prof.dr.ir.J.BIaauwendraadRijkswaterstaat, BouwspeurwerkTechnische Hogeschool DelftBouwen met bit en beeldDie Geister die ich rief,die werd' ich nimmer los!Goethe1IBM opent de tentoonstelling over'Calculating and Computing' in het ScienceMuseum van Chicago met een stand overCharles Babbage en zijn AnalytischeMachineZomaar een scene uit het midden van de jaren zestig. Een computerzaaltje heeft twee deurennaar de gang. Een lange ponsband van papier wordt over een soort rollenbaan naar deoptische lezer van de computer gevoerd. De ponsband blijkt een gesloten circuit te vormen,dat de ene deur uitgaat, over de gang loopt, en door de andere deur weer binnenkomt, doorde lezer gaat, en opnieuw naar de gang verdwijnt. Zo herhaalde je bij de vroegste computerseen bepaald deel van het programma een groot aantal keren. Een 'do loop' zo gezegd.In het beschreven geval ging het om ??n van de vroegste berekeningen aan gescheurdegewapend-betonliggers bij de Cement and Concrete Association in Engeland. Maar opsoortgelijke manier zat iedereen geavanceerd te doen (wie lacht daar?). Daarmee vergelekenis er in verbazend korte tijd toch wel erg veel veranderd, en het einde van de ontwikkeling isnog niet in zicht. Daarover gaat dit openingsartikel, en de artikelen die daarna volgen zulleneven zoveel demonstraties zijn van de stand van zaken nu.Van Babbage tot bouwIn zijn boek The Mighty Micro' spreekt Christopher Evans over de impact van de computerre-volutie op de samenleving. Uitgaande van een verrassingsvrij scenario zal de ontwikkelingnog overrompelend genoeg zijn. We ervaren het allen; de veranderingen voltrekken zich ineen voortdurend hoger tempo.Sinds Charles Babbage ruim 150 jaar geleden zijn rekenmachine met tandwieltjes en rader-tjes bouwde, is er veel gebeurd (fig. 1). En in de laatste 20 jaar van die anderhalve eeuw was deomwenteling groter dan in de eerste 130 jaar van die periode. Dat is een kenmerk vanprocessen met exponenti?le groei, en weinig of niets duidt nog op stabilisatie. In tegendeel,voorlopig doen we er goed aan ons voor te bereiden op nog meer aandachttrekkendetoekomstprodukten.Hoe zal het met de bouw gaan in deze periode? Bouwen is een creatief voortbrengingsprocesdat zich expansief heeft ontwikkeld in de periode van de industri?le revolutie. Maar onze tijdwordt gekenschetst als een postindustri?le, waarin meer sprake is van bewaren dan vanbouwen. Feit is dat de conventionele bouwtaak voor het opbouwen van een goede infrastruc-tuur in het eigen land afneemt. In ieder geval op dit moment.Het is voor dit themanummer ook niet uitsluitend van belang welk bouwvolume in detoekomst realiteit wordt. Dat het anders wordt staat vast. Het lijkt me dat we, in de beoorde-ling, ons voor twee uitersten moeten wachten. In het ene extreem denkt men zo gering overhet toekomstige werkvolume in de bouw, dat nu reeds sterk wordt afgeslankt op middelenvoor onderzoek en automatisering. Deze door pessimisme (en politiek?) ingegeven kennis-vernietiging is fataal op middellange termijn. Maar het andere extreem is ook misleidend. Wiede dingen van vandaag afdoet als een dal dat zich nu eenmaal elke 40 ? 