Ny teknologi kan sikre nulenergi i huset

David Kjøller, cand. arch. Sjællandsgade 137, 1 8000 Århus C Tlf. 30 28 86 25 Mail: [email protected] August 2010 Ph.d. projektbeskrivelse Huset som samlet systemleverance ‐ Baseret på bruger meddesign Foreliggende projekt indgår som en del af det samlede projekt: ”Systemleverancer i byggeriet ‐ et forskningsnetværk” Det samlede projekt er støttet af Realdania, de deltagende institutioner: AAA, KA, DTU og VTU samt virksomhederne aart og NCC. Der henvises til budgettet i ansøgningen til Realdania. Det samlede projekt administreres af: Professor Lars Hvam, DTU, Telefon 45 25 44 35, [email protected] Professor Anne Beim, Kunstakademiets Arkitektskole, Telefon 32 68 60 00, [email protected] Lektor Per Kortegaard, Arkitektskolen Aarhus, Telefon 89 36 00 00, [email protected] Vedrørende det samlede projekts øvrige ph.d. projekter, forskningsfaglige indhold samt initiativer henvises til det samlede projekts hjemmeside: http://sysbyg.dk. Baggrund I samfundet ses en generel stigning i udviklingen og anvendelsen af tilpasningsdygtige produkter baseret på principperne for mass customization. Denne udvikling er hverken branche‐ eller skalaspecifik, men finder sted inden for alt fra løbesko over køkkener til cementfabrikker. I nogle tilfælde er der tale om forholdsvis simple produkter, mens andre er sammensatte, komplekse og multifaglige løsninger – deciderede systemprodukter. Der er flere faktorer, der ligger til grund for denne udvikling. Fra virksomhedernes side kræver det naturligvis en større indsats at udvikle disse systemprodukter, idet principper for modularisering, afklaring af grænseflader samt udvikling af værktøjer til udarbejdelse af kundespecificerede produkter alle er aspekter, der ikke nødvendigvis indgår i en traditionel produktudvikling. Til gengæld giver det virksomhederne mulighed for at tilbyde kundetilpassede produkter, der qua de massefremstillede delkomponenter kan tilbydes til en overskuelig pris og med et konstant kvalitetsniveau. Samtidig bunder denne udvikling også i et ønske fra forbrugernes side om øget medbestemmelse i forhold til produktets funktionalitet og udseende. ”Creative Man vil have produkter og services, der er personligt tilpasset efter hans eller hendes helt specielle behov. Det forudsætter, at der er et meget stort udvalg, eller at forbrugeren selv kan designe eller sammensætte produktet.” (Instituttet for Fremtidsforskning, 2004, s. 47) Inden for arkitekturens verden er brugerinddragelse Ikke et nyt fænomen. Der er en lang tradition for at inddrage bygherren eller brugerne, så deres ønsker og overvejelser kan indgå i forbindelse med skitseringsprocessen. ”Der er ikke nogen modsætning mellem brugerinddragelse og god arkitektur. Det handler om at arbejde med en form for strukturel systematik, som brugerne kan udfolde sig indenfor, uden at der gives slip på den arkitektoniske helhed og idé.” (Johnsen, 2006, s. 39) Derudover kan man også finde projekter, hvor tegnestuer har arbejdet bevidst med forskellige principper for modularisering for derved at kunne opnå en fleksibilitet og variation i den samlede bebyggelse. Som eksempel kan nævnes Kvistgårdhusene udarbejdet af Tegnestuen Vandkunsten i forbindelse med projektet ”Bedre Billigere Boliger”. ”Målet er at betjene sig af repetitionen uden at skabe ensformighed. Det er kombinationen af meget få elementer, der giver projektet den store variation. De indrammede kig mod landskabsrummet, de intime gårdrum, de indre pladsdannelser, de solbeskinnede opholdsterrasser osv., er alt sammen direkte følger af byggesystemet og dets basismoduler.” (Vandkunsten, 2004) 2 Der er sjældent tale om deciderede systemprodukter, idet modulopbygningen kun finder sted på konceptniveau, hvorimod projekterne opføres på traditionel vis. Produkter såsom loftsystemet Fusion fra Rockfon samt boligtypen Pregnant House tegnet af Exners Tegnestue vidner dog om, at udviklingen af systemprodukter er påbegyndt både blandt arkitekter og producenter. Set i forhold til andre brancher finder udviklingen og anvendelsen af systemprodukter inden for byggeriet dog stadig kun sted i et relativt begrænset omfang. Projektbeskrivelse Formålet med det etablerede forskningsnetværk ”Systemleverancer i byggeriet” er som beskrevet i ansøgningen til Realdania: ”at styrke og kvalificere udviklingen og anvendelsen af systemleverancer i dansk byggeri”. Jeg vil i forbindelse med dette projekt sætte fokus på udviklingen og anvendelsen af systemleverancer / systemprodukter i den arkitektfaglige praksis. I forbindelse med implementeringen af Det Digitale Byggeri (DDB) er nye teknologiske muligheder gradvist blevet inddraget i den arkitektfaglige arbejdsproces, hvorfor anvendelsen af Building Information Modelling (BIM) også er stigende på tegnestuerne. Anvendelsen af BIM har sat fokus på parametriske modeller i form af tilpasningsdygtige bygningsdele, og derudover har tendenser imod en mere ekspressiv formgivning for nogle tegnestuers vedkommende nødvendiggjort anvendelsen af parametriske modeller til opbygning, bearbejdning og analyse af komplekse geometrier. Inden for produktkonfigurering anvendes parametriske modeller også, idet der udarbejdes parametriske modeller for systemprodukter indeholdende produktets variationsmuligheder. Disse modeller kan derefter anvendes i forbindelse med udarbejdelsen af kundespecificerede løsninger. Med den øgede anvendelse af parametriske modeller på tegnestuerne, findes der altså allerede et redskab, der kan anvendes i forbindelse med udviklingen og anvendelsen af systemprodukter. Projektet vil have følgende to hovedformål: ‐ At udarbejde metoder for udvikling af systemprodukter ved anvendelse af parametrisk modellering ‐ At udarbejde metoder for udvikling af parametriske modeller for eksisterende systemprodukter Der vil i den forbindelse blive fokuseret på, hvorledes de arkitektoniske kvaliteter henholdsvis dokumenteres i forbindelse med udviklingen af systemprodukter, og formidles i forbindelse med udviklingen af parametrisk modeller for systemprodukter. 