Onderzoek in drie projecten

Tekenen en Rekenen is het eerste TKI onderzoek in de serie die op deze site zijn weergegeven. In totaal zijn drie opeenvolgende TKI projecten uitgevoerd:

  1. Het in kaart brengen van de workflow van ontwerpers en hun visie op wat we maar even noemen 'rekenen aan water', het ontwikkelen van een prototype tool voor ontwerpers, het uitvoeren van een casus, en het terugkoppelen en bespreken van de resultaten(TKI project DEL 022);
  2. Het presenteren van de voorlopige inzichten in een hands-on workshop op een ROM event (TKI project DEL 030);
  3. Het doorontwikkelen van verbeterde GIS tool voor het ontwerp georiënteerd modelleren binnen 3Di en het uitvoeren van een casus (TKI project DEL 061)

Workflow ontwerpers & Brush tool (DEL 022)

Doel van het project is de workflows van ruimtelijk ontwerpers met water, en die van watersysteem-specialisten, die effectiviteit van maatregelen berekenen, 'in elkaar te schuiven' zodat beide disciplines profiteren. Zo worden mooiere, effectievere en breder gedragen ontwerpen mogelijk. We richten ons zowel op het stedelijk gebied als op regionale aanpassingen van de buitenruimte. In de stad staat het opvangen van hevige neerslag door klimaatverandering centraal. Op regionale schaal speelt het verhogen van de waterveiligheid in het kader van het Deltaprogramma.

Het project Tekenen en Rekenen richt zich op de koppeling tussen ruimtelijk ontwerp en het rekenen aan de waterbeweging in de buitenruimte. Zowel in de ontwerpfase als in de uitwerking kunnen goed gevisualiseerde waterberekeningen waarde toevoegen. Tijdens het ontwerpen kunnen berekende waterbeelden inspireren, en tijdens het uitwerken kunnen haalbaarheidsberekeningen keuzen ondersteunen. Uiteindelijk moet de studie leiden tot een ICT-koppeling tussen software voor het ruimtelijk ontwerpen en de watersimulatie tools. Technisch gezien gaat het dan om het ontwerp geörienteerd parametriseren van de simulatiemodellen. In normaal Nederlands: het afstellen van het wiskundig model op de veranderingen aan het systeem die het gevolg zijn van het nieuwe ruimtelijke ontwerp.

Workflow ontwerpers onder de loep

We zijn nu in de fase waarin we de workflows van ontwerpers en modelleurs verkennen en zoeken naar mogelijkheden voor integratie. We spraken al met de bij het project betrokken ontwerpers: Robbert de Koning, Matthijs Willemsen en Martijn Boelhouwers. Via deze gesprekken – waarvan een video samenvatting wordt gemaakt – is een beeld opgebouwd van de huidige workflow van het ‘watergebonden ruimtelijk ontwerpen’ en van de (ICT) tools die zij daarbij gebruiken.

Communicatie projectresultaten

De (voorlopige) resultaten zijn al op diverse gelegenheden naar buiten gebracht. Dit om meer bekendheid te geven aan ons project en feedback op deze inzichten te organiseren. Meer specifiek gaat het om:

  • Buro MAAN in een presentatie voor Community De Waag in Amsterdam;
  • Poster voor het Delta Congres in Apeldoorn;
  • Paper voor de Geo Design Summit die in november in Delft werd gehouden;
  • Presentatie (Elgard van Leeuwen, Deltares) tijdens het Interdepartementaal Ontwerp Platform (IOP) in Den Haag, afgelopen september;
  • Presentatie (Gerda Roeleveld, Deltares) tijdens de International Geo Design Summit in Delft, afgelopen november.
  • Pitch en discussie sessies tijdens de Manifestatie Ontwerpen aan Ruimte en Water, van het Delta Ontwerp Platform op 13 december j.l. Tijdens deze bijeenkomst werd aan ‘spraakmakende’ initiatieven een podium geboden via pitches en een kenniscarrousel over ruimte en water.

