Digital Design & File-to-Factory

tekst_afbeeldingen_01.indd 1 21/03/2006 11:16:25

�

provinciale hogeschool limburg

departement architectuur en beeldende kunst

universitaire campus gebouw E

3590 diepenbeek

academiejaar �005-�006

seminarie bouwtechnisch concept

digitaal ontwerpen & file-to-factory

scriptie wout sorgeloos

promotor maria leus


3digitaal ontwerpen & file-to-factory[rc1]


INLEIDING 9DEEL I: Evolutie van onze maatschappij en de plaats van organische architectuur hierin 17DEEL II: Wat is file-to-factory? 331. Geschiedenis van een scheiding 36

�. Architect als digital master builder 38

3. Het digitaal continuüm 40

4. Uitdagingen 44

DEEL III: File 531. Digitaal mee-denken aan een digitaal model in een digitale ontwerpomgeving 56

�. Topologie van digitale ontwerpelementen 58

�.1. Non-euclidische geometrie 58

�.�. NURBS 61

�.3. Parameters 6�

2.4. Dynamics en krachtvelden 65

�.5. Datascapes 7�

2.6. Metamorfose 76

�.7. Genetica 81

2.8. Performatieve architectuur 8�

3. Parametrisch ontwerpen als methode 87

4. Rapid prototyping en de integratie in het ontwerpproces 89

5. Metadata 93

6. Centrale dataopslag (�4u/netwerk bureau) 95

7. Juridische aspecten 96

DEEL IV: To factory 1011. Mass-customization 104

�. Digitale productie 105

2.1. 2D-fabricatie 106

�.1.1. Plasma-boogsnijden 109

�.1.�. Waterstraalsnijden 11�

�.1.3. Lasersnijden 114

2.2. Subtractieve fabricatie 116

2.3. Additieve fabricatie 118

2.4. Formatieve fabricatie 119


3. CNC 119

4. Een nieuwe materialiteit 1�0

DEEL V: To building site 1331. Assemblage 136

�. RFID 138

DEEL VI: Case studies 143HESSING COCKPIT 1451. ONL [Oosterhuis_Lénárd], een korte introductie 155

2. Projectfiche 157

3. Projectomschrijving 157

4. Parametrisch concept 158

5. Uitwerking met behulp van scripting 159

6. Realisatie 16�

7. Materiaalgebruik 163

8. Conclusie 163

MANNEKE PI° 167PROJECT 1: Cultuurcentrum Brussel 173PROJECT 2: Koenigsegg-showroom Antwerpen 179NAWOORD 187DANKWOORD 193BIJLAGEN 197BIBLIOGRAFIE 205BRONVERMELDING VAN DE FOTO’S 209


9INLEIDING


11“I live in a Google World but I work in a Pre-Google One.” […] “I work in a Pre-Google World – but not for much longer.”�

Welkom in het digitale tijdperk! Ik stel het misschien op een ietwat cynische wijze,

maar uiteindelijk komt het hier allemaal op neer. We leven in het digitale tijdperk en zij

die er nog niet aan gewend zijn beginnen hier maar beter aan. Meer dan ooit worden

ons professionele en dagelijkse leven overheerst door de 0 en de 1. Een periode van

slechts 30 jaar, is de tijd die technologie nodig gehad heeft om bijna alle aspecten van

onze maatschappij te transformeren in digitaal gestuurde processen.

De nieuwe digitale ontwerpinstrumenten hebben zich in hoog tempo geïntegreerd in

de bouwwereld, maar hun leeftijd en volwassenheid vervallen in het niets wanneer

we ze naast de klassieke instrumenten plaatsen waarmee architecten en aannemers

gedurende vele eeuwen gebouwen ontworpen, getekend en uitgevoerd hebben. Daar

1 Begin en einde van het artikel “I live in a Google World but I work in a Pre-Google One”, AECbytes Viewpoint, nr. 16, 21 juli 2005 (geraadpleegd op 22 februari 2006 op http://www.aecbytes.com/viewpoint/2005/issue_�6.html)


1�

komt nog eens bij dat ontwerpers tijd nodig hebben om het maximum uit deze nieuwe

instrumenten te kunnen halen, zowel wat rendement als wat creativiteit betreft.

Lezen en denken over organische architectuur en hoe dit te ontwerpen en te construeren

blijft voor velen een abstracte aangelegenheid. Het is zeer moeilijk afstand te nemen

van de denkpatronen waarin we vastgeroest zitten, net zoals het moeilijk is je zaken

voor te stellen die nog onbekend zijn.

Om jonge ontwerpers hierbij een handje te helpen en een overzicht te geven van het

rijke gamma aan nieuwe mogelijkheden, lijkt het mij interessant om de situatie van

vandaag te schetsen en dit af te wisselen met een, vaak persoonlijk getinte, blik op de

toekomst.

Het experimentele stadium waarin de digitale technieken zich bevinden, wordt reeds in

de titel gesuggereerd door deze te voorzien van het cryptische aanhangsel RC1.

De betekenis hiervan is meerledig.

RC, de afkorting van release candidate, neemt de voorlaatste plaats in in de reeks

pre-alpha, alpha, beta, release candidate en gold/general availability release. Deze

reeks bestaat uit begrippen die men in de wereld van de informatica gebruikt om aan

te duiden in welk ontwikkelingsstadium een bepaald softwarepakket zich bevindt. Na

een of meerdere release candidates gelanceerd te hebben, is een pakket klaar om op

de markt gebracht te worden. De ontwikkeling van het pakket in zijn ‘definitieve’ versie

gaat echter door. Het resultaat daarvan zal later verschijnen in een tweede versie,

gevolgd door een derde, enz. Door de titel van mijn scriptie van dergelijke aanduiding

te voorzien, leg ik meteen de link naar het digitale karakter van de materie waarover

ik schrijf. Bovendien geef ik hiermee het prille stadium aan waarin de technieken en

processen die ik behandel, zich bevinden. Gezien het premature karakter van dit

onderwerp voeg ik aan deze scriptie een uiterste houdbaarheidsdatum toe van �4

maart �007.

Een ander aspect dat ontegensprekelijk verbonden is met de evolutie van deze

maatschappij, is de manier van informatie vergaren. Daar waar we eeuwenlang onze

toevlucht hebben moeten zoeken tot gedrukte media om ons te documenteren, genieten

we nu van een meer dynamisch medium: het internet. Al vroeg in mijn zoektocht

naar informatie bleek dat er over digitaal ontwerpen, maar vooral over file-to-factory,

weinig gedrukte bronnen ter beschikking te zijn. Ik heb mijn toevlucht gezocht tot de

manier van informatie vergaren die ik al enkele jaren intensief gebruik om mijzelf alles

over computergrafiek en computers in het algemeen bij te brengen. Diverse fora en


13

nieuwsbrieven leveren mij informatie die up-to-date is tegen een snelheid die, wanneer

we die vergelijken met de snelheid waarop gedrukte bronnen beschikbaar worden,

nooit gezien is. Deze fora geven mij de mogelijkheid om rechtstreeks in contact te

komen met professionelen. Zij helpen me graag mee te zoeken naar een antwoord op

gerichte vragen. Met dit werkstuk wil ik in zekere mate bewijzen dat deze hedendaagse

manier van werken uitgegroeid is tot een volwaardige werkwijze. Hoe meer mensen er

in participeren, hoe uitgebreider, sneller en betrouwbaarder deze bronnen worden.

Het eerste deel van deze inleiding geeft al aan dat we in een periode terecht gekomen

zijn die uitpuilt van de veranderingen. Onze levenswijze wijzigt en hiermee ook ons

maatschappijbeeld. Deze concentratie in de tijd van veranderingen kan niet anders

dan invloed hebben op ons denken over en beoefenen van architectuur. Een beknopte

beschouwing hierover en een eerste kennismaking met een aantal pioniers vinden we

terug in het eerste hoofdstuk.

Een algemene introductie van wat file-to-factory kan zijn en welke gevolgen de

toepassing ervan heeft op het beroep van architect en de andere takken van de

bouwwereld, komen aan bod in het tweede hoofdstuk. Echter, om de lezer toch al

enige hoogte te geven van de inhoud van dit begrip, omschrijf ik het nu alvast kort

als een productieproces dat de mogelijkheid creëert om organische architectuur, die

vaak bestaat uit een groot aantal verschillende constructieonderdelen, toch op een

economisch haalbare wijze te realiseren.

Daarna wordt op een gestructureerde wijze dieper ingegaan op de aspecten van file-

to-factory door dit begrip op te splitsen in ‘File’ en ‘To factory’ en deze dan ook elk apart

te behandelen in een eigen hoofdstuk.

‘File’ beschrijft de basis van het hele proces, namelijk het allesomvattend 3D-model,

maar ook een aantal randaspecten. Zo geef ik in een overzicht aan welke de belangrijkste

softwarepakketten zijn die momenteel door professionelen gebruikt worden, zoom ik

in op de voornaamste digitale ontwerpinstrumenten die deze pakketen ter beschikking

stellen en bestudeer ik welke juridische gevolgen deze manier van werken met zich

kan meebrengen.

Om zo ruim mogelijk te kunnen denken is het noodzakelijk dat een ontwerper op

de hoogte is van welke productietechnieken hij allemaal ter beschikking heeft. De

belangrijkste technieken komen, samen met een nieuwe generatie van materialen die

hierbij gebruikt worden, aan bod in het hoofdstuk ‘To factory’.


14

Om het verhaal te vervolledigen leek het mij noodzakelijk om ook even in te gaan op

de assemblage en de extra aandachtspunten die deze vaak complexere werkwijze op

de werf met zich mee brengt. Dit gebeurt in een hoofdstuk dat toepasselijk ‘To building

site’ getiteld werd.

Het theoretische verhaal aanvullen gebeurt onder andere met een casestudy over de

Hessing Cockpit van ONL. Hierin behandel ik het concept en de werkwijze. Het is ook in

dit project dat Kas Oosterhuis voor het eerst uitpakt met de term file-to-factory.

Architect Bart Lens (Lensass°) heeft mij de mogelijkheid gegeven om samen met hem

Rapid Prototyping in de praktijk toe te passen. Afsluiten doe ik met een korte bespreking

van een tweetal projecten die ik tijdens mijn studieperiode ontworpen heb.


17DEEL I: Evolutie van onze

maatschappij en de plaats van organische architectuur hierin


19Vooraleer dit verder uit te diepen, lijkt het mij nuttig het kader te schetsen waarin

ik mijn onderwerp plaats. Mijn thesis is vrij technisch van aard. Hierdoor kunnen

aangehaalde technieken vaak in een veel ruimere context gebruikt worden dan deze

waarin ik ze zal behandelen. Ik kies bewust voor deze context – organische architectuur

– omdat de door mij besproken, specifieke ontwerpen constructietechnieken daarin

voorlopig het best tot uiting komen. Sterker, ze vormen vaak de ruggengraat van deze

architectuurstroming en een ver doorgedreven ontwikkeling ervan kan bepalend zijn

voor haar welslagen, een verandering van ons architectuurbeeld.