3 ”De største udfordringer for anvendelse af produktkonfigurering i byggeriet er således, udover at videreudvikle teknologien med visuel konfigurering, at udvikle et metodegrundlag for udvikling af moduler, der kan anvendes i byggeprocessen, metoder for udvikling af projekterings‐ og konfigureringsprocesser i sammenhæng med den samlede byggeproces og endelig metoder for modellering og dokumentation af konfigureringssystemer, der gør det muligt at kommunikere og forpligte alle relevante aktører på de produktkarakteristika og regler, der lægges ind i et konfigureringssystem.” (Mikkelsen et al., 2005, s. 36) Producenters udvikling, produktion og markedsføring af systemprodukter, arkitekters stigende anvendelse af BIM og den stigende anvendelse af parametrisk modellering er tre indbyrdes afhængige forhold i aktuel produktion af arkitektur. Nærværende projekt dækker disse tre emner og deres indbyrdes relationer via arbejdet med fem gensidig relaterede cases: Figur 1: Oversigt over de tematiske forskningsområder og deres indbyrdes relationer. Case 1 ”Konfigurerbare boligtyper” er den overordnede case, der løber over alle tre år, og omhandler udviklingen af konfigurerbare boligtyper ved anvendelse af parametrisk modellering. Case 2 ”Parametrisk modellering og designproces” samt case 5 ”Fra parametrisk model til BIM” undersøger samspillet mellem BIM og parametrisk modellering i henholdsvis design‐ og projekteringsfasen. Disse cases relaterer sig til den aktuelle arkitektfaglige praksis. Case 3 ”Principløsninger” samt case 4 ”Parametriske modeller for systemprodukter” undersøger henholdsvis udviklingen og anvendelsen af systemprodukter ved brug af parametrisk modellering. Resultaterne fra de fire mindre cases vil løbende blive inddraget i relation til case 1. I forbindelse med skitseringsfasen i case 1 vil resultaterne fra case 2 omhandlende samspillet mellem parametrisk modellering og designproces indledningsvist blive anvendt og efterprøvet. De parametriske modeller, der udvikles for principløsningerne i case 3 og for det eksisterende systemprodukt i case 4, vil blive afprøvet i relation til boligtypen i projekteringsfasen. 4 Resultaterne fra Case 5 vil slutteligt blive inddraget i forbindelse med udarbejdelsen af konfiguratoren for den udviklede boligtype. Figur 2: Oversigt over samspillet mellem de fem cases. Der henvises til den detaljerede beskrivelse af de fem cases nedenstående. Case 1: Konfigurerbare boligtyper: Udviklingen af systemprodukter finder sted i flere forskellige skalaer. I den lille skala findes de tilpasningsdygtige bygningsdele såsom loftsystemet Fusion fra Rockfon, mens vi i den store skala ser eksempler på fleksible boligtyper designet ud fra principperne for mass customization. Som et eksempel herpå kan nævnes Pregnant House udarbejdet af Exners Tegnestue. De konfigurerbare boligtyper har ikke blot deres berettigelse qua deres tilpasningsdygtighed eller konstante kvalitetsniveau. De indeholder også et klart arkitektonisk potentiale i forhold til muligheden for at skabe rytme og variation, når de opføres i en samlet bebyggelse. ”I arkitekturens verden kan man også opleve indtagende eksempler på noget, der er levende varieret indenfor en klar regelmæssighed. Det kan være en husrække i en gammel by, hvor huse af samme type og fra samme kulturperiode er opført individuelt indenfor en klar helhedsplan. Også de er anbragt på en snor som variationer over et tema.” (Rasmussen, 1957, s. 129) Boliger konfigureret ud fra det samme koncept vil givetvis fremstå forskelligt, idet den enkelte bolig vil være konfigureret ud fra faktorer såsom beboernes ønsker, husets placering eller omgivelserne. Afhængig af boligtypen vil dette resultere i, at der i den samlede bebyggelse vil opleves en variation i forhold til eksempelvis husenes facadekompositioner eller højder. Det faktum at alle huse stammer fra den samme boligtype, og derfor bygger på de samme principper for hvordan rum og facader kan kombineres, vil skabe genkendelighed og slægtskab de enkelte huse imellem. De konfigurerbare boligtyper indeholder derfor i deres natur både genkendeligheden og variationen. Ved at arbejde med boligtyper rettet mod en samlet bebyggelse kan det også sikres, at de opføres i et vist volumen, hvilket er en nødvendighed, når man ser på den indsats det kræver at udvikle systemprodukter. 