Generative building massing optimization in parametrical BIM environment : evaluating different parametric BIM workflows from Grasshopper to Revit at conceptual design stage

This new industrial revolution, known as Industry 4.0, has challenged the Architectural Engineering and Construction (AEC) industry by showing the potential of digitalization and interoperability on the construction field (Maskuriy, Selamat, Ali, Maresova, & Krejcar, 2019). To face these challenges the industry has developed tools like Building Information Modeling (BIM) and Parametrical Design (PD). Nevertheless, there is a gap between digital practice and design theory (Ambrose, 2007), where BIM data exchange reflects insufficiently the thinking of parametric design (Wortmann & Tunçer, 2017). As a matter of fact, an improvement in the integration between this two approaches strength the design process (Boeykens, 2012). The simultaneous combination of design exploration and construction information in one model is referred as parametric BIM workflows (Janssen, 2014). This research evaluates a methodology where PD and BIM modelling are coupled since the conceptual design stage. For this purpose, a residential building with a pixel/pop-out architectural concept is developed in its conceptual phase. The building massing is scripted and optimized in Grasshopper applying genetic solvers like Octopus and Galapagos, the parameters to be optimized are the pop outs distribution and the internal layout of the building. As a result, thanks to many iterations the designer can make a final data driven decisions. After building massing is set, the parametrical elements are enriched and streamed to a BIM environment, in this research the BIM approach is done with Revit. The information is transfer by three Grasshopper and Revit extensions, exploring different parametric BIM workflow approaches and model coupling like: IFC information transfer through loosely coupled approach with GeometryGym, Revit API and CVS file for a tightly coupled approach in Hummingbird, and Cloud base workflows and Dynamo through tightly coupling via Speckle. As conclusion of this research it appears that parametrical BIM workflow can support a data base design methodology that strength the automatization and interoperability. In the parametrical model it is possible to add an important amount of information from different construction fields and automated results thanks to numerous iterations. Furthermore, is possible to affirm that coupled models can be update at real time with the right set-up, therefore increasing the interoperability between PD and BIM.

Questa nuova rivoluzione industriale, Industria 4.0, ha sfidato l'industria dell'ingegneria architettonica e delle costruzione (AEC) mostrando il potenziale della digitalizzazione e dell'interoperabilità nel campo dell'edilizia (Maskuriy, Selamat, Ali, Maresova e Krejcar, 2019). Per far fronte a queste sfide, l'industria ha sviluppato strumenti come Building Information Modeling (BIM) e Parametrical Design (PD). Tuttavia, esiste un divario tra la pratica digitale e la teoria del design (Ambrose, 2007), in cui lo scambio di dati BIM riflette in modo insufficiente il pensiero del design parametrico (Wortmann & Tunçer, 2017). In effetti, un miglioramento dell'integrazione tra questi due approcci rafforzano il processo di progettazione (Boeykens, 2012). La combinazione simultanea di esplorazione del progetto e informazioni sulla costruzione in un modello è definita flusso di lavoro parametrico BIM (Janssen, 2014). Questa ricerca valuta una metodologia in cui la modellazione PD e BIM è accoppiata sin dalla fase di progettazione concettuale. A tale scopo, nella sua fase concettuale viene sviluppato un edificio residenziale con un concetto architettonico pixel/pop-out. La volumetrie dell'edificio è scritta e ottimizzata in Grasshopper applicando solutori genetici come Octopus e Galapagos, i parametri da ottimizzare sono la distribuzione dei pop-out e il layout interno dell'edificio. Di conseguenza, grazie a molte iterazioni, il progettista può prendere decisioni definitive basate sui dati risultanti. Dopo aver impostato la creazione di massa, gli elementi parametrici vengono arricchiti e trasmessi in streaming a un ambiente BIM, in questa ricerca l'approccio BIM è fatto con Revit. Le informazioni vengono trasferite da tre estensioni Grasshopper e Revit, esplorando diversi approcci del flusso di lavoro BIM parametrico e accoppiamento del modello come: trasferimento di informazioni IFC attraverso un approccio vagamente accoppiato con GeometryGym, Revit API e file CVS per un approccio strettamente accoppiato in Hummingbird e flussi di lavoro basati su cloud e Dinamo tramite accoppiamento stretto con Speckle. Come conclusione di questa ricerca sembra che il flusso di lavoro BIM parametrico possa supportare una metodologia di progettazione basata su dati che rafforzino l'automazione e l'interoperabilità. Nel modello parametrico è possibile aggiungere una quantità importante di informazioni da diversi campi di costruzione e risultati automatizzati grazie a numerose iterazione. Inoltre, è possibile affermare che i modelli accoppiati possono essere aggiornati in tempo reale con la giusta configurazione, aumentando quindi l'interoperabilità tra PD e BIM.