Wanneer men mij, in de periode waarin ik aan deze thesis aan het schrijven was,

vroeg waarover ik juist schreef, merkte ik dat het mij niet duidelijk was welke term

ik best hanteerde om aan te geven om welk ‘soort’ architectuur het ging. Ik ben

daarom op zoek gegaan naar welke termen allemaal uitdrukking kunnen geven aan

deze stroming. Uiteindelijk heb ik beslist om de benaming ‘organische architectuur’ te

gebruiken. Hiernaast vinden we ook nog aanleunende stromingen terug zoals blob,

elektronisch modernisme, fluïde architectuur, virtuele architectuur,… Deze stromingen


�0

omvatten alle kleine nuanceverschillen, maar de grenzen hiertussen zijn vaak erg vaag.

Het korte overzicht dat hierop volgt geeft enige duiding op dit gebied, maar is verre

van volledig.

‘Blob’ staat letterlijk voor Binary Large Object. De aanwezigheid van het woord ‘binair’

laat al onmiddellijk uitschijnen dat het om digitale data gaat. Een blob kunnen we

dan ook omschrijven als een voorwerp dat uit een grote hoeveelheid data bestaat.

In de wereld van de informatica slaat blob meestal terug op gegevens in de vorm

van video, afbeeldingen of geluid, omdat deze gegevenstypes veel data bevatten

in tegenstelling tot bijvoorbeeld een tekstbestand. Blobs die rechtstreeks bruikbaar

zijn als architectuurvorm gaan worden beschreven door procedural surfaces2. Eigen

aan dergelijke oppervlakken, in het geval van blobs, is, dat wanneer ze zich binnen

een bepaalde afstand van elkaar bevinden, ze met elkaar versmelten tot een nieuw

oppervlak. De grote hoeveelheid polygonen en de daarmee gepaard gaande rekenkracht

zijn twee factoren waardoor men deze toepassing ‘blob’ genoemd heeft.

De term wordt echter te pas en te onpas toegepast op alle futuristisch vormgegeven

architectuur. Doordat blob vaak enkel en alleen uitdrukking geeft aan een uiterst

sculpturale vormgeving, verafschuwen heel wat architecten deze term. Daar tegenover

staat wel dat Wes Jones3 de titel blobmeisters gebruikte om architecten te omschrijven

die de potenties van software als expressief medium onderzoeken.

Toyo Ito hanteerde de term elektronisch modernisme4 en wilde hierdoor een

onderscheid maken met het mechanisch modernisme. Met zijn eerste werk dat hij

onder deze noemer bouwde, de Mediatheek in Sendai, zette hij een nieuwe standaard

voor presentatie, gebruik makende van digitale media.

Fluïde architectuur5 beoogt een resultaat te zijn van vele processen en niet van een

of andere op voorhand vastgelegde stijl of esthetiek. Ontwerpen worden gedistilleerd

door een werkwijze die inzichten en voorstellen genereert, rekening houdend met de

eisen van elk project. Hierbij betracht men gebouwen aan te leveren die niet alleen

voldoen aan de noden van vandaag, maar die ook anticiperen op veranderingen in de

toekomst. Daardoor gaat men ontwerpen bekijken als een continu, evolutionair proces

� Een weergave van een oppervlak als wiskundige vergelijking, eerder dan een expliciete voorstelling3 Medeoprichter van jones, partners: architecture (Los Angeles)4 X, Essay. (geraadpleegd op 13 24 januari 2006 op http://www.aac.bartlett.ucl.ac.uk/ve/andreas/documents/Essay_application.html)5 X, “About fluid architecture”, Fluidoffice.com. (geraadpleegd op 14 maart �006 op http://www.fluidoffice.com/tikiwiki/tiki-index.php?page=Architecture)


001 - Vorming van een blob


002 - Gay Residence


003 - Toyo Ito - Sendai Madiatheque


004 - Banyan


�5

dat niet stopt bij de oplevering van een gebouw.

Virtuele architectuur werd drie jaar geleden door David Garcia uitvoerig beschreven in

zijn scriptie ‘Virtuele architectuur’. Het betreft een weinig zichtbare architectuur waarin

het grootste deel zich onttrekt aan het zicht van de gebruiker. De gebruikersinterface

van de ontwikkelde toepassingen staat centraal.

Een sluitende definitie geven voor organische architectuur is moeilijk. Daarom geef ik

vooraf een eigen interpretatie van dit begrip. Deze interpretatie steunt op kennis die

ik opgedaan heb tijdens zoektocht naar informatie, maar gaat eveneens af op mijn

eigen gevoel met deze materie. Het woordenboek omschrijft organisch als primair, niet

werkend met kunstmatige stoffen. Architectuur gaat echter over meer. Het gaat over

ruimtes, vormen, materialen, constructie,… vandaar dat organisch, wanneer het als

bijvoeglijk naamwoord samen met architectuur gebruikt wordt, ruimer geïnterpreteerd

moet worden. Bij organische architectuur gaat het om gebouwen, ruimtes en vormen

die groeien en niet puur rationeel (kunstmatig) opgezet zijn. Het meest pure voorbeeld

van deze vorm van architectuur vindt men terug in onze oerarchitectuur. Daar waar de

mens structuren die door de natuur ontworpen werden, zoals grotten, bladerdekken,…

ging gebruiken als beschutting, vindt men de eerste organische architectuur terug.

Later zal men zijn toevlucht zoeken tot rationeel bedachte bouwtechnieken en -

elementen. Rechte muren, rechte hoeken,… doen hun intrede in onze architectuur

en zullen in de vele eeuwen die daarop volgen ons architectuurbeeld overheersen.

Vooral vanuit economisch standpunt bleek dit al snel een zeer interessante bouwwijze

te zijn. Op deze manier creëren we echter al snel een leefomgeving die, vooral naar

vormentaal, maar ook naar beleving toe, loodrecht staat op de natuurlijke leefomgeving

van de mens, de natuur zelf.

We kunnen ons hierbij de vraag stellen hoe hard deze kunstmatige vormgeving bepalend

is voor onze rationele ontwikkeling. Het is namelijk gekend dat mensen steeds weer

beïnvloed worden door hun omgeving. Zowel visuele, auditieve als tactiele prikkels

– die, zoals soms wordt aangenomen, zich bij de gemiddelde mens ten opzichte van

elkaar verhouden als 60/30/10 – bepalen onze levenswijze en onze emoties, vaak

zonder dat we ons hiervan bewust zijn.

De door ons gebouwde omgeving speelt hierin dan ook een zeer belangrijke rol

omdat wij hiermee voortdurend in contact staan. Daar waar kubusachtige ruimtes

rationeel aandoen, zullen organische vormen en ruimtes vriendelijker en harmonischer


�6

overkomen. Ze staan vaak open voor een brede interpretatie, waardoor we er intuïtiever

mee kunnen omgaan. Dit zet zich vanzelfsprekend door in een andere ontwikkeling van

mens en cultuur.

In onze westerse wereld, maar door een aanhoudende globalisatie ook stilaan in de rest

van de wereld, heerst momenteel een cultuur waarin intellectueel en logisch denken in

toenemende mate de overhand krijgen. Wij zijn op een punt gekomen waar de hoek

van negentig graden lijkt te worden gebruikt alsof er geen andere mogelijkheden zijn.

Wanneer we naar de totale stroming van de organische architectuur kijken, merken we

dat er heel verschillende dingen gemaakt worden. Het was Rudolf Steiner6, een filosoof,

schrijver, pedagoog en architect van de antroposofische beweging, die bij de bouw van

zijn nieuw instituut, het Goetheanum in Dornach (voltooid in 19�3), resoluut koos voor

het organisch bouwen als uitgangspunt voor zijn instituut en dit net om de hierboven

aangehaalde reden dat een rechte hoek nefast zou kunnen zijn voor de gevoelswereld

van zijn gebruiker. In antroposofische gebouwen werden hoeken van negentig graden

vermeden en speciale kleurenschema’s bedacht om de gemoedstoestand van de

gebruiker in een zo harmonisch mogelijke staat te brengen. Bij Steiner zie je weer

vormen ontstaan waarin innerlijke processen en een levendig denken uitdrukking

vinden, daar waar in de moderne architectuur vaak slechts een logisch, rechtlijnig

denken tot uitdrukking komt.

Wanneer we ons verder begeven op de tijdlijn van de organische architectuur, komen

we bekende namen tegen zoals Frank Lloyd Whrigt, Louis Sullivan, Antoni Gaudi, Eero

Saarinen, Alvar Aalto, Hans Scharoun, Frank O’ Gehry,… Het zou mij te ver brengen

om op al deze figuren dieper in te gaan. Wat we wel kunnen vaststellen is dat het

steeds om eenlingen gaat die weinig navolging genieten. Organische architectuur was

tot enkele jaren terug blijkbaar het werkterrein van geniale, visionaire individuen, die

in dat specifieke gebied weten door te breken. Dit wordt nog eens versterkt door de

zorgwekkende kloof die zich in de loop der jaren gevormd heeft tussen gangbare en

organische architectuur.

Bovenstaande omschrijving van organische architectuur laat uitschijnen dat deze

6 PENNER J., “On the Form of the Goetheanum Building”. (Geraadpleegd op 13 maart 2006 op http://home.earthlink.net/~johnrpenner/Articles/GoetheanumPics.html)


005 - Goetheanum instituut006 - Goetheanum instituut


007 - Animated techniques: time and the technological acquiescence of animation


�9

praktijken slechts voor de happy few weggelegd zijn. Om dergelijke, vaak complexe

vormen op papier te krijgen moest je al gauw een tekenkundig genie zijn. Wanneer

je dan eindelijk je idee op papier had staan werd je al gauw geconfronteerd met

constructieve problemen waar standaardoplossingen geen soelaas meer bieden.

De voorbije twee decennia heeft onze maatschappij een drastische wending genomen

door de introductie van de pc. Zowel de individuele gebruiker als grote bedrijven

ondergaan veranderingen met een snelheid die nooit eerder werd gezien.

Nieuwe digitale media hebben onze architectuurpraktijk in een stroomversnelling

gebracht. De dagen van de T-lat en de geodriehoek, van blauwdrukken en

handgetekende perspectieven zijn geteld. Dankzij de duizelingwekkende evolutie

van 3D-software, schakelen jonge architecten over naar digitale denkprocessen en

ontwerpmethodes. Deze verandering heeft eveneens tot gevolg dat kennisnetwerken

gemakkelijker ontstaan, waardoor de mythe van de individualistische architect in zijn

ivoren toren niet lang meer overeind zal blijven. Uitwisselingen via de computer zorgen

voor meer vertrouwensvolle uitbestedingen aan ingenieurs en voor op verschillende

locaties gelegen, maar toch aan elkaar gelinkte architectuurbureaus, die vaak dankzij

het tijdsverschil uiteindelijk 24 uur onafgebroken kunnen werken.