5 ”Der arbejdes udelukkende med større bebyggelser efter tæt‐lav modellen, hvor boligtyper og antal er fastlagt inden slutbrugeren, i form af andelshaveren, kommer ind i billedet. Denne konstruktion er en forudsætning for at kunne tilbyde den lave produktions‐ og slagspris, der jo netop opnås gennem de stordriftsfordele, der ligger i en egentlig serieproduktion. ” (Mikkelsen et al., 2005, s. 61) På AAA har vi gennem de senere år haft aktier i flere forskningsprojekter omhandlende udviklingen af konfigurerbare boligtyper og redskaber til visuel konfigurering. I forbindelse med projekterne ”Plug&Play” og ”Boligtyper og konfigureringsmetodikker” blev der udarbejdet et kompendium indeholdende seks arkitektoniske principper for tilpasningsdygtige boligtyper velegnet til elektronisk konfigurering. De enkelte principper indeholder hver for sig nogle arkitektoniske potentialer, det være sig kompositorisk, rumligt eller oplevelsesmæssigt, der ved en yderligere bearbejdning kan formuleres og præciseres. For nogle af principperne er potentialerne næsten et direkte resultat af den anvendte type af modularitet, mens det for andre forudsætter meget bevidste valg i forhold de enkelte moduler, og måden hvorpå de kobles. Konklusionerne fra disse projekter vil indledningsvist blive inddraget i denne case, hvor de vil udgøre baggrundsmaterialet for udarbejdelsen af et begrebskatalog til anvendelse i forbindelse med udviklingen af konfigurerbare boligtyper. På baggrund af begrebskataloget vil relationen mellem de forskellige boligprincipper og de arkitektoniske potentialer blive præciseret yderligere. Dette arbejde vil være rettet mod en direkte anvendelse hos danske boligproducenter som ønsker at gøre brug af elektronisk konfigurering via nettet nationalt som internationalt. Inden for andre industrier, hvor udvikling af systemprodukter finder sted, defineres et modul ofte som en veldefineret funktionel enhed: ”Et modul kan opfattes som indkapsling af kompleksitet i funktionelle, veldefinerede enheder.” (Mikkelsen et al., 2005, s. 52) Overføres denne definition direkte til arkitekturen i forbindelse med udviklingen af konfigurerbare boligtyper, vil moduler i mange tilfælde blive sidestillet med de enkelte rum i boligen. Vi har dog i forbindelse med de førnævnte forskningsprojekter gjort den opdagelse, at det af flere grunde kan være problematisk, at arbejde med moduler bestående af enkelte rum. Den ene problematik opstår i forbindelse med grænsefladernes placeringer. Er grænsefladerne placeret vertikalt mellem modulerne, udgør de samtidig alle rumlige overgange samt i 6 nogle tilfælde overgangene mellem ude og inde. Grænsefladerne er således placeret de mest komplekse steder set ud fra en arkitektonisk synsvinkel, idet de rumlige overgange bør defineres individuelt i forhold til aspekter såsom funktionel samhørighed, graden af privatliv, ønsket lysmængde, omgivelsernes karakter og visuelle forbindelser. Dette stemmer ikke godt overens med et generelt ønske om at arbejde med så simple grænseflader som muligt. En anden problematik knytter sig til oplevelsen. Oplevelser er ganske vist ikke universelle, men de spiller alligevel en stor rolle i forbindelse med den arkitektfaglige skabelsesproces. Hvordan ændrer lyset og udsigten sig, når man bevæger sig i gangforløbet? Hvordan er stofligheden på de overflader man berører? Er vindueskompositionen harmonisk? ”Vi engageres kropsligt, tankemæssigt, følelsesmæssigt, fordi der er spænding. I spændingen er der informationer om verdens indretning og virkemåder. Retninger, hastigheder, det klaustrofobiske, udsigt, kigge igennem, det labyrintiske, tryghed, forholdet mellem lys og skygge, til at sidde på, for højt, nysgerrighed, rædsel. Det afgørende er, hvad gør arkitekturen ved os? Hvad sker der i mødet mellem den, der oplever og arkitekturen?” (Christoffersen, 2008, s. 9) Det interessante i denne sammenhæng er ikke, hvilke oplevelser der arbejdes med, eller på hvilke måder de kan iscenesættes, men derimod iagttagelsen af at oplevelser finder sted på flere forskellige niveauer – eller i flere skalaer om man vil. De kan knytte sig til detaljeringen af et enkelt objekt, arbejdet med fladen i form af en vindueskomposition eller koblingen af rum i forbindelse med lys, bevægelse eller visuelle relationer. Hvis der arbejdes med det unikke arkitektoniske værk, er det uden videre muligt at springe mellem disse skalaer og tegne på både de store sammenhænge og de specifikke detaljer. De aspekter der inkluderes, vil altid være til stede, idet der ikke arbejdes med opbygningsmæssige tilpasningsmuligheder. Forudsætningen for at kunne arbejde med konfigurerbare boligtyper er derimod, som tidligere nævnt, at der tages udgangspunkt i en specifik type af modularisering. Dette har ikke nogen betydning i forhold til oplevelserne i den lille skala, idet disse altid kan inkluderes i de enkelte moduler. I forhold til oplevelserne i den store skala spiller størrelsen på de enkelte moduler en afgørende rolle. Arbejdes der med moduler på rumniveau, ligger der derfor et stort arbejde i at sikre, at de oplevelser der skal finde sted i den store skala knyttet til lys, bevægelse og visuelle relationer fastholdes ved konfigureringen. Jeg vil på baggrund af disse erfaringer studere muligheden for udarbejdelse af en konfigurerbar boligtype, hvor modulerne ikke tager udgangspunkt i funktionelle enheder med derimod oplevelsesmæssige enheder. Dette arbejde vil blive gennemført via en traditionel skitseringsproces omfattende håndskitser og en sideløbende udvikling og anvendelse af digitale samt fysiske modeller. Derudover vil en parametrisk model af boligtypen blive udarbejdet sideløbende med skitseringen, da 