Geen bloed, geen zweet, maar robots

Auteur: Wessel van Beerendonk, architect en co-founder Studio RAP (Robotics, Architecture & Production)
 

In de hedendaagse architectuur is free-form geometrie steeds vaker onderdeel van het architectonische ontwerp. Hoewel het ontwerp tegenwoordig eenvoudig in CAD-software beschreven kan worden, levert de vertaling naar een bouw- en kostentechnisch realistisch voorstel de nodige problemen op. Dit wordt mede veroorzaakt doordat tijdens het ontwerpproces er onvoldoende rekening wordt gehouden met beperkingen van het materiaal en het bijbehorende productieproces. Dit leidt ertoe dat tijdens de realisatie van dergelijke ontwerpen concessies en simplificaties gedaan dienen te worden ten opzichte van het initiële ontwerp.
 

Industriële robotarmen

Industriële robotarmen worden al decennia lang grootschalig ingezet in seriële massaproductie. De automotive-industrie is hiervan een onmiskenbaar voorbeeld. Door de grote productieaantallen kan een minimale besparing op de productietijd of de hoeveelheid materiaal enorme besparingen opleveren. Omdat een architectonisch ontwerp veelal uit verschillende, kleine hoeveelheden producten gemaakt wordt, was het optimaliseren van dit proces van minder belang.
 

De opkomst van free-form geometrie binnen de architectuur is gepaard gegaan met een behoefte naar mass-customization: grote hoeveelheden unieke bouwkundige onderdelen die nagenoeg identiek zijn door hun verschillen in vorm of configuratie. Productieprocessen die afgestemd zijn op seriële massaproductie zijn hier in de regel niet voor geschikt. Industriële robotarmen zijn, aangestuurd vanuit geavanceerde software, wel in staat om aan de lopende band verschillende handelingen uit te voeren. Deze multifunctionaliteit komt voort uit de mogelijkheid grote hoeveelheden unieke bewerkingen uit te voeren met een breed scala aan end-effectors. Hierbij hebben industriële robots de beschikking over zes graden van vrijheid waarmee de meest complexe vormen beschreven kunnen worden.

Deze eigenschappen maken computergestuurde robotische fabricagemethoden geschikt voor bouwprojecten met gelijksoortige maar unieke elementen. Hierbij is te denken aan het snijden en frezen van complexe bekistingen voor betonnen constructies of het produceren van een complexe gevel bestaande uit unieke elementen.

Digitaal bouwmeesterschap

Hedendaagse ontwikkelingen op het gebied van robotisering binnen het architectonische ontwerp- en bouwproces kunnen leiden tot een herdefiniëring van de architect. Een architect die zich deze innovaties eigen maakt en daardoor de eigenschappen van het maken als essentieel deel van het ontwerpproces ziet, zal in staat zijn een zekere esthetiek te vinden waarbij maakbaarheid, materiaal en expressiviteit van het ontwerp onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn. De modernisten van de twintigste eeuw ontleenden hun vormentaal aan de mogelijkheden die gestandaardiseerde industriële fabricageprocessen hun boden. Zo zouden de mogelijkheden geboden door industriële robots binnen het ontwerp- en bouwproces dat kunnen doen voor deze nieuwe architect.

Deze ontwikkelingen maken het mogelijk om seriematig niet-gestandaardiseerde en vrij gevormde bouwelementen te maken. Digitale ontwerpen, wanneer goed opgezet, kunnen direct vanuit hun virtuele CAD-omgeving omgezet worden naar productiedata voor de robot.

Om uiteindelijk tot zinvolle architectonische uitgangspunten te komen, dient de ontwerper op de hoogte te zijn van de hedendaagse productiemogelijkheden en deze in te zetten om de kwaliteit van het ontwerp en de realisatie te waarborgen. Op deze wijze vindt het architectonische ontwerp, van eventuele geometrisch complexe vormen, geen arbitraire toepassing meer doordat de geometrische eigenschappen gediend hebben als een van de leidende ontwerpparameters van het ontwerp. Door een continue terugkoppeling tussen materiaal, maakbaarheid en ontwerp kan dit bewerkstelligd worden.

Toepassingen

Studio RAP (Robotics, Architecture & Production) streeft ernaar deze rol van de nieuwe architect te ontwikkelen en zet zich als architectonische ontwerp- en fabricagestudio in om robot gestuurde productietechnieken in de bouw te implementeren.

Voor het 3TU Lighthouse project ondersteunde RAP de Technische Universiteit Eindhoven in het ontwerp en de fabricage van een topologisch geoptimaliseerd prototype in het materiaal beton. Het betrof een prototype, schaal 1:5, van een dubbel gekromde twee-verdiepingshoge gevel met bijbehorende verdiepingsvloer. Gedurende het proces was er een continue terugkoppeling tussen het constructief ontwerp en de maakbaarheid: de complexe geometrie van de bekisting zou met een zes-assige robotarm gefreesd worden. Het project laat de enorme vormvrijheid zien wanneer in een vroeg stadium nagedacht wordt over maakbaarheid.

Een illustratie van de toepassing van industriële robots op een architectonische schaal is het ontwerp van een indoor-kantoor voor het Rotterdams Havenbedrijf in het RDM Innovation Dock. Het ontwerp behelst honderdvijftig vierkante meter kantooroppervlak. Het project zal uitsluitend met industriële robots worden vervaardigd. In zulke projecten komt de schaal waarop deze machines kunnen acteren goed tot uiting. Het laat zien dat de technologie schaalbaar is naar die van de architectuur.

Dit is een mooi voorbeeld van onze werkwijze: vanuit de wisselwerking tussen ontwerp en maakbaarheid zinvolle architectonische uitgangspunten formuleren en zo komen tot vernieuwende, efficiënte en expressieve architectonische toepassingen.
 

Dit artikel is gepubliceerd in Stedebouw & Architectuur, thema Bouw & Zorg 2015, dat op 27 februari verschijnt. Met een lidmaatschap ontvangt u dit nummer op verschijningsdatum. Ook kunt u op die datum een digitaal exemplaar downloaden via onze bibliotheek.