A Theory of Architectural Objects to support Design Configuration

Abstract

The thesis presents the results from a research project targeting architectural design and house-building in a setting of industrialized design process and product platforms.



During the early stages of a traditional design process, architects manage a degree of problem complexity, besides technical aspects, also includes user function, material, environment, aesthetics etc. As a result of the design process, various requirements will materialize within a framework of perceived user Situations in the realized building. Architectural design can thus be said to aim at prescribing such Situations based on the support given by various building systems. These Situations involve people, activities, experiences and the built environment, with desired compositional, functional and experiential properties, seen as a unit.



In a theory building, it is claimed that a concept of Architectural Objects could make Situations explicit as design configuration objects in modular product platforms, and thus better support customization and architectural design in a configuration process. In a design configuration process, architectural objects combine compositional, user functional, technical functional and experiential properties within an aspectual systems view of the system man-building, here called the architectural view. The architectural view calls for architectural objects to be organized according to composition levels in order to handle design requirements on different organization levels in the built environment. The thesis presents a theoretical organization model for product platforms, supporting the object concept with levels. In three experimental case studies, the support for the concept is examined e.g.in the modularization of technical platforms, in support of design configuration and as a support for initial platform development. A presented extended organization model is also shown capable of linking architectural objects in the architectural view with representations of building elements in a parallel production view. The model was tested for design configuration in a BIM test environment on a customizable product platform with several design levels. The platform included a selection of multi-family house types, with the possibility to combine and alter according to both configuration and styling options on each level. The resulting production view featuring standard BIM compositional elements, seen as representations of production elements, is of particular interest for utilizing various BIM benefits, including analysis tools for design optimization, links to PDM systems and for supporting mass customization.



It is argued that a concept with architectural objects can represent the structure of situations without regard for specific building systems, thus also supporting so-called Open Building platforms. This could enable architects and others to develop customizable product platforms more freely within the framework of BIM and also utilize the concept for supporting design configuration in a wider context of architectural design.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Denna doktorsavhandling presenterar resultaten från ett forskningsprojekt inriktat mot arkitektonisk utformning i det industriella byggandet.

Arbetet har inledningsvis fram till licentiat bedrivits inom ramen för ett nationellt forskningsprogram inriktat mot industriellt träbyggande, Lean Wood Engineering. Ansatsen i detta forskningsarbete har emellertid varit att förutsättningarna för god arkitektur i det industriella byggandet inte i första hand utgår från trä utan snarare utgår från hur olika plattformar kan tillgodose beställares och brukares förväntningar och behov. I arbetet har det också ansetts av mindre akademiskt intresse att studera vilka existerande plattformar och plattformsägare som på olika bevekelsegrunder klarar detta bäst. Intresset har istället riktats mot att studera hur olika förväntningar kan infrias inom ramen för en industriellt anpassad projekteringsmetodik, samt hur plattformar kan utvecklas och organiseras för att stödja en sådan metodik. Att utveckla argument för eller emot industriellt byggande tillhör inte forskningsfrågan, emedan mer rationella designprocesser och stöd för s k mass customization i sig kan leda till konkurrensfördelar.

Under de tidiga faserna i en traditionell designprocess hanterar arkitekterna ett problemkomplex som förutom tekniska aspekter också inbegriper brukarfunktion, material, miljö, estetik m.m. Som resultat av designprocessen kommer olika krav på produkten att materialiseras inom ramen för rumliga ”situationer” i en arkitekturvy, såväl som inom teknisk-funktionella byggdelar eller system i produktionsvy. Arkitektonisk utformning kan därmed förenklat sägas syfta till att möjliggöra "situationer", med det stöd som ges av olika byggsystem. Med en omvänd utgångspunkt är det därför ett antagande att potentialen hos olika byggsystem redan i en plattformsutveckling skulle kunna beskrivas utifrån möjliga ”situationer” i en arkitekturvy.

