Generatief en parametrisch ontwerpen - gebruik van 3D-technologie in de openbare ruimte

In de afgelopen jaren heeft de integratie van kunstmatige intelligentie (AI) en 3D-technologie als nuttige hulpmiddelen in de stedenbouw de manier waarop we onze stad ontwerpen en plannen aanzienlijk verbeterd. Nu we deze ontwikkelingen in de loop van de tijd hebben gezien, is het relevant om na te denken over hoe we bewuste beslissingen nemen over vorm en ontwerp als we werken met een hulpmiddel dat een vorm van intelligentie vereist. Naarmate onze manier van werken en besluitvorming in de loop der jaren verandert, proberen we verschillende manieren te vinden waarop AI kan worden gebruikt om automatisch verschillende opties te genereren.

Om duidelijkheid te krijgen over de voordelen van generatieve ontwerptools en parametrisch ontwerpen in de openbare ruimte, heb ik wat antwoorden gezocht bij architect Grisha Zotov, oprichter van Architectural Prescription. Hij werkt voor de afdeling Stedenbouw in de Stad en ontwikkelt momenteel een bouwproject in het Schinkel Kwartier. Ook Digitaal Architect Shaquille Veldboom, oprichter van Veldboomstudios en momenteel werkzaam voor de Gemeente, deelt wat inzicht in het nut van generatief ontwerp. We zullen een aantal voordelen van het gebruik van 3D-technologie en generatieve ontwerptools analyseren door ons te richten op de MX3D Brug en het bouwproject in Het Schinkel Kwartier. Laten we er maar meteen in springen.

Koningin Juliana loopt over de Stoofbrug (Brug 214) voorafgegaan door twee Marokkaanse kinderen op weg naar een bezoek aan een Marokkaanse familie, foto genomen in1971. Bron: Stadsarchief.

Bruggen bouwen

In figuurlijke termen betekent bruggen bouwen het leggen van verbindingen of het verbeteren van relaties tussen verschillende groepen mensen.
Op de afbeelding hierboven zien we de Stoofbrug, een populaire brug gelegen aan de Oudezijds Achterburgwal, genomen in 1971. Dit gebied is altijd een ontmoetingsplaats geweest voor veel culturen in de wereld, en om verschillende redenen is het dat nog steeds. In de afgelopen jaren zijn de kwesties rond crowd control en de veiligheid van burgers in de omliggende wijk een terugkerend onderwerp van discussie geweest.

Een paar jaar geleden, in 2020, was de Stoofbrug hard aan renovatie toe en werd hij vervangen door 's werelds eerste 3D-geprinte brug, de MX3D-brug.

virtuele simulatie van de MX3D-brug uit MX3D

De partners in het project, The Alan Turing Institute, het Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions (AMS) en Autodesk, plaatsten sensoren om structurele metingen zoals rek, verplaatsing en trillingen te verzamelen. Ze maten ook omgevingsfactoren zoals luchtkwaliteit en temperatuur, zodat de ingenieurs de gezondheid van de brug in realtime konden meten en konden volgen hoe de brug tijdens zijn levensduur veranderde.

De MX3D-brug, een 12 meter lange roestvrijstalen voetgangersbrug ontwikkeld door een team van wiskundigen, IoT-specialisten en architecten, met een slim sensornetwerk om de gezondheid van de brug in realtime te monitoren. Afbeelding afkomstig van MX3D.

Voor dit object werd een generatieve ontwerptool geïmplementeerd. Shaquille helpt om deze ontwerpopties beter te begrijpen.

Hij zegt: "Parametrisch en generatief ontwerpen is een ontwerpproces waarbij de juiste indicatoren in de benodigde ontwerpsoftware worden geladen. Generatieve ontwerpmodellen en programma's zoals Ansys , en parametrische ontwerptools zoals Rhino zijn in staat om een bepaalde kracht op een object te simuleren, waardoor het object zo kan worden ontworpen dat het zoveel mogelijk kracht absorbeert.

Shaquille stelt: "Generatief ontwerp zou gebruikt kunnen worden voor het optimaliseren en genereren van meetgegevens die coherent zijn met complexe berekeningen over kracht en de spanningen".

Een visualisatie van de robotarm van de MX3D-printer, overgenomen van Wired.

Shaquille verklaart: "Door gebruik te maken van 3D-technologie en AI kunnen de vormen van gebouwen in de toekomst worden geoptimaliseerd voor verschillende doeleinden, waardoor talloze mogelijkheden ontstaan. De robotarm heeft de mogelijkheid om bovenop een al geprinte structuur te printen. Hierdoor kan de printer weer vooruit. Bij de Stoofbrug bouwde de robot zijn eigen weg naar de overkant. Hiermee kun je spelen en anticiperen op de omgeving om te analyseren wat het eindresultaat is, en dan ter plekke een opdracht genereren van een structuur van de ene naar de andere kant."

Gebied Schinkelkwartier, figuur ontleend aan amsterdam.nl

Ontwikkelingen Nieuw West - Schinkelkwartier

Nu we de voordelen van 3D-technologie hebben geanalyseerd, gaan we verder met een analyse van generatieve ontwerptools. In de afbeelding hierboven zien we verschillende percelen van bouwgebieden in Nieuw West. Grisha was in staat om automatisch de dichtheid voor dit project te genereren.

