Architecten ontwerpen in drie dimensies

3D-tools zorgen voor nieuwe mogelijkheden én hoofdbrekens

Niet zo lang geleden gebruikten architecten tools voor driedimensionaal ontwerpen vooral om visualisaties te maken, niet om echt te ontwerpen. De grootste bottleneck voor toepassing zit in de interface naar ingenieursbureaus en aannemers.

"Het gebouw is ontworpen als een samenleving in miniatuur en benadrukt dat veel verschillende groepen om verschillende redenen van hetzelfde complex gebruik maken. Er zijn wedstrijdzwemmers die hun baantje trekken, feestgangers, fitnessbeoefenaars, ouders die hun kinderen laten spelen, reumapatiënten en mensen die vanuit het café of het fastfoodrestaurant liever alleen kijken naar al deze activiteiten. Het gebouw zit vol met zichtlijnen en doorkijkjes, die zicht bieden op de verschillende bezoekers, activiteiten en culturen in het gebouw."
Zo omschrijft architectenbureau Venhoeven cs zijn ontwerp voor Sportplaza Mercator, nabij het Rembrandtpark in Amsterdam. Het complex bestaat uit een zwembad en fitness-, feest- en horecagelegenheden. De verschillende functies en de vele zichtlijnen en doorkijkjes maakten er een complexe ontwerptaak van. Dankzij driedimensionale ontwerppakketten konden de architecten goed zien of alles eruit kwam te zien zoals zij wensten. Kortom, dankzij de nieuwe tools konden de architecten nieuwe einders verkennen en het ontwerp won dan ook de prijsvraag die voor het gebouw werd uitgeschreven. Anderen waren er echter niet onverdeeld gelukkig mee.

Steeds complexer

"Dit gebouw zie je de laatste jaren vaker", vertelt ir. Luc Schaap van Lichtveld Buis & Partners (LBP), het ingenieursbureau dat de bouw begeleidde. "Doordat architecten 3D-ontwerptools tot hun beschikking hebben, gaan ze steeds complexere gebouwen ontwerpen. Die ontwerpen staan echter op gespannen voet met de bestaande manier van bouwen. We hebben een heel dik detailboek moeten maken. Op één plek kwamen zoveel dingen bij elkaar dat we er ons geen voorstelling meer van konden maken. Toen hebben we moeten zeggen: dat lossen we tijdens de bouw op."
Terwijl het gebruikelijker is om eens in de paar weken een half dagje te komen kijken, zat Schaap een jaar lang twee dagen per week op locatie, om het project te behoeden voor uitvoeringsfouten. Dat had zeker niet alleen te maken met de fraaie software van de architecten, maar het speelde zeker mee. Schaap: "Uiteindelijk is het een heel geslaagd project geworden, maar als we er niet voortdurend bovenop hadden gezeten, had het op een mega-drama kunnen uitlopen."

Instroom jonge mensen

"Tot voor kort werd 3D vooral gebruikt voor visualisaties, maar werden de tekeningen in 2D gemaakt", zegt prof. dr. ir. Bauke de Vries, hoogleraar in Eindhoven en secretaris van CaadFutures, een internationale organisatie die zich tot doel gesteld heeft het gebruik van computer aided design (cad) in de architectuur te bevorderen. De Vries merkt dat het ook daadwerkelijk driedimensionaal tekenen van gebouwen de laatste jaren aan een opmars bezig is. Hij denkt dat dit vooral te maken heeft met de instroom van jonge mensen in het architectenbedrijf, die tijdens hun opleiding al met dergelijke gereedschappen hebben leren werken.
Computer aided architectural design (caad) heeft als belangrijk voordeel dat architecten kunnen werken met gestandaardiseerde bouwonderdelen. Er zijn in Nederland twee bibliotheken waar leveranciers van bijvoorbeeld kozijnen of prefab wanden hun producten kunnen aanmelden, om in een catalogus opgenomen te worden, waaruit de architecten via hun caad-programma vervolgens kunnen putten. Dit levert bouwtechnisch doorgaans niet de meest ingewikkelde klussen op.

Blob

Maar caad maakt ook intrinsiek ingewikkelder gebouwen mogelijk. De zogeheten blob-architectuur van mensen als Frank Gehry (Guggenheim museum in Bilbao) en Norman Foster (Sage gebouw in Gateshead), met al zijn ronde vormen, valt niet in twee dimensies te ontwerpen. De software maakt dus ook werkelijk nieuwe bouwvormen mogelijk. Het eerste blobgebouw is overigens van Nederlandse makelij: het waterpaviljoen Neeltje Jans van Lars Spuybroek en Kas Oosterhuis.
De constructieve gevolgen van dergelijk complexe gebouwen zijn groot, omdat allerlei vuistregels niet meer van toepassing zijn. Ze moeten dus goed doorgerekend worden. De Vries: "Voor alle bouwfysische specialismen bestaan rekenprogramma's, maar die vallen lang niet altijd te koppelen aan de caad-programma's. Dan moet de data dus overgetypt worden."