Horlogefabrikant Swatch heeft, vanuit het gegeven dat cyberspace een non-stop wereld

is, een aantal jaar geleden de internettijd .beat geïntroduceerd. Tijdszones bestaan

hierin niet meer – het plannen van afspraken wordt hierdoor eenvoudiger – en een dag

bestaat uit 1000 .beats waardoor we in een decimaal stelsel terecht komen.

In deze digitale wereld treffen we een aantal nieuwe namen aan die een jong en

dynamisch tegenwicht kunnen bieden aan gevestigde namen zoals Gehry. Denk maar

aan Greg Lynn, Asymptote, MacDonald and Kolatan, William Mitchel, Gregory More,

Lars Spuybroek (NOX), Marcos Novak en Kas Oosterhuis.

Nu architecten over deze nieuwe middelen beschikken om architectuur te bedrijven,

duikt een nieuwe frustratie op. Ontwerp- en tekenkundig hebben we momenteel een

punt bereikt waar we alles kunnen wat binnen ons huidige denken7 mogelijk geacht

wordt. De frustratie moeten we momenteel zoeken in de constructiebranche. Traditie

en duurzaamheid zijn elementen waaraan dit vakgebied sterk vastgeroest zit. Het hoge

7 Ik gebruik ‘huidige denken’, want het is best mogelijk dat deze nieuwe ontwikkelingen ons denken weer zodanig gaan verruimen dat we voor we het beseffen weer nieuwe elementen in ontwerpen introduceren die tot een volgende revolutie zouden kunnen leiden.


30

kostenplaatje dat er vaak komt bij kijken, heeft tot gevolg dat het zeer moeilijk is

in dit gebied experimenteel tewerk te gaan. Hierdoor komen architecten dikwijls in

een vicieuze cirkel terecht. Een oogstrelende huid wordt vaak nog gedragen door een

traditionele draagconstructie, hetgeen deze architectuur vaak herleidt tot maquillage.

De inwendige kwaliteiten van deze ontwerpen beantwoorden hierdoor vaak niet aan

de uitwendige beloftes, hetgeen resulteert in een, in verhouding tot de architecturale

kwaliteit, hoog kostenplaatje.

Hierdoor worden cyberarchitecten vaak als onrealistische dromers bestempeld. Om dit

te doorprikken moeten zij zich optrekken aan architectenbureaus zoals ONL, FOA,…

Deze bureaus zetten als eerste de grote stap naar de constructie en zorgen daarmee

voor de belangrijke vervaging tussen digitaal en realiteit.


33DEEL II: Wat is file-to-factory?


35“Integrating computer-aided design with computer-aided fabrication and construction [...] fundamentally redefines the relationship between designing and producing. It eliminates many geometric constraints imposed by traditional drawing and production processes – making complex curved shapes much easier to handle, for example, and reducing dependence on standard, mass-produced components. [...] It bridges the gap between designing and producing that opened up when designers began to make drawings.”8

We kunnen file-to-factory eenvoudig omschrijven als het proces waarbij alle gegevens

die met het bouwproces te maken hebben, verzameld worden in een allesomvattend

3D-model dat beheerd wordt door de digital master builder. Deze gegevens worden zo

opgebouwd dat ze rechtstreeks door machines ingelezen kunnen worden om ze nadien

op een zo efficiënt mogelijke wijze om te zetten in productie.

8 MITCHELL W. en MCCULLOUGH M., Digital Design Media, New York, John Wiley & Sons, Inc., 1995, p. 440.


36

Deze manier van werken vergt een aantal veranderingen die doorgevoerd zullen moeten

worden in de hiërarchie van de bouwwereld en de rol die de architect hierin vervult.

Zo zal blijken dat de positie van de architect in het bouwproces in de loop der eeuwen

reeds enkele ontwikkelingen heeft doorgemaakt, net zoals zijn ontwerpinstrumenten in

de loop der tijd mee evolueerden.

De huidige generatie ontwerpinstrumenten zorgt ervoor dat alle stappen van het

ontwerpproces zich kunnen afspelen in een digitaal continuüm, met als belangrijkste

gevolg een reductie in de kans op fouten en een efficiëntere samenwerking.

1. Geschiedenis van een scheiding

Vitruvius, de bouwmeester van Julius Caesar en Augustus, onderscheidde in de

eerste eeuw voor Christus reeds drie aspecten aan architectuur: ‘utilitas’, ‘firmitas’

en ‘venustas’9. Utilitas staat voor de gebruiksaspecten: doelmatigheid, nuttigheid en

deugdelijkheid. Firmitas staat voor fysieke zaken als: duurzaamheid, vastheid, en

sterkte. En venustas staat voor bekoorlijkheid en uiterlijk schoon, dus de beleving.

Daaruit kunnen we afleiden dat architecten doorheen de eeuwen naast meesters in

ruimtelijkheid en organisatie, ook altijd geacht werden bouwers te zijn. De kennis

van bouwtechnieken was een belangrijk onderdeel van het beroep van architect. Een

architecturale vorm bedenken, betekende ook het overdenken van de constructie en

vice versa. Ontwerpinformatie was constructie-informatie – het ene impliceert hierbij

het andere.

De ‘master builders’, van de Griekse tekton10 tot de meestermetselaars van de

Middeleeuwen, hebben altijd aan het hoofd gestaan van alle aspecten van het

bouwen, gaande van het vormelijke tot de productietechnieken die in hun constructie

gebruikt werden. Zij hadden de centrale, meest invloedrijke positie in de productie

van gebouwen. Wanneer het materialenpalet uitgebreider en de constructietechnieken

gespecialiseerder werden, veranderden de middeleeuwse metselaars in master

builders (of architecten). Zij gingen meer en meer inspelen op de veranderingen die

de toenemende handelsmogelijkheden met zich meebrachten en probeerden deze te

9 VITRUVIUS, vertaald door Ton Peters, Handboek bouwkunde, Athenaeum – Polak & Van Gennep, Amsterdam, 199910 De oorsprong van het woord ‘architect’. Het Griekse woord ‘architekton’ bestaat uit ‘archi’ (eerste-, hoofd-) en ‘tekton’ (timmerman, handwerksman, scheepsbouwer, kunstenaar).


37

integreren in het complexer wordende bouwproces.

De traditie van de master builders heeft echter de culturele, sociale en economische

verschuivingen van de Renaissance niet overleefd. Architectuur werd gescheiden

van constructie, en door hun superieure intellectuele training gingen architecten en

kunstenaars zich onderscheiden (en afscheiden) van aannemers en vaklieden. Die

intellectuele elite zorgde voor de essentie van architectuur en niet meer voor de

praktische kennis van constructie.

Paradoxaal genoeg begon deze opsplitsing tussen architecten en bouwers in de late

Renaissance door het ontstaan van een van de meest gevierde uitvindingen op artistiek

vlak van die tijd: het gebruik van perspectiefweergave en orthografische tekeningen

als communicatiemedium over gebouwen. De middeleeuwse master builder maakte

zelden gebruik van maquettes en tekeningen om ontwerpen te testen en ideeën te

communiceren. Hij vertrouwde op directe verbale communicatie met de werklieden.

Dit vereiste een continue aanwezigheid op de werf, waardoor een vlotte uitwisseling

van informatie in elk stadium van de bouw plaatsvond. Door architecten echter op

een hoger niveau te plaatsen dan de bouwers ontstond de noodzaak om plannen te

introduceren op de werf om de communicatie naar de vaklieden toe te verzorgen.

Architecten moesten hierdoor niet langer continu op de werf aanwezig zijn.

De scheiding tussen architectuur en constructie nam een kritische sprong door de

oprichting in Frankrijk van de Ecole Polytechnique in 179511. Dit instituut vestigde

zich naast de reeds bestaande Ecole des Beaux-Arts waar tot voordien architecten en

ingenieurs samen een opleiding genoten.

In het midden van de 19e eeuw, werden de ‘tekeningen’ van vroegere periodes

‘contractuele documenten’. Samen met deze ontwikkeling verschenen professionele

aannemers en ingenieurs op het bouwtoneel. Relaties tussen architecten en de andere

partijen in het bouwproces werden contractueel bepaald, met een zo groot mogelijke

betrachting naar klaarheid in verantwoordelijkheid en potentiële aansprakelijkheid. De

gevolgen hiervan waren diepgaand. De relatie tussen architect (als ontwerper van het

gebouw) en de algemene aannemer (als uitvoerder van het ontwerp) werd grotendeels

een financiële aangelegenheid. Dit leidde tot een situatie die we tot op de dag van

vandaag kennen, waarbij het bouwproces voor een groot deel bestaat uit een uitermate

11 FRAMPTON K., Moderne architectuur. Een kritische geschiedenis, Roularta Books, Roeselare, 199�, p.39


38

juridisch en stijf vastgelegd proces. De rol van de architect op een werf veranderde

van de master builder die hij ooit geweest was naar de persoon die, in plaats van het

gebouw vorm te geven, zich bezighield met contractuele administratie. Veel architecten

koppelden zich volledig los van de kunst van het bouwen, gaven daarbij de macht die

zij ooit over het bouwproces hadden volledig op en plaatsten het beroep op een pad

van stijgende irrelevantie.

In de Verenigde Staten verbiedt men architecten nog verder deel te nemen aan

het constructieve gedeelte door de gedragscode van de AIA (American Institute of

Architects). Het standaardcontract opgelegddoordeAIAzegt expliciet dat “thearchitectHet standaardcontract opgelegd door de AIA zegt expliciet dat “the architect

will not have control over or charge of and will not be responsible for construction

means, methods, techniques, sequences or procedures”1�. De afkeer van dit risicoDe afkeer van dit risico

heeft geleid tot de verdere marginalisering van architecturaal ontwerpen.

Het resultaat van dit alles is een beroep dat onzeker is van zijn rol in de hedendaagse

maatschappij en zijn economie. Een beroep dat niet in staat is te antwoorden op de

uitdagingen en mogelijkheden van het digitale tijdperk. Alleen door opnieuw de leiding te

nemen in deze onvermijdbare digitaal gedreven herstructurering van de bouwindustrie

zullen architecten kunnen voorkomen irrelevant te worden.

�. Architect als digital master builder

De uitdagingen die het bouwen van organische architectuur met zich meebracht, liet

ontwerpers van deze nieuwe complexe vormen weinig keuze. Om hun projecten te

realiseren, waren ze genoodzaakt terug nauwer betrokken te geraken bij fabricatie

en constructie. Bouwaannemers die de huidige ‘analoge’ manier van werken met

overwegend orthogonale geometrie gewoon waren, aarzelden om projecten aan te

nemen die zij zagen als onconstrueerbaar of alleszins met onhandelbare complexiteit.

