Hoewel de software nog steeds alleen als beta-software beschikbaar is begint GenerativeComponents zijn vleugels steeds meer uit te slaan. Deze nieuwe techniek voor parametrisch ontwerpen werd al met succes toegepast in enkele bekende gebouwen en biedt veel mogelijkheden voor het ontwikkelen van ontwerp-alternatieven.
Naar verwachting zal deze nieuwe techniek toegepast worden in alle ontwerpsoftware van Bentley waar parametrisch construeren aan de orde is.

Sinds een aantal jaren is Bentley Systems – bekend van MicroStation en ProjectWise – bezig met baanbrekend onderzoek op het gebied van parametrisch ontwerpen van (bouw-) constructies. Langzamerhand verschijnen er softwareproducten die de resultaten van dit onderzoek in zich hebben. Een belangrijke ontwikkeling op dit gebied is de techniek die door Bentley GenerativeComponents genoemd wordt, voorheen SmartGeometry geheten.
Een groep vooraanstaande ontwerpers van bekende Architecten- en Ingenieursbureaus onder leiding van Robert Aish, Bentley’s Director of Research, houdt zich bezig met de ontwikkeling van ontwerpgereedschap dat het mogelijk moet maken de ontwerpvoorwaarden te beschrijven en variaties te onderzoeken. Vastgelegd worden daarbij enerzijds de ontwerpregels die de ontwerper in zijn ontwerp van belang vindt en anderzijds de relaties die tussen structuuronderdelen in het bouwwerk bestaan.
Dit houdt in dat zowel de vorm als de technische hoofdstructuur in parameters opgeslagen is, en men door de parameters te veranderen het ontwerp kan wijzigen met inachtneming van de eigen uitgangspunten en daarbij direct de technische consequenties kan overzien. Filosofen zouden kunnen zeggen dat zo in feite een dialoog tussen estheticus en technicus ontstaat. Of, zoals Robert Aish en consorten zelf zeggen: GenerativeComponents heeft de potentie om het ontwerpproces van conceptontwerp tot digitaal gestuurde fabricage te ondersteunen.

Dit zijn uiteraard nogal hoogdravende woorden, maar het kan niet ontkend worden dat GenerativeComponents een duidelijke bijdrage levert aan een manier van computergesteund ontwerpen die voor de ontwerper veel mogelijkheden biedt.
De nadruk ligt dan ook op het streven om de ontwerpregels (eenvoudig wijzigbaar) vast te leggen. Daarbij wordt het 3D-model in een eenvoudig bouwmodel (structurele componenten en ruimtebegrenzingen) vastgelegd zodat simulaties en analyses op dit model losgelaten kunnen worden.

Adapatie en voorbeelden

Het zal de oplettende lezer wel duidelijk zijn: De software zou complex genoemd mogen worden, is zeer wiskundig en is heel erg gericht op programmeertechnische beschrijvingen van geometrie.
Toch is het al door veel bekende architecten- en ingenieursbureau’s over de hele wereld geadopteerd, waaronder klinkende namen als Foster & Partners, KPF (KohnPedersenFox), Grimshaw, NBBJ (NaramoreBainBradyJohanson) en het Nederlandse ONL (OosterhuisLénard) en verschillende bouw- en architectuuropleidingen zoals Georgia Tech en MIT en onze eigen University of Delft.

Intussen zijn er al diverse zeer imponerende bouwwerken mee gerealiseerd, waaronder het dak van de overkapping van het British Museum in London, zoals te zien is op bijgaande fotos. In dit bouwwerk is de overgang van de centrale ronde vorm naar de rechthoekige vorm die door de omliggende gebouwen van het museum gevormd worden beslist indrukwekkend en een zeer goed voorbeeld van de toepassing van SmartGeometry. Bij wijze van proef is ook Waterloo Station in London met de software (opnieuw) getekend). De verlopende blob-achtige vorm van Waterloo Station toont aan welke variaties in bouwelementen mogelijk zijn bij gelijkblijvend hoofdconcept van de constructie. De ingenieurs van Grimhaw hebben meermalen laten weten dat ze de techniek van GenerativeComponents maar wat graag hadden gehad rijden het ontwerp…

