Gebouwprestatie-simulatie in de Benelux Noodzaak voor simulatie in Nederland vanuit het oogpunt van de gebouweigenaar. ir. Jan Schonewille, Rijksgebouwendienst Samenvatting De gebouweigenaar die een gebouw koopt of laat maken begint met het definiëren van eisen die hij stelt aan de door gebouw en installaties te leveren prestaties. De eisen worden, met een focus op werkplek, klimaat en flexibiliteit, afgestemd op de toekomstige gebruiker of een categorie van gebruikers. Daarbij gaat hij uit van gebruiksfuncties, bedrijfsprocessen en een visie op organisatieontwikkelingen. Hij wil bij het programma van eisen een realistisch taakstellend budget vaststellen. Daarvoor is inzicht nodig in de relatie tussen de kwaliteit en de kosten ( investering, exploitatie, milieu). De gebouweigenaar heeft behoefte aan gebouwprestatie-simulatie programma s die hem hierbij helpen. Gedurende het gehele bouwproces dat volgt moeten kosten en kwaliteit bewaakt Daarbij speelt de simulatie-gereedschapskist van de adviseur een belangrijke rol. Aan het eind van het proces d.w.z. in de beheersfase wil de eigenaar bevestigd zien wat hij gevraagd heeft en de werkelijke prestaties vergelijken met de voorspellingen. Simulatiemodellen, gekoppeld aan een gebouwbeheersysteem kunnen hierbij behulpzaam zijn. Inleiding De Rijksgebouwendienst heeft als taak in totaal ca. 100.000 rijksambtenaren te huisvesten en beheert daartoe een vastgoed portefeuille van 6 miljoen m 2, waaronder gerechtsgebouwen, musea, belastingkantoren, gevangenissen. De dienst heeft een huurder/ verhuurder relatie met de departementen, die dus zelf de omvang, kwaliteit, lokatie en het tijdstip van realisatie van de benodigde huisvesting bepalen. Het is de bedoeling dat de Rijksgebouwendienst zoveel mogelijk toegevoegde waarde voor de bedrijfsprocessen tot stand brengt en de huisvestingskosten van de departementen zo laag mogelijk houdt. De departementen kunnen daartoe ook aanvullende diensten gebruiker/klant intermediair Rgd aanbieder x Vraag 1 Transactie moment Figuur 1: Betrokkenheid Rgd 2 Aanbod 3 bij de Rijksgebouwendienst inkopen, zoals huisvestingsadviezen betreffende innovatieve werkplekinrichting en service met betrekking tot onderhoud en gebruikerszaken. Anderzijds is de Rijksgebouwendienst als vastgoedbeheerder verantwoordelijk voor een efficiënte inzet van de totale gebouwenvoorraad. Financiële beslissingen zoals koop, huur, lease of het gebruik maken van vreemd vermogen worden genomen, met als uitgangspunt een evenwichtige baten/lasten verhouding. De Rijksgebouwendienst streeft als vastgoedbedrijf van de rijksoverheid naar maximale toegevoegde waarde voor het bedrijfsproces van de huurders en evenwicht in baten en lasten. Hier verschilt de Rijksgebouwendienst van een commercieel vastgoed bedrijf, dat gericht is op maximaal rendement op het vermogen. Gebouwprestaties De eigenaar die het initiatief tot bouwen neemt zet daarmee een proces in gang dat uit de volgende fasen bestaat: initiatief, definitie, ontwerp, uitwerking, uitvoering en vervolgens de gebruiks- en beheersfase. Zoals figuur 1 toont wisselt de rol en betrokkenheid van de eigenaar per fase: De eigenaar neemt het initiatief en definieert samen met de gebruiker (transactie 1) de vraag in de vorm van prestatie-eisen (1). De Rijksgebouwendienst heeft een algemeen integraal programma van eisen ontwikkeld, dat de basis vormt voor de prestatiespecificatie per project (2). Hij sluit vervolgens een contract met de architect, adviseurs, aannemers en installateurs voor de realisatie d.w.z. ontwerp, uitwerking en uitvoering (transacties 2 en 3). Er wordt een projectorganisatie opgezet met verantwoordelijkheid voor de in het contract vastgelegde beheersaspecten geld, organisatie, tijd, informatie en kwaliteit (GOTIK). De tussenresultaten worden per fase op deze GOTIK aspecten getoetst. De eigenaar 4 1