7 erfaringer fra de tidligere forskningsprojekter har vist, at arbejdet med udviklingen af konfiguratorer (de parametriske modeller) kan give nye input til konceptudviklingen i forhold til modulernes indhold og kombinationsmuligheder. Iagttagelser i forhold til dette aspekt vil blive inddraget i casen omkring samspillet mellem parametrisk modellering og designproces. I forbindelse med udviklingen af boligtypen vil de arkitektoniske kvaliteter i forhold til koblingen mellem det standardiserede og det individuelle også blive undersøgt. Der findes flere eksempler på boliger, der ikke nødvendigvis er tænkt som konfigurerbare boligtyper, som alligevel opbygningsmæssigt indeholder både det standardiserede og det individualiserede. Kingohusene er et godt eksempel på, hvorledes man kan forestille sig dette anvendt i forbindelse med konfigurerbare boligtyper. De enkelte boliger i bebyggelsen er grundlæggende ens, og ville i princippet kunne opbygges af præfabrikerede moduler med faste dimensioner. Murerne omkring gårdhaverne er derimod fastlagt individuelt for hvert enkelt hus i forhold til udstrækning og spring i højder. Dette giver mulighed for en eksakt artikulering af udsigten fra gårdhaven i forhold til landskabet, beplantningen og øvrige huse. Resultaterne fra case 3 og 4 vil blive inddraget og afprøvet i forbindelse med udviklingen af boligtypen. I forbindelse med udviklingen af systemprodukter har det vist sig gavnligt at anvende redskaber, der kan dokumentere og fastholde produktets variationsmuligheder og opbygning. På DTU arbejdes der eksempelvis ud fra en produktvariantmaster, når et systemprodukt skal analyseres. Produktvariantmasteren er et gavnligt redskab, når produktets opbygning, funktioner og egenskaber skal beskrives (Hvam, Lars; Mortensen, Niels Henrik; Riis, Jesper, 2007, s. 157‐189). Dog har et tidligere ph.d.‐
projekt tilknyttet AAA anskueliggjort, at der mangler redskaber, der kan håndtere de mere abstrakte relationer tilknyttet de arkitektoniske intentioner. ”At kunne håndtere abstrakte relationer og arkitektoniske aspekter og intentioner via en systemorienteret metode, der skal kunne implementeres i en konfigurator, kræver altså, at principperne for systemet er en integreret del af designprocessen. Dette kunne tyde på, at der er behov for en måde at anskueliggøre de abstrakte informationsniveauer på, så de som udgangspunkt kan struktureres og sammenholdes med de konkrete informationsniveauer. En metode eller sammenhæng mellem produktmodellering og arkitektur, som kan sandsynliggøre kvalitative valg og muligheder i systemet.” (Knudsen, 2007, s. 76) Jeg vil i forbindelse med udviklingen af boligtypen aktivt anvende en produktvariantmaster og undersøge mulighederne for at udvikle en metode til at dokumentere de arkitektoniske intentioner. 8 Resultaterne fra denne case vil blive sammenfattet i en artikel, og herudover vil en visuel konfigurator til illustrering af boligtypen blive uploaded på forskningsnetværkets hjemmeside. Undervisningsforløb i relation til case 1 – Parametrisk modellering ‐ Helhed og variation, AAA: I en workshop med studerende på AAA vil samspillet mellem helhed og variation blive undersøgt ved anvendelse af parametrisk modellering. Workshoppen vil introducere de studerende for parametrisk modellering og redskabets evne til at håndtere og manipulere geometrier i forhold til selvdesignede systemer. Tilgangen kan være meget konkret, hvis der eksempelvis arbejdes med udviklingen af et fleksibelt facadesystem, eller mere abstrakt, hvis der arbejdes med manipulering af enkelte geometriske elementer i et eksakt forløb. Workshoppen vil bygge på erfaringerne fra de allerede afholdte kurser i Grasshopper samt workshoppen tilknyttet undervisningsforløbet ”Digital Architecture”. (http://digital.aarch.dk/index.php?id=132336) Metoder for anvendelse af parametrisk modellering i designprocessen Case 2 – Parametrisk modellering og designproces, aart: Ny teknologi og nye værktøjer fører til nye produkter og nye processer, og dette er også tilfældet indenfor arkitekturens verden. Meget af den arkitektur, der opføres i dag, er resultatet af en arbejdsproces, hvor computeren spiller en afgørende rolle i forhold til opbygning og håndtering af geometrier og informationer. På de fleste tegnestuer har man allerede stiftet bekendtskab med parametriske modeller i form af BIM programmernes tilpasningsdygtige bygningsdele, der i kraft af de indlejrede parametre løbende kan justeres og tilpasses i takt med udviklingen i designprocessen. Netop den løbende tilpasningsmulighed stemmer godt overens med den iterative designproces, idet de enkelte geometrier ikke igen skal opbygges fra bunden, når ændringer skal afprøves eller justeres i bygningsmodellen. Mulighederne, i forhold til indlejring af geometriske relationer, grænseværdier samt informationer i de tilpasningsdygtige parametriske modeller, har også gjort det interessant for især de større tegnestuer at udvikle egne modeller eller scripts til anvendelse i designprocessen. Der udvikles eksempelvis i den større skala parametriske modeller, som kan anvendes i forhold til fastlæggelsen af den overordnede formgivning og rumlige disponering, mens der i den mindre skala udarbejdes scripts, der kan generere forskellige facadekompositioner på baggrund af én overfladegeometri. 