De experimentele architecten moesten op zoek gaan naar aannemers en fabrikanten

die al eerder hun toevlucht gezocht hadden tot digitale productietechnieken. Deze

waren vaak alleen in de scheepsbouwindustrie terug te vinden. Complexe structuren

en oppervlakken in hout en staal werden reeds lang toegepast in deze industrietak,

maar om de productiviteit te verhogen en simulaties te vergemakkelijken is men uit

1� ATKINS J., Simpson G., “Another Fine Mess: The Onerous Contract, Part II” (geraadpleegd op 11 maart �006 op http://www.aia.org/aiarchitect/thisweek05/tw06�0/06�0bp_riskmgmt.htm)


39

noodzaak zijn toevlucht gaan zoeken tot automatisering. Digitale technieken konden

hier in de praktijk op relatief kleinschalige projecten getest worden. Het welslagen

hiervan leidde later tot toepassingen op grote schaal. Voor de vliegtuigbouw geldt een

analoog verhaal. In deze industrietakken was men dus al snel gewoon om met digitale

informatie te werken. Vermits deze nieuwe generatie architecten een beroep deed op

de door deze industrietakken verworven technieken, konden ze niet anders dan hun

ontwerpen digitaal aanleveren. Voor het eerst kwamen architecten hier in aanraking

met het digitaal concipiëren van gebouwen.

Architecten begonnen met de ontwikkeling van ontwerpmethodes waarbij zij digitale

informatie die gebruikt kon worden door de fabrikanten om CNC13 machines direct aan

te sturen, al in een vroeg stadium van het ontwerpproces integreerden. Een bijkomend

voordeel hiervan was het weglaten van traditionele bouwkundige tekeningen, waardoor

ten eerste veel tijd bespaard werd, maar waardoor ook het insluipen van fouten

gereduceerd werd.

Veel onderzoek gebeurde naar technieken om bouwelementen op ware grootte te

kunnen produceren, maar tegelijkertijd ontstond de mogelijkheid om de resultaten

van dit onderzoek kleinschaliger toe te passen. Tijdens het ontwerpproces werd het

digitale model aangewenden om schaalmodellen te maken. Men spreekt dan over

Rapid Prototyping, een proces waar verder in deze tekst dieper op ingegaan wordt.

Rapid Prototyping levert een waardevol feedbackmechanisme tussen conceptie en

productie.

De mogelijkheid om constructie-informatie direct uit de ontwerpinformatie te genereren,

is het meest vernieuwende aspect aan deze hedendaagse organische architectuur. De

hechte relatie die ooit bestond tussen architect en constructie komt onverwacht weer

naar boven in de nieuwe digitale productieprocessen. In de toekomst zal het beroep

van architect ook terug betekenen dat je een bouwer bent, zij het dan wel een denkend

bouwer. Men gaat op een digitale wijze informatie genereren die rechtstreeks betrekking

heeft op het vervaardigen en construeren van een gebouw. Enkele inefficiënties, zoals

aannemers die quasi los van het ontwerp hun eigen details uitwerken, kunnen hierdoor

worden vermeden.

De nieuwe relaties tussen ontwerp en realisatie van projecten geven meer controle en

daardoor meer verantwoordelijkheid en macht aan de architect. Door het ontwerp, de

13 Computer(ized) Numerical(ly) Control(led); zie DEEL IV: 3. CNC


40

analyse, het vervaardigen en assembleren van gebouwen op te bouwen rond digitale

technieken, hebben architecten, ingenieurs en aannemers een kans om de relatie

tussen conceptie en productie fundamenteel te veranderen. Door de rol van een “master

builder” opnieuw uit te vinden kunnen de momenteel sterk gescheiden disciplines van

architect, ingenieur en aannemer geïntegreerd worden in de bedrijfsvorm van de 21e

eeuw, de digitale onderneming.

3. Het digitaal continuüm

Er valt over te discussiëren of tekeningen in de bouwindustrie ontstaan zijn omwille van

de noodzaak om ontwerp en constructie van elkaar te scheiden, dan wel de oorzaak

hiervan waren. De erfenis die wij dragen is er in ieder geval één waarbij professionelen

die vandaag in de bouw opereren, opgezadeld zitten met dikwijls duizende tekeningen

om correct binnen het wettelijke kader te kunnen werken. Dit geldt zeker bij projecten

van een zekere grootte en complexiteit.

Enkel de aanwezige scheiding van de verantwoordelijkheid maakt deze (over)productie

van tekeningen noodzakelijk. In andere industrietakken, zoals de scheepsbouw, zijn

ontwerper en uitvoerder vaak één entiteit, waardoor de behoefte aan zo veel tekeningen

niet groot is. Veel scheepswerven hebben tekeningen kunnen elimineren door

rechtstreeks te werken met een uitvoerig driedimensionaal digitaal model van ontwerp

tot constructie. De digitale geometrische data worden uit het model geëxtraheerd en

rechtstreeks gebruikt om geautomatiseerde fabricatie- en assemblage-uitrusting aan

te sturen.

Gelukkig is de digitale revolutie, die de scheepsbouw, vliegtuigbouw en andere

industrietakken radicaal herstructureerde, niet volledig aan de architectuur

voorbijgegaan. Sommige architecten waren er snel bij om deze nieuwe ontwerp-

en constructiemogelijkheden een kans te geven. De pas ontdekte mogelijkheid om

fabrikanten en aannemers te voorzien van digitaal gegenereerde productie-informatie

opende ook voor de architecten een aantal perspectieven. Zo kunnen zij mee genieten

van de accurate materiaal- en kostenberekeningen die hun dan weer door fabrikanten

geleverd kunnen worden.

Deze digitale manier van werken, voor het eerst grootschalig toegepast door Frank

Gehry’s bureau, neemt op een radicale manier afstand van de praktijk zoals we ze nu

kennen. Ze elimineert, eerder dan automatiseert, een groot deel van de tekeningen op


008 - Pointcloud


009 - Wireframe


43

papier. De digitale data worden voor kostprijsberekening en fabricatie rechtstreeks via

papierloze communicatiemiddelen naar de fabrikanten gestuurd.

De mogelijkheid om ontwerpinformatie digitaal te genereren en analyseren, om het

dan rechtstreeks te gebruiken om gebouwen te vervaardigen en te construeren,

herdefinieert de relatie tussen conceptie en productie fundamenteel. Ze levert een

informatief continuüm van ontwerp tot constructie. Nieuwe synergieën in architectuur,

engineering en constructie komen te voorschijn door het gebruik van deze nieuwe

technologieën die de grenzen tussen de verschillende beroepen overschrijden. Wanneer

communicatie, tussen verschillende partijen in de toekomst impliceert dat dit in digitale

vorm gebeurt, betekent dit dat onze erfenis van de twintigste-eeuwse papieren plannen

definitief tot het verleden behoort.

Een rechtstreeks gevolg van deze vooruitgang is een stijgende efficiëntie van het

bouwproces. Schattingen laten uitschijnen dat er een stijging in de efficiëntie mogelijk

is van �0-40%14 door gebruik te maken van betere digitale informatieverdeling en

coördinatie.

Frank O. Gehry was de eerste die experimenteerde met papierloos ontwerpen. Hij

vertrok meestal van een maquette die hij liet digitaliseren. Hij maakte hierbij gebruik

van digitale scanners die een point-cloud15 kunnen aanleveren. Dit digitaal model werd

dan digitaal verder gedetailleerd. Het wireframe-model16 werd hieruit geëxtraheerd en

diende als basis voor de structurele ingenieurs om de draagstructuur op te ontwerpen.

Hij liet tijdens het ontwerpen ook een schaalmodel maken aan de hand van de nieuwe

digitale tekening om dit te kunnen vergelijken met het oorspronkelijke maquetteontwerp.

Achteraf werd het digitale model gebruikt in de uiteindelijke constructie van het ontwerp.

Zo werd hiermee de productie en de assemblage van de componenten aangestuurd.

Voor de eerste keer in de geschiedenis was het niet nodig constructietekeningen te

maken om een gebouw op te richten. Gehry’s bureau gebruikte deze werkwijze voor

een aantal bekende projecten zoals het Experience Music Project in Seattle en de Walt

Disney Concert Hall in Los Angeles.

14 CRAMER J., “Strategic Coherance: How Market Trends Will Drive Powerful New ‘Firms.’”, Design Intelligence, 1 juli 2001. (geraadpleegd op 23 februari 2006 op http://www.di.net/article.php?article_id=90)15 Verzameling van punten in een driedimensionale ruimte die samen een object voorstellen.16 Een wireframe-model is een visuele presentatie, meestal van een 3D model, die bestaat uit lijnen. Deze lijnen geven aan waar twee doorlopende vlakken elkaar ontmoeten of zijn een weergave van de rechte lijn tussen twee vertices van een object.


44

Gehry hechtte er belang aan dat door deze manier van werken een aantal stappen

tussen de architect en de vakman op de werf verdwenen. Voor hem was het belangrijk

dat ‘the old image of the architect as master builder’17 terug controle had over het

bouwproces van het begin tot het einde.

4. Uitdagingen

In deze nieuwe digitaal gestuurde processen van productie, ontwerp en constructie

heerst niet langer de scheiding tussen al deze takken. Ze worden vlot herenigd.

Bouwers en constructeurs worden in het vroegste stadium bij het ontwerp betrokken,

en architecten nemen mee deel aan alle fases van de constructie. De splitsing van het

verleden maakt plaats voor een digitale eenmaking.

Om dit digitaal continuüm realiteit te laten worden, zullen een aantal uiteenlopende en

moeilijke uitdagingen overwonnen moeten worden. De grootste obstakels komen voort

uit de sinds lang gevestigde sociale en wettelijke praktijken in de bouwindustrie. Deze

hoog gefragmenteerde en gedifferentieerde structuur, die een heldere definitie van de

verantwoordelijkheden vergemakkelijkt, staat deze nieuwe vorm van samenwerken in

de weg.

De academische wereld heeft de belangrijke taak om de toekomstige generaties

van architecten voor te bereiden op deze nieuwe praktijken in het digitale tijdperk.

Architecten moeten opnieuw getraind worden in het zijn van een master builder. Zij

zullen zich moeten engageren om deze processen van digitaal ontwerpen en de daarbij

horende digitale technieken van het bouwen te verstaan en te leren beheersen.

De versmelting van wat afgescheiden ondernemingen waren, heeft reeds een aantal

industrietakken zoals ruimtevaart-, vliegtuig-, automobiel- en scheepsconstructie

getransformeerd. Het bekendste voorbeeld hiervan is SAAB (Svenska Aeroplan AB),

dat er op succesvolle wijze in geslaagd is, het bouwen van vliegtuigen te combineren

met het bouwen van auto’s. Tot op vandaag vindt er een interne uitwisseling van kennis

plaats tussen deze twee afdelingen. Zo pakte SAAB dit jaar nog uit met een prototype

17 X, “CATIA at Frank O. Gehry & Associates, Inc”, CentiDesktop. (geraadpleegd op 23 februari 2006 op http://www.cenitdesktop.co.uk/html/case_frank_gehry.htm)


010 - Experience Music Project


011 - Experience Music Project


012 - Walt Disney Concert Hall


004 - Banyan015 - Saab AERO X


51

van een wagen waarbij ze voor het openen van de deuren kennis gebruikt hebben uit

hun vliegtuigbouwafdeling.