kan voor het toetsen van het ontwerp gebruik maken van simulatietechnieken. Hij kan ook van de ontwerpers eisen dat ze met behulp van gecertificeerde simulatietechnieken aantonen dat de geëiste prestaties gehaald Tenslotte neemt de eigenaar het gebouw in beheer (transactie 4). Hij meet de prestaties en vergelijkt ze met de oorspronkelijke eisen. Onderhoud en beheer zijn gericht op het in stand houden van de prestaties. De Rgd is de toekomstige eigenaar van het gebouw en vertegenwoordigt gedurende het gehele proces de aanstaande gebruiker. De aandacht van de gebruiker gaat vooral uit naar de functionele geschiktheid van het gebouw voor zijn bedrijfsproces en hij is daarbij gericht op de kwaliteit van de werkplek, de mogelijkheden om de indeling en de inrichting aan te passen. Ook ligging, vorm en uiterlijk van het gebouw zijn kwaliteiten die een voorname rol spelen in zijn waardering. De eigenaar let daarnaast op verhuurbaarheid, verkoopbaarheid, gebouwflexibiliteit, energieverbruik, milieuaspecten. De Rgd beschikt over huisvesingsadviseurs die samen met de gebruiker het eisenpakket definiëren. Zij worden hierbij ondersteund door een architect, adviseurs en kostendeskundigen. Ze beschikken o.a. over de volgende hulpmiddelen: Een integraal basisprogramma van eisen. Een ruimtelijk-functioneel model waarmee indelingsvarianten grafisch gepresenteerd kunnen Met dit model wordt het ruimtegebruik geanalyseerd en worden alternatieven vergeleken. Zie figuur 2. Een kostenmodel waarmee het taakstellend budget bepaald wordt. Een beeldenbank (database) met meer dan 2000 plaatjes van gebouwen, inrichtingen, werkplekken die gebruikt wordt om de toekomstige gebruiker meer inzicht te geven in stijlen en mogelijkheden. Simulatietechnieken Eisen die gesteld worden aan de kwaliteit van het ontwerp en beheer van gebouwen met hun installaties worden steeds zwaarder. De door opdrachtgevers en bouwregelgeving gestelde eisen ten aanzien van energie-, comfort- en milieuprestatie van gebouwen en de daarbij in het ontwerp-proces gestelde zekerheden vragen om een meer gedetailleerd inzicht in het dynamische gedrag van gebouw en installatiesystemen en hun onderlinge interactie. Met behulp van simulatietechnieken kan dit dynamisch gedrag voor onderdelen van dit complexe geheel goed benaderd De gereedschapskist van adviseurs en ontwerpers is al gevuld met een groot assortiment aan dynamische Figuur 2: Ruimtelijk-functioneel model berekeningsmodellen op het gebied van bouwfysica en systeemsimulatie. Het instrumentarium varieert van enerzijds eenvoudige standaardpakketten die algemeen bekend zijn en veel gebruikt worden tot anderzijds complexe modellen die slechts door een kleine groep van onderzoekers en specialisten gebruikt De genoemde complexiteit noodzaakt tot geïntegreerd en integraal ontwerpen. Dit betekent interactie en samenwerking van alle disciplines in alle fasen van het proces. Simulatiemodellen kunnen de communicatie tussen disciplines verbeteren. In figuur 3 is voor een aantal onderdelen van het bouwproces aangegeven welke partijen betrokken zijn in welke fase. In het overzicht ontbreekt een indicatie van de schaal van simulatiemodellen. Ruimtelijk kan van klein naar groot onderscheid gemaakt worden in werkplek, vleugel, gebouw, cluster van gebouwen terwijl constructies of installaties van klein naar groot onderscheiden kunnen worden in onderdeel, apparaat, systeem, cluster van systemen. In de figuur zijn gebieden waar simulatietechnieken toegepast worden aangegeven met een lichte arcering. De indruk bestaat dat de meeste van de bestaande simulatiemodellen betrekking hebben op de ontwerp- en uitwerkingsfase en zich daarbij beperken tot werkplekniveau of onderdelen van systemen. 2