9 Gennem de senere år er der løbende blevet udviklet flere anvendelige simuleringsværktøjer, med gode links til eksisterende BIM programmer. Størstedelen af de parametriske modeller opbygges dog løsrevet fra BIM programmerne, og anvendes derfor også hovedsageligt til rent geometriske og rumlige studier. Af den grund er det nu relevant at undersøge mulighederne for en tættere relation mellem de parametriske modeller og simuleringsværktøjerne, hvorved eksempelvis energispørgsmål også kan undersøges ved anvendelsen af den parametriske model og derved give feedback til designprocessen. Formålet med denne case vil derfor være at identificere og beskrive de delprocesser i den arkitektfaglige arbejdsproces, hvor parametrisk modellering og scripting med fordel kan anvendes – herunder at undersøge mulighederne for en tættere relation mellem den parametriske modellering og de eksisterende simuleringsværktøjer. Hovedparten af dette arbejde vil foregå i samarbejde med aart, hvor jeg vil udvikle og afprøve parametriske modeller til anvendelse i deres aktuelle projekter. Derudover vil emnet blevet suppleret med interviews med førende tegnestuer indenfor området. Arbejdet vil blive sammenfattet i en artikel indeholdende en metodebeskrivelse for anvendelse af parametrisk modellering i designprocessen samt en angivelse af de erfarede potentialer og barrierer. Eksemplificerende parametriske modeller vil også blive formidlet via projektets hjemmeside. Undervisningsforløb i relation til case 2 – Parametrisk modellering og simulering, AAA: Erfaringerne fra ovenforstående case vil danne basis for en workshop, hvor samspillet mellem parametrisk modellering og eksempelvis energisimulering vil blive undersøgt og formidlet. I udgangspunktet designes og udarbejdes en simpel parametrisk rumlig model i Grasshopper, hvorefter energimæssige undersøgelser inddrages i den videre designproces i samspil med Ecotect eller EcoDesigner. Metoder for udvikling af systemprodukter Case 3 – Principløsninger, aart: Fra virksomheder der beskæftiger sig med udviklingen af systemprodukter findes begrebet principløsninger. Principløsninger er tilpasningsdygtige løsninger med veldefinerede grænseflader, der kan tilgodese en eller flere beskrevne funktioner. Det kan med andre ord ses som en beskrivelse af, hvorledes udvalgte komponenter kan sammenkobles for at give et produkt den ønskede funktionalitet. 10 ”En anden metode til effektivt at udnytte erfaringer fra tidligere projekter er at udvikle et sæt principløsninger (også kaldet moduler), der kan tages frem og relativt hurtigt tilpasses det konkrete projekt.” (Mikkelsen et al., 2005, s. 7) Udviklingen af principløsninger vil oftest være mere tidskrævende end traditionelle projektspecifikke løsninger, men er de kvalitative og veldokumenterede, kan de relativt hurtigt tilpasses andre projekter, hvor den samme funktionalitet efterspørges. På sigt kan principløsninger udbygges og præciseres til et niveau, hvor de overgår til deciderede systemprodukter. Blandt tegnestuerne er der ikke tradition for at ”genbruge” løsninger de enkelte projekter imellem, hvilket måske bunder i en frygt for, at projekterne kommer til at fremstå ens. Alligevel findes der flere eksempler, hvor ensartede planløsningsprincipper bliver anvendt i flere forskellige projekter. Mange facadeløsninger fremstår også som systemprodukter baseret på et overordnet system med variationer de enkelte paneler eller sektioner imellem, også selvom facadeløsningerne ikke eksisterer som egentlige systemprodukter. Jeg vil i forbindelse med opholdene hos aart undersøge, i hvilket omfang der kan arbejdes med principløsninger i den arkitektfaglige praksis. Principløsninger kunne i dette tilfælde være rettet mod eksempelvis facadesystemer, planløsningsprincipper eller kvalitative rumkonstellationer. Undersøgelsen vil metodemæssigt tage udgangspunkt i en analyse af et konkret procesforløb mod udvikling af specifikke løsningsforslag med efterfølgende: ‐
Beskrivelse af løsningens funktionelle, æstetiske eller oplevelsesmæssige kvaliteter ‐
Afklaring af løsningens grænseflader og tilpasningsmuligheder ‐
Udarbejdelse af parametrisk model til formidling samt efterprøvning i forbindelse med andre projekter Det vil det blive undersøgt, om de udviklede principløsningerne kan anvendes i casen angående de konfigurerbare boligtyper. På længere sigt vil et øget fokus på udvikling og anvendelse af principløsninger fra arkitekternes side kunne fungere som en katalysator for udvikling af kvalitative systemløsninger til byggeriet. ”Arkitekterne kan bidrage til disse produkters æstetiske og funktionelle egenskaber. Her er en mulighed for at bibringe de industrielle systemprodukter de værdier, som netop arkitekterne efterlyser. Arkitekterne kan på deres side bidrage med de variationsbredder, som de kunne ønske mht. den formmæssige og æstetiske tilpasning til det enkelte byggeri.” (Mikkelsen et al., 2005, s. 30) 11 Metoder for anvendelse af systemprodukter Case 4 – Parametriske modeller for systemprodukter: På internettet findes der flere eksempler på visuelle konfigureringssystemer, hvor forbrugerne kan tilpasse produkter inden for de variationsmuligheder, som produkterne indeholder. Størstedelen af disse konfiguratorer er baseret på prægenerede visualiseringer. Hvis det drejer sig om eksempelvis sko, biler eller computere er det tilstrækkeligt at specificere produktet på