Design phase and scale level transitions in a digital building model

Abstract

Dit onderzoek beschrijft een aantal mechanismen om de ondersteuning van de vroege fazen van het ontwerp te verbeteren in ontwerpsoftware voor architecten. Specifiek wordt gekeken hoe een ontwerp kan evolueren doorheen ontwerpfazen en schaalniveaus. Er wordt vertrokken van een overzicht van ontwerpapplicaties, voornamelijk gericht op Computer Aided Design en 3D modellering. Hieruit worden een aantal trends en beperkingen afgeleid. Ook wordt gekeken naar de problemen rond het uitwisselen van ontwerpdata. Dit overzicht leidt tot de uitwerking en ontwikkeling van een aangepaste datastructuur voor de beschrijving van een digitaal gebouwmodel. Deze structuur is flexibel en generiek opgebouwd en biedt ondersteuning voor overgangen tussen ontwerpfasen en schaalniveaus. Dit wordt toegepast in een prototype applicatie, om aan aantal van de voorgestelde mechanismen tot verbetering te illustreren.Preface Nederlandstalige Samenvatting Acronyms Contents Introduction I Context 1 Overview of Design Applications 2 Trends and evolutions in design applications 3 Exchange of CAD Data and Building Data 4 Academic Research II Concepts 5 The Data Structure 6 Representation of building information 7 Transitions between Scale Levels and Design Phases 8 Integrating Evaluation tests 9 The Project Data 10 Interacting with building data 11 The Geometric Model III Implementation 12 The data structure 13 Representations 14 Transitions 15 Evaluation Tests 16 Interaction in IDEA+ 17 The Geometric Model 18 Object Oriented Programming in IDEA+ 19 Implementing the prototype 20 Final Conclusions Bibliography Publications Curriculum Vitae IV Appendices CAD & 3D Database IDEA+ File format IndexSinds verschillende jaren maken architecten gebruik van software voor computergesteund ontwerpen of Computer Aided Design (CAD). Dit gaat van het uittekenen van plannen tot het maken van 3D modellen voor simulaties of voor visualisaties. Dit onderzoek vertrekt van een algemeen overzicht van applicaties die door ontwerpers en ingenieurs worden ingezet. Dit is samengevat in een applicatiedatabank, die online kan geraadpleegd worden (http://asro.sbuild.com). In een ontwerppraktijk zal men dikwijls een hybride gamma van applicaties inzetten, waarbij voor verschillende toepassingen andere software gebruikt wordt. Dit leidt echter tot een groeiend probleem van data uitwisseling. Een bespreking van courante bestandsformaten en uitwisseling tussen formaten is daarom ook opgenomen in het overzicht. Vanuit dit algemeen overzicht, wordt specifiek gekeken naar het gebruik van Building Information Modeling (BIM) software. Deze software gaat uit van een digitaal gebouwmodel, van waaruit andere documenten zoals plannen, doorsneden, maar ook meetstaten en lastenboeken kunnen afgeleid worden. De inzet van deze software is doorgaans gericht op het uitwerken van documenten voor de bouwaanvraag en voor de realisatie op de bouwwerf, waar constructieplannen en lijsten noodzakelijk zijn. Bij gebruik tijdens de ontwerpfase tonen deze toepassingen echter nog belangrijke beperkingen. Hiervoor wil dit onderzoek een aantal verbeteringen voorstellen. Model van het ontwerpproces Binnen onderzoeksgroep Ontwerp- en Bouwmethodiek van het departement Architectuur, Stedenbouw en Ruimtelijke Ordening aan de K.U.Leuven is een conceptueel model opgesteld dat het ontwerpproces beschrijft. Het is een formalisering van de verschillende ontwerpfazen in dit proces en van de verschillende schaalniveaus waarop een ontwerp wordt uitgedacht. Binnen dit kader kunnen dan evaluatietests bedacht worden die relevant zijn voor een bepaald schaalniveau of voor een bepaalde ontwerpfase. Het model gaat uit van