Assessment of usability and usefulness of new building performance simulation tools in the architectural design process

Abstract

Simulationswerkzeuge spielen in den letzten Jahren eine immer wichtigere Rolle in Entwurf und Planung von hochperformanten Bauwerken. Trotz dieser Entwicklung werden diese Building Performance Simulation (BPS) Werkzeuge zumeist erst in späten Phasen der Ausgestaltung eingesetzt, wo es zumeist nicht mehr möglich ist, fundamentale Änderungen am Bauwerksentwurf vorzunehmen. Der verstärkte Einsatz von parametrischen Design-Methoden und dazugehörigen Werkzeugen, sowie die Verbindung dieser Werkzeuge mit Simulationswerkzeugen kann in diesem Kontext als Chance verstanden werden. Es ist denkbar, dass mittels dieser Techniken ein "Pre-Reasoning" statt einer "Post-Optimierung" im Entwurfsprozess eingebracht werden kann, das zu besseren Resultaten führen könnte. Obwohl es zahlreiche Publikationen zu diesen neuen Werkzeugen gibt, ist der Kenntnissstand hinsichtlich "Usability" und "Usefullness" dieser Werkzeuge noch sehr beschränkt. Die vorliegende Master-These befasst sich mit dieser Wissenslücke zwischen theoretischen Möglichkeiten und praktischen Methodologien in diesem Bereich. Zwei Werkzeuge, Ladybug und Honeybee, die beide Building Performance Simulations Umgebungen für das weit verbreitete CAD-Werkzeug Rhino sind, wurden hierzu zur Beantwortung von typischen Design-Entscheidungen im Entwurfsprozess, die an "Real-Welt" Projekte angelehnt sind, verwendet. Dabei wurde die Methodik der Anwendung genau dokumentiert und dann analysiert. Als Schlussfolgerung aus diesem Prozess kann abgeleitet werden, dass die beiden Werkzeuge und ihre parametrische Natur grundsätzlich sehr gut dazu geeignet sind als effiziente Entscheidungsunterstützung für Design und Optimierung im Baubereich zu dienen. Allerdings erscheint die Anwendung dieser Werkzeuge für Routine-Simulationen nur bedingt sinnvoll, da die Interfaces und zu Grunde liegenden Eingabe- und Modifikationsprozesse für due Designdomäne optimiert sind und weniger für Simulationszwecke gestaltet wurden. Nichts desto trotz erscheint eine Verwendung von den genannten Werkzeugen im Bereich der Architekturausbildung auch für Zwecke der Performance-Evaluierung von Gebäudeentwürfen gerade in frühen Phasen sinnvoll.

Simulation tools play a major role in the design of high-performance buildings. Despite that, use of building performance simulation (BPS) tools is mainly limited to later design stages, where it is too late to introduce substantial passive improvements. However, the emergence of the discourse of parametric design, and its conjunction with building performance simulation shows promises to provide architects with versatile tools focused on pre-rationalisation of forms instead of post-optimization. However, despite an abundance of literature advocating this new possibility, academic research on actual Usability and Usefulness of parametric simulation tools for architects is missing. The current research intends to address this gap through a combination of theoretical discussion and practical methodology. Ladybug and Honeybee, two building performance simulation plugins for Grasshopper, were used for making design decisions informed by performance within the context of scenarios that mimic real-world architectural design problems. The application of the plugins was precisely documented and analysed. The research concludes that while Ladybug and Honeybee’s parametric nature and adept visualisations provide architects with effective support in design, evaluation and optimisation of architectural forms, they are not quite usable for performing routine simulations, due to their unfamiliar interface and complex underlying mechanisms. Nonetheless, the research advocates for the more widespread use of Ladybug and Honeybee in architecture schools and select design projects in the professional sector.