internettet, idet konsekvenserne i forbindelse med en ændring af produktet er ganske åbenlyse, også uden at produktet betragtes i forhold til de omgivelser, hvori det skal anvendes. For størstedelen af tilpasningsdygtige bygningsdele vil det modsat være gavnligt, at specificeringen finder sted i relation til bygningsmodellen, idet konsekvenserne i forbindelse med ændringer af produktet kan være ganske omfattende. Bygningsdelen skal kunne visualiseres på en måde og i en kontekst, der er relevant, set i forhold til de aspekter den tilpasses efter. Dette giver mening, hvis man eksempelvis ser på et vindue. I en facadeafbildning vil den primære reference være kompositionen og proportionerne i forhold til de andre elementer i facaden, i plantegningen tilpasses vinduet i forhold til planløsningen og funktionerne, og i en tredimensionel afbildning vil det være aspekter som lys og udsigt, som vinduet primært tilpasses i forhold til. For udviklerne af systemprodukter til byggeriet vil det derfor være nødvendigt at udarbejde parametriske modeller af deres produkter, som arkitekterne kan anvende i samspil med bygningsmodellen. ”De største udfordringer for anvendelse af produktkonfigurering i byggeriet er således, udover at videreudvikle teknologien med visuel konfigurering, at udvikle et metodegrundlag for udvikling af moduler, der kan anvendes i byggeprocessen, metoder for udvikling af projekterings‐ / konfigureringsprocesser i sammenhæng med byggeproces...” (Mikkelsen et al., 2005, s. 36) I den forbindelse er der flere afgørende spørgsmål: ‐
I hvilken udstrækning er det muligt at udvikle parametriske modeller til de mest anvendte BIM systemer? ‐
Hvordan indlejres samspillet mellem produktets tilpasning og visualisering i modellen? ‐
På hvilken måde kan den parametriske model bedst formidle produktets kvaliteter? 12 Jeg har i forbindelse med afklaringen af ph.d. projektets indhold været i kontakt med Exners Tegnestue og Randers Tegl, der har udviklet et nyt teglformat kaldet FlexStone, hvor højden på stenen er mindsket 6 mm i forhold til en sten i dansk normalformat. Ændringen i stenens dimensioner gør det muligt at komponere stenene frit: liggende, stående, på fladen eller på kant, også uden at stenene skal skæres, og herved kan de kombineres frit i alle ønskelige mønstre. Der er ganske vist mere tale om et byggeprincip end et systemprodukt, men byggeprincippet indeholder nogle klare æstetiske potentialer samt flere indlejrede relationer i forhold til stenenes indbyrdes placeringer, modulmål og afslutning. Dette produkt vil derfor kunne indgå i en overskuelig case i forhold til at afklare tidligere nævnte spørgsmål. Indledningsvis vil byggeprincippets begrænsninger, relationer og potentialer blive afklaret og dokumenteret i samarbejde med Randers Tegl og Exners Tegnestue. Herefter vil der blive udarbejdet en parametrisk model til anvendelse i Revit og/eller ArchiCAD, og metoder for udvikling af parametriske modeller til disse BIM programmer samt eventuelle barrierer vil blive dokumenteret. Der vil i forhold til modellens opbygning blive fokuseret på relationen mellem arbejdsproces og modellens afbildning. Eksempelvis er det lettest at arbejde med kompositionen i opstalten, hvorimod den enkelte stens placering i dybden bør kunne ses i en 3D model, så lys og skyggevirkninger fremgår. Derudover skal de udviklede forbandttyper kunne gemmes og anvendes andre steder i modellen eller i forbindelse med andre projekter. Undervisningsforløb i relation til case 4 – I samarbejde med Randers tegl, AAA og/eller KA: Den udviklede parametriske model vil blive afprøvet af studerende i en workshop, hvor nye forbandter udvikles og afprøves i både digital og fysisk mock‐up model. ”På den lange bane skal forskningsinstitutionerne sikre, at de arkitekter og ingeniører, der uddannes, er trænet i udvikling og anvendelse af systemprodukter, bygningskoncepter og konfigureringssystemer.” (Mikkelsen et al., 2005, s. 45) Fra parametrisk model til BIM Case 5 – Fra parametrisk model til BIM, aart: Vi ser en stadig stigende kompleksitet indenfor den nutidige arkitekturudvikling, hvilket gør håndteringen af geometrierne vanskeligere. Samtidig bliver springet mellem den formmæssige skitsering og den 13 realiserbare konstruktion stadig større. Eksempelvis fremstår en facade i skitsemodellen ofte som en enkelt overflade, og er der ikke tale om en plan facade, ligger der efterfølgende et stort arbejde i at analyse og simplificere overfladegeometrien, så de enkelte bygningsdele, der skal udgøre konstruktion, facadebeklædning etc., kan defineres og opbygges som selvstændige og præcise geometrier i bygningsmodellen. Denne proces nødvendiggør tilstedeværelsen af værktøjer, der kan analysere og bearbejde komplekse geometrier, hvilket ikke er egenskaber, der hører til blandt BIM programmernes stærke sider. Samtidig skal processen også gerne kunne automatiseres for at muliggøre en iterativ designproces, og derfor udarbejder nogle tegnestuer nu parametriske modeller af deres projekter for at opnå netop dette. De parametriske modeller udarbejdes i programmer, som er stærke til at håndtere avancerede geometrier, men som til gengæld mangler BIM programmernes informationsside, hvor det er muligt at knytte informationer og egenskaber til hver enkel bygningsdel. Jeg vil med denne case undersøge mulighederne for at skabe en tættere relation mellem den parametriske modellering og BIM. I den forbindelse vil erfaringerne fra case 4 blive inddraget; særligt angående mulighederne for at udvikle parametriske modeller til de mest anvendte BIM systemer. Følgende metode vil blive afprøvet: ‐