ICT koppeling Tekenen en Rekenen

Op het gebied van software ontwikkeling hebben we inmiddels nader overleg gehad met ontwikkelaars van de project partner Nelen en Schuurmans. We hebben de ‘ontwerp workflow’ ook aan hen voorgelegd, en met hen gekeken naar de mogelijkheden voor de koppeling tussen schetsen en modelleren. In eerste instantie worden nu twee zaken uitgewerkt alvorens die aan jullie in januari te presenteren:

  1. Een proof of concept voor het bewerken van een bodemhoogtekaart (onderdeel van een 3Di model) via paint brush (hoe zwarter, hoe dieper uitgraven). We denken hierbij aan een voorbeeld rond nevengeulen;
  2. De visualisatie van de stappen die moeten worden genomen om vanuit een ontwerptekening te komen tot een water-rekenmodel. Doel daarvan is ontwerpers duidelijk te maken hoe een waterspecialist met ‘zijn bril’ ruimtelijke plannen bekijkt, en daarmee duidelijk te maken welke stappen de ontwerper al tijdens het ontwerp zou kunnen nemen om de vertaling te versnellen en te vereenvoudigen. We proberen de stappen (bijvoorbeeld het creëren van vlakken die de nieuwe hoogte van maaiveld/gebouw aangeven) in 3D te presenteren. We maken in deze fase nog zoveel mogelijk gebruik van standaard GIS functionaliteit.

Tekenen en Rekenen startte als project (onder het TKI Deltatechnologie van de Topsector Water) als inventarisatie van de eisen en wensen van ontwerpers met betrekking tot een 'water-effect-doorreken tool'. De website www.tekenenenrekenen.nu beschrijft de resultaten van die inventarisatie en de eerste versie van de TenR tool waarmee via het programma Gimp (een open source Photoshop) een hoogtekaart binnen 3Di kan worden aangepast. Daarmee is het mogelijk bijvoorbeeld nevengeulen ter plekke in te tekenen en de waterhuishoudkundige impact daarvan te berekenen.

Conclusies

  • Modelberekeningen verrijken ook inspiratiefase

We kunnen het ontwerpproces scheiden in twee delen: een inspiratiefase en een uitwerkingsfase. De eerste gaat over in de tweede op het (natuurlijk niet altijd duidelijk vast te stellen) moment waarop de ontwerper iets heeft waarmee hij verder kan (“Nu heb ik iets”, “Hier kan ik iets mee”). Deze knip is interessant omdat nogal eens wordt gedacht dat simulaties met modellen alleen toegevoegde waarde heeft in latere fasen waarin detaillering en het vaststellen van effectiviteit centraal staat. Dat lijkt dus niet zo te zijn. Berekeningen kunnen juist ook 'de hoeken van het speelveld' markeren. Dan gaat het soms om (misschien technisch gezien) onrealistische waterbeelden: welke ruimtelijke structuur ontstaat bij overstroming? welke delen van het gebied staan blank tijdens een hevige bui? Dergelijke beelden en structuren kunnen bijdragen aan het ontwikkelen van een ‘onderlegger’ of ‘drager' van een ruimtelijk plan.

  • De stedebouwer zoekt meer dan checklist klimaatadaptatie maatregelen

Momenteel zijn allerhande tools en overzichten beschikbaar met 'pasklare' ontwerpelementen (groene daken, doorlatende verharding, wadi’s etc.), soms met een bijbehorende schatting van de waterhuishoudkundige effectiviteit. Maar ruimtelijk ontwerpen is natuurlijk veel meer dan het combineren van ‘prefab’ elementen. Bovendien is de exacte inpassing van deze elementen van grote invloed op de uiteindelijke waterhuishoudkundige effectiviteit. Kortom: checklists met ‘klimaatmaatregelen’ zijn voor een eerste oriëntatie goed te gebruiken, maar niet als bouwstenen voor een ontwerp.

  • Sneller inzicht in waterhuishoudkundige effectiviteit gewenst

Er is grote behoefte aan een instrumentarium waarmee tijdens het ontwerpen kan worden gerekend aan waterhuishoudkundige effectiviteit. Daarmee kunnen de cycli binnen het ontwerpen worden versneld en verbeterd en daardoor een wezenlijker bijdrage geven aan het ontwerpproces. Een belangrijke bijkomstigheid van het ‘ter plekke rekenen’ zal zijn, dat ‘maatregelen’ en ‘achterliggende doelen’ beter uit elkaar worden gehouden wat weer extra ruimte kan geven aan het ontwerpproces.

