Digitalt samarbejde i den tidlige designfase fremmer bæredygtigt byggeri

Forskningen har i mere end 40 år foreslået effektiv brug af digitale teknologier til at optimere bygningsdesignet i en mere bæredygtig retning. Selvom forskningen virker lovende, ser det ikke ud til at blive særligt anvendt i praksis. Flere forskere fra Europa har uafhængigt af hinanden talt med byggebranchen om, hvorfor der i praksis ikke gøres mere brug af de foreslåede digitale teknologier. Forskernes konklusioner var ensartede: byggebranchen ønsker at inddrage digitale teknologier til at fremme bæredygtighed i bygningsdesignet, men de digitale teknologier passer ikke til de tidlige designprocesser.

Hertil lister forskerne en masse problemer med eksisterende teknologi og digitale værktøjer. De er for komplicerede, tager for lang tid at bruge, og snakker dårligt sammen med branchens CAD-miljø, hvor bygningsdesignet skitseres og formgives. Alt i alt passer teknologien ikke til den tidlige designproces. Læs mere om baggrunden for Pils ph.d. i hendes første videnskabelige publikation.

Blev klogere på designprocessen

Efter at være dykket ned i alle problemerne beskrevet i forskningen blev Pil Brix Purup klar over, at hun for at finde nye løsninger måtte blive klogere på den faktiske designproces. Derfor anvendte Pil forskningsmetoder fra antropologi og etnografi til at interviewe danske arkitekter om deres designprocesser.

Pils uddannelsesbaggrund i bygningsfysik og erfaring med softwareudvikling gjorde, at hun vidste, hvad der var teknisk muligt. Interviewene satte derfor rammen om en dialog mellem det ingeniørteknologiske og arkitekternes designpraksis for at skabe bro imellem dem.

En projektafhængig designproces

Litteratur om designpraksis fokuserer på designprocessen som en cirkulær og dynamisk proces, hvorfor Pil naturligt spurgte dybere ind til denne del i hendes interviews. Undervejs bekræftede interviewene at, designprocessen i den tidlige fase forløber meget forskelligt fra projekt til projekt uden en tydelig struktur og til tider endda lidt rodet.

Pil illustrerer det indtryk, arkitekterne gav, med tegningen i figur 1. Kendskabet til softwareudvikling og bygningsfysik gjorde, at det var svært at skulle udvikle et konkret program til noget, der er så flygtigt og foranderligt, som interviewene beskrev designprocessen. Der var brug for noget mere generisk.

Figur 1 – Venstre: Illustration af den proces arkitekterne beskrev i interviewene: En lidt rodet, ugenerisk og projektafhængig proces. Højre: Bygningsfysikeren, der ønsker at udvikle software til designprocessen, har svært ved at definerer sin udviklingsopgave.

De næsten-generiske designaktiviteter

Ved at dykke dybere ned i optagelserne fra interviewene, blev det klart, at arkitekterne gør brug af forskellige designaktiviteter i løbet af designprocessen. Designaktiviteter er små dele af processen med forskellige formål og handlinger. Disse viste sig at være mere generiske end selve designprocessen (se figur 2).

Designaktiviteter kan forløbe i forskellig rækkefølge, gentages og/eller udføres parallelt – som perler på en snor – og dermed danne forskellige designprocesser. Pils håb er, at et øget fokus på at understøtte disse designaktiviteter i det tværfaglige samarbejde og i udviklingen af digitale værktøjer hertil i sidste ende vil skabe digitale værktøjer, som passer bedre til designpraksissen.

Figur 2 – Venstre: Designprocessen inddelt i mindre designaktiviteter. Højre: Bygningsfysikeren, der ønsker at udvikle software til næsten generiske designaktiviteter, har nemmere ved at definere sin udviklingsopgave.

Fire kategorier af designaktiviteter

Man kan kategorisere de identificerede designaktiviteter i fire grupper (se figur 3): informationssøgnings-, modellerings-, analyse- og mødeaktiviteter.

• Informationssøgningsaktiviteter har til formål at indsamle nødvendig viden eller inspiration for at kunne definere projektets kriterier eller generere relevante designløsninger/-ideer.

• Modelleringsaktiviteter visualiserer designideer gennem fysisk eller digital modellering.

• Analyseaktiviteter har til formål at vurdere løsningernes relevans i forhold til projektets kriterier. Dette kan fx gøres kvalitativt ved at forestille sig brugerens oplevelse af bygningen eller mere kvantitativt at måle arealopfyldelse.

• Mødeaktiviteter er, hvor projektets aktører når til enighed om valg af løsningerne. Det er ofte her, at informationerne skal være til rådighed for at have en indvirkning på designvalget, men arkitekten træffer løbende også mange mindre designvalg.

Hvordan simuleringsoutputtet præsenteres, er altså afgørende for, om disse aktører forstår resultatet og kan bruge det aktivt til at designe bygninger i bedre harmoni med energi- og indeklimaforhold. Hvordan man visualiserer data mere relevant for beslutningsprocessen, kan du læse om i Pils tredje videnskabelige publikation.

Figur 3 – Skitsering af identificerede designaktiviteter opdelt i kategorier. Kilde: videnskabelig publikation.

Modelleringsaktiviteter synliggør relevant CAD-data 

Selvom energiberegninger bliver kategoriseret som en analyseaktivitet, var det også tydeligt i interviewene, at de analyseaktiviteter, der faldt arkitekterne mest naturlige at inddrage i beslutningsgrundlaget, var de aktiviteter, som var mest integrerede i deres modelleringsaktiviteter. Fx det at kigge på modellen og forestille sig brugerens oplevelse, benytte et SketchUp plug-in til at kaste sol og skygge på modellen for at vurdere solforhold i udemiljøet, eller automatisk arealopmåling sammenholdt med krav i rumskemaerne.