50 jaar voordoetvolgens de economische Kondratieff-cyclus, schat de ontwikkeling stellig ook niet op waar-de. Wij houden het op een toekomstige bouw die weliswaar in omvang blijvend verminderdis, maar die vooral anders van karakter zal zijn.Informatica pushIn de bouw spreken we niet zo gemakkelijk over informatica. Dat lijkt vaag en abstract, enheeft de schijn nauw verwant te zijn met wiskunde. Men spreekt liever over computergebruiken computerhulpmiddelen. Dan begrijp je elkaar tenminste. Dat informatica echter geenvertrouwd begrip is geworden, heeft alles te maken met de manier waarop dit begrip isge?ntroduceerd, en met de groep wetenschappers die dit woord onmiddellijk genaast heb-ben. Daardoor associ?ren we het al gauw met compilerbouwers en andere bit-peuteraars,maar dat is toch jammer. Door consequent het woord informatica te gebruiken, bewegen weons bij voorbaat in een ruimer kader dan alleen het beperkte sfeertje van rekenen en tekenenmet een computer. En dat is profijtelijk.Micro-elektronicaIn die wereld van informatica zijn ook elektro-technici werkzaam. Een van hun producten, dechip, heeft geleid tot een geheel eigen tak van techniek: micro-elektronica. Hier ligt deCement XXXV (1983) nr. 10 6232Werkplek van de ingenieur, zoalsvoorgesteld door een adviesgroep van deEuropese Gemeenschap. Beeldweergavespeelt een grote rol3Tot nu toe hebben computers geen hogescore gehaald op de intelligentieschaal. Metde komst van ultra-intelligente machines zaldit snel veranderennadruk wat meer op de beschikbare hulpmiddelen: microcomputers met grote mogelijkhe-den.Le Clercq zal in zijn Overwegingen bij de aanschaf van een computer' uit laten komen dateen vloeiende produktreeks beschikbaar is gekomen, van de eenvoudigste zakrekenmachi-ne tot een mainframe computer. In die reeks hebben microcomputers een belangrijke plaatsgekregen. Dat micro's soms nauwelijks meer micro's zijn, zal Amkreutz uiteenzetten in debijdrage 'Microcomputers en grote systemen voor ingenieurstoepassingen'. Ook De Borst,K?sters, Nauta en De Witte zullen dit toelichten in hun bespreking van 'Diana, eindige-elementenmethode op een microcomputer'.De ontwikkeling is overigens niet zo eenzijdig geweest dat zij alleen tot sterk verhoogderekensnelheden heeft geleid. Parallel is ook veel vooruitgang geboekt op het terrein van demens-machine communicatie en van visualiseren. We kennen nu invoermenus, tablets,lichtpennen, platte schermen en wat al niet meer. De grafische mogelijkheden van beeld-schermen zijn sterk verbeterd, en ook de afdrukmogelijkheden. Bovendien kan nu metkleuren worden gewerkt, al is het afdrukken en vermenigvuldigen van kleurbeelden nog geengemeengoed.De geschetste ontwikkeling leidt er toe dat de werkplek van ontwerpers ingrijpend gaatveranderen in de jaren tachtig. De Europese Gemeenschap in Brussel heeft een werkgroephiervoor adviezen laten uitbrengen. E?n van de aanbevolen werkstations is in figuur 2getoond. Men ziet direct dat graphics een hoofdonderdeel gaat worden. Internationaal blijftook de 'engineering database' de aandacht vasthouden. Voor technische toepassingen zijndatabases nodig, die wat anders van opzet zijn dan die men gebruikt in de administratieveautomatisering, hoewel de overtuiging groeit dat de administratieve databases er voorkunnen worden aangepast. En de database-chip is in aantocht. Het laat zich raden wat datbetekent voor de opslagmogelijkheden van een microcomputer.Intelligentie en zintuigenDe computers van de toekomst zullen nog meer mogelijkheden bieden dan we nu reedskennen. Voor speciale toepassingen zullen ze uitgerust worden met 'zintuigen'. Ze zullenkunnen waarnemen, horen en ruiken, waardoor de communicatie met onze micro zal (kun-nen) veranderen. Geen invoer meer via een toetsenbord, maar door tegen de micro tespreken. En de micro zal ons met zijn (voorlopig) nog blikkerige stem antwoorden. Boven-dien kunnen de apparaten voor spraakherkenning veel kleiner worden dan voor toetsenbor-den ooit haalbaar is. De miniaturisering gaat dan weer verder, zodat we naar alle waar-schijnlijkheid, versteld zullen staan over de mogelijkheden van wat we nu nog ons polshorlo-ge noemen.Tegelijk zal ook de 