  • Onduidelijke regie obstakel bij integrale benadering

Het ‘integrale karakter’ van plannen (en de onderlinge samenhang van deelplannen binnen een gebied) moet steeds meer door de ontwerper worden bewaakt, vaak zonder dat die regierol hem ook daadwerkelijk formeel is toegekend. Dat maakt het integraal ontwerpen juist weer lastiger, maar ook de inzet van tools (of modelleer omgevingen) die de samenhangende effectiviteit van ingrepen in beeld kunnen brengen. Tegelijk vraagt die terugtredende overheid juist nadrukkelijk om meer betrokkenheid van allerlei betrokken partijen om het noodzakelijke draagvlak te organiseren. Lees in dit verband ook: Ontwerpen aan de delta – Pleidooi voor een integrale aanpak van de wateropgave van de BNA en het DOP.

Workshop & Geodesign Summit(DEL 030)

Onze steden moeten compacter, om ruimte te sparen. Tegelijkertijd worden onze steden geconfronteerd met meer en vooral heviger regenval. Klimaatadaptief bouwen is een nieuwe noodzaak, die zich bijvoorbeeld vertaalt in groenblauwe structuren. Dat kost ruimte. Hoe verenig je deze ogenschijnlijk tegenstrijdige ambities op een duurzame, en financieel verantwoorde wijze?

Tijdens het ROm Werkseminar 'Klimaatbestendig en compact: zo doe je dat' werden deze vragen opgepakt en oplossingen aangereikt voor een klimaatbestendige, compacte stad. Centraal stond de praktijkervaring met klimaatadaptatie in Dordrecht en konden deelnemers zelf aan de slag met nieuw beschikbare geografische informatie en rekentechnieken over wateroverlast om zo tot optimale resultaten komt, dwars door sectoren heen.

Tijdens de Geodesign Summit 2016 werd een artikel gepresenteerd over de voorlopig behaalde resultaten.

Deelnemers ROM event bestuderen de gegenereerde geo informatie over kwetsbare locaties voor wateroverlast.

Programma ROM Event Dordrecht

Tijd: 24 januari 2017
Plaats: Dordrecht

Programma

13.10 uur Opening: Marcel Bayer, hoofdredacteur vakblad ROm

13.20 uur Ruimtelijke adaptatiestrategie Dordrecht in vogelvlucht: Ellen Kelder, Gemeente Dordrecht; Anne Mollema, Platform Duurzaamheid Dordrecht

13.45 uur Klimaatbestendig en compact: zó werk je samen: Marije van Berk van Hoogheemraadschap Rijnland

14.15 uur Workshop 'Gebruik nieuwe geografische informatie bij klimaatbestendig ontwerpen': Elgard van Leeuwen en Gerda Roeleveld, Deltares; Cees Anton van den Dool en Bram de Vries, Nelen en Schuurmans

15.30 uur Klimaatbestendig en compact: zó financier je het!: Léon Dielen, Heijmans; Mirjam Bussink, Gemeente Tiel

16.15 uur Borrel

GIS Tool (DEL 061)

Doel van het project is de workflows van ruimtelijk ontwerpers met water, en die van watersysteem-specialisten, die effectiviteit van maatregelen berekenen, 'in elkaar te schuiven' zodat beide disciplines profiteren. Zo worden mooiere, effectievere en breder gedragen ontwerpen mogelijk.

We richten ons zowel op het stedelijk gebied als op regionale aanpassingen van de buitenruimte. In de stad staat het opvangen van hevige neerslag door klimaatverandering centraal. Op regionale schaal speelt het verhogen van de waterveiligheid in het kader van het Deltaprogramma.

Het project Tekenen en Rekenen richt zich op de koppeling tussen ruimtelijk ontwerp en het rekenen aan de waterbeweging in de buitenruimte. Zowel in de ontwerpfase als in de uitwerking kunnen goed gevisualiseerde waterberekeningen waarde toevoegen. Tijdens het ontwerpen kunnen berekende waterbeelden inspireren, en tijdens het uitwerken kunnen haalbaarheidsberekeningen keuzen ondersteunen.