Een visualisatie van het perceel en het bouwplan in de omgeving

Hij legt verder het volgende uit:

"Wat de generator doet is een kavel nemen, het uitzicht van de buren, de zonnestand, dichtheid en vele andere factoren analyseren. Vervolgens genereren we alle mogelijke posities voor torens in dat blok. Dit kunnen honderden of zelfs duizenden opties zijn, die worden gecontroleerd op alle criteria. De belangrijkste zijn de zonnestand, dichtheid, oriëntatie (noord/oost/zuid/west) en de diepte van het gebouw enzovoort. Daarna verzamelen we zoveel gegevens dat we per perceel de beste dichtheid kunnen kiezen."

Een visualisatie van verschillende indicatoren

Grisha legt uit: "De opdracht van de gemeente was om ten minste 300 000 vierkante meter te vinden om te verdichten. Na het bedenken van een strategie met verschillende groepen binnen de gemeente, in het bijzonder met Martijn de Wit, vonden we een potentieel van 3 000 000 vierkante meter. Dat is dus tien keer zoveel potentieel om die gebieden te verdichten. Dit heeft ertoe geleid dat we daar veel handmatig werk hebben gedaan, perceel voor perceel, hoek voor hoek, gebouw voor gebouw, om het te herbouwen, te renoveren, te slopen of anderszins. Maar we merkten dat de regels vrij eenvoudig waren en daarom besloten we om het te automatiseren."

https://www.youtube.com/watch?v=wvDzrfRQCV0&embeds_referring_euri=https%3A%2F%2Fwww.amsterdamintelligence.com%2F

Alle criteria op verschillende blokken worden automatisch gegenereerd met een dichtheidsgenerator, ontleend aan architectonische belichting

"Werken met tools als deze helpt fouten te voorkomen. Als je met ontwikkelaars werkt, wil een ontwikkelaar soms tot het maximum bouwen, omdat we in een marktgestuurde maatschappij leven. Er zijn plannen om Amsterdam te verdichten, de bevolking, maar binnen dezelfde grens. Dit betekent dat we het twee keer zo dicht moeten maken. Als we dit weten en deze instrumenten hebben, kunnen we nog steeds dichte, maar leefbare buurten en gebouwen maken.

Toch willen we de openbare ruimte leefbaar houden voor de burgers. Binnen de gestelde voorwaarden kunnen we dan zorgen voor het best mogelijke uitzicht voor nieuwe bewoners in het gebied."

Een visuele weergave van de gestelde criteria voor de dichtheidsgenerator.

Vasthouden aan de juiste criteria

De ontwikkeling van parametrische modellen is in volle gang, maar wat betekent dit voor de stad? Naarmate de technologie voortschrijdt, ontstaan er meer mogelijkheden om de manier waarop we onze openbare ruimte ontwerpen te blijven verbeteren. In de loop der jaren is de focus verschoven van het ontwerpen van verschillende constructies in het ontwerp naar het ontwikkelen van code die meerdere opties biedt.

Daarnaast wordt parametrisch ontwerpen ook gebruikt in de stedelijke sfeer. Bijvoorbeeld door te kijken naar gegevens over geluidsniveaus, luchtkwaliteit en groene ruimte. Dergelijke gegevens kunnen leiden tot beter geïnformeerde voorstellen voor buurtverbetering of verdichting.

Dus na het analyseren van zowel bruggen als gebouwen, wat kunnen we hier precies van leren en hoe zou AI een verschil kunnen maken in wat we met de gegevens doen? Er zijn aanzienlijke voordelen.

Foto door DeepMind / Unsplash

De voordelen

Het integreren van het gebruik van AI-tools met generatieve ontwerptools zou het ontwerpproces kunnen verbeteren. Aangezien de stad enorme hoeveelheden gegevens wil verzamelen en analyseren, kunnen deze gegevens vervolgens worden gebruikt om gedetailleerde modellen en simulaties te maken van hoe mensen deze ruimte gebruiken en met elkaar omgaan. Neem bijvoorbeeld AI-algoritmes die kunnen worden gebruikt om de stroom voetgangers in dichtbevolkte gebieden te analyseren. Als we de MX3D-brug van dichterbij bekijken, zien we dat de sensoren en de verzamelde gegevens meer inzicht geven in de manier waarop mensen zich door deze specifieke ruimte bewegen. Deze informatie kan vervolgens worden gebruikt om weloverwogen ontwerpbeslissingen te nemen, zoals de plaatsing van extra stoepranden, vuilnisbakken, bankjes enzovoort.

Bij het Department of Digitalisation and Innovation worden nuttige gegevens zoals deze gebruikt om de staat van de veiligheid van stadsobjecten te verbeteren. Zo ook de gegevens die toegankelijk zijn gemaakt voor de gemeente Amsterdam, die belang heeft bij crowd control, veiligheid en leefbaarheid. Vooral in dewijk .

Toekomstperspectieven

De MX3D-brug en de gebouwen in het Schinkel Kwartier bieden een spannende mogelijkheid om de mogelijkheden van IoT-systemen in de gebouwde omgeving te onderzoeken. In samenwerking met academische partners en industriële onderzoekers onderzoeken we vragen rond open data, data-ethiek, eigenaarschap van burgers en de impact van toerisme. Ons doel is het bevorderen van transparantie en verantwoorde dataverzameling, met de gemeente Amsterdam als eigenaar van de verzamelde data.

De kern van elk stadsproject is de wens om de kwaliteit van leven voor burgers te verbeteren, en er is altijd ruimte voor verbetering. Als je een idee hebt over hoe we onze openbare ruimte kunnen onderhouden en de veiligheid ervan kunnen garanderen, dan horen we dat graag. Neem gerust contact met ons op om uw ideeën te delen.