themaComplex wordt standaard8200818themaComplexwordt standaardAan de prestaties van gebouwen worden steedshogere eisen gesteld, terwijl de realisatie steedsgoedkoper moet. Bovendien willen ontwerperssteeds meer ontwerpvrijheid. De vraag die we onsmoeten stellen is of de meerwaarde van complexevormen opweegt tegen de meerkosten. Hetantwoord ligt in de verdergaande automatiseringen optimalisering, niet alleen in het ontwerpen,maar ook in het bouwen.prof.dr.ir. Joop Paul MBAArup/TU Delft, fac. BouwkundeOntwikkelingen in de realisatie van vrije vormenComputers stellen ons in staat steeds sneller te werken en eenoptimale draagconstructie te ontwerpen. Met EEM-softwarekunnen we in een week uitrekenen waar we twintig jaargeleden nog een maand voor nodig hadden. Over vijf tot tienjaar zal het iemand die nog maar twee ? drie jaar van school is,hooguit twee dagen kosten. Verificatie kost ons dus straks nogminder tijd. Daardoor kunnen we in dezelfde tijd als nu veelmeer opties doorrekenen. We hoeven dan ook niet meer zoveelin standaard vormen en oplossingen te denken.Het beletsel is niet meer het rekenen, maar veeleer de uitvoe-ring, bijvoorbeeld van vlakken die dubbel krommen enwaarvan de kromming steeds wijzigt. Maar ook in de uitvoe-ring zijn ontwikkelingen waarneembaar. De voorbereidingComplex wordt standaard 82008 191verloopt nu al veelal automatisch en op de bouwplaats kunnenonderdelen eenvoudiger in elkaar worden gezet. Bovendien iser naarmate de complexiteit toeneemt veel vaker overleg tussenontwerpers en bouwers.Architect versus constructeurVroeger was de relatie tussen architect en constructeur lineair.De architect bedacht een vorm. De constructeur rekende hetuit en zei of het goed of fout was. De rollen veranderen echter.Bij een moeilijker ontwerp kan de architect ? en ook soms deconstructeur ? op voorhand niet inschatten wat eruit komt. Nade eerste schetsen wordt samen een soort constructieve vormgemaakt die gelijk is aan of lijkt op het eerste idee. Vervolgenswordt deze vorm uitgerekend en moet die wellicht enigszinsworden aangepast. Dat is een interactief proces, waar architecten constructeur samen uit moeten komen. De laatste jaren zienwe steeds vaker dat architect en constructeur de vorm in eensoort gezamenlijk model vastleggen. Beiden controleren huneigen randvoorwaarden, maar samen passen ze de vorm aanbinnen het model dat ze samen beheren.Nieuwe samenwerkingsvormenHet bouwproces start traditioneel bij een opdrachtgever,waarna een aantal ontwerpers de bouwopdracht van VO viaDO naar bestek brengt. Op dat moment is het ontwerp klaar enis er een grote berg tekeningen, berekeningen en tekst. Ditpakket wordt vervolgens aan een aannemer gegeven die nognooit heeft gezien wat het is, maar wel in zes, acht of twaalfweken moet doorrekenen wat het mag kosten. Terecht merkthij op dat als hij er eerder bij was betrokken, hij het veelgemakkelijker had kunnen maken. Bij complexe vormgevingmoeten we dus af van het traditionele bouwproces.1 CMA-CGM-gebouw in Marseille,ontworpen door Zaha Hadidfoto: Werner HuthmacherComplex wordt standaard8200820thema232 NURBS toegepast bij Station Arnhem3 Nieuwe ontwerp Station Arnhembron: UNStudio4 Automatiseringsgraad industrie?n5 Constructie van de Guangzhou TV Towerheeft 1600 knooppunten6 Knooppunt van de Guangzhou TV Towervakdiscipline meekijken en de beste optie bepalen. Samenbepalen we vervolgens de beste optie(s) binnen al die discipli-nes.We zijn inmiddels zover dat we modellen feilloos met anderedisciplines kunnen integreren. Voordat we gaan bouwen, wordter als het ware ??n keer proef gebouwd. Het grote voordeeldaarvan is dat we het project in het echt veel sneller kunnenrealiseren, met veel minder risico's. We weten zeker dat hetpast. Bovendien kunnen we mensen handig uitleggen en latenzien wat ze gaan bouwen. We kunnen er ook een soort spread-sheet aan vastkoppelen die aangeeft wanneer we wat gaanbouwen.Ook hoeven we niet alles meer zelf te doen. We moeten welnog bedenken hoe we bepaalde dingen gaan doen, maar decomputer doet het werk; 's nachts, in het weekend of tijdensonze vakanties. En we kunnen het uitrekenen zoals wij hetwillen. We kunnen bijvoorbeeld het lichtste dak uitrekenen,maar bijvoorbeeld ook bepalen of alle delen die op hoeken bijelkaar komen, binnen bepaalde toleranties liggen. Als tweedelen bijvoorbeeld onder een zeer scherpe hoek bij elkaarTegenwoordig wordt vaak gewerkt met Publiek Private Samen-werking (PPS). Hierbij is er ??n team, vanaf de eerste fase zittenaannemer, architect en ingenieurs aan ??n tafel en wordt devraag gesteld: wat kost het om dit te maken? Wat we nu veelzien, is dat bedrijven die iets kunnen maken zich koppelen aanbedrijven die iets kunnen uitrekenen en bedrijven die ietsruimtelijk kunnen ontwerpen. Als een team bieden ze vervol-gens dingen aan. Dit soort projecten kent veel minder risico'sen minder kosten.IntegratieVoor het vastleggen van architectonische en constructievevormen zien we vanaf de jaren zeventig een beweging van`handmatig, niet-digitaal' naar `automatisch, digitaal'. Aanvan-kelijk maakte de architect een fysiek model; de constructeurrekende eraan en maakte het net iets anders. Rond 2000konden complexe vormen worden gemaakt met NURBS(NonUniform Rational B-Splines). De gegevens moesten nogwel handmatig worden ingebracht, maar dit was wel een stapvooruit. Het was nu immers mogelijk dit soort vormen tetekenen en eraan te rekenen (fig. 2).Tegenwoordig kunnen we een vorm vastleggen in parameters.Daardoor kunnen we vlugger werken en allerlei modellen latengenereren. We kunnen dus veel sneller rekenen en heel veelopties naast elkaar leggen. En iedereen kan vanuit zijn eigenComplex wordt standaard 82008 2164 5komen, is het nauwelijks te lassen. Het gaat niet over techniek,maar over wat maakbaar is, tegen welke kosten en in welke tijd.In de toekomst krijgen we een architectonisch model, eenconstructief model, een klimaatmodel en een lichtmodel.Computers kunnen integrale keuzes maken. We kunnenbijvoorbeeld zeggen dat we opties willen hebben waarbij het z?licht is, waarbij het binnenklimaat bepaalde waardes heeft,waarin het z? sterk is en het er z? uitziet. Dat is in grote lijnende weg die ons werk opgaat: steeds meer automatisering, steedsmeer keuzes en steeds meer snelheid.Hetzelfde, maar toch andersIn verhouding tot de scheepsbouw, auto- en vliegtuigindustrie,is de seriegrootte in de bouw zeer klein (fig. 4). We hebbenmaar weinig geld om iets te ontwikkelen. Bovendien is de prijsper m3zeer laag. De drijfveer voor de vorm is niet functioneel,maar altijd expressief; weer een reden om er wat minder geld inte stoppen. De automatisering van het maken van de onderde-len is zeer hoog; het zijn meestal standaard onderdelen. Deautomatisering van de integratie, het in elkaar passen vandingen, is echter zeer laag; (bijna) alles gaat met de hand. Almet al niet zo'n boeiend perspectief voor mensen die willenwerken met een vrije vorm.Een oplossing is dat we delen gaan maken die bijna allemaalhetzelfde zijn, maar toch anders. De constructie van deGuangzhou TV Tower bijvoorbeeld kent 1600 knooppunten,allemaal verschillend (foto 5, fig. 6). Maar voor degenen die hetmoeten uitmeten, in elkaar zetten en lassen, zijn die knopenhetzelfde. De ene hoek is misschien net iets groter dan deandere, maar voor de lasser maakt dit niet uit. Deze knopenzijn dus niet minder duur of duurder dan een rechte knoop.Complex wordt standaard8200822thema-5-4-3-2-101234kostenfactorenarbeid-totaalRepetitie en standardisatie inprefabricage van onderdelenMet weinig handwerk in elkaarte zetten en te stellenTotaalcontinue- staalcontinue- prefabcontinue- werkkrommedelen -staalkrommedelen -prefabkrommedelen -werkrechtedelen -staalrechtedelen -prefabrechtedelen -werk7 89BetonDezelfde oplossing kunnen we ook toepassen voor staal+betonen voor beton. Voor de toren voor de Franse reder CMA-CGM(foto 1) is de oplossing voor alle kolommen hetzelfde. Dewapeningskorven zijn allemaal anders, want ze staan onder eenhoek en zijn op een andere manier afgesneden. Maar toch kanhij op een heel simpele manier in elkaar worden gezet. Inprefab beton kunnen we precies hetzelfde doen. In het ontwerpvoor de IB-Groep in Groningen staan alle 500 kolommenonder een andere hoek (fig. 9). Voor het aanvankelijke ontwerpzouden heel veel mallen nodig zijn. Toen werd voorgesteld omalle hoeken 1, 2, 3 of 4 graden te maken, zodat er nog maar viermallen nodig waren om alles te maken. Een interessante oplos-sing waarmee ook veel tijd en geld werd bespaard.Afweging alternatievenEen vorm is grofweg op twee manieren te maken:1 als continu oppervlakde kromming is elke keer anders; waar we hem ook doorsnij-den, we krijgen telkens een andere vorm;2 als lijnstructuurdaarbij bestaan twee soorten van lijnstructuur: delen dierecht zijn en waarbij de vormverandering in de knooppuntenligt, of waar de knooppunten recht zijn en de