'intelligentie' van computers steeds groter worden. Ik vind het niet zo'nvruchtbare discussie of machines kunnen denken of niet. Vast staat, dat de software zo kanworden, dat een computer gaat reageren op een wijze die grote overeenkomst vertoont metmenselijk gedrag. We spreken dan over kunstmatige intelligentie, in het Engels artificialintelligence, afgekort Al. De Nederlandse afkorting KI vermijd ik liever vanwege de veterinaireverwarring die licht kan ontstaan.Tot nu toe heeft Al vooral geresulteerd in schaakcomputers, maar dat zal snel veranderen. Alsje bedenkt dat de huidige schaakcomputers al meer dan 99,5 procent van de schakerskunnen verslaan, is er alle reden de ontwikkeling serieus te nemen.De al eerder genoemde Evans heeft in zijn boek schetsmatig een indruk gegeven van deintelligentie van de tot nu toe verschenen computers op een door hem geconstrueerde IQschaal, waarop de gemiddelde mens een score 100 haalt. In figuur 3 is deze IQ schaalweergegeven. De huidige generatie computers doet het niet veel beter dan lintwormen, maarrond 1990 worden ultra-intelligente machines verwacht die geacht worden de mens teCement XXXV (1983) nr. 10 6244Grafische hulpmiddelen worden steedskrachtiger. Een gouden tijd voorproduktmodelleurs en pre- enpostprocessorsevenaren (overigens binnen de afspraak wat Evans onder intelligentie verstaat). Intelligentemet zintuigen uitgeruste computers zullen CAD en CAM sterk kunnen be?nvloeden. Deuser-interface zal voortdurend gebruikersvriendelijker worden, door verbeterde presenta-tietechnieken, meer mogelijkheden voor taalherkenning, het beter afhandelen van fouten endergelijke. Voor goede CAD systemen is dit een noodzakelijke voorwaarde.Een van de reeds bestaande Produkten van Al noemt men kennissystemen of expertsyste-men. In de medische sector kent men reeds zulke systemen om diagnoses te (helpen) stellen.Veel medische kennis is in de database opgeborgen, en bovendien gedraagt de computerzich als een intelligente hulp bij het vinden van de weg door deze kennis. Hetzelfde ligt in hetverschiet voor CAD; de eerste resultaten zijn reeds gerapporteerd. Of het onmiddellijk eengrote vaart loopt? Waarschijnlijk niet, maar (ook) bouwen is vooruitzien.Bouwen met informaticaDe computer is zijn opgang in de bouw heel duideljk begonnen met rekenen. De veleprogramma's voor sterkte- en trillingsproblemen zijn daarvan de sprekende getuigen. Inmid-dels is er echter sprake van een aandachttrekkende verbreding. Om eerst nog in de buurt vanhet rekenen te blijven, er zijn mooie (en dure) pre- en post-processors voor de groteelementenm?thode-pakketten bijgekomen, die op indrukwekkende wijze inspelen op denieuwe grafische mogelijkheden van beeldschermen, kleur incluis (fig. 4). Meer algemeenwordt over produkt-modelleur gesproken.Op veel andere gebieden wordt de computer nu ook ingezet. De produktiefase bij de aanne-mer is niet meer goed denkbaar zonder dit hulpmiddel. Planning, kostprijsberekening enbegroten, alsmede veel ondersteunende functies worden met de computer uitgevoerd. Vande Pavert geeft in zijn artikel 'Gebruik van computers in het bouwbedrijf' een goede indrukvan wat er bij de aannemer omgaat.In het operationele deel van het aannemerswerk laat de nieuwe hulp zich evenmin meerwegdenken, onder andere bij het positioneren en invaren van grote constructies te water.Niet minder groot is de impact op het werk van de moderne architect en raadgevendingenieur. Hendrikx is daarover erg duidelijk als hij het 'Computergebruik op het architec-tenbureau' voor ons uiteenzet, en Pestman demonstreert dat ten aanzien van het 'Computer-gebruik op het ingenieursbureau'.Van alleen