Den geometriske analyse udføres i dertil egnet software (eksempelvis Grasshopper eller Generative Components), og knudepunkterne for de enkelte bygningsdele uddrages automatisk til en ekstern datafil (eksempelvis i XML format). ‐
Bygningsdelene udarbejdes som parametriske objekter i et BIM program, og det sikres, at disse kan generere de ønskede informationer til databasen. ‐
Bygningsdelene placeres og tilpasses automatisk i BIM programmet på baggrund af datafilen. Undersøgelsen kan opdeles i to faser. I den første fase vil de teknologiske forudsætninger blive etableret, og forskellige filformater og programmer vil i den forbindelse blive inddraget. I den anden fase vil metoden blive afprøvet i forbindelse med egne projekter og i relation til aktuelle projekter hos aart. Undervisningsforløb i relation til case 5 – Fra parametrisk model til BIM, AAA: Resultaterne fra ovenstående case vil indgå i et undervisningsforløb, hvor det procesmæssige forløb fra parametrisk model til BIM vil blive formidlet og eksemplificeret. Undervisningsforløbet vil introducere de studerende for parametrisk modellering og mulighederne for at arbejde med en iterativ formgivningsproces i skitsemodel ved anvendelse af parametrisk modellering. Koblingen til BIM vil gøre de studerende i stand til løbende at uddrage informationer og mængder fra skitsemodellen. Resultaterne og erfaringerne fra undervisningsforløbet vil indgå i case 5. 14 Formidling Resultaterne fra de enkelte cases vil blive formidlet via undervisning, konferencer, artikler samt netværkets hjemmeside http://sysbyg.dk. Derudover vil projektets resultater løbende blive formidlet og diskuteret på de netværksrelaterede seminarer, møder og konferencer, hvorved erfaringer og resultater for samtlige ph.d. projekter tilknyttet netværket vil komme til at udgøre et fælles vidensgrundlag (der henvises til ansøgningen til Realdania). Efterskrift I forhold til det uddannelsesmæssige indhold under ph.d.‐forløbet deltager jeg i ph.d.‐grundkurset tilknyttet forskerskolen i efteråret 2010. Det øvrige uddannelsesmæssige indhold vil blive fastlagt i forbindelse med udarbejdelsen af forsknings‐ og uddannelsesplanen. Følgende emner overvejes på nuværende tidspunkt: Kursus i produktkonfigurering, DTU: Med henblik på øget indsigt i teorien vedrørende analyse og strukturering af produktsortiment samt produktvariantmasterens indhold og opbygning. Kursus i programmering (VB.NET): Med henblik på at udbygge mine kompetencer indenfor parametrisk modellering. Ophold på udenlandsk universitet. Stillingtagen blandt andet på baggrund af oversigt over udenlandske forskningscentre udarbejdet i forbindelse med ansøgningen til Realdania vedrørende forskning i systemleverancer. Med hensyn til vejledere ønsker jeg at pege på følgende personer, der kompetencemæssigt dækker ph.d.‐
projektets indhold, og samtidig, grundet deres deltagelse i forskningsnetværket, vil følge alle ph.d.‐
projekterne løbende. Hoved‐ og projektvejleder: Per Kortegaard, Lektor, Arkitekt MAA Bivejledere: Lars Hvam, Professor, Civilingeniør Anne Beim, Professor, Arkitekt MAA Set i forhold til ph.d.‐projektets tilknytning til praksis vil det også være en mulighed, at der tilknyttes en bivejleder blandt aarts ansatte. 15 Litteraturliste Referencelitteratur: Christoffersen, Louise Kjær (2008): KVALITETS MYSTERIET. I: ARKFOKUS, 1/2008, s. 4‐9. København, Arkitektens Forlag. Hvam, Lars; Mortensen, Niels Henrik; Riis, Jesper (2007): Produktkonfigurering – kundetilpasning af produkter. København, Nyt Teknisk Forlag. Instituttet for Fremtidsforskning (2004): Creative Man. København, Gyldendalske Boghandel, Nordisk Forlag A/S. Johnsen, Michael Sten (2006): Involverende arkitektur. I: CINARK sætter fokus: Industriel arkitektur – Brugerinddragelse. København, Kunstakademiets Arkitektskole, CINARK Center for Industriel Arkitektur. Knudsen, Nikolaj (2007): Arkitektonisk Designproces og Produktmodellering – konceptdesign med systemorienteret tilgang (ph.d. ‐afhandling). Århus, http://www.ctrl3.dk. Mikkelsen, Hans et al. (2005): Systemleverancer i byggeriet – en udredning til arbejdsbrug. Lyngby, Institut for Produktion og Ledelse, DTU. Rasmussen, Steen Eiler (1957): Om at opleve arkitektur. København, G.E.C. Gads Forlag. Vandkunsten (2004): Bedre Billigere Boliger, Kvistgård (projekt planche). http://www.vandkunsten.com/public_site/webroot/cache/project/BBB_planche_med_farve.jpg Baggrundslitteratur: Beim, Anne; Vibæk, Kasper Sánchez; Jørgensen, Thomas Ryborg (2007): Arkitektonisk kvalitet & industrielle byggesystemer – Råhuset i det aktuelle danske etageboligbyggeri. København, Kunstakademiets Arkitektskole, CINARK. CINARK sætter fokus (2005): Industrialiseret arkitektur – Økonomi – proces – produkt/værk. København, Kunstakademiets Arkitektskole, CINARK. CINARK sætter fokus (2006): Industriel arkitektur – Brugerinddragelse. København, Kunstakademiets Arkitektskole, CINARK Center for Industriel Arkitektur. Hvam, Lars; Ladeby, Klaes (2007): An approach for the development of visual configuration systems. I: Computers & Industrial Engineering, vol. 53, s. 401‐419. USA, Elsevier. Jørgensen, Thomas Ryborg (2007): Arkitektur & Mass Customization. København, Kunstakademiets Arkitektskole, CINARK. Kieran, Stephen; Timberlake, James (2003): Refabricating Architecture – How Manufacturing Methodologies Are Poised to Transform Building Construction. USA, McGraw‐Hill. Leupen, Bernard (2006): Frame and generic space – A study into the changeable dwelling proceeding from the permanent. Rotterdam, 010 Publishers. Meredith, Michael et al. (2007): From control to design – Parametric / algorithmic architecture. Barcelona, Actar‐D. Thillart, C.C.A.M. van den (2004): Customised Industrialisation in the Residential Sector – mass customisation modelling as a tool for benchmarking, variation and selection. Amsterdam, SUN Publishers. 