Uiteindelijk moet de studie leiden tot een ICT-koppeling tussen software voor het ruimtelijk ontwerpen en de watersimulatie tools. Technisch gezien gaat het dan om het ontwerp geörienteerd parametriseren van de simulatiemodellen. In normaal Nederlands: het afstellen van het wiskundig model op de veranderingen aan het systeem die het gevolg zijn van het nieuwe ruimtelijke ontwerp.

Meer gedetailleerd

Stedenbouwkundige ingrepen hebben vaak hun invloed op de waterhuishouding: ofwel doordat het watersysteem wordt aangepast, ofwel doordat door aanpassing van de verharding bijvoorbeeld meer water afstroomt richting sloot of riolering. De waterbeheerder moet van die ingrepen "iets vinden”. Vaak wordt gekeken of de situatie er op achteruit gaat. Het mooiste is natuurlijk als de ingreep in de ruimte juist leidt tot een beter watersysteem en uiteindelijk een duurzamere en robuustere gebiedsinrichting.

In principe zal het "meedenken van de waterbeheerder aan de voorkant”, bijdragen aan een beter eindresultaat. De waterbeheerder kan dan immers wensen en randvoorwaarden vanuit het waterbeheer inbrengen in een fase waarin zaken nog goed kunnen worden ingepast, dus ruim voordat het ontwerpproces is afgerond. De waterbeheerder moet dan wel die wensen en randvoorwaarden concreet en kwantificeerbaar kunnen maken, want alleen dan kan de stedenbouwkundig ontwerper ermee uit de voeten. Nu gebeurt dat meestal door minimumeisen te stellen aan het  open water oppervlak en qua, waterstructuur, aan de aansluiting op het bestaande hoofdwaterlopennetwerk.

Het toekomstig watersysteem wordt vervolgens ontworpen als onderdeel van het totaal ontwerpproces en in een veel latere fase vindt een uitwerking van de waterhuishouding en doorrekening plaats. Bijvoorbeeld in de vorm van een apart waterhuishoudingsplan, gekoppeld aan het bestemmingsplan dat nodig is om de ruimtelijke transformatie mogelijk te maken.

Op dat moment zijn de grote ruimtelijke keuzes gemaakt. Het ontwerp is “gestold”. Is deze werkwijze ideaal als we ingrepen in de ruimte (en investeringen) willen aangrijpen voor het bereiken van een duurzamere en waterrobuuste inrichting? Of biedt een andere werkwijze waarbij we de grote systeemkeuzes rond water tijdens het ontwerpproces kwantitatief toetsen uitzicht op een beter eindresultaat?

In het project Tekenen en Rekenen gaan we dit beproeven en gaan we hoge resolutiemodellering inzetten in de kern van het stedenbouwkundig ontwerpproces.

Waarom willen we hiermee experimenteren?

  • Om de stedenbouwkundig ontwerper een goed begrip te geven van het huidig waterhuishoudkundig functioneren van het gebied en van het relevante schaalniveau van systeemkeuzes.
  • Om de bijdrage aan waterdoelen gaande het ontwerpproces te kwantificeren en daarmee de ontwerpkeuzes beter te kunnen evalueren.

Technisch instrumentarium

Om hoge resolutiemodellering op deze wijze in te zetten is het nodig om ontwerpschetsen snel geschikt te maken voor doorrekening. Binnen Tekenen en Rekenen wordt op basis van deze workflow ondersteunende software ontwikkeld.

De onderzoeksvragen worden opgepakt aan de hand van een case study: de Oude Lierpolder in Delfland. Dit is een polder met veel verschillende gebruiksfuncties (woningsbouw, glastuinbouw, bedrijventerrein) waar wateroverlast een reëel risico vormt zeker met het oog op klimaatverandering. Ook vinden er ruimtelijke transformatieprocessen plaats zoals woningbouw en herstructurering van de glastuinbouw.

Binnen de case study wordt het waterhuishoudkundig functioneren van de polder beschreven met behulp van het nieuwe instrumentarium en wordt de workflow van het ontwerpproces tijdens een workshop beproefd. In overleg met de gemeente Westland worden de klimaatmaatmaatregelen binnen de stedenbouwkundige ontwikkeling Liermolen doorgerekend.