Industriellt bostadsbyggande baseras på systembyggande med modulariserade tekniska byggdelar. Modulerna och dessas gränssnitt utgör en teknisk plattform som bestämmer förutsättningarna för arkitektonisk utformning. I produktbestämningen kan byggdelarna konfigureras inom de frihetsgrader som ges av den tekniska plattformen. I en objekt-orienterad BIM-miljö eller en konfiguratorlösning kan byggdelarna, antingen kombineras ganska självständigt mot kundanpassade projekt, eller förutbestämt inom ramen för produktplattformar.

Utifrån en kompositionell systemvy kräver produktionsvyns byggdelar oftast att en traditionell designprocess föregår konfigurering, då önskvärda ”situationer” annars inte finns för handen. Detta gäller särskilt elementbyggnadssystem. Å andra sidan har fördefinierade produktplattformar ofta begränsningar i de styling-alternativ som erbjuds utifrån en arkitekturvy och redovisas därför ofta som produktportföljer. Detta gäller särskilt typhus och flerbostadshuskoncept. Hypotesen är att verkliga "situationer" kan representeras som konfigurerbara modulära objekt, här kallade ”arkitektoniska objekt”, och bättre avspegla möjlig flexibilitet i plattformar oavsett byggsystem. Detta kräver emellertid en utvecklad arkitektonisk systemvy, där situationer måste betraktas på olika nivåer i den byggda miljön för att stödja kravhantering. De teoretiska förutsättningarna för modularisering av plattformar utifrån denna systemvy behandlas i kappan och en syntes av teorin ger vid handen en teoretisk organisationsmodell för produktplattformar med arkitektoniska objekt i flera nivåer.

I fyra experimentella fallstudier har stödet för arkitektonisk utformning med arkitektoniska objekt testats genom modularisering av tekniska plattformar, och stöd för konfigurering. Analyser visar här att arkitektoniska objekt kan vara ett stöd, och att den generella organisationsmodellen för produktplattformar med arkitektoniska objekt är implementerbar i BIM-miljö. Detta har i en experimentell studie visat på möjligheten att i BIM-miljö konfigurera utifrån en systemvy med

schematiska spatiala arkitektoniska objekt i flera organisationsnivåer i en arkitekturvy. Vidare att programvaran utifrån denna vy med stöd av lagerhantering, externa referensobjekt och objektsystematisering kan stödja alternativ redovisning enligt en gängse kompositionell systemvy med generiska byggdelsobjekt, motsvarande en produktionsvy. Dessa fallstudier med resultat redovisas i tre bilagda artklar.

Resultaten ger för handen att arkitektoniska objekt kan representera strukturen hos situationer i en BIM-miljö utan avseende på specifikt byggsystem, men att dessa även skulle kunna fördefinieras utifrån systemens inneboende begränsningar. Organisationsscheman som kopplar de två systemvyerna är möjliga. Detta ger möjligheter för arkitekter och industriella plattformsägare att inom ramen för BIM dra nytta av resultaten för att anamma en mer rationell projekteringsmetodik med stöd av konfigurering. Egendefinierade plattformar kan också med fördel stödja s k open building. Resultaten visar emellertid även på behov av mjukvaruutveckling för att stödja detta i ett perspektiv av mer utvecklade konfiguratorlösningar med s k requirements modeling. Dessa resultat och slutsatser sammanfattas i kappan

Slutsatsen är att utvecklare av produktplattformar bör kunna nyttogöra de teorier om arkitektoniska objekt som framförs i denna avhandling. De modeller som presenterats är generaliserbara och reproducerbara av olika plattformsägare, men måste valideras utifrån ett nyttoperspektiv från fall till fall.

• author: Wikberg, Fredrik
• supervisor: Stefan Olander
• opponent: Professor Emeritus Wikforss, Örjan, KTH, Royal Institute of Technology, Stockholm
• organization: Design Methodology
• publishing date: 2014
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Civil Engineering
• keywords: architectural design, architectural object, design configuration, BIM, product platforms
• pages: 156 pages
• defense location: Lecture hall A, A-building, Sölvegatan 24, Lund University Faculty of Engineering
• defense date: 2014-06-12 13:00:00
• ISBN: 978-91-85257-07-2
• language: English
• LU publication?: yes
• id: f7d66328-1fa5-49f0-a9aa-a91ac017dd01 (old id 4437447)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:17:05
• date last changed: 2018-11-21 20:57:53