delen krom.Bovendien is zagen, snijden en boren met behulp van CNC(Computerized Numerical Control) te automatiseren. Ook hetlassen kan automatisch.StaalVoor stalen constructies zouden we de volgende strategiekunnen toepassen. Voor de draagconstructie moeten we eensoort basisvorm hebben waarvan we kunnen uitgaan dat diebetrouwbaar is. Dat kan een vorm zijn die we later wijzigen,zoals in het voorbeeld van de Guangzhou TV Tower. Hier iseen soort basistoren, in een paar stapjes omgevormd tot deuiteindelijke toren, terwijl de basis ? het aantal knooppunten,het aantal ringen, het aantal diagonalen ? hetzelfde blijft. Debasisintegriteit wijzigt in principe niet, hooguit is hij construc-tief wat minder gunstig.Het is ook mogelijk in een aantal stappen de basisvorm juistgunstiger te maken en daarmee de toren dus met minder staalte bouwen. Dat vraagt om delen die weliswaar anders zijn,maar niet voor de mensen die ze moeten maken. Om 1600knooppunten vast te leggen is maar ??n tekening nodig!Complex wordt standaard 2311107 World Business Centre, Busanbron: UNStudio8 Kostenfactoren arbeid9 Oplossing voor de IB-Groep in Groningen waar-bij alle kolommen onder een andere hoek staan10 Een enorme klus: Vlechten van wapening in denieuwbouw voor de Ecole PolytechniqueF?derale de Lausanne11 De toekomst is wellicht een flexibele malStaal kan de volgende stap al zetten. De knooppunten van deGuangzhou TV Tower, die nu nog met de hand in elkaarworden gelast, kunnen technisch al met een computer wordengemaakt, die alle stukjes afsnijdt en ze aan elkaar last.Maar welke bouwmethode, beton of staal, scoort momenteelhet beste? In feite zijn ze onvergelijkbaar. Rechte delen in staalzijn het eenvoudigst te realiseren. Maar hoe eenvoudig zettenwe de delen in elkaar? En een gebouw in staal uit ??n vlak komtniet voor, of het moet een cruiseschip zijn. Staal dubbelkrommen en dan nog lassen, is ook erg moeilijk. Maar krommeprefab delen daarentegen zal ik waarschijnlijk nooit gaan zien.ConclusieDe volgende conclusies kunnen worden getrokken:? technisch is alles mogelijk;? verdergaande automatisering geeft iedereen meer ontwerp-vrijheid, want iedereen kan meer opties bekijken;? automatisering zal de kostprijs op de bouwplaats verderverlagen;? automatisering maakt dat de gebouwprestaties beter kunnenworden ingeschat, waardoor we nog meer `op het randje'kunnen gaan zitten;? rechte constructieprincipes hebben de meeste mogelijkhe-den; staal kent daarin de minste beperkingen, maar beton ishierin zeker niet kansloos. De vraag is telkens: wat is in welke situatie het handigst? Bijhet eerste hebben we het voordeel dat we een gevel kunnenmaken die vlak is. Bij de tweede hebben we altijd eendubbele kromming in de geveldelen; de gevel is dus altijdduurder.Voor staal en beton en komen alle genoemde vormen voor, metuizondering van de oplossing `kromme delen' voor prefabbeton. Misschien is dat wel logisch want voor kromme delenzou voor elk onderdeel een aparte mal nodig zijn.Bij de afweging `beton of staal' spelen veel aspecten een rol: degebouwprestaties, de bouwsnelheid, de kosten, tegenwoordigook de duurzaamheid, en risico's. Laten we ons beperken tot dekosten (fig 8). We willen een minimum aan materiaal, zoveelmogelijk prestaties en daarbij zo min mogelijk menselijkearbeid in het proces. We willen dus repetitie cre?ren in deprefabricage van delen die we op de bouwplaats samenvoegen.Voor het in elkaar zetten moet weinig handwerk nodig zijn.Bij beton gaat het in relatie tot vrije vormen om twee parame-ters: wapening en bekisting. Wat betreft de mallen hangt hetervan af hoe snel deze in elkaar kunnen worden gezet en hoevaak deze kunnen worden gebruikt. Geheel uitgetimmerdemallen kosten enorm veel geld. Soms zijn delen herbruikbaar,of met een inlay van piepschuim te maken. De toekomst iswellicht een flexibele mal (fig. 11). Hieraan wordt echter al heellang gewerkt.De wapening voor de nieuwbouw voor de Ecole PolytechniqueF?derale de Lausanne (foto 10) moet voor een deel staafje voorstaafje met de hand worden uitgelegd. Het zou een enormedoorbraak zijn als een vlechtcentrale delen zou kunnen leverendie we op de bouwplaats in elkaar zouden kunnen voegen. Hetis er nog niet, maar wellicht zijn er mensen die dergelijke inves-teringen aan durven; dan is realisatie weer een stap dichterbijgekomen. Het levert echter vooralsnog te weinig geld op. LiterAtuurPaul, prof.dr.ir. J.C., Cement-lezing:Beleving! Cement 2006, nr 3