een ontwerp gesteund op rasters en heeft niet de ambitie om iedere mogelijk ontwerpmethode te ondersteunen. Er wordt wel van uitgegaan dat dit model bruikbaar is voor de meeste gangbare ontwerpen. Dit conceptueel model is vervolgens vertaald in een object model, waarin het model een concrete structuur heeft gekregen, met het oog op verdere implementatie. Deze twee modellen vormen het uitgangspunt van dit doctoraatsonderzoek. Een datastructuur voor een digitaal gebouwmodel Er is een datastructuur opgezet, die toelaat een ontwerp voor te stellen als een digitaal gebouwmodel. Daarnaast is een prototype applicatie uitgewerkt, steunend op deze datastructuur, om de verschillende overgangen te testen die tijdens het ontwerpproces plaatsvinden. Het is niet de bedoeling om het systeem volledig te implementeren, omdat daarvoor de mankracht en middelen ontbreken. De focus ligt eerder op het uitwerken van een aantal mechanismen binnen dit systeem, die helpen bij de ondersteuning van de overgangen tussen schaalniveaus en ontwerpfasen. In de datastructuur worden ontwerpentiteiten gedefinieerd. Deze omvatten zowel fysieke als conceptuele entiteiten. De fysieke entiteiten zijn de gebouwelementen zoals muren, vloeren, daken en kolommen. De conceptuele entiteiten zijn immateriële entiteiten, zoals ruimtes, functies, ontwerprasters en gebouwblokken. Beide zijn belangrijk voor een architect. Er worden daarnaast ook verschillende soorten representaties aangeboden, gaande van grafische tot alfanumerieke. Ieder van deze representaties is een manier om het gebouwmodel voor te stellen. De interactie met de verschillende ontwerpentiteiten gebeurt via deze representaties. De entiteiten kunnen hierin aangemaakt, geselecteerd en gewijzigd worden. Overgangen Een belangrijk aspect van de voorgestelde datastructuur is de ondersteuning voor overgangen tussen schaalniveaus en ontwerpfazen. Door het ontwerp te bekijken op verschillende schaalniveaus kan de ontwerper rekening houden met de impact van de ontwerpbeslissingen op schaal van het gebouw als een geheel, binnen de site, maar ook op schaal van de individuele gebouwelementen binnen dat gebouw. Om wijzigingen aan het ontwerp coherent te houden tussen de verschillende schaalniveaus zijn er referentiepunten opgezet. Deze laten toe om entiteiten over verschillende schaalniveaus aan elkaar te verankeren. Dit is nodig om de samenhang van het gebouw te waarborgen, als er op verschillende schaalniveaus aanpassingen gebeuren. Daarnaast zijn er ook verschillende ontwerpfasen gedefinieerd. Deze verlopen over het algemeen chronologisch, van het schetsontwerp over het voorontwerp tot het uitvoeringsontwerp. De ontwerper kan echter opteren om tijdelijk over te stappen naar een latere fase om bepaalde bouwknopen of details te onderzoeken en nadien terugkeren naar een vroegere fase om het globale ontwerp verder aan te passen. De representaties laten toe om de gepaste voorstelling van de ontwerpentiteiten te genereren, zonder de reeds ingestelde parameters te verliezen. Conclusie Het prototype bevat bij het afronden van het onderzoek nog niet alle functionaliteit, maar enkele van de voorgestelde verbeteringen t.o.v. bestaande toepassingen zijn uitgewerkt, om de concepten verder te verkennen. Verder onderzoek kan zich toespitsen op het integreren van aangepaste evaluatietests binnen het prototype, maar ook op het verkennen van de gewenste interactiviteit in dergelijke ontwerptoepassing. Hiervoor is het noodzakelijk dat dit prototype bijkomend getoetst wordt door architecten tijdens ontwerpoefeningen. Dit kan de nodige feedback opleveren om de functionaliteit bij te sturen of aan te vullen, om de applicatie beter bruikbaar te maken in de ontwerppraktijk.nrpages: 468status: publishe