Een gelijkaardige verandering in de bouwindustrie is noodzakelijk om aan de eisen van

onze maatschappij te kunnen blijven voldoen. Deze verandering is volop bezig en is

onvermijdelijk. De te overwinnen hindernissen zijn talrijk, maar wanneer architecten

het voor elkaar krijgen om hun beroep te bevrijden van de anachronistische praktijken

uit de twintigste eeuw, zal de beloning groot zijn.

Zelfs wanneer deze veranderingen traag, of zelfs nooit, hun doorgang vinden naar

de dagelijkse architectuurpraktijk, zullen de weinige digitaal geproduceerde projecten

een nieuwe manier van denken, over architectuur en zijn daarbij horende plaats in de

bouwindustrie, introduceren.

Toch gaan we er van uit dat de vele nieuw ontwikkelde strategieën – die gepionierd

werden door Frank O. Gehry en zijn talloze, minder bekende maar meer avontuurlijke,

jongere collega’s – morgen gemeengoed gaan zijn, net zoals de materiaalkundige en

technologische innovaties van de negentiende eeuw evenzeer mainstream werden in

de twintigste eeuw.


53DEEL III: File


55De basis van deze nieuwe digitale ontwerpmethode is het bestand, ‘file’, waarin

architecten en andere partijen van het bouwproces hun werk bundelen. Architecten

hebben hier als rol de grote lijnen van de werkstructuur uit te zetten, gaande van

concept tot uiteindelijke detaillering van het gebouw. Door bij het opzetten van deze

structuur de andere bouwpartijen, zoals de klant, ingenieurs en aannemers, van in

het begin te betrekken kunnen ongewenste problemen achteraf vaak voorkomen

worden. Van alle partijen wordt een verandering van mentaliteit verwacht, hetgeen

vaak neerkomt op een overschakeling van een analoge naar een digitale denkwijze.

Een juiste keuze van het gebruikte softwarepakket speelt hierin een belangrijke rol.

Om inzicht te krijgen in de wijze waarop je in dergelijke programma’s tekent, ontwerpt en

denkt, bespreek ik kort de meest voorkomende instrumenten die deze softwarepakketten

ter beschikking stellen. Non-euclidische geometrie, nurbs, parameters, enz. hebben

elk hun voor- en nadelen en zijn te vergelijken met potloden, passers, gradenbogen

en maquettemateriaal. Randaspecten zoals metadata en centrale dataopslag komen

eveneens in dit hoofdstuk aan bod, omdat zij ervoor zorgen dat het globale bestand

voor iedereen toegankelijk en leesbaar blijft.


56

Terugkoppeling naar tastbare modellen blijft nog steeds een essentiële stap in het

ontwerpproces, maar door de stijgende complexiteit van organische architectuur dreigt

dit te veranderen in tijdslopend handwerk, met als gevolg dat het een stap wordt die

steeds vaker achterwege gelaten wordt. Toch kan dit voorkomen worden door ook

hier weer zijn toevlucht te zoeken tot de meest moderne technieken op dit vlak, die

gebundeld worden onder de noemer: Rapid Prototyping.

1. Digitaal mee-denken aan een digitaal model in een digitale ontwerpomgeving

De onmogelijkheid van computers om ontwerpactiviteiten buiten een digitale

omgeving te begrijpen, maakte het nodig om naar mogelijkheden te zoeken om ‘in’

de computer te kunnen ontwerpen. Dit bracht onverwacht met zich mee dat deze

veranderde van een ontwerpinstrument in een ontwerpomgeving, een ‘plaats’ waar

ontwerpen plaatsvindt. Op deze manier slaagt de computer er in meer te betekenen

dan bijvoorbeeld het traditionele potlood ooit geweest is. De tijd waarin pc’s en het

gebruik ervan te kostbaar waren om iedereen van een te voorzien, hebben we reeds

lang achter ons gelaten. Elke architect binnen een bureau wordt tegenwoordig voorzien

van een persoonlijke, liefst gepersonaliseerde, digitale werkomgeving. We moeten hier

spijtig genoeg nog steeds vaststellen dat velen hun computer en de software die ze

ter beschikking hebben niet genoeg beheersen. Daardoor blijven de vele voordelen

van deze ‘tools’ nog vaak onbenut en krijgt de computer niet de mogelijkheid om te

promoveren van een zuiver tekeninstrument naar een veelzijdig ontwerpinstrument.

Dit wordt zeer goed geïllustreerd door wat ik de SketchUpgeneratie18 noem. Hoewel

de makers van dit pakket uitdrukkelijk vermelden dat deze software ontworpen is

voor “the conceptual stages of design”, gaan veel architecten dit gebruiken als een

volwaardig ontwerpinstrument dat de stappen van eerste ontwerpschets tot definitieve

uitvoeringsplannen volledig dekt. Niets is minder waar. Dergelijke software geeft de

indruk zoveel meer te bieden dan potlood en papier, maar in essentie is het niet meer

dan een – weliswaar goed uitgewerkte vorm van – digitalisering ervan.

Professionele CAD19-softwarepakketten daarentegen bieden veel meer dan enkel

instrumenten om te tekenen en te visualiseren. Zij worden zo geconcipieerd dat de

18 http://www.sketchup.com/19 Computer-aided design


57

mogelijkheden ervan quasi oneindig zijn, hetgeen de ontwerper aanspoort tot het

aanscherpen van zijn creativiteit. Belangrijk hierbij is wel dat men zich thuis voelt

in de softwarepakketten waarmee men werkt, net zoals het belangrijk is op zoek te

gaan naar een kruisbestuiving tussen de verschillende computerprogramma’s in je

werkomgeving. Het grote probleem met deze materie is het feit dat je dit niet – of toch

in zeer beperkte mate – kan aanleren. Cursussen dekken inhoudelijk vaak de basis

van een programma, maar zij zijn niet meer dan een opstapje om achteraf alles zelf

te ontdekken. Bovendien krijg je door zelf op zoek te gaan naar de mogelijkheden van

je werkinstrumenten, ongelooflijk veel prikkels te verwerken, die je als architect vaak

direct op architectuur zal proberen te projecteren. Deze manier van werken steunt hard

op het trial and error principe, maar het blijf in mijn ogen de beste methode om te leren

mee-denken, als architect, met je software.

Op de softwaremarkt bestaat er voor elk deelaspect van een ontwerp een specifieke

oplossing. Toch zijn het enkel de toonaangevende pakketten die er in slagen de

voornaamste functies te bundelen. Afhankelijk van de fase van het ontwerp, zal men

gebruik maken van software uit verschillende categorieën. Globaal vallen drie grote

groepen te onderscheiden.

In de prille fases van een ontwerp doen vele digitale ontwerpers een beroep op animatie

– en modelleersoftware. Deze bieden meestal ook de mogelijkheid om je ideeën en

schetsontwerpen te visualiseren. De bekendste voorbeelden hiervan zijn 3ds max

(Autodesk), Maya (Autodesk) en Cinema 4D (Maxon). Rhinoceros, Form•Z en Modo

(Luxology) zijn niet zo veelzijdig, maar hebben naambekendheid verworven door uit

te blinken in bruikbare, specifieke modelleertechnieken, waardoor ze het vermelden

waard zijn.

In een tweede fase schakelt men vaak over naar meer technisch gerichte software,

software die door architecten reeds als tekentafelvervanger gebruikt werd, maar die bij

een diepere studie ervan veel meer te bieden heeft. De toonaangevende producten in

dit domein zijn AutoCAD (Autodesk), Microstation (Bentley), Revit Building (Autodesk)

en ArchiCAD (Graphisoft).

Een laatste categorie van professionele computerprogramma’s geniet nog niet veel

bekendheid in architectenbureaus, maar is desalniettemin van cruciaal belang in

het hele file-to-factory-proces. Deze programma’s – die hun oorsprong vinden in de

vliegtuigbouwindustrie – kunnen onder andere op een parametrische wijze omgaan

met detailleringen, om deze achteraf om te zetten in solids, die op hun beurt weer


58

gemakkelijk leesbaar gemaakt kunnen worden voor CNC-gestuurde machines. CATIA,

Pro/Engineer en Tekla Structures zijn in deze branche ongetwijfeld de grote spelers.

Door deze grote verscheidenheid aan professionele software loopt men wel meer dan

ooit het gevaar te werken met een steeds groter wordende groep van specialisten

in een bepaald digitaal vakgebied (animatie, scripting, werken met parameters,…).

Gezien de quasi-oneindige mogelijkheden van de geavanceerde softwarepakketten

lijkt mij dit een niet te vermijden evolutie. De architect als master builder zal zich

moeten engageren om over een uitgebreide basis van zoveel mogelijk deelaspecten

te beschikken.

�. Topologie van digitale ontwerpelementen

�.1. Non-euclidische geometrie

Niet-euclidische meetkunde is meetkunde waarbij het vijfde postulaat van Euclides (het

parallellenpostulaat) niet als waar wordt aangenomen.

Euclides ging bij zijn meetkunde uit van een aantal axioma’s. De meeste daarvan

zijn eenvoudig en absoluut, maar het vijfde vormt een uitzondering. Dit axioma heeft

diverse vormen, maar de bekendste is waarschijnlijk “Gegeven een rechte en een punt

niet op de rechte, is er precies 1 rechte door het gegeven punt dat de gegeven rechte

niet snijdt.”�0

Het waren Carl Friedrich Gauss�1 en de wiskundigen na hem die er in geslaagd zijn het

bestaan van een niet-euclidische geometrie aan te tonen. Een groot aantal wiskundigen

waaronder Lobachevsky, Riemann en von Helmholtz hebben hier achteraf hun stempel

op gedrukt. Elk van deze vormen van non-euclidische geometrie heeft zijn specifieke

toepassing. Wat deze geometrie interessant maakt vanuit architecturaal oogpunt, is

de mogelijkheid om hieruit nieuwe concepten van ruimte te distilleren. Daar waar

�0 X, “Niet-euclidische meetkunde”, Wikipedia, the free encyclopedia, 2006. (geraadpleegd op 2 februari �006 op http://nl.wikipedia.org/wiki/Niet-Euclidische_meetkunde)�1 X, “Carl Friedrich Gauss”, Microsoft® Encarta® Online Encyclopedia 2005. (geraadpleegd op 13 maart �006 op http://encarta.msn.com/encyclopedia_76�567523/Gauss_Carl_Friedrich.html)


016 - Een curve samengesteld uit tangentiaal geplaatste cirkels en rechte lijnen


control pointNURB met graad 4

NURB met graad 3

017 - NURBS


61

onze cartesiaanse ruimte soms tekort komt om vanuit parametrisch standpunt op

een eenvoudige wijze vormen te beschrijven, lukt dit in deze nieuwe ruimtes vaak

gemakkelijker.