GenerativeComponents en BIM

Het gebruik van technieken als GenerativeComponents sluit nauw aan bij het concept van BIM (Bouw Informatie Model), dat wordt gezien als de nieuwe manier om het ontwerp en documentatie van bouwprojecten te benaderen. In BIM wordt rekening gehouden met de gehele levenscyclus van een gebouw (ontwerp/bouw/onderhoud). Alle informatie over het gebouw en zijn levenscyclus zit in het model. Bij het definiëren en simuleren van het gebouw wordt zo veel mogelijk gebruik gemaakt van geïntegreerde softwarehulpmiddelen. En op dat laatste onderdeel is GenerativeComponents bij uitstek van toepassing.

Gebruik van de software

Met GenerativeComponents wordt 3D-geometrie parametrisch ingebracht in een MicroStation DGN. Door middel van het invoeren van een aantal basisparameters en het combineren van deze parameters met vooraf gedefinieerde gedragsregels, ontstaan zogeheten ‘features’, die weer gecombineerd kunnen worden en waarbij aan de combinaties weer nieuwe gedragregels gekoppeld kunnen worden. Ook eenvoudige ‘lijn-geometrie’ kan geïmporteerd worden en opgewaardeerd tot ‘feature’.
GenerativeComponents beschikt over een uitgebreide set van vooraf gedefinieerde geometrische vormen. Doordat deze vormen parameters hebben kunen ze als het ware ‘gekneed’ kunnen worden. Bovendien kunnen ze gecombineerd worden en kunnen de onderlinge relaties vastgelegd worde,. Het geheel geeft het de mogelijkheid om het ontwerpmodel heel systematisch vast te leggen. Bovendien kunnen eigen geometrische vormen toegevoegd worden, zodat de ontwerper zijn eigen ‘standaardcomponenten’ kan aanmaken en gebruiken, en dus op geen enkele manier beperkt wordt door de vooraf beschikbare componenten. Features en feature-typen kunnen uiteraard ondergebracht worden in een bibliotheek.

Het past immers in de definitie van baanbrekend ontwerpen de mogelijkheid te hebben om concepten verder door te voeren dan tot nu toe gedaan is. Dit betekent in dit geval de mogelijkheid hebben om uitgangspunten (licht of drastisch) te wijzigen en zo de gevolgen voor het ontwerp in beeld te brengen. En daarmee nieuwe kansen creëren.
GenerativeComponents heeft al deze mogelijkheden in zich. Zoals bekend is in het begin van het ontwerpproces zeer gedetailleerde maat-informatie niet beschikbaar en kan dus ook niet ingevoerd worden. Op dat moment zou een ‘globale maat’ ingevoerd moeten kunnen worden die later aangepast zou moeten kunnen worden.
Tevens biedt dit ook de mogelijkheid om met het model ‘te spelen’. Door de parameters en maten te wijzigen worden onmiddellijk consequenties voor de vorm zichtbaar. Er kan als het ware aan het model worden ‘geduwd en getrokken’.

De geometrie wordt als het ware in wiskundige termen beschreven. Een voorbeeld:

  • De horizontale gevellijn van deze gevel bevindt zich tussen punt X1Y1 en X2Y2 en heeft een kromming van K1 (variabel, tussen een gegeven minimale en maximale waarde, en eventueel variabel per verdieping)
  • Het aantal kolommen over deze gevellijn is K2 (variabel)
  • De verdiepingshoogte is Z1 (variabel), maar voor de begane grond geldt dat deze minstens 850 millimeter hoger moet zijn dan de andere verdiepingen
  • Het aantal ‘tussenkolommen’ op de verdiepingen is afhankelijk van de kozijnmaat M1, waarbij de ‘restmaat’ zich aan weerszijden van de hoofdkolom bevindt
  • Etc.