16 CV | David Kjøller Studie 2001: Optaget på Arkitektskolen Aarhus 2003: Bestået grundforløb 2004: Bachelor 2004: Praktik hos 3xN i Århus 2007: Afgang fra Arkitektskolen Aarhus med projektet ”Respondable House” Kurser, konferencer 2005: ArchiCAD University Europe, Ebensee, Østrig 2005: Sol & Arkitektur – fremtidens energiproducerende facade, AAA 2005: Træ er miljø: Workshop med hele træbranchen, AAA 2005: ArchiCAD University Europe, Nottingham, England 2005: BIPS‐konference: Digitalisering i praksis, Odense 2005: Generative Components, AAA 2005: Virtu Build, 3D Facto, København 2006: ArchiCAD University Europe, Ebensee, Østrig 2006: SummIT06, Den jysk‐fynske it‐satsning og Det jysk fynske erhvervssamarbejde, Aalborg 2007: ArchiCAD University Europe, Nottingham, England 2008: Interface: Digitale kæder, menneskelig kommunikation og præfabrikation i træbyggeriet, NTNU, Oslo 2008: Industrinetværk, Teknologisk Institut, Århus 2009: Parametric Approaches III: Digital Crafting, KA 2010: BIM‐dagen, Københavns Erhversakademi, København Forskning 2003‐2006: Produktkonfigurering i byggeriet, (www.konfigbyg.dk) 2005‐2006: Bygningsmodellers Betydning for Dansk Byggeri, (http://www.iprod.aau.dk/bygit/Web3B) 2006‐2008: Pregnant House, (http://boligtyper.aarch.dk/projekter.html) 2008: Adaptable House 2, (www.adaptablehouse.vtt.fi) 2008‐: Boligtyper og konfigureringsmetodikker – brugerdreven konfigurering af boligtyper på internettet, (http://boligtyper.aarch.dk) Undervisning 2000‐2001: Lærervikar, Hasle Borgerskole 2006: GDL (Geometric Description Language), Kursus, AAA 2009: Krøllede Konstruktioner (Tutor), Workshop, AAA 2009+2010: Dreamweaver, Kursus, AAA 2009+2010: Rhinoceros, Kursus, AAA 2009: Photoshop, Kursus, AAA 2009: InDesign, Kursus, AAA 2009: Grasshopper, Kursus, AAA 2009: RhinoScripting, Kursus, AAA 2010: Grasshopper, Workshop, AAA 2010: Digital Architecture, Forelæsningsrække samt Workshop, AAA Præsentationer, forelæsninger 2005: Produktkonfigurering i byggeriet, ACUE, Nottingham, England 17 2005: Præsentation af egne arbejder, ArchiCAD netværk, AAA 2006: Pregnant House – Den konfigurerbare bolig, ACUE, Ebensee, Østrig 2006: Produktkonfigurering i byggeriet, SummIT06, Aalborg 2006: Konfigurering og parametrisk design – Arbejdet med digitale modeller, Arkitektforbundet, København 2007: Respondable House (Afgangsprojekt), ACUE, Nottingham, England 2008: Respondable House, Smart House / City, AAU 2008: Plug & Play, Sophia‐Antipolis, Frankrig 2008: Produktkonfigurering, Cementa, Stockholm 2008: Konfigurering – Arkitektoniske implikationer, ArchiCAD kursus, AAA 2008: Konfigurerbare boligtyper og konfigureringsmetodikker, Adaptable House 2, Tampere, Finland 2008: Wall House, Adaptable House 2, Teknologisk Institut, Høje Taastrup 2008: Produktkonfigurering og produktdesign, KA 2009: Parametri + Scripting, AAA 2009: Konceptudvikling i Rhino, AAA 2009: Parametri + Scripting, KA 2009: Forskningens Døgn, Århus 2010: Creative data – a dialogue between physical and virtual architecture, CBS, København Publikationer 2005: Import af GDL‐objekter i ADT (4 s.) 2009: Idé katalog | Udvikling af badeværelsessortiment – baseret på brugerdreven konfigurering (74 s.) Legater, konkurrencer 2003: 1. Præmie – Design af Dolle Trappe 2004: Legat – Den Gule mursten – Boligfonden Kuben 18 1. semester
2. semester
3. semester
4. semester
5. semester
6. semester
Kommentarer til tidsplan:
Cases med tilknytning til aart vil løbende blive justeret i forhold til aarts aktuelle projekter for herved at sikre det størst mulige gensidige udbytte.
Jeg vil udover de angivne case‐relaterede undervisningsforløb kunne supplere med undervisning inden for Rhino, RhinoScript, Grasshopper, GDL og Dreamweaver.
Aktivitet
Forskning ‐ og uddannelsesplan
Cases:
Case 1 ‐ Konfigurerbare boligtyper
Case 2 ‐ Parametrisk modellering og designproces
Case 3 ‐ Principløsninger
Case 4 ‐ Parametriske modeller for systemprodukter
Case 5 ‐ Fra parametrisk model til BIM
Undervisning:
Diverse IT‐kurser (dagkurser)
Parametrisk modellering og simulering
Parametrisk modellering ‐ Helhed og variation
Nye tegl forbandter ‐ Digital og fysisk model
Fra parametrisk model til BIM
Interviews:
Parametrisk modellering og designproces
Forskningsnetværket:
Møder
Seminar
Skriftlig formidling:
Opsamling på cases
Artikel ‐ Parametrisk modellering og designproces
Artikel ‐ Huset som systemleverance
Ph.d. ‐ Afhandling
Kurser og konferencer:
Ph.d. ‐ Grundkursus
Programmering ‐ VB.NET
Bips konference
eCAADe konference
ArchiCAD Summer School
Advances in Architectural Geometry
Eventuelle ophold i udland
Tidsplan