geintegreerd resultaten op eenvoudige afgesproken wijze presenteren. integraal Eigenaar Gebruiker Architect Bouwkunde Constructie Bouwfysica W-installaties E-installaties Transport inst. definitie voor ontwerp definitief ontwerp bestek uitvoering beheer Proces pve kwaliteit x x x x pve kosten x x toets x x x x x x x Bouwfysica warmte-, lucht-, vochttransport x x x x x x x warmte-, koellast x x x x x x daglicht x x x x x x x ventilatie x x x x x x x geluid x x x x x Mens en gezondheid thermische behaaglijkheid x x x x x x x luchtkwaliteit x x x x x visueel comfort x x x x x x x acoustisch comfort x x x x x x psychisch comfort werkplek arbo Proces gebruiker logistiek x x x x x x x inrichting x x x x flexibiliteit x x x x x x x x x x x x facility management x x x x x x x x x x x x x W-Installaties Klimaat x x x x x x x x x sanitair, tapwater, warm water x x x x x x x gas x x x x x x hemelwater x x x x x x x x riolering x x x x x x x Energievoorziening warmte en koude opslag x x x x x x x warmtepomp x x x x x x warmte/kracht x x x x x x x photo volt. x x x x x x x x x zonnecollector x x x x x x x x x E- installaties verlichting x x x x x x x x x bekabeling x x x x x x Lift en Transportinst. x x x x x x GBS en beveiliging x x x x x x x x x x Telematica x x x x x x x x Bouwkundig constructie x x x x x x x flexibiliteit x x x x x x x x x x Milieu x x x x x x x x x x x x x x Figuur 3: Simulatie in bouwproces Men kan zich afvragen: Wie zijn de betrokkenen en waaraan hebben zij behoefte? Voorzien de bestaande simulatiemodellen voldoende in deze behoefte? Is er voldoende samenhang tussen de bestaande simulatiemodellen? Hoe passen de lopende ontwikkelingen in het geheel? Visie van de gebouweigenaar Vanuit het oogpunt van de eigenaar moet gebouwprestatiesimulatie bijdragen aan het realiseren van de gevraagde kwaliteit tegen zo laag mogelijke kosten. In het geval van de Rgd niet alleen investerings- en exploitatiekosten, maar ook de proceskosten van de gebruiker. De eigenaar heeft behoefte aan: in de vroege definitiefase de consequenties van het programma van eisen vertaald kunnen worden in (levensduur)kosten. de faseresultaten getoetst kunnen het functioneren van bestaande gebouwen en installaties gediagnostiseerd kan Simulatiemodellen voor gebruikersgedrag. Simulatietechnieken als aanvulling op klimaatkameronderzoek of als vervanging daarvan. Simulatietechnieken die De ontwikkeling van nieuwe simulatiemodellen draagt als risico in zich dat een lappendeken van instrumenten ontstaat. Eenduidige communicatie is een voorwaarde voor samenhang. Het bouwafspraken stelsel (BAS) en de door Vabi (in opdracht van VNI) ontwikkelde uniforme omgeving (UO) geven een goede richting aan. Eén uniforme omgeving voor alle disciplines en alle simulatiemodellen gedurende het proces van initiatief tot en met beheer, dat is het fundament voor een stevig bouwwerk van gebouwprestatiesimulatiemodellen. Het is bekend hoe het afliep met de toren van Babel door onvermogen om met elkaar te communiceren stortte deze uiteindelijk ineen. 3