Het 3D-model is uiteindelijk opgebouwd uit een aantal componenten die met behulp van zogeheten’ transacties’ tot stand gekomen zijn.
Het model heeft dus een soort logische hiërarchie, die globaal als volgt omschreven kan worden:

  • Het model, dat het resultaat is van alle transacties
  • De transacties die de afzonderlijke stappen in het ontwerpproces weergeven
  • De stappen, een verzameling van ‘features’ die tezamen het model vormen
  • De relaties tussen de verschillende features en de ingevoerde parameters

De interface kent een symbolic view (Symbolic Dependancy Graph) en een 3D model view. Dit zijn in feite twee MicroStation Models in de designfile waarin gelijktijdig gewerkt wordt. In het ene venster worden de stappen aangegeven die in de creatie van het model doorlopen worden, in de ander kan men de resultaten van het model zien. In het symbolische venster worden de stappen met cirkels aangegeven en de relaties ertussen met lijnen.

In de software is sprake van ‘transacties’ en ‘transactiescripts’ Dit houdt in dat het creëren van het 3D model gezien wordt als een aantal manipulatiestappen die achtereenvolgens doorlopen worden. Dit houdt ook in dat de ‘tekening’ (het 3D-model) slechts een weergave is van datgene wat door het script op dat moment is uitgevoerd, of andersom: het model kan op elk gewenst moment opnieuw gegenereerd worden door het script af te spelen.

GenerativeComponents en andere software

De techniek van Generative Components is een krachtig hulpmiddel bij (alle) applicaties, waar parametrische geometrie en relaties tussen objecten vastgelegd moeten worden, en dat is in de ingenieurswereld het overgrote deel van de software. Diverse Bentley producten zullen de filosofie op korte termijn adopteren met als voorlopers Bentley Triforma en Bentley Structural.
De mogelijkheden van deze techniek zijn globaal te beschrijven met:

  • Vorm zoeken
  • Calculeren en analyseren
  • Productievoorbereiding

GenerativeComponents maakt gebruik van de nieuwste programmeertechnieken, waarbij Microsoft .NET en C# een belangrijke rol spelen. De feitelijke beschrijving van het model en de uitgevoerde bewerkingsacties zijn vastgelegd in XML-formaat in zogeheten transactiescipts.

De kritische noot

De software biedt een heel wiskundige benadering van een bouwkundig probleem. Alle maten en objecten kunnen parametrisch worden vastgelegd en vooral de relaties tussen die objecten kunnen wiskundig vastgelegd worden. Daarmee is het heel goed mogelijk analyses te doen, vooral ook in de zin van calculatie van hoeveelheden of sterkteberekening. De toepassingen zijn uiteindelijk vooral gericht op bouwproductie en daarvoor kan het een bijzonder krachtig systeem zijn. Voor de (vormtechnische) ontwerper is de waarde minder direct zichtbaar. Hoewel de interface steeds meer mogelijkheden biedt, zal toch eerst een belangrijk deel van de geometrie volgens bepaalde regels ingevoerd moeten worden, en dit kan een psychologische barrière vormen voor de vormgever, die in de regel behoorlijk wars is van wiskunde.

De architect is eerder geneigd naar nog meer intuïtieve hulpmiddelen te grijpen, zoals het steeds meer bekend rakende Google SketchUp. Toch kan hij, als de vorm eenmaal is ingevoerd, met behulp van de parameters (soms met schuifmeters) ‘kneden’ aan de vorm. Daarbij zijn de bouwtechnische consequenties meteen duidelijk. Deze techniek heeft dan ook naar mijn persoonlijke mening de meeste waarde op het moment dat de ‘vorm’ overgedragen wordt van de conceptuele ontwerper aan de technische ontwerper, maar wellicht zijn er onder u die hierover een geheel ander mening hebben. Ik nodig u uit die met mij te delen, zodat de waarde van dit soort software nog beter tot zijn recht kan komen.