In een Riemanniaans concept van ruimte kan een kubus bijvoorbeeld gemakkelijk in

een blob veranderd worden, en vice versa, door eenvoudigweg de parameters van de

ruimte in dewelke ze gedefinieerd worden te veranderen.

Wanneer we nog een stap verder zouden denken en architecturale concepten

verplaatsen van ruimtes met drie dimensies naar een vierdimensionaal continuüm

waarin een interactie tussen ruimte en tijd plaatsvindt, staan de deuren open voor een

aantal nieuwe intrigerende mogelijkheden die plaats kunnen maken voor een nieuw

architecturaal denken.

�.�. NURBS

NURBS, de afkorting van ‘non-uniform rational B-spline’, is een wiskundig model dat

regelmatig gebruikt wordt in computergrafiek om curven en oppervlaktes te generen

en voor te stellen.

Het vindt zijn oorsprong in het begin van de jaren ’50 toen twee ingenieurs (Bézier

en Casteljau��) uit de auto-industrie op zoek waren naar een manier waarop zij

freeform surfaces exact konden reproduceren. NURBS zijn dan ook lange tijd enkel

beschikbaar geweest in in-huis ontworpen CAD pakketten van autobouwers. Nu zijn ze

alomtegenwoordig in bijna alle CAD pakketten, maar ook in CAM�3, CAE�4 en een aantal

industriële standaarden zoals IGES�5 en STEP�6.

Wat zijn nu de voordelen van NURBS en waarom gebruiken we ze bij digitaal

ontwerpen? De hoofdreden hiervoor is de mogelijkheid van NURBS om een ruim

�� RAMAKRISHNAN C., “An Introduction to NURBS and OpenGL”, University of California, �00� (geraadpleegd op 1� maart �006 op http://www.mat.ucsb.edu/~c.ramakr/articles/dls/nurbs.pdf)�3 Computer-aided Manufacturing�4 Computer-aided Engineering�5 Initial Graphics Exchange Specification is een standaard die een neutral dataformaat definieert dat de digitale uitwisseling tussen CAD-systemen mogelijk maakt in de vorm van schema’s, wire frame modellen of solids.�6 Standard for the Exchange of Product model data (ook bekend als ISO 10303) is een internationale standaard met als doel een werkwijze te voorzien die in staat is om productgegevens doorheen haar hele levenscyclus te beschrijven, en dit onafhankelijk van om het even welk systeem.


6�

aanbod van geometrische vormen te tekenen, gaande van rechte lijnen en primitieve

solids tot zeer complex vormgegeven lijnen, oppervlaktes en zelfs volumes. NURBS

bieden bovendien een zeer efficiënt datagebruik, hetgeen van belang kan zijn bij grote

complexe modellen. Zeker wanneer we met teams over de hele wereld via internet aan

deze modellen werken.

NURBS zijn de digitale equivalenten van de vroeger getekende splines uit de

scheepsbouw. Men verkrijgt de gewenste vormen in het gebruikte hout, metaal of

kunststof door er gewichten aan te hangen. Deze gewichten hangen net als de control

points bij NURBS buiten de vorm van de curve zelf. Door de gewichten te veranderen of

te verplaatsen, verandert ook de vorm van de curve. Op een parallelle manier worden

NURBS gemanipuleerd. Ze worden gecontroleerd door control points, weights, knots

en hun graad. Elk control point heeft een daarbij horende weight en knot. Wanneer we

een control point verplaatsen verandert de curve van vorm. De weight geeft aan hoe

sterk de invloed van een control point op de curve is. Een hoge waarde voor de weight

zal ervoor zorgen dat de curve dichter tegen het control point getrokken wordt en vice

versa. Een laatste parameter die NURBS kan veranderen is de graad. Hoe lager deze

is, hoe dichter de curve tegen alle control points ligt.

Door NURBS samen te stellen krijgt men oppervlakken, NURBS surfaces genoemd.

Veelgebruikte varianten op NURBS zijn B-splines en Bézier curves. Bij B-splines zijn de

weights steeds hetzelfde, Béziers curves moet het doen zonder controle over weights

en knots.

Het grote voordeel van curves samengesteld uit splines is hun continuïteit, iets wat we

niet aantreffen bij curves die samengesteld zijn uit bogen.

Een ander voordeel van NURBS objecten, vooral vanuit een conceptueel standpunt,

is het feit dat ze gedefinieerd worden binnen een eigen parametrische ruimte, wat

zich situeert in de driedimensionale cartesiaanse ruimte. Hierop dieper ingaan

brengt ons te ver, maar dit aspect brengt ons wel verder naar het volgende digitale

ontwerpinstrument: parameters.

�.3. Parameters

Parameters kunnen de basis vormen voor krachtige concepten van architecturale

vormen door een reeks mogelijkheden te beschrijven. Constanten in een proces

vervangen door variabelen, enkelvoud door meervoud. Door gebruik te maken van


63

parameters kunnen ontwerpers een oneindig aantal gelijkaardige objecten creëren.

Vaak zijn dit geometrische uitingen van een vooropgesteld schema van variabelen die

betrekking hebben op bijvoorbeeld afmetingen en relaties.

Bij parametrisch ontwerpen zijn het de parameters van een ontwerp die vastgelegd

worden, niet de vorm. Berekeningen kunnen gebruikt worden om relaties tussen

objecten te beschrijven. Men spreekt dan van een associatieve geometrie.

Parametrisch ontwerpen houdt vaak een procedural, algoritmische beschrijving van

geometrie in. Zo construeert Marcos Novak in zijn ‘Data-Driven Forms’ en ‘Paracube’, aan

de hand van Mathematica software, wiskundige modellen en generatieve procedures

die beperkt worden door verschillende variabelen. Elke variabele hierin is een veld in

het welk een externe invloed kan geplaatst worden, hetzij statisch, hetzij dynamisch.

Wanneer we deze manier van werken hanteren, stellen we vast dat we minder met

de manipulatie van objecten zelf begaan zijn, maar meer met de manipulatie van

relaties, velden en de kromming van de ruimte. Dit heeft als gevolg dat parametrisch

ontwerpen niet noodzakelijk stabiele vormen oplevert, een punt dat zeker aandacht

verdient wanneer men uit de conceptuele fase treedt.

Hierboven worden parameters vooral vanuit conceptueel standpunt benaderd. Dit is een

aparte werkwijze, maar door de vaak gecompliceerde resultaten niet altijd even direct

bruikbaar in de praktijk. In de dagelijkse architectuurpraktijk vinden we het gebruik

van parameters wel veelvuldig terug in grote projecten met bijvoorbeeld ingewikkelde

vakwerkstructuren en spanten. Elementen in deze vakwerken worden dan zodanig

geprogrammeerd dat zij door slechts parameters te veranderen elk gewenst element

binnen dit vakwerk kunnen aannemen. Wanneer er achteraf wijzigingen aan het

globale ontwerp aangebracht worden, zal niet het hele vakwerk hertekend moeten

worden. In een goed geprogrammeerde structuur volstaat het om de parameters

van het globale ontwerp aan te passen. Zo komen we ook meteen tot een belangrijk

element dat onontbeerlijk is bij het gebruik van parameters: een goed omschreven

ontwerpstrategie, waarbij van meet af aan rekening gehouden wordt met de toepassing

van deze technieken in een later stadium.

Een parametrische invalshoek op ontwerpen zal, wanneer het consequent toegepast

wordt van de conceptuele fase tot de verwezenlijking, grote veranderingen

teweegbrengen in de bouwindustrie, alsook in de rol die de architect hierin zal spelen.

Voor de eerste maal in de geschiedenis gaan architecten niet enkel een specifieke vorm


019 - Paracube (boven) en Data-Driven-Forms van Marcos Novak

018 - Het gebruik van particles in een ontwerp voor the port Authority Bus Terminal - Greg Lynn


65

van een gebouw ontwerpen, maar wel een reeks principes vastleggen in een sequentie

van parametrische berekeningen waarbij instances27 van het ontwerp gegenereerd

en gewijzigd kunnen worden wanneer nodig. Parametrisch ontwerpen roept daardoor

een halt toe aan gefixeerde oplossingen, en hunkert naar een verkenning, naar een

oneindig aantal mogelijkheden.

2.4. Dynamics en krachtvelden

Een stelling die Greg Lynn onderzoekt in ‘Animate Form’ is dat in het conceptueel

parametrisch ontwerpen de aanwezigheid van contextuele informatievelden zeker

even belangrijk is als de aanwezigheid van het interne parametrische systeem. Met

andere woorden: architecturale vorm is niet enkel een manifestatie van zijn interne,

parametergedreven relationele logica, maar hij heeft ook als doel te antwoorden op

dynamische, vaak variabele, invloeden van zijn omgeving en socio-economische

context. Architecturale vorm kan hierdoor vanuit conceptuele invalshoek een hoogst

plastische, muteerbare entiteit zijn die interacteert met externe krachten. De context

van een ontwerp wordt zo een actieve abstracte ruimte die geleid wordt door een

aantal krachten. Deze krachten worden in de vorm van het ontwerp opgeslagen.

In deze ontwerpwijze is het gebruik van animatiesoftware, niet zo zeer als

presentatiemiddel dan wel als vormgenerator, vaak onmisbaar. Veel ontwerpers

voegen elementen zoals kracht, beweging en tijd pas in een later stadium aan een

ontwerp toe door concepten en optische technieken. Animatiesoftware levert een

werkomgeving waarin kracht, beweging en tijd gelijktijdig met de vorming van het

concept aanwezig kunnen zijn. Greg Lynn illustreert dit in een ontwerp voor de shelter

en het verlichtingsschema voor een busterminal in New York.

“While motion implies movement and action, animation implies evolution of a form and its shaping forces”28

De belangrijkste op beweging gebaseerde modelleertechnieken die we terugvinden in

�7 ‘Instance’ is een term uit het object georiënteerd ontwerpen. Men spreekt van een instance van een object A wanneer bij het kopiëren van dit object een object B ontstaat dat volledig identiek is en blijft aan object A, zelfs wanneer object A wijzigingen ondergaat.�8 X, “Greg Lynn Form”. (geraadpleegd op 6 maart 2006 op http://www.archilab.org/public/1999/artistes/greg0�en.htm)


66

de animatiesoftwarepakketten zijn keyframing, kinematics, dynamics (force fields) en

particle emission.

Onder keyframing verstaan we de meest eenvoudige vorm om een object te animeren.

Wanneer we aan een object een beginfase toekennen (key_01), gevolgd door een

enkelvoudige transformatie waardoor het object haar eindfase bereikt (key_02),

spreken we van keyframing. Key_01 en key_02 vinden elk op een verschillend moment

in de tijd plaats. Binnen dit tijdsverschil zal de software – aan de hand van een door de

gebruiker opgegeven functie – een voorstel doen om de overgang tussen de twee fases

zo vloeiend mogelijk te laten verlopen. Wanneer de gebruiker meer controle wenst over

deze overgangen kan hij dit door de functie nauwkeuriger te beschrijven, of door extra

keyframes in te voegen.