rekenen, gaat de aandacht dus verschuiven naar het integrale proces van ontwer-pen, tekenen, uitvoeren, kwaliteitsberekening en procesbesturing. Van het laatste geeftJonker een voorbeeld in 'Procesbesturing in de betonmortelindustrie'. Ook zie je geheelnieuwe toepassingen, zoals conditiebewaking tijdens de levensduur van constructies, eninspecties om de restlevensduur na opgetreden schade vast te stellen, wat vooral in vooraardbevingen gevoelige gebieden relevant is. We denken verder aan de faciliteiten omruimtelijke beeldweergaven te maken om vanuit verschillende posities in de ruimte eenontwerp te beoordelen op aspecten van veiligheid, esthetica, verschijningsvorm en scha-duwwerking. En om niet meer te noemen, in toenemende mate vinden computersimulatiestoepassing in de bouw. De caleidoscopische en stellig incomplete opsomming wordt allangniet meer afgedekt door het beg rip CAD, voluit Computer Aided Design. In brede kring hoor jenu al spreken over het meer algemene CAE, Computer Aided Engineering. Of, zoals ik eensmet enige spot hoorde zeggen, Computer Aided Everything.OntwerpenHet begrip Computergesteund Ontwerpen, waarvoor we dus in nog slechter Nederlands CADzeggen, suggereert een veld dat kan worden belicht vanuit de computerkunde en vanuit hetontwerpproces, afhankelijk of je de klemtoon op de of de D legt. Door de 'technology push'die van de micro-elektronica uitgaat, heeft het computeraspect tot nu de boventoon gevoerd.Wat als ontwerpsystemen wordt gepresenteerd, heeft in vele gevallen eigenlijk het karaktervan grote eindcontroles, die passen bij het stadium waarin het ontwerp praktisch vast ligt.Alleen is door de fijne grafische pre- en postprocessors zo'n eindcontrole niet meer eenvervelende klus.Ontwerpen, zoals we dat in de bouw doen, is eigenlijk een proces met een aantal stappen.Gegeven dat er een scherpe probleemstelling is, wordt er begonnen met het genereren vanalternatieven, de concept-ontwerpen (fig. 5). Je rekent in dit stadium nog nauwelijks. Uit dezeverzameling worden een of twee concepten geselecteerd voor een verdere uitwerking, en deparameters worden gelokaliseerd die het ontwerp zullen beheersen. De een of twee concep-ten worden vervolgens verder verkend met behulp van globale berekeningen. In dit stadiumis grote nauwkeurigheid nog niet van belang, maar wel dat je alle probleemgebieden onder-kent. De gebruikte dimensioneringsregels kunnen in dit stadium nog eenvoudig zijn. In dederde stap is er gekozen voor het concept-ontwerp dat overblijft, en ga je de dimensioneringverder optimaliseren door parameterstudies (fig. 6). Het resultaat daarvan is een definitiefontwerp, dat vervolgens in een laatste stap onderworpen wordt aan de uitgebreide en durecontroleberekeningen.De computer kan op een aantal manieren een rol spelen in dit totale proces. En zeker staat hetvast dat de kleine, persoonlijke computer in de verschillende ontwerpfasen een nieuweaanpak zal inhouden. De lezer kan dit merken aan de grote aandacht die de microcomputer indit themanummer krijgt. Stuurstraat laat zien hoe de 'Berekening van voorgespannen beton-Cement XXXV (1983) nr. 10 6255Concept-ontwerpen voor destormvloedkering in de Oosterschelde. Indit stadium van het ontwerpproces wordtnog niet veel gerekend6Als een keuze is gemaakt uit dealternatieven, wordt de definitieve keuzegeoptimaliseerd. Hierbij kan de computergoede diensten bewijzenconstructies met een microcomputer' verloopt, Vermijt bespreekt de 'Numerieke berekeningvan een verend ondersteunde ligger', en Leewis maakt een 'Dimensionering van ongewapen-de betonverhardingen met een microcomputer'. Venstermans demonstreert tenslotte eenspin-off