Designmetodernas bakgrund

Människan har ägnat sig åt att uppföra byggnader i tusentals år, och under större delen av tiden har man designat dem med hjälp av handritade planer och diagram.

När de moderna datorerna dök upp i slutet av 1900-talet förändrades allt. Persondatorerna och den snabba förbättringen av datorbehandlingen öppnade en rad nya möjligheter för designers, utvecklare och entreprenörer.

Först ut var CAD, datorstödd design, som togs fram av universitetet MIT i USA tidigt på 1960-talet och gav arkitektbranschen ett enormt lyft. Något tiotal år senare kom de första versionerna av byggnadsinformationsmodellering (BIM), som därefter utvecklades till den teknologi som vi känner till idag. BIM blev ett allmänt accepterat begrepp i början av 2000-talet, och förvandlades så småningom till en serie standarder som hjälper arkitekter och entreprenörer att skapa datorgenererade avbilder av de byggnader som de vill leverera.

På senare tid har vi sett tillkomsten av maskininlärning och artificiell intelligens (AI) som stöd för byggprocessen.

Under hela den här utvecklingen har framsteg gjorts inom datorstödd design, och man har tänjt på gränserna för vad som kan uppnås i den kreativa delen av byggprocessen.

Vad är datorstödd design?

Enkelt uttryckt innebär datorstödd design att designen görs av en dator. Datorerna har visserligen bidragit till designprocessen under många år, men den ökade kapaciteten kommer att innebära en helt ny verklighet för alla som arbetar med den byggda miljön.

Designers har använt sin kreativa känsla och kunskap för att komma fram till ett koncept, och sedan tillämpat teknologi – till exempel programvara för modellering – för att föra konceptet framåt.

Med datorstödd design utvecklas den här processen vidare. En arkitekt använder en rad inmatningar för att be en maskin att utveckla ett specifikt resultat. Med tanke på att datorerna är mer kraftfulla och har större kapacitet än människor kan olika designprocesser förkortas.

Tanken är att datorstödd design ska hjälpa dem som arbetar med att designa och leverera byggda tillgångar att utnyttja tiden i den kreativa processen bättre. När problem uppstår kommer de att kunna lösa dem bättre tack vare att de har använt datorstödda designmetoder redan från början.

Hur fungerar datorstödd design i praktiken?

Peter Debney från Arup konstaterar att i traditionell byggnadsdesign ”fattas många beslut tidigt i processen, till exempel konstruktionstyp, pelaravstånd och våningshöjd, antingen utifrån erfarenhet eller enligt tabeller i designguider. Utifrån den detaljerade designen görs sedan layoutarbetet, där man fastställer sektionsstorlekar, armeringslayout och detaljer. Medan designen utvecklas av hela teamet kan det dock uppstå kostsamma projektändringar”.

Enligt Peter Debney använder den datorstödda designen parametrisk design – ”där designen drivs av algoritmer som styrs av designers så att teamet kan utforska värden som pelaravstånd” – och räknar ut designkvaliteten automatiskt.

”Den här kvalitetsbedömningen matas tillbaka in i algoritmerna, och ingångsvärdena justeras automatiskt tills kvaliteten är maximerad”, tillägger han.

Peter lyfter fram ett exempel i form av Transport for London, den myndighet som sköter stadens kollektivtrafik. De behövde få en stor del av sitt markbestånd – 2200 platser på sammanlagt över 16 miljoner kvadratmeter – utvärderat för potentiell utveckling.

”Ramboll använde ett internt verktyg för att utforska platsgeometri, tillgänglighet, platsspecifika begränsningar och preferenser för att generera potentiella utvecklingsprojekt automatiskt och därmed uppskatta sannolika kostnader, värde och avkastning på varje plats.”

”Med den här metoden kunde man få fram information av bättre kvalitet redan tidigt i projektet, och utföra bedömningar av projektdesign i en skala som skulle vara omöjlig utan automatisering.”

Vilka är de huvudsakliga undergrupperna av datorstödd design?

Datorstödd design innehåller en rad grenar eller undergrupper. Vi har redan berört parametrisk design. En annan är algoritmisk design, tillsammans med generativ design.

Inom algoritmisk design använder man algoritmer – en uppsättning procedurer som syftar till att lösa ett problem – och tillämpar dem med en designmetodik som baseras på vilken slags problem som ska lösas.

Inom generativ design anger en designer sina önskemål när det gäller slutprodukten, och datorn skapar en 3D-design av den produkten. Ingångsvärdena måste vara tydligt definierade, och man måste ta hänsyn till vad slutprodukten ska användas till.

Enligt Aurelie de Boissieu på universitetet i Liège ger generativ design “designers möjlighet att definiera problemutrymmen genom uppsättningar av välordnade regler och instruktioner, och intervall av möjliga ingångsvärden tydligt definierade i domäner. Från dessa definitioner skapar generativa system olika intervall av utdata.”

Fördelarna med datorstödd design

Det finns många fördelar med datorstödd design. Det går snabbare att rita med ett CAD-program. Man kan utöka lagringen av komplexa dokument, som det går snabbare och lättare att komma åt.

Sedan finns det 3D-skanning, kartläggning och datainsamling, som kan matas in för att skapa 3D-utskrivna modeller och därigenom snabba på designfasen.

Datorstödd design kan ge bättre simuleringar, bättre projektledningssystem och bättre riskanalys.

På senare tid har robotteknik och AI – guidade av datorprogram – blivit det senaste tillskottet till designerns datorbaserade arsenal.

Att installera intelligent teknologi i en byggnad, till exempel ett responsivt luftkonditioneringssystem som känner av om det finns människor i ett rum och då sätts på eller stängs av, är ytterligare en aspekt av möjligheterna med datorstödd design.

Den datorstödda byggdesignens framtid

Byggbranschen strävar efter att bli mer effektiv och återspegla kundernas och andra intressenters önskan om större hållbarhet inför det växande hotet från klimatförändringarna. Då är det uppenbart att bättre utformade byggnader, med minimerade design- och leveransfel, är vägen framåt.

Användningen av datorer inom byggdesign kommer oundvikligen att öka, och gå från att vara ett verktyg som är ”bra att ha”, eller ett som ger ett företag en konkurrensfördel, till att bli en nödvändig tillgång som är en viktig del av varje företags designprocess.

En ny typ av arkitekter – miljömedvetna, formade av ny teknologi och fullt medvetna om den datorstödda designens kraft och omfattning – kommer att kunna utnyttja metoder för dataprogrammering och leda branschen in i en ny era av effektivitet, produktivitet och bättre byggnader.

Sedan bör man förstås tänka på det gamla talesättet ”skräp in, skräp ut”. Med andra ord kan datorer och det arbete som de utför aldrig bli bättre än den information som människor ger dem.

Det kommer dock inte att kunna stoppa den datorstödda designens framfart. Istället kommer det förmodligen att understryka behovet av vaksamhet och uppmuntra kommande generationer, som alla är genomsyrade av nya IT-, programmerings- och designkunskaper, att djärvt lyfta byggandet till en ny nivå.