Kinematics�9 kennen we als de techniek om de beweging van een object of een

hiërarchisch systeem van objecten te bestuderen. Massa en externe krachten worden

hier in eerste instantie niet in rekening gebracht, maar kunnen achteraf wel aan deze

systemen toegevoegd worden. In deze techniek spreken we van skeletons (skeletten),

bones (benen) en joints (verbindingen). Een skeleton wordt opgebouwd uit bones die

aan elkaar gelinkt zijn door middel van joints. Hoe het ene bone op een ander reageert

hangt af van het type joint waarvan gebruik gemaakt wordt.

Wanneer dergelijk systeem ontworpen is, kan dit aan externe krachten onderworpen

worden, waardoor transformaties in de structuur plaatsvinden zonder dat er

vervormingen in de elementen (de bones) zelf optreden. Door een huid aan zo een

structuur toe te voegen ontstaan ruimtes waarin deze vervormingen op een expressieve

manier tot hun recht komen.

In tegenstelling tot kinematics houdt dynamische simulatie wel rekening met de effecten

van krachten op de beweging van een object of een systeem van objecten. Fysieke

eigenschappen van objecten zoals massa, elasticiteit en statische en dynamische

wrijving worden gedefinieerd, maar kunnen nog steeds in tijd veranderen door hun

parameters te animeren. Zwaartekrachtvelden, wind of turbulenties worden toegevoegd.

Obstakels en botsingen en zelfs contextgebonden fenomenen zoals voetgangers- en

verkeersstroom, uitzichten, patronen, gebruiksintensiteit, enz. worden in de simulatie

opgenomen. Achteraf wordt de dynamische simulatie berekend.

�9 Deployable Structures Laboratory. (geraadpleegd op 18 februari 2006 op http://www.civ.eng.cam.ac.uk/dsl); Kinetic Design Group, MIT. (geraadpleegd op 18 februari 2006 op http://www.robotecture.com/kdg/)


020 - Keyframing, de eerste en laatste key worden gedefinieerd door de gebruiker, de computer maakt een interpolatie voor de ontbrekende frames


021 - Kinematics (sequentie)


0�� - Kinematics


023 - Particles (sequentie)


0�4 - Particles


7�

Particles maken vaak deel uit van dynamische situaties. Zij kunnen vergeleken worden

met stofdeeltjes in een stofwolk. Wij zien enkel de wolk als geheel en hoe deze reageert

op externe krachten zoals wind en turbulenties. Elk deeltje leidt echter zijn eigen leven,

maar hangt hierbij sterk af van de naastliggende deeltjes. In animatiesoftware kunnen

deze wolken sterk vereenvoudigd worden, waardoor het gemakkelijker wordt om

uit deze complexe structuren vereenvoudigde patronen te distilleren. Deze kunnen

bruikbare informatie opleveren en verrassende inzichten scheppen in bepaalde

situaties.

Tijdens mijn studies heb ik reeds gebruik gemaakt van particle emission als

ontwerpinstrument. Deze projecten zijn terug te vinden in de casestudy over mijn

eigen projecten.

De idee van incorporatie van beweging in architectuur – iets wat bijna per definitie

statisch en onbeweegbaar is – is niets nieuws. Het was een van de idealen van de

moderne architectuur, zij het dat men daar vooral streefde naar beweging in de vorm

van flexibiliteit.30

�.5. Datascapes

“Physical form is the resolution at one instant of time of many forces that are governed by rates of change. In the urban context the complexity of these forces often surpasses human comprehension. A machine, meanwhile, could procreate forms that respond to many hereto un-manageable dynamics. Such a colleague would not be an omen of professional retirement but rather a tickler of the architect’s imagination, presenting alternatives of form possibly not visualized or not visualizable by the human designer.”3�

Gebouwen worden opgetrokken in een complex web van stedenbouwkundige en

bouwtechnische regelgeving. Bovendien moet de ontwerper rekening houden met

een aantal omgevingsfactoren zoals zonnestand, wind, enz. Deze factoren slorpen een

30 Het Philips paviljoen, dat Le Corbusier samen met Iannis Xenakis voor expo ’58 in Brussel ontwierp, is hier een sprekend voorbeeld van.31 NEGROPONTE N., The Architecture Machine, Cambridge, MIT Press, 1970.


0�5 - Philips Paviljoen van Le Corbusier op Expo ‘58 in Brussel


026/027 - Metacity/datatown - MVRDV


75

groot deel van de tijd die aan een ontwerp besteed kan worden op. Van – hoofdzakelijk

openbare – gebouwen wordt echter verwacht dat ze ook op sociaal, economisch en

politiek vlak aan bepaalde eisen voldoen. Hier gaat het meestal om meer dynamische,

moeilijk te voorspellen, factoren die hun eigen force fields hebben. De grote variëteit aan

gebruikers is hiervan een voorbeeld. Deze invloeden zijn moeilijker rationeel te bekijken,

maar sommige van deze invloeden kunnen gemeten worden en de veranderingen

hierin kunnen weergeven worden. Zo kan men analyses van het verleden, het heden,

maar ook reflecties op de toekomst maken.

In dit kader introduceerde MVRDV3� het begrip datascape, wat voor hen visuele

representaties van meetbare krachten zijn die invloed uitoefenen op het concept en

de ontwikkeling van een ontwerp. Deze informatielandschappen zijn essentieel om te

begrijpen hoe deze moeilijk vatbare invloeden zichzelf manifesteren in de gebouwde

omgeving en hoe sociale, economische, politieke en culturele fluxen en verschuivingen

een invloed hebben op hedendaagse architectuur.

Wanneer we de aanpak van MVRDV verder bekijken, merken we dat zij voor elke

factor een aparte datascape opzetten. De verschillende datascapes die dan bekomen

worden, en relevant zijn voor de context, worden gesuperposeerd. Zo creëert men een

complexe ruimtelijke enveloppepe met vaak tegenstrijdige, paradoxale voorwaarden.

Een ruimte die enkel vanuit het menselijke brein quasi onmogelijk tot stand zou kunnen

zijn gekomen, een digitale voedingsbodem voor een nieuw architecturaal project. De

uitdaging ligt erin te vermijden dat deze diagramma van contextuele stromen en

krachten letterlijk in een architecturale vorm vertaald worden.

MVRDV experimenteert met dit principe in de vorm van een video-installatie, metacity/

datatown33 getiteld. Ze gaan er prat op dit enkel op data gebaseerd te hebben. Het stelt

een stad voor die door informatie beschreven wil worden, een stad die geen topografie,

geen voorgeschreven ideologie, geen representatie en geen context kent. Het is een

denkoefening voor een toekomst waarin we te maken kunnen krijgen met steden van

meer dan �40 miljoen inwoners in een wereld met meer dan 88 miljard mensen. In

dergelijke conceptuele oefeningen kunnen datascapes heldere inzichten scheppen in

buitengewoon complexe situaties.

3� X, MVRDV, Madrid, El croquis, 2003.33 JODIDIO P., Architecture NOW!, Keulen, Taschen, �001


76

2.6. Metamorfose

De meeste modelleersoftwarepakketten bieden een uitgebreide instrumentenset

om transformaties toe te passen. Dit geeft ontwerpers een extra mogelijkheid om

onderzoek te doen naar vormelijke varianten van een reeds verkregen geometrie.

Primaire transformaties zoals twisting (verdraaien) en bending (buigen) kunnen

hiervoor op een eenvoudige wijze aangewend worden.

Door in de animatiesoftware de vierde dimensie – tijd – toe te voegen aan het

vervormingsproces, krijgen we de mogelijkheid om letterlijk vorm en ruimte van een

metamorfose van een object weer te geven. Wanneer we hierbij met het hierboven

besproken keyframing werken zal de ontwerper de toestand van het object in zijn

metamorfose op een aantal punten vastleggen. De computer zal op een vloeiende

manier deze toestanden met elkaar verbinden en hierdoor een (groot) aantal

tussenfasen creëren. De ontwerper kan tussen deze geïnterpoleerde resultaten op

zoek gaan naar een fase die bruikbaar is als basis voor een verder ontwerp.

Een andere interessante hedendaagse modelleertechniek is morphing. Hier worden

verschillende vormen aan elkaar geblend om een reeks van hybride vormen te creëren

die liggen tussen het basis- en het doelobject. Ruimtes die bijvoorbeeld in typologie

van elkaar verschillen door de eraan gekoppelde functie kunnen zo in een soort van

tussenstadium terecht komen waardoor een enkele ruimte geschikt kan worden voor

beide functies.

Kolatan en Mac Donald34 maken van deze technieken gebruik in een aantal van hun

projecten. Een van hun meest opvallende ontwerpen is Housings. Het vormt de basis

voor een project op lange termijn dat zich op experimentele ontwerpen voor mass-

customized geprefabriceerde huisvesting concentreert. Het uiteindelijke ontwerp

bestaat uit zes huizen die geselecteerd werden uit een serie digitaal ontwikkelde

varianten. De basis van het proces kwam tot stand door een blend-operatie (letterlijk:

mengoperatie) uit te voeren tussen het plan van een standaard drie slaapkamerhuis en

een aantal ‘targets’. Deze ‘targets’ werden in mijn bron niet verder beschreven, maar

een grondplan van het bouwterrein zou een mogelijk ‘target’ kunnen zijn. Met Housing

onderneemt men een poging om de vraag naar seriële en organische samenstelling

34 X, “Kolatan / Mac Donald studio”. (Geraadpleegd op 13 maart �006 op http://www.archilab.org/public/2000/catalog/kolata/kolataen.htm)


0�8 - Morph van een vlak naar een bol


0�9 - Housings - Kolatan and Mac Donald


030 - Lattice (boven), lattice deformation (onder)


031 - Path deformation


81

van architecturale ontwerpen te onderzoeken aan de hand van drie parallelle pistes.

Ten eerste, in relatie tot digitale processen die de mogelijkheid bieden gebruik te

maken van veranderlijke herhalingen, organische transformaties, en kruisverwijzingen.

Het tweede scenario heeft betrekking op de uitvoerbaarheid: kan een hybride

vorm bestaande normatieve types in een bepaalde sociale, culturele, economische,

ecologische, geologische en klimatologische context overtreffen? En tot slot onderzoekt

men tijdens hetzelfde proces een nieuwe generatie van samengestelde materialen en

digitale productietechnologieën.

Vervorming van de lattice box35 van een object (lattice deformation) en vervorming

langs een pad (path deformation) zijn twee andere veelgebruikte technieken die

bruikbaar kunnen zijn om organisch te ontwerpen.

Lattice deformation36 is een vrije vervorming van een object door de controlpoints van

de lattice box te verplaatsen, roteren of verschalen. Meestal gebeurt dit via deformatie

door een trivariate bézier.

