Parametrisch ontwerpen mitigeert risico’s bij Rottemerentunnel

Voor het ontwerp van de Rottemerentunnel in de nieuw aan te leggen verbindingsboog tussen de A16 en de A13 maakt De Groene Boog gebruik van parametrisch ontwerpen. “Vanuit de risico’s die we in het voorlopig ontwerp zagen en de kansen die parametrisch ontwerpen biedt, hebben we voor deze vernieuwende manier van werken gekozen”, zegt Kenneth Wyns, ontwerpmanager bij BESIX. “Kijkend naar de processen in de sector, krijg je het gevoel dat deze niet meer passen in de 21^e eeuw”, vult Stijn Jansen, head application development bij VIKTOR, aan.

De directe aanleiding om naar een andere manier van ontwerpen uit te kijken, komt voort uit specifieke projectomstandigheden. Kenneth Wyns: “Een groot deel van het grondonderzoek kon pas gedaan worden nadat bomen waren gekapt en een plas was gedempt. Dat leidde tot onzekerheid. We zochten naar meer flexibiliteit in het ontwerpproces. Dat en het feit dat er in het ontwerpen van tunnelmoten veel herhaling zit, maakten deze aanpak aantrekkelijk. Het hoofddoel was het ontwerp meer locatiespecifiek . Daarmee konden we het risico op vertraging als gevolg van onvoorziene omstandigheden beheersen. De keuze voor parametrisch ontwerpen betekent dat je na een wijziging de hele tunnel als het ware met een druk op de knop opnieuw kunt doorrekenen. De gewenste flexibiliteit hebben we in de praktijk ook echt nodig gehad. Pas in juni konden we de laatste sonderingen doen. Begin juli hebben we de laatste paalreacties nog kunnen doorrekenen, waarmee we in een vrij late fase in het proces toch nog het ontwerp van tien tunnelmoten hebben kunnen aanpassen. Daarmee hebben we ook kunnen aantonen dat het parametrisch ontwerpen in de praktijk waarde heeft. Normaal gesproken zouden de wijzigingen handmatig moeten worden gedaan. Dat kost meer tijd en zou zeker hebben betekend dat we in de realisatiefase hadden moeten gaan schuiven en dat we halsoverkop extra capaciteit hadden moeten inroepen.”

Versnelling van de ontwerpiteratie

Parametrisch ontwerpen is een proces waarbij op basis van data of relaties tussen onderdelen daarvan vanuit een centraal online platform een ontwerp kan worden gegenereerd. Zoals uit het voorbeeld van de Rottemerentunnel blijkt, biedt het parametrisch proces mogelijkheden voor nieuwe ontwerpmogelijkheden. Omdat een ontwerpiteratie sneller doorlopen kan worden, ontstaat ook meer ruimte voor bijvoorbeeld het doorrekenen van alternatieve scenario’s. Dat dat ook zou betekenen dat het hele ontwerpproces sneller kan verlopen, is volgens Kenneth niet aan de orde. “Er vindt een verschuiving in werkzaamheden plaats. Meer inspanning in de voorfase betekent meer flexibiliteit in latere fases, waarin de gevolgen van veranderingen in omstandigheden, inzichten of keuzes vaak ingrijpender zijn.” Stijn Jansen: “Er wordt al snel gedacht dat parametrisch ontwerpen ertoe leidt dat de constructeurs naar huis kunnen. Maar dat is helemaal niet wat ermee beoogd wordt. Wat je wilt, is versnelling van het proces van ontwerpiteratie. Normaal gesproken vergt dat proces veel verschillende stappen, waarbij je berekeningen in verschillende softwarepakketten moet maken. In dat proces is wel de expertise van constructeurs nodig, terwijl het, ik chargeer, een proces is van getallen inkloppen in de computer. Dat is niet het werk waar die experts op zitten te wachten, en door de handmatige aanpassingen hebben we ook nog eens te maken met een hoge foutgevoeligheid.”

Software koppelen

Stijn wijst op de extra waarde die ontwerpers moeten toevoegen: “Met parametrisch ontwerpen koppelen we de verschillende software die binnen een project wordt gebruikt, aan elkaar, waardoor een ontwerper ook gemakkelijker meer varianten of scenario’s kan doorrekenen.” Om dergelijke voordelen in de praktijk daadwerkelijk ten volle te kunnen benutten, is er nog wel een omslag in denken nodig, zo blijkt uit de reactie van Kenneth. “Als het doorrekenen van alternatieve scenario’s niet in de eisen van de opdrachtgever zit, dan gebeurt het ook niet. Voor de Rottemerentunnel zijn wel de mogelijke gevolgen van het stopzetten van een grondwatertonttrekking in de omgeving van de tunnel doorgerekend. Dat stond in de functie-eisen van Rijkswaterstaat. Maar dat geldt niet voor bijvoorbeeld beheerscenario’s.”