van bouwspeurwerk voor het vervoer van gevaarlijke stoffen in zijn 'Berekening vanexplosiebelasting in tunnels met een microcomputer'. De ontwerper kan geval voorgeval zijneigen persoonlijk gerichte berekeningen maken en ontwikkelt er zijn eigen programmaatjesvoor. Dit is een essenti?le versterking voor ingenieurs in het veld, vooral als ze in hetbuitenland werken, ver van het moederbedrijf. Dit toenemende gebruik van microcomputersmaakt het wel urgent om goed te formuleren hoe berekeningen moeten worden aangebodenaan instanties voor bouwtoezicht. Van der Meer leidt daarom bij ons in 'Regels voor depresentatie van computerberekeningen', die onderdeel worden van de Model Bouwverorde-ning. Trouwens, computers spelen nog een andere rol als het over voorschriften gaat. Deopzet en redactie daarvan wordt er sterk door be?nvloed, zoals Copier zal uiteenzetten in zijnbijdrage 'Normen en de computer' en ook Vereijken in 'Afstemming tussen voorschriften encomputergebruik'.TekenenEigenlijk is het 'verkokerd denken' om een afzonderlijk deel van het artikel aan tekenen tewijden. Dat riekt naar het verleden waarin het tekenen sterk werd gescheiden van hetontwerpen, ook organisatorisch. Alles wijst erop dat dit ingrijpend zal wijzigen. De moderneCAD installaties voor professioneel technisch tekenwerk zullen de tekening een anderefunctie gaan geven. Nog meer dan voorheen zal een tekening de informatiedrager worden,maar dan een die een krachtige, centrale rol speelt.De stroom van de informatie in het algehele bouwproces zal er ingrijpend door veranderen.Ook wordt benadrukt dat het nieuwe grafische CAD/ instrumentarium een mediumvormt voor een optimale perceptie van het bouwproces. Wie slechts spreekt over 'tekenauto-matisering', verstaat niet dat een veel verder strekkend veranderingsproces in gang is gezet.Het eerder genoemde artikel van Pestman en de bijdrage van Petri over 'Tekenen met decomputer' laten ons hierover niet in het onzekere.Cement XXXV (1983) nr. 10 6267Opgaven van een in Engeland afgenomentoets voor jonge ingenieurs waarbijmomenten- en dwarskrachtenlijnenmoesten worden geschetst. Het vermogenom het gedrag van constructies kwalitatiefweer te geven bleek geringSimulaties en systemenWe noemden reeds het belang van simulaties ten behoeve van het bouwproces. Een van detoepassingen betreft het uitvoeren van grote werken. In operationele zaken is er sprake vanmenselijk ingrijpen op complexe systemen. Om die interacties goed te beheersen is erbehoefte aan adequate modellen om zulke processen te onderzoeken. Naast simulatieswijzen we ook op het groter wordende belang van de kennis van signalen en systemen. Datblijkt onder andere als de ontwerper te maken heeft met wind en golven, zoals bij offshore enandere grote waterbouwkundige werken is gebleken. En meer in het algemeen heeft deingenieur kennis nodig van de dynamica van systemen. Zo'n kennis moet op een technischeleest zijn geschoeid. In multi-diciplinair opererende teams is het noodzakelijk dezelfde taalte spreken. En de civielingenieur werkt steeds meer samen met werktuigbouwkundigen,elektro-technici, natuurkundigen, of meer algemeen gezegd, met meet- en regeltechnici.Iets over opleidingMen kan zich afvragen wat de informatica-ontwikkeling inhoudt voor het technisch onder-wijs. Dan bedoelen we niet hoe de computer een onderwijsmiddel kan zijn, waarvan Vermijteen voorbeeld geeft in zijn artikel 'De computer als examinator', maar we beperken ons tothet gebruik van de computer bij technische problemen. Wat betekent de moderne micro-elektronica daarvoor?Met het groeiend gebruik van microcomputers zal er in toenemende mate sprake zijn van'personal