Optimalisatiemethoden zijn steeds populairder in de architectuur, maar worden niet altijd juist gebruikt. Formuleer eerst wat het optimalisatieprobleem is en kijk dan pas hoe je het in het ontwerp oplost, zegt Ding Yang. Hij ontwikkelde de Multi-Objectieve en Multi-Disciplinaire Optimalisatie (MOMDO) voor het herformuleren van optimalisatieproblemen.
Yang kwam op het idee voor zijn onderzoek door zijn ervaringen met het ontwerpen van sporthallen. Dit zijn relatief complexe gebouwen, die moeten voldoen aan sterk uiteenlopende eisen. Zo hebben ze met het oog op de daglichttoetreding meestal grote dakramen, gekoppeld aan grotendeels kolomvrije binnenruimtes waarin wordt gesport. Dat stelt de ontwerpers voor zowel installatietechnische als constructieve uitdagingen. Ze moeten bovendien rekening houden met het risico op oververhitting en verblinding, maar ook zorgen voor efficiënt gebruik van staal. “Het is lastig om een balans te vinden tussen al die conflicterende vereisten”, zegt Yang. “Het is daarom slim om eerst alle gebruiksgegevens te verzamelen en te analyseren en relevante informatie en kennis te zoeken. Op basis daarvan is het mogelijk een betrouwbaar optimalisatieprobleem te formuleren om aldus tot optimale ontwerpoplossingen te komen.”
Specifieke problemen
Het onderzoek van Yang is een reactie op het toenemende gebruik in de architectuur van computergestuurde ontwerpmethoden. Deze resulteren vaak in een spectaculaire vertoning van technische mogelijkheden, maar niet noodzakelijk in betere ontwerpen, constateert hij. Feitelijk worden ze vaak misbruikt en dat maakt het alleen maar ingewikkelder. Volgens hem is het beter om computergestuurde ontwerpmethoden en optimalisatietools gericht in te zetten, voor het oplossen van specifieke problemen.
Multi-Disciplinaire Optimalisatie methode (MOMDO)
Voor de aanpak die hij beoogt, ontwikkelde hij de Multi-Objectieve en de Multi-Disciplinaire Optimalisatie (MOMDO) methode. Deze helpt bij het markeren van optimalisatieproblemen. MOMDO bestaat uit twee sub-methoden, die de ontwerpruimte zowel convergerend als divergerend kunnen verkennen. Hij ontwikkelde daarnaast een plug-in voor het combineren van Grasshopper ontwerp-software en modeFRONTIER, op basis van een samenwerking tussen de TU Delft vakgebied Design Informatics en ESTECOSpA. Deze plug-in maakt de toepassing van de MOMDO-methode mogelijk. De ontwikkelde methode paste hij toe op twee praktijkcases.
Praktijkcases
De eerste case betrof een groot indoor stadion in Wuhan met een getrapt dak en 6.000 zitplaatsen. Grote vraag was hoe de getrapte vorm, met glaspartijen, de prestaties van het gebouw zou beïnvloeden. Computertechnieken zoals “Hierarchical Clustering” en “Self-Organizing Map” hielpen bij het analyseren van de data. “Ze dienen als hulpmiddel voor de architect bij het verzamelen van informatie en kennis”, legt Yang uit. “In dit geval ging het vooral om een convergerende aanpak: we konden het aantal mogelijke ontwerpen terugbrengen tot enkele geoptimaliseerde.” Het resulteerde in praktische informatie over raamgrootte, toepassing blindering en ideale hellinghoeken.
In de tweede case werkte de MOMDO-methode divergerend. De methode hielp hier bij het uitbreiden van het aantal mogelijke ontwerpoplossingen van drie naar negen. Een dergelijke aanpak geeft de architect de mogelijkheid om zelf een ontwerp te kiezen dat de beste balans geeft tussen de gewenste gebouwprestaties.
Menselijke interpretatie
De MOMDO-methode kan helpen een deel van het ontwerpproces te automatiseren, maar volledig automatisch genereren van veelbelovende ontwerpoplossingen kan nog niet. “En dat is ook niet de bedoeling”, zegt Yang. “Er blijven altijd mensen nodig bij de interpretatie van verzamelde gegevens en het maken van de keuze welke aspecten het zwaartepunt krijgen. Praktisch gezien blijft menselijk ingrijpen in het ontwerpproces meestal noodzakelijk en heeft het ook de voorkeur.”
Gepubliceerd: januari 2023
Meer informatie
Ding Yang promoveerde op 23 december 2022 met zijn proefschrift ‘Design as Exploration Multi-Objective and Multi-Disciplinary Optimization (MOMDO) of indoor sports halls.’ Zijn proefschrift is hier te lezen.
