UTILITEITSBOUW INFORMATICACAD/CAM SYSTEEM VOORPREFAB BETONNEN HALLENir.R.H.Wiltjer*, ir.A.J.Strijker en prof.ir.A.J.Hogeslag, TU Delft, faculteit der Civiele Techniek, vakgroepMechanica en Constructies, sectie BetonconstractiesVanaf 1984 wordt bij TNO- te Rijswijk gewerkt aan de ontwikkeling van eensysteem waarmee zowel het ontwerp als een deel van de produktie van prefabbetonnen bedrijfshallen wordt geautomatiseerd.Met het programmapakket genaamd CAPRI kan een ontwerp binnen de gestelderandvoorwaarden worden geoptimaliseerd, gebruik makend van standaard detailsen elementen. De uitgangspunten en bereikte resultaten worden toegelicht.et gebruik van computers bijhet werk van ontwerpers enconstructeurs is geen bijzon-derheid meer. Computer-Aided Designen Computer-Aided Manufacturingzijn oorspronkelijke verzamelnamenvoor toepassingen van automatische in-formatieverwerking bij het ontwerpenen de fabricage van een produkt. DeCAD/ ontwikkelingen vorderenin diverse industrietakken met grotesnelheid. In de civiele techniek echter isde aard van het gebruik van computersnog steeds zodanig dat van echt dimens-ioneren en optimaliseren, ontwerpendus, nog geen sprake is. De beschikbareprogramma's hebben meestal het ka-rakter van een controleberekening enzijn geschikt voor het verrichten van pa-rametrische studies. Met name in derichting van de betonconstracties heefthet computer ondersteund ontwerpen(CAD) nog geen aanvang genomen. Ditis waarschijnlijk ook de reden dat in de-ze tak van de techniek het begip CADlangzamerhand de betekenis krijgt vanComputer Aided Drafting, het tekenenmet behulp van de computer.* Tij dens het afstuderen aan de TU Delft zijn deauteurs AJ.Strijker en R.H.Wiltjer bij het hierbesproken ontwikkelingsproject van TNO-IBBC werkzaam geweest, waarmee zijir.M.EA.Derkink en ir.HJ.Oogink opvolgden,die de aanzet tot het programmapakket hebbengemaakt. De begeleiding was in handen vanprof.dr.ir.J.Blaauwendraad, prof.ir.A.J.Hoge-slag en ing.J.P.Straman van de TU Delft enir.S.E. van Manen en irAJ.Wubs van IBBC, af-deling Betonconstructies.ir AJ.Strijker is thans werkzaam bij de TUDelft, faculteit der Civiele Techniek, vakgroepMechanica en Constructies.ir.R.H.Wiltjer is werkzaam bij adviesbureauD3BN Den Haag en de TU Delft, faculteit derCiviele Techniek, vakgroep Mechanica enConstructies.In dit artikel heeft CAD/CAM nogsteeds de betekenis die het oorspronke-lijk is toegedacht; zelfs kan de A gelezenworden als automated, dus geautomati-seerd ontwerpen en fabriceren met decomputer.Het is nog steeds twijfelachtig in hoe-verre deze technieken op korte termijnvan toepassing kunnen zijn bij het ont-werp van betonconstructies. Gezien hetgrote aantal variabelen in een ontwerpen de veelal kleine repetitiefactor lijkthet een onmogelijke en onrendabeleopgave een volledig ge?ntegreerd CAD/CAM systeem te ontwikkelen. Een uit-zondering hierop is de geprefabriceerdebetonconstructie. Door het toepassenvan prefab elementen met vaste afme-tingen en standaard oplossingen voorverbindingen en details, wordt het aan-tal mogelijkheden beperkt en kan eenoptimaal ontwerp worden bepaald. Ooklijken er CAM-mogelijkheden te liggenbij de produktie in een betonwarenfa-briek.Prefab beton voor bedrijfshallen(fig.1)Het zoeken naar een betonprodukt uitde bouwpraktijk waarbij automatise-ring voor de hand ligt, heeft geresul-teerd in een CAD systeem voor bedrij fs-hallen. De constructie van de hal bestaatuit standaard elementen en vertoont eengrote regelmatigheid. Een ander aspectdat heeft meegespeeld is dat de opbouwvan een hal niet typisch bedrijfsgebon-den is.Bij het ontwerp en de fabricage ervanworden tot nu toe nauwelijks compu-ters gebruikt, zodat geen rekening be-hoefde te worden gehouden met be-staande programma's.Het ontwikkelde CAD/CAM pro-gramma, CAPRI/1, heeft betrekking ophet ontwerpen van geprefabriceerdehalconstructies, met of zonder tussen-verdieping, inclusief begane-grond enfundering. De stabiliteit van de halwordt verzorgd door (verend) inge-klemde