computing'. De eigen microcomputer wordt een deel van de persoonlijke inge-nieursuitrusting. Ook voor technisch-wetenschappelijk werk nemen de mogelijkheden sneltoe. De opleiding moet nu beginnen daarop te anticiperen. De instroom van 1983 komt op zijnvroegst in 1987 op de markt. Vier jaar is in computertermen een generatie! In 1987 zal demicrocomputer wijd verbreid zijn, en de internationale collega's zullen er intensief meehebben leren omgaan. Ook de opleiding in Nederland zou daarop gericht moeten zijn.Is de jonge ingenieur defect?We moeten in dit verband wel een vraag onder ogen zien. Ontwikkelt de huidige generatiezich niet te sterk in analytische richting, ten koste van het vermogen om scheppend bezig tezijn? Bekwaamt men zich niet zo sterk in rekenen dat de zin voor creativiteit verschraalt?Deze bezorgdheid is weliswaar niet nieuw, maar hij neemt ook bepaald niet af, en zal serieusmoeten worden genomen. Het eenzijdige van rekenen wordt overigens krachtig doorbrokendoordat de grafische mogelijkheden het aspect van visualiseren weer sterk bevorderen. Zouniet veel gewonnen zijn door hiervoor een belangrijke plaats in te ruimen in de opleiding?Dezelfde vraag over eenzijdige ontwikkeling hoor je wel opperen ten aanzien van toegepastemechanica. De jonge ingenieur zou alles weten over matrices, transformaties en wat daar-mee annex is, maar verstaat hij wat hij doet? En kan hij nog wel schatten? Inderdaad vrees jedaar wel eens voor als alle9cijfers van de zakrekenmachine-uitkomsttrouwworden opgeno-men in een rapportage. Is de jonge ingenieur eigenlijk niet defect? Er wordt ook zorguitgesproken over zijn elementair begrip van het basisgedrag van constructies. We zijn het erallen over eens dat men een constructie eerst kwalitatief moeten beheersen voor men zich ingrote rekenpartijen moet storten. Aan deze stelling willen we best lippendienst bewijzen.Maar hoe is de werkelijkheid? Enkele jaren geleden is in Engeland getoetst of gevorderdestudenten en jonge ingenieurs kwalitatief inzicht hebben. Figuur 7 toont een opgave voor hetschetsen van de momenten-en dwarskrachten lijn. Het resultaat viel echt niet mee.Het is juist de kracht van de persoonlijke microcomputer dat hij zulke goede beeldfaciliteitenheeft. Laten we daar profijt van trekken, en zo vroeg in de opleiding als het kan. Onze HTS-enen TH's zitten te schreeuwen om een groot aantal micro's per afdeling of richting. Foto 8geeft een voorbeeld van zulk onderwijs, zoals dat op de afdeling Civiele Techniek in heteerste jaar bij Toegepaste Mechanica wordt verzorgd. Je zou elke student zoveel opdrachtenwillen geven, dat hij een gevoel opbouwt voor wat er wijzigt in momentenlijnen en dwars-krachtenlijnen als essenti?le parameters in de constructie worden gevarieerd. Met de per-soonlijke micro moet dat intensief mogelijk zijn.ConclusieHet brede gebruik van computerhulpmiddelen en daarop ge?nte werkmethoden in hetbouwproces honoreren we het beste door te spreken over informatica in de bouw. Dezeinformatica is nog voortdurend in ontwikkeling en zal in toenemende mate ingang vinden,ook bij een blijvend kleiner bouwvolume. Grote stimulansen gaan uit van de microcomputeren van de als maar groeiende grafische mogelijkheden. Beeldscherm, plotter en databasezullen de informatiestroom in het bouwproces ingrijpend be?nvloeden. Het proces dat weontwerpen noemen, zal de nieuwe mogelijkheden intensief benutten en de tekening krijgteen andere functie. Dit laat ook de opleiding van ingenieurs niet ongemoeid.8Demonstratie met een microcomputer in heteerste jaars college Toegepaste Mechanicaop de afdeling Civiele Techniek, TH-DelftCement XXXV (1983) nr. 10 627