Anticiperen

De kern van de andere manier van denken die mogelijk wordt door parametrisch ontwerpen, is volgens Stijn dat je er op voorhand van uitgaat dat je onderweg zult moeten anticiperen op veranderingen. “Een ontwerper wil graag dingen vastleggen en van daaruit verder werken. Maar het is inherent aan projecten als de Rottemerentunnel dat er dingen veranderen. Als je dat als gegeven neemt, wat kun je dan doen om daar in de uitvoering goed mee om te gaan? Daar zit het voordeel. Parametrisch ontwerpen blijkt in de praktijk vooral toegevoegde waarde te hebben als een project een repetitief element heeft. Het proces leent zich bijvoorbeeld heel goed voor dijkversterkingen. Voor partijen die bij dergelijke projecten betrokken zijn, is het toepassen van parametrisch ontwerpen een ‘no-brainer’.”

‘Parametrisch ontwerpen blijkt in de praktijk vooral toegevoegde waarde te hebben als een project een repetitief element heeft.’

Grote uitdaging

Het implementeren van parametrisch ontwerpen is een stevige organisatorische uitdaging. Mensen zijn niet snel geneigd hun bestaande zekerheden op te geven. Stijn: “Als softwareontwikkelaar zie ik in deze sector processen waarvan ik niet het gevoel heb dat die passen in de 21^e eeuw. Tegelijkertijd snap ik wel dat een sector waar de risico’s zo groot zijn, enigszins achterloopt.” De twee millennials wisten dan ook dat zij wat zendingswerk te doen hadden.

Kenneth: “Nadat Stijn en ik de mogelijkheden hadden verkend, hebben we een presentatie over nut en noodzaak voorbereid. Die presentatie hebben we later ook nog een keer op het BESIX-hoofdkantoor in Brussel moeten geven. Men wilde wel echt zeker weten dat deze manier van werken iets zou opleveren en niet juist de risico’s zou vergroten. We merken dat er weerstand is bij validatie van ontwerpen op basis van data. Daar zie je echt een verschil tussen generaties. Wij zijn de eerste generatie die de computer met de paplepel ingegeven heeft gekregen. Om iedereen te overtuigen, hebben we toch nog twee tunnelmoten op de traditionele manier moeten valideren. De uitkomsten kwamen overeen met het schaduwmodel. De computer liegt niet. Maar het is wel, zoals altijd: ‘bullshit in is bullshit out’. Je moet ervoor zorgen dat mensen met de juiste expertise betrokken zijn bij de input van de informatie en het testen van de applicatie.”

Binnen organisaties is de uitdaging niet minder groot. Constructeurs die normaal zelf hun berekeningen doen, moeten nu aan softwareontwikkelaars overbrengen wat zij nodig hebben, en wat wel en wat niet parametrisch moet zijn. Kenneth: “Softwareontwikkelaars werken in sprints van twee weken, waarna een test volgt voordat de volgende sprint van start gaat. Dat was nieuw voor onze organisatie en vergt andere denkpatronen en communicatieve vaardigheden van constructeurs. En we zullen moeten wennen aan het idee dat hoe langer de termijn, des te groter de onzekerheid is. Als er, zoals bij dit project, dertien sprints van twee weken zijn voorzien, is het lastig te voorspellen wat je aan het eind hebt. Het is een uitdaging voor de ontwikkelaar om een inschatting te maken ten behoeve van de projectplanning.”

Anders dan vaak gedacht betekent parametrisch ontwerpen voor een bedrijf als BESIX niet dat er ineens andere mensen nodig zijn. Kenneth: “Onze ontwerpers kunnen zich juist meer op hun expertise concentreren, alleen de manier van werken verandert. Een voorwaarde is dat je bereid bent openheid te geven; er zijn geen andere technische vaardigheden nodig.”

Toekomst

Bij het optimaliseren van repetitieve werkzaamheden is sprake van een leerproces binnen een project. Kenneth ziet voor de toekomst ook wel mogelijkheden om van project naar project te leren. Hij ziet een rol voor ingenieursbureaus in het ontwikkelen van apps. Kenneth: “Ingenieursbureaus kunnen anders gaan nadenken en meer naar softwareoplossingen dan naar uren kijken. Gelukkig gebeurt dat ook al. Opdrachtgevers en opdrachtnemers zullen samen moeten optrekken in het ontwikkelen van een ander verdienmodel.” Stijn: “Dat ligt heel erg in de lijn van waar wij mee bezig zijn. We werken nu met een aantal grote aannemers samen aan de ontwikkeling van wat we digitale bouwblokken zijn gaan noemen, waarmee bedrijven steeds efficiënter kunnen gaan werken. Bij VIKTOR geloven wij erin dat we verschillende partijen in de keten beter kunnen laten samenwerken. Stel dat ontwerpers en uitvoering samen met zo’n tool werken en het effect van alternatieve oplossingen realtime kunnen bekijken. Dan kom je tot betere oplossingen in bijvoorbeeld het verder beperken van omgevingshinder of het vinden van duurzamere oplossingen.” Kenneth: “Als wij worden uitgedaagd om meer circulair te werken, kunnen we parametrisch ontwerpen inzetten om nieuwe technieken af te zetten tegen bewezen technologie. Met scenario’s kun je verschillende oplossingen ook op andere aspecten dan constructieve veiligheid toetsen.”