kolommen. Bij de opbouw vanhet dak kunnen eventueel gordingen enonderslagbalken worden gebruikt. Voorde verbinding van de kolommen met defundering zijn er twee mogelijkheden:via diepe inkassingen en door middelvan stekeinden.Er kan zowel op staal als op palen wor-den gefundeerd. De begane-grondvloerkan vrij dragen op palen of op staal ge-fundeerd worden. Door het eventueeltoepassen van een kolomplaat wordt devrijdragende vloer verdeeld in een vlak-ke plaatvloer en een paddestoelvloer.Door alle typen en onderlinge afstandente combineren zijn honderden varian-ten voor een hal van bepaalde afmetin-gen mogelijk. In de praktijk ontwerptmen op ervaring en zullen slechts enkelealternatieven worden onderzocht.Met het CAD-systeem worden automa-tisch veel meer alternatieven onder-zocht en dat kan verrassende resultatenopleveren. Een voorbeeld is het goeduitnutten van de fundering, hetgeenkan leiden tot andere spantafstandendan de gebruikelijke. Ook kunnen bijeen grote afstand tussen fabriek enbouwplaats de transportkosten sterk af-nemen wanneer lichter wordt gebouwd.De standaard berekeningen en tekenin-gen worden uitgevoerd door de compu-ter, waardoor snel een goede en duide-lijke presentatie van de resultaten kanworden verzorgd. Een ander aspect vanhet systeem is het gestructureerd vast-leggen van bedrijfsgegevens. Door deopslag van gegevens van materialen enkosten en door de mogelijkheid dezeeenvoudig aan te passen, wordt een goe-de bedrijfsvoering mogelijk.H24 Cement 1988 nr. 3UTILITEITSBOUW INFORMATICAn uitgangspunt bij het project is ge-weest dat elke fabrikant van prefab ele-menten het CAD/ programmamoet kunnen gebruiken. Het systeembestaat derhalve uit een bedrij fsonaf-hankelijk programma en een databasewaarin bedrij fsafhankehjke informatieopgeslagen kan worden. Bij de ontwik-keling is dankbaar gebruik gemaakt vangegevens van ??n betonfabriek om dedatabase te vullen en wel van de gege-vens van Schokbeton te Zwijndrecht.Door re?le gegevens toe te passen inplaats van gefingeerde en door de be-staande kennis omtrent het ontwerp-proces van geprefabriceerde hallen,aanwezig in het bedrijfsleven, te gebrui-ken, kan de praktijk worden nagebootsten als toetssteen dienen.Proces- en gegevensanalyseOm tot een goed gestructureerd CAD-systeem te komen is begonnen met deanalyse van het bouwproces van prefabhallen. Deze analyse is uitgevoerd metbehulp van de beschrijvingsmethodiekIDEE Van deze, door TNO-IBBC inNederland ge?ntroduceerde methode,wordt met name het onderdeel ge-bruikt, waarmee het ontwerpproces kanworden beschreven in activiteitensche-ma's (IDEFO). In een IDEFO-diagramwordt een activiteit opgesplitst in deel-activiteiten, voorgesteld door 'boxen' ende data-interfaces tussen die activiteiten(de pijlen van en naar de boxen). De ana-lyse kan worden voortgezet tot het ge-wenste niveau van detaillering is be-reikt. Met behulp van deze techniek isde structuur van het bouwproces geana-lyseerd en is inzicht verkregen in de ver-schillende functies en datastromen. Ver-volgens is bepaald welke functies doorde computer overgenomen kunnenworden.De IDEF-analyse heeft de basis gelegdvoor een logisch, modulair opgezet pro-gramma-pakket. Het totale proces isverdeeld in een aantal modules, afzon-derlijk werkende programma-onder-delen, die de benodigde informatie le-zen uit data-files en/of via het beeld-scherm vragen aan de gebruiker. Na deverwerking van deze gegevens wordende resultaten weer weggeschreven inandere data-files.Uit de proces-analyse bhjkt dat de be-nodigde gegevens verdeeld kunnenworden in vier groepen. Elke groep ver-eist een verschillende aanpak met be-trekking tot de opslag en het onder-houd. Onderscheid wordt gemaakt in:Voorschriftafhankelijke informatieDeze gegevens hebben betrekking opvoorschriften zoals de VB 1974/1984 ende TGB 1972. Voorbeelden zijn b?ton-dekkingen, windbelasting en materiaal-gegevens.Constructeursafliankelijke informatieDit zijn uitgangspunten die de con-structeur bij zijn berekeningen hanteert.Voorbeelden zijn