ontwerpproces in meer en meer projecten waarde toevoegen. Als architecten hun coördinerende rol willen behouden, zullen ze ook op dit vlak een bepaalde basiskennis moeten hebben van wat er mogelijk is. Parametrisch ontwerp is een van de manieren om antwoord te geven op de grote uitdagingen waar we de komende decennia voor staan.”
