• Menu
  • Zoek
  • Login

Topologisch ontwerpen

ontwerp en engineering in één slag

Topologisch ontwerpen: ontwerp en engineering in één

De contouren van een geheel nieuwe wijze van engineering en bouwen worden steeds meer zichtbaar: het zogeheten topologisch ontwerpen. Ontwerpprocessen vinden niet meer plaats op de schetsrol, maar worden geprogrammeerd en uitgevoerd door de computer. Dat leidt tot efficiënter materiaalgebruik, maar ook tot fundamentele veranderingen van het bouwproces en andere rollen van participanten in dat proces.

 

ESO; Evolutionary Structural Optimization

Als gevolg van software-ontwikkelingen kunnen ontwerpprocessen voor een groot deel worden geautomatiseerd. Formfinding op basis van een ruimtelijk programma van eisen en optimalisatie van constructies worden geprogrammeerd en door de computer uitgevoerd. Dit topologisch ontwerpen staat ook wel bekend als ESO; Evolutionary Structural Optimization.

 

Printer

Deze trend wordt versterkt door de stormachtige ontwikkeling van productieprocessen waarin de printer centraal staat. Met een printer kunnen makkelijk unieke, eenmalige producten gemaakt worden. De vorm en productie van het uiteindelijke bouwwerk wordt daardoor niet meer bepaald door de huidige lineaire, discontinue (deel)producten, die nu op de markt beschikbaar zijn.

 

Evolutionary Structural Optimization (ESO)

Voor het ontwerp en engineering van een fiets- en voetgangersbrug is gebruik gemaakt van Evolutionary Structural Optimization (ESO) software van de TU Eindhoven. Daarmee wordt, binnen een vooraf gedefinieerd zoekgebied, door de software zoveel mogelijk onnodig materiaal weggehaald, totdat een optimum is bereikt. Het eindresultaat wordt bepaald door vooraf goed geformuleerde eisen en niet door (veelal beperkende) esthetische voorwaarden. In een dergelijk ontwerpproces veranderen de rollen drastisch in het ontwerp en realisatiefase. De ontwerpende rol van architect en constructeur verplaatst zich meer naar het voortraject. Het is interessant te onderzoeken hoe de traditionele SO (schetsontwerp), VO (voorlopig ontwerp), DO (definitief ontwerp) en variantenstudies zich gaan verhouden tot het ontwerpproces. De output van de door de software gegenereerde vorm voor de fiets- en voetgangersbrug is omgezet naar een bestand waarmee een 3D CADCAM robotfrees wordt aangestuurd om de bekistingsmal te produceren. Daarna is de mal gevuld met ultra-hogesterktebeton (UHPC) met vezelwapening. Een logische vervolgstap zou kunnen zijn om de beton in verschillende dichtheden en sterkten te printen: massief aan de buitenzijde waar sterkte nodig is en poreus in het midden om materiaal te besparen en gewicht te reduceren.

 

Perspectief

Topolisch, parametrisch en generatief ontwerpen gaat uitstekend samen met de 3D-printechnologie. In de auto- en luchtvaartindustrie neemt het percentage prefab geprinte onderdelen rap toe. Bij 3D- geprint beton liggen interessante mogelijkheden in het verschiet. Daarbij horen andere productie- en bedrijfsprocessen, niet in bulk denken, maar in snelheid en efficiency. Binnen hetzelfde betonelement kunnen verschillende functies intelligent worden opgelost. Integratie van installatiezones met de draagstructuur, waardoor er geen leidingwerk hoeft te worden aangebracht en poreusheid fungeert als isolatie of als damp-open constructie. 'Multi material' printers kunnen wapening en installaties printen op plekken, waar alleen deze nodig is, zonder dat in het werk vlechtwerk hoeft te worden verricht.

 

ICT als ontwerptool

ICT als ontwerptool gaat een steeds grotere plaats innemen. Van ontwerp tot realisatieproces komt er nauwelijks meer handenarbeid aan te pas. Mutaties in parameters en consequenties daarvan kunnen door gebruikmaking van de software snel, integraal en in een vroeg stadium in beeld worden gebracht. Wederom, ontwerp en engineering vinden in één slag plaats. Gebruik van de computer maakt binnen een constructie oplossingen op maat mogelijk. Vanuit de industrie is van oudsher de denktrend: hoe kan ik de constructieonderdelen opknippen in componenten en die repeterend maken? Met topologisch ontwerpen verandert het ontwerpen van dragende constructies ingrijpend. Denkbare toepassingsmogelijkheden van deze techniek zijn viaducten, bruggen, dijklichamen, geïnjecteerde/3D geprinte funderingen, boortunnels en knopen. Door te blijven denken in componenten worden niet de nieuwe mogelijkheden benut die het vakgebied verder brengt en ontneemt de constructie zijn vanzelfsprekendheid.

 

In Civiele techniek is een uitgebreid artikel verschenen over topologisch ontwerpen.

PDF icoonartikel Topologisch ontwerpen


Tijdens het Tektoniek-evenement 3D-betonprinten heeft Peter Heideman een presentatie gehouden over topologisch optimaliseren; 'Designing by Defining Parameters, influences software generated design on design proces'.

PDF icoonPresentatie Peter Heideman

 

Delen:
FacebookTwitterLinkedIn