Derfor er modelleringsaktiviteterne særligt interessante at arbejde videre med, når vi ønsker at integrere information om bæredygtighed i beslutningsprocessen. Derudover er modelleringsaktiviteterne også interessante, hvis vi ønsker at genanvende arkitekternes CAD-modeller til ingeniørberegninger. Disse designaktiviteter indeholder nemlig vigtig viden om den data, der er til rådighed, flyttes rundt med eller måske endnu vigtigere, mangler i modellerne for at kunne foretage fx indeklimasimuleringer.

Nye krav til digitale værktøjer

I interviewene bad Pil også arkitekterne forestille sig det ideelle værktøj, hvis de skulle vurdere energi og indeklima i højere grad – to væsentlige aspekter blandt mange inden for bæredygtigt byggeri. Det var ret tydeligt, at de ønskede et samarbejdsværktøj, hvor de kan komme hurtigt i gang allerede fra de første simple modelskitser samt få input til formgivningen løbende, men med ønske om løbende dialog og kvalitetssikring fra projektets ingeniører.

For at dette kan lade sig gøre, har Pil defineret otte krav, fremtidens designværktøjer bør designes efter (se faktabox). For mere information om interviewstudiet se videnskabelig publikation.

ICEbear – et nyt værktøj til tidligt digitalt samarbejde

Ønsket om at imødekomme de otte definerede krav blev herefter udgangspunktet i resten af ph.d.-arbejdet. Pil tog fat i udvalgte designaktiviteter og tilpassede ingeniørens modellering af bygningsfysikken hertil. Dette blev eksemplificeret med udviklingen af designværktøjet ICEbear til at vurdere energi, indeklima og dagslys. En udvikling foretaget i samarbejde med Aarhus Universitet. Figur 4 viser et eksempel på brugen af ICEbear i en tidlig designaktivitet.

Figur 4 – Simuleringsoutput fra ICEbear i forbindelse med et volumenstudie og designaktiviteterne heri. Timer over 26 °C er vist direkte i CAD-miljøet med en grøn-rød-farveskala. Mere information om dette studie kan findes i Pils fjerde videnskabelig publikation. (Model fra CF Møller)

Foreløbig fungerer ICEbear i tegneplatformene Rhino og SketchUp og kræver blot fire tekniske input for at udføre en simulering. Dykker man ned i brugerfladen, kan man tilgå alle tekniske input, som man kender det fra dynamiske simuleringsprogrammer som fx BSim. Her kan man lave sine egne tekniske templates, der kan genbruges på flere projekter. Fx findes der allerede templates med brugerprofiler, der opfylder ”Branchevejledningen for indeklimasimulering”. Som ingeniør skal man på et projekt blot vælge en template eller modellere sin egen for rummet én gang. Så kan arkitekten ”lege” med geometrien og ændre den lige så mange gange, de ønsker det i deres proces. ICEbear kan frit downloades her.

Mere digitalt samarbejde i fremtiden

Med en dybere forståelse af designaktiviteterne er det i højere grad muligt at støtte op om arkitektens faktiske arbejde i de tidlige faser. Både når NIRAS indgår i et digitalt samarbejde, og når NIRAS udvikler digitale værktøjer til samarbejdet.

Selvom Pils ph.d. har fokuseret på energi og indeklima, kan en stor del af den nyerhvervede viden også styrke digitalt samarbejde på andre områder. Det er fx også relevant at arbejde med livscyklusvurderinger (LCA), kosteffektivitet, materialeforbrug osv. Forhåbentligt vil et bedre digitalt samarbejde åbne  for nye teknologier og dermed skabe et mere helhedsorienteret og bæredygtigt byggeri.

Faktaboks

8 nye krav til digitale værktøjer målrettet tidlig digitalt samarbejde

Uafhængig af proces gennem fokus på aktiviteter
Ved at tilpasse værktøjer til typiske designaktiviteter vil værktøjerne blive mere generiske over for forskellige projekter og processer.

Hurtig modellering med brug af CAD-model
Ved at anvende templates for tekniske input og genbruge arkitektens CAD-model til at autogenerer termiske zoner, transmissions-arealer og reflekterende/skyggende flader, kan der spares betydelig tid på manuel modellering.

Uafhængig af CAD-Platform
Ved at værktøjer fungerer som plug-in til flere tegneprogrammer, rammes flere forskelligartede designaktiviteter.

Hurtig og præcis simulering
Ved at forholde sig kritisk i tilpasningen af bygningsfysiske algoritmer og valideringen heraf, skal det sikres, at der opstår en god balance mellem simuleringshastighed og nøjagtighed, sådan at værktøjer forbliver valide.

Geometrisk frihed
En evt. forsimpling af bygningsfysiske algoritmer må ikke simplificere design til blot at omfatte ”kasser” i geometrisk form.

Intuitiv datafremvisning
Data output skal være forståelig for ikke-teknikere, sådan at alle aktører i designfasen vil opfatte informationerne som relevante.

Flere informationslag støtter samarbejdet
En differentieret brugerflade varierende fra meget simpel til meget teknisk vil skabe et bedre digitalt samarbejde mellem faggrupper, hvor den simple brugerflade skaber overblik til dialog i designholdet, mens den tekniske brugerflade muliggør kvalitetssikring og teknisk modelleringsfrihed for teknikere.

Autogenerering af dokumentation
I et enkelt klik at kunne autogenerere dokumentation til teknikere og visualiseringer til lægfolk, fx til en salgsmappe.