Brandwerend scherm

Dat overtypen zou nog overzichtelijk zijn als het ontwerp in één keer goed was. Dat is zelden het geval. Aan het Mercator Plaza, bijvoorbeeld, is nog eindeloos gesleuteld nadat de architect met zijn ontwerp een prijs gewonnen had. De staalconstructie geleidde zoveel warmte dat het zwembad niet op temperatuur te houden was. De akoestiek van het bad moest binnen de normen van het Nederlands Olympisch Comité vallen. De inpandige disco dreunde te hard door. De brandweer wilde een brandwerend scherm halverwege het zwembad of anders sprinklers erboven. Onder dat laatste konden de ontwerpers gelukkig uitkomen.
Hoe dan ook, in het ideale geval zouden de iteraties in het ontwerp vanzelf verlopen. Als de ingenieurs bijvoorbeeld vaststellen dat kleinere ramen het warmteverlies zouden beperken, zou dat automatisch teruggekoppeld moeten worden naar het caad-systeem om de gevolgen daarvan voor het aanzicht van de ruimtes te bekijken. Op zo'n manier interactief te werk gaan, in een cyclus van ontwerp en herontwerp, is nog niet mogelijk.
"Nu architecten meer 3D-ontwerpen, komt er druk op de bouwwereld om hun applicaties erop aan te sluiten", constateert De Vries. "Het zwengelt de discussie over standaardisatie in de bouw aan. Er bestaat al wel een standaard voor 3D-representaties, maar het zijn vooral leveranciers in de cad-hoek die deze ondersteunen. De engineering blijft achter. Dat probleem wordt echter wel als oplosbaar ervaren. Het is een technisch struikelblok, niet een fundamenteel probleem. Ik verwacht dat de andere softwaremakers de standaardisatie zullen volgen."
Op dit moment vinden architecten en ingenieursbureaus elkaar nog op ad hoc basis. Als ze erachter komen dat hun software voldoende op elkaar aansluit, kunnen ze het beste uit de gezamenlijke automatisering halen en daardoor uitdagender bouwklussen op zich nemen.

Stadsbrug

"Over vijf jaar is het iedere dag BIM-dag", juichte Harry van Splunder, voorzitter van het Platform Virtueel Bouwen van branche-organisatie Bouwend Nederland, vorig jaar november na afloop van de eerste BIM-caseweek. BIM staat voor Building Information Model en het doel van de BIM-caseweek was te verkennen hoe de verschillende disciplines in de bouwwereld het beste digitaal in elkaar kunnen grijpen.
Daartoe werkten bijna honderd mensen een week lang intensief samen aan een concreet project, een derde brug over de Maas in het hart van Rotterdam. Onder grote druk werkten verschillende teams zich door een aantal iteratiestappen, met als eindresultaat een driedimensionaal doorgerekend ontwerp van een brug met bebouwing aan weerszijden, waarbij ook de kostencalculatie helemaal uit het ontwerp voortkwam. Alles uiteraard schetsmatig en geïmproviseerd, maar het toonde wel het gelijk van De Vries aan.
Het aan elkaar haken van 3D architectonische ontwerpen en de verschillende rekenmodellen van constructeurs en anderen verderop in de pijplijn van het bouwproces, is vooral een kwestie van willen. En die wil moet dus over vijf jaar in daden omgezet zijn.

Standaardisatie

Internationaal is cad-softwaremaker Autodesk een van de aanjagers van standaardisatie. Het bedrijf speelde een voorname rol bij de totstandkoming van een open standaard voor 3D-bouwinformatie, die bekend staat als de IFC-standaard. IFC staat voor Industry Foundation Class, een normering die wordt vastgesteld door de IAI (Industry Alliance for Interoperability), die onderdeel uitmaakt van de internationale standaardorganisatie ISO.
De verschillende standaarden zijn allemaal nog in ontwikkeling. Het initiatief ligt veelal bij de ontwikkelaars van caad-software. Zij zorgen wel voor interfaces naar de software voor verwarming, ventilatie, brandveiligheid, elektrische systemen en wat dies meer zij. Ook die software, die vanwege allerlei nationale normen veel versnipperd is, zal op de standaard moeten aansluiten. Dat is geen vanzelfsprekendheid, al wordt er wel aan gewerkt.