veiligheidsco?ffici?n-ten voor de fundering, minimale enmaximale paalafstanden en voorkeurs-hoogten voor de vloer.Projectafhankelijke informatieDeze zijn specifiek voor elk project enhebben betrekking op de wensen en ei-sen van de opdrachtgever. Bij elk proj eetmoeten deze herzien worden; het is der-halve van belang dat al deze informatieop het scherm verschijnt en dat een be-vestiging gevraagd wordt. Voorbeeldenzijn de minimale afmetingen van de hal,de grondgesteldheid en de plaats van dehal.Bedrijfsafhankelijke informatieDit zijn de beschrijvingen van de prefabelementen en de kostengegevens die hetbetreffende bedrijf hanteert. Met namede kostengegevens vragen een regelma-tig onderhoud en zullen ongeveer eensper maand herzien moeten wordendoor de operator/constructeur.Werking van het programmaUit de IDEF-beschrijving volgt een lo-gische indeling in modules. Het ont-werpproces wordt doorlopen door eenaantal modules van het programma-pakket af te werken (fig. 2). Met behulpvan het moduul INVOER worden deprojectgegevens vastgelegd, zoals de af-metingen van de gewenste hal, degrondgesteldheid van de bouwplaats eneventuele voorkeuren bintien de con-structie. Hierna kan het grote ontwerp-en rekenprogramma gestart worden,waarin alle alternatieven voor de hal-constructies globaal berekend en be-groot worden. Na een evaluatie met be-hulp van de computer kan een keuze ge-maakt worden en wordt een definitieveberekening gestart. Ook worden teke-ningen automatisch gegenereerd (fig. 3).Een aantal modules betreft het beheervan de bedrijfs-, de voorschrift- en deconstructeursafhankelijke informatie.Vooral de eerste groep vereist een goedonderhoud, denk aan de kostengege-vens. Figuur 5 geeft een overzicht van demodulus en data-files en toont daarmeede werking van het systeem.Conclusies en aanbevelingenHet systeem is nog niet volmaakt en af-gerond, maar wel zijn alle relevanteaspecten aan de orde geweest. Met hetprogramma-pakket, dat in de praktijkonder de naam CAPRI bekend zal wor-den, kan op een bevredigende wijzeworden gewerkt.Een toepassing als deze, dus ComputerAutomated Design, is nu nog uniek. Hetbijna volledig uitvoeren van het ont-werp met behulp van de computer is nuslechts in zeer weinig gevallen mogelijk;te vaak zijn er zoveel ontwerpvariabelendat standaard oplossingen niet meervoorhanden zijn. Vanzelfsprekend is hetniet rendabel elke variant te automati-seren. Ook zijn de eisen en wensen vande opdrachtgever vaak zo complex dathet ontwerp een handberekening nood-zakelijk maakt. Hierbij kan worden ge-dacht aan extra openingen, sparingen ofvoorzieningen. Derhalve blijft hetCAD/CAM-gebruik nog in de sfeer vaneen hulpmiddel bij het ontwerp. Deconstructeur blijft zelfhef ontwerp be-palen en kan de hulp van de computerinroepen bij het maken van een bereke-ning. Een echte optimalisering blijft inbijna alle gevallen achterwege.Toch is de CAD/CAM-toepassing waardit artikel over handelt, het ontwerpvoor prefab bedrijfshallen, wel erg zin-vol, evenals voor andere bouwprojectenwaarbij standaard elementen en detailsbruikbaar zijn. Een fabrikant kan im-mers tegen een zeer scherpe prijs zeersnel een produkt leveren, dat in een con-currentiestrijd met de handmatig ont-wikkelde hal vrijwel zeker beter tevoor-schijn komt. Voor de opdrachtgever kanhet daarom aantrekkelijk zijn een CA-PRI-hal te verkiezen boven een hal,waarbij enkele relatief kleine afwijkin-gen een groot prijsverschil kunnen ver-oorzaken.In tegenstelling met dit ontwikkelings-project, waarbij de bestaande ontwerp-en berekeningswijzen geautomatiseerdzijn, zal ook de bouw- en rekentechniekzich aanpassen aan de nieuwe ontwik-kelingen. Door de invoering van auto-matisering zal gestreefd worden naarstandaardisatie en uniformiteit. Bij toe-passing van standaard verbindingen enafmetingen van onderdelen komt eengeautomatiseerd ontwerp steeds meervoor de hand te liggen.Daarom mag worden verwacht dat in detoekomst dergelijke CAD/ syste-men voor meer objecten zullen wordenontwikkeld.Cement 1988 nr. 3 27