Dit is de weg (omhoog) naar zelfvoorzienende hoogbouw

Van het anonimiteitsrisico tot het hogere kostenplaatje en de onzekere vraag van geïnteresseerde kopers: het ontwerpen van de torens in de stad zorgt voor nieuwe dimensies in het ontwerpproces. Maar ondanks die nieuwe hordes is hoogbouw nog steeds de meest gebruikte en meest aantrekkelijke manier om de (binnen)stad te verdichten. Zoals ruimtelijk adviseur Stadsontwikkeling bij de gemeente Rotterdam Emiel Arends eerder dit jaar al zei op Gebiedsontwikkeling.nu: “Als we de binnenstad willen verdichten, ontkomen we er niet aan om de hoogte in te gaan.”

Beter ontwerpen

Tegelijkertijd krijgen zelfvoorzienende gebouwen een steeds prominentere rol in gebiedsontwikkeling. Alleen hoe maak je een enorme toren niet alleen leefbaar voor de bewoners en omwonenden, maar ook nog eens zelfvoorzienend? Zeker wanneer je constant te maken hebt met externe (weers)invloeden. Schaduwwerking zorgt voor meer gebruik van licht en verwarming op de lagere verdiepingen, terwijl voor de bovenste verdiepingen juist rekening gehouden moet worden met extreme weersomstandigheden.

TU Delft-promovendus Berk Ekici bedacht een methode om al voor de bouw van deze torens de optimale balans te vinden tussen zaken als energie-efficiency, wooncomfort en het optimaal gebruik van zonnepanelen. “Gebouwen van de toekomst moeten zelfvoorzienend zijn in elektriciteit, voedsel, warmte en water”, zegt Ekici op de site van de TU Delft. “Om dat te bereiken moeten we gebouwen zo ontwerpen dat ze optimaal gebruik maken van het beschikbare daglicht en zelf regenwater en energie kunnen oogsten. We moeten daarom beter gaan ontwerpen. Kunstmatige intelligentie kan ons helpen alle aspecten zo efficiënt mogelijk op elkaar af te stemmen.”

Van 17 jaar tot een paar weken

In zijn proefschrift Towards Self-Sufficient High-Rises: Performance Optimisation using Artificial Intelligence legt Ekici uit wat de meerwaarde kan zijn van het inzetten van kunstmatige intelligentie (AI) bij het ontwikkelen van zelfvoorzienende hoogbouw. De computer koppelt parameters als de vormen van het gebouw, vloerhoogtes en overstekken aan de gebouwprestaties. Het algoritme kan door deze combinaties de optimale samenstelling berekenen.

Bovendien zorgt elke simulatie ervoor dat het algoritme het zoekgedrag aanpast en er een nog betere oplossing gekozen kan worden uit de miljarden mogelijke ontwerpoplossingen. “Als je dat zou doen met behulp van simulaties zou je er zo'n 17 jaar werk aan hebben. Een AI-algoritme kan het in een paar weken.”

Helling op het dak

Samen met zijn collega Cemre Cubukcuoglu ontwikkelde Ekici de optimalisatietool Optimus om de miljarden ontwerpoplossingen snel langs te kunnen gaan. De Europoint-torens in Rotterdam gebruikte hij als de vuurdoop voor Optimus. Op basis van lichtval en andere externe (weers)omstandigheden verdeelde hij de drie torens in negen afzonderlijke delen, van het maaiveld tot het dak.

De computer berekende uiteindelijk de negen optimalisatieopgaven. Als Optimus het voor het zeggen zou hebben, verdwijnt bijvoorbeeld het huidige, eenvormige oppervlak van het gebouw. Een gevarieerde gevelopzet zorgt ervoor dat alle negen delen optimaal gebruik kunnen maken van én beschermd kunnen worden tegen de externe factoren. Een helling op het dak zorgt voor een hogere opbrengst van de zonnepanelen.

De beste selecteren

De optimalisatietool houdt zich ook bezig met de indeling van het gebouw. Zonnepanelen komen uiteraard hoog op of aan het gebouw te liggen, maar voor andere functies moet er juist lager in de torens plek komen omdat daar gebruik wordt gemaakt van kunstlicht. “Als er 1800 mensen wonen in de drie torens kunnen twee boerderij-etages volgens het algoritme 66 ton sla leveren, en 47,2 procent zelfvoorziening in energie.”

Maar, concludeert Ekici, ondanks al deze ontwerpvoordelen is de transparantie die ontstaat door deze manier van werken misschien wel de belangrijkste winst van zijn werk. “AI stelt ons in staat om uit honderdduizenden ontwerpopties de beste te selecteren. Dat is een grote stap voorwaarts in prestatie-optimalisatie van zelfvoorzienende hoogbouw.”