Figuur 4: Toren van Babel (Pieter Bruegel) Het toekomstbeeld is, dat simulatieprogramma s ontwikkeld worden, die het ontwerp volgen en communiceren via een uniforme projectomgeving. Alle projectgegevens voor alle disciplines worden gedurende het gehele traject vastgelegd in een projectdatabase. Deze database wordt in de definitiefase gevuld met prestatie-eisen, en andere uitgangspunten. In het vervolgtraject maken de simulatieprogramma s gebruik van deze gegevens en voegen er de berekende resultaten aan toe. Er ontstaat zo een consistente gegevensbank die met het ontwerp mee groeit. Tenslotte worden gebouw en database gelijktijdig opgeleverd. De database bevat nu naast de oorspronkelijke prestatie eisen ook technische, grafische en kosteninformatie. Deze gegevens worden vervolgens gebruikt voor facilitymanagement. De gebruiker voegt zijn informatie over inrichting en gebruik toe. Een veel belovende ontwikkeling is de toepassing van de ontwerpsimulatieprogramma s in combinatie met gebouwbeheersystemen. De door het GBS gemeten prestaties worden vergeleken met de door het simulatiemodel berekende waarden. De afwijkingen zijn een maat voor de goede werking van het systeem en kunnen gebruikt worden bij het stellen van een diagnose. De volledig gevulde UO-database wordt toegevoegd aan de verzameling van de eigenaar. Het archief met projectdata kan toegankelijk gemaakt worden voor onderzoek en gebruikt worden bij de definitie van nieuwe projecten. Gebouwprestatiesimulatie levert zo een bijdrage aan de terugkoppeling van kennis en verhoging van het informatieniveau voor besluitvorming en daarmee aan de kwaliteit van de besluiten. Dit is van groot belang voor de eigenaar omdat de besluiten in de vroege fasen de grootste invloed hebben op het eindresultaat. definitie ontwerp/realisatie beheer UO 1 def realisatie beheer Toets Toets Toets PVE PVE PVE Simulatie Simulatie Simulatie + RF model klimaat Monitoring Beelden energie Kosten Kosten Kosten Figuur 5: Simulatie in UO UO 3 Conclusie 1. Door de grote verscheidenheid aan simulatieprogrammma s dreigt een lappendeken van toepassingen te ontstaan. 2. Een uniforme omgeving zoals bijvoorbeeld door Vabi/VNI is gedefinieerd en een stelsel van bouwafspraken (BAS) zijn voorwaarden voor communicatie en efficiënte informatie opslag en verwerking binnen projecten. 3. De genoemde uniforme omgeving moet verder ontwikkeld worden tot de centrale informatiedrager voor ontwerp en procesgegevens binnen bouwprojecten. 4. Simulatieprogramma s moeten in de toekomst aansluiten op de uniforme projectomgeving. 5. Simulatieprogramma s moeten meegroeien met het ontwerp 6. Gebouwprestatie-simulatie in andere dan de ontwerp-fase is nog onvoldoende ontwikkeld. 7. Certificeren van simulatieprogramma s, opleidingen en adviseur/gebruikers is basis voor vertrouwen. 8. Simulatieprogramma s moeten gebaseerd zijn op regelgeving en normen. 9. Beoordeling van programma s naar het voorbeeld van de consumentenbond zal een prikkel voor verbetering zijn. De algemene conclusie luidt dat gebouwprestatiesimulatie in combinatie met de ontwikkeling van een uniforme projectomgeving in Nederland vanuit het oogpunt van de gebouweigenaar een noodzaak is. Voordelen voor de eigenaar zijn: meer informatie ten behoeve van de projectdefinitie, betere besluitvorming in de vroege ontwerpfase, betere kwaliteit van het ontwerp, betere informatie voor beheersmanagement. Referenties (1) SBR, 1995, Het prestatiebeginsel, begrippen en contracten. (2) Rgd, www.rijksgebouwendienst.nl 4
(3) Vabi-nieuws 31, 1999 (4) TVVL magazine, 02/2000, Hensen, Clarke, Gebouwsimulatie:stand van zaken en rol IBPSA (5) Verwarming en Ventilatie, maart 2000, A.H.C. van Paassen, Simulaties van gebouw en installaties met Simulink. (6) www.bwk.tue.nl/fago/ibpsa (7) M. van Leusen en V. Mitossi,1998, A practical experiment in representation and analysis of buildings, Architecture and urban planning conference, TU-Eindhoven, july 1998. (8) Verwarming en ventilatie, 1996, A.A. Jordaans, Kracht van de uniforme omgeving nu al aangetoond. 5