Path deformation37 wordt gebruikt wanneer men een object op zijn plaats wil houden

terwijl men het vervormt volgens een bepaald pad. Het object is dan gelinkt aan een

spline of NURB. Wanneer men deze verandert, zal het object op een gelijkaardige

manier veranderen.

�.7. Genetica

Parallel aan de wetten die het ontstaan en de vorm van levende wezens sturen, ons

DNA, vinden we een conceptuele ontwerpmethode die we genetica noemen. In DNA-

strengen worden variaties op een soort bekomen door gencross-over en mutatie.

Dit concept van biologische groei en vorm kan volgens John Frazer38 als generatief

proces op architectuur toegepast worden. Architecturale concepten komen tot uiting

als een reeks van generatieve regels. Hun evolutie en ontwikkeling kan echter digitaal

35 Variante van een bounding box (het kleinste, meestal balkvormig, volume waarbinnen een 3D-object past). Kenmerkend voor een lattice box zijn de extra onderverdelingen in de zijvlakken van het omringende balkvormige volume en de aanwezigheid van control points.36 X, FFD (Box/Cylinder) Modifiers, 3ds max 7 reference37 X, PathDeform Modifier, 3ds max 7 reference38 FRAZER J., “An Evolutionary Architecture”, Architectural Association Publications, Themes VII, . ( geraadpleegd op 1� maart �006 op http://www.autotectonica.org/)


8�

gecodeerd worden. Ook hier weer krijgen we een groot aantal prototypische vormen

die dan geëvalueerd kunnen worden op basis van hun prestaties in een gesimuleerde

omgeving.

Daar waar deze werkwijze abstract overkomt, is de werkwijze van Karl Chu, die hij

verbeeldt in “proto-bionic” architectuur, opgebouwd rond een concreet wiskundig

model, namelijk dat van het Lindermayer Systeem (L-system39). L-systems worden in

modelleersoftware vaak gebruikt om simulaties van de groei van planten en mineralen

te simuleren. Via deze systemen kan men door middel van een eenvoudige set formules

zeer complexe objecten creëren.

2.8. Performatieve architectuur

Een ander soort architectuur dat zijn opmars maakt, is de performatieve architectuur.

Hier worden de ‘prestaties’ van een gebouw als uitgangspunten voor een ontwerp

genomen. Er wordt gebruik gemaakt van digitale technologieën om een prestatiegerichte

simulatie af te leveren die een nieuwe invalshoek vormt naar het ontwerp toe.

In deze nieuwe informatie- en simulatiegedreven ontwerpcontext wordt het

expanderende paradigma van prestatiegericht ontwerpen zeer ruim geïnterpreteerd,

gaande van financiële (het standpunt van de bouwheer), ruimtelijke, sociale en culturele

tot puur technische aspecten (structureel, thermisch, akoestisch,…).

Analytische berekeningstechnieken, gebaseerd op de finite-element method (FEM)

– waar een model opgedeeld wordt in kleine, met elkaar verbonden mesh-elements

– worden gebruikt om op nauwkeurige wijze structurele, energetische en vloeistof-

dynamische analyses voor gebouwen van om het even welke vormelijke complexiteit

op uit te voeren. De resultaten hiervan worden meestal grafisch weergegeven. Door

deze analyses dan weer te superposeren kunnen we op een relatief eenvoudige manier

een oplossing selecteren die een optimale prestatie biedt.

Concreet denken we hier aan bijvoorbeeld een hoog flatgebouw, omgeven door een

aantal andere flatgebouwen. Dit is een situatie die aan de voet van het gebouw vaak

heel wat turbulenties met zich kan meebrengen. Men kan hierop anticiperen door aan

de hand van dergelijke performatieve modellen de vorm van dit gebouw optimaal voor

39 HENDRIKX W., “Het gedrag van planten binnen een ecosysteem”, Thesis aan de Transnationale Universiteit Limburg, juni �004. (Geraadpleegd op 13 maart �006 op http://lumumba.uhasselt.be/~wozlev/thesis/doc/Thesistekst.doc)


032 - L-system sequentie


033 - L-system


034 - ZED-project van Future Systems


035 - CFD-analyse van windstromen voor project ZED


87

deze situatie te concipiëren.

In het kader van het ‘Zero Emissions’ beleid van de Europese Commissie, zijn Future

Systems40 en het Martin Centre (het departement architectuur aan Cambridge

University) een onderzoek gestart naar de haalbaarheid hiervan. Ze ontwierpen een

gebouw dat uitgerust wordt met een windturbine die genoeg energie levert om het

hele kantoorgebouw in zijn eigen energiebehoefte te laten voorzien. De vorm van

het gebouw werd met behulp van CFD41-software zo geconcipieerd dat de wind deze

turbine op een zo efficiënt mogelijke wijze kan aandrijven.

3. Parametrisch ontwerpen als methode4�

Architectuur en engineering beroepen zitten momenteel op een technologische

tijdbom, welke het uitzicht van deze vakgebieden wel eens drastisch zou kunnen

veranderen. Parametrisch ontwerpen zou hierin door zijn flexibel karakter wel eens

een doorslaggevende rol kunnen spelen. Door te werken met parameters kan een

ontwerp in een late fase nog gemakkelijk grote veranderingen ondergaan. Bij zulke

grote veranderingen volstaat het vaak – op voorwaarde dat je parametrisch model

goed gestructureerd opgebouwd is – om enkele parameters aan te passen, hetgeen

zijn weerslag zal hebben op alle hieraan gekoppelde onderdelen. Hierdoor is het niet

meer nodig reeds getekende informatie handmatig (tekenkundig) aan te passen.

Doordat het op computers mogelijk is bijna alles via parameters aan te sturen, is

parametrisch ontwerpen een ontwerpmethode die gebruik kan maken van alle hierboven

besproken ontwerpinstrumenten die ontwerpsoftware ons ter beschikking stelt. Deze

ontwerpmethode wordt aangeduid met de afkorting PEN43 (Parametric-ENabled). Ze

wordt in de tijd echter voorafgegaan door BIM44. BIM mag daarom als grondlegger van

het parametrisch ontwerpen beschouwd worden, maar het is de PEN-methode die voor

het eerst optimaal gebruik maakt van parameters in een ontwerpomgeving.

40 http://www.future-systems.com/41 Computational fluid dynamics: gebruik makende van computers analyseert men problemen in verband met fluid dynamics (vloeibare dynamica)4� SCHINNERER V., “Preparing for Building Information Modeling” , AIA. (Geraadpleegd op 13 maart �006 op http://www.aia.org/nwsltr_pm.cfm?pagename=pm_a_20050722_bim)43 SELETSKY P., “Goodbye CAD. Goodbye BIM. Hello PEN”, AECbytes Viewpoint, nr. 3, 10 maart �004 (geraadpleegd op 6 februari 2006 op http://www.aecbytes.com/viewpoint/2004/issue_3.html) 44 Building Information Modeling: ontwerptools zoals ArchiCAD, Catia, Revit en Triforma maken van deze werkwijze gebruik


88

BIM heeft architecten en ingenieurs doen inzien dat deze hulpmiddelen nieuwe

mogelijkheden bieden om hun werk te documenteren op punten waar het digitaal

tekenen van lijnen en cirkels om architecturale elementen weer te geven niet

langer volstaat. Deze elementen kunnen nu vervangen worden door parametrisch

gemodelleerde objecten. Al deze elementen – die door ze samen te voegen een

gebouw gaan vormen – worden aan een database gekoppeld die ervoor instaat dat

deze elementen op een conventionele manier op ‘plan’ gezet worden – gegenereerd

uit het 3D model. Op deze manier verkrijgen we hoogst interactieve, zelfanalytische

plannen. Wanneer men een deur verplaatst, zal dit zijn neerslag hebben in zowel de

snedes als op grondplan als in de detaillering. Deze manier van werken leidt tot een

zeer grote tijdsefficiëntie omdat men niet steeds 2D-tekeningen moet gaan aanpassen

met de laatste nieuwe details – een proces waarin zeer vaak nodeloos fouten sluipen.

Nu kunnen we ons natuurlijk de vraag stellen tot wat dit BIM juist leidt. Blijft het niet

beperkt tot een efficiënter produceren van conventionele 2D-informatie?

In zekere zin is dit zeker het geval. BIM moeten we eerder zien als een lineaire

verandering ten opzichte van het klassiek omgaan met ontwerpen en uittekenen. De

echte stap voorwaarts wordt vandaag gezet door PEN. Het verschil tussen beide vinden

we terug in het ‘representeren’ van een gebouw tegenover het ‘simuleren’ van het

bouwen. Het gaat om een methodologie die de kracht die vervat zit in het bedenken,

bouwen en controleren van een virtueel gebouw samenbrengt, modelleert, visualiseert,

analyseert en simuleert – en onvermijdbaar linkt aan de conceptie, constructie en

controle van een echt gebouw.

Welke waarde heeft PEN nu concreet voor architecten en ingenieurs? Tot nu toe hebben

de pioniers in PEN-modellen (Archicad, Revit, etc…) een minimale invloed gehad op

onze ontwerpcultuur. Ze hebben wel een richting aangegeven naar een beduidend

productiever ontwerpproces voor de enkelingen die hierin interesse toonden. Wanneer

we PEN echter naar een hoger niveau tillen en een heel designteam simultaan aan een

PEN-model laten werken – meerbepaald aan verschillende aspecten van het bouwen

– zouden we tot een werkwijze kunnen komen die verder gaat dan het quasi lineaire

werken van BIM.

Een nauwere samenwerking tussen architect en ingenieur creëert een andere kijk op

aansprakelijkheid, waardoor ideeën die vroeger onmogelijk leken vanuit hun gescheiden

perspectief op de zaken, nu eindelijk werkelijkheid kunnen worden. Er ontstaat een


89

realtime samenwerking tussen alle ingenieurdisciplines, de bouwheer en de architect,

rechtstreekse fabricatie van bouwelementen, gekoppelde raming en meetstaat,

simulatie van specifieke constructiewijzen en logistiek op de werf, RFID (radio-frequency

identification) tagging van alle bouwelementen, bouwfysische analyses, integratie van

technische installaties,…

Zoals men kan zien gaat het hier niet meer enkel om het modelleren van een gebouw,

maar over het aanbieden van een rijk aanbod aan services, analyses, berekeningen en

simulaties, onafhankelijk van een enkele softwareoplossing.

Is deze manier van werken werkelijk haalbaar? En indien ja, hoe kunnen architecten en

ingenieurs zich voorbereiden om dit in hun werkomgeving te integreren? Het staat als

een paal boven water dat architecten ernaar snakken om meer controle uit te oefenen

over het bouwproces. Hiervoor zullen zij risico’s moeten dragen, maar dit kan in de

toekomst enkel leiden tot vooruitgang.

Architecten zullen er vooral voor moeten zorgen dat ze niet aan het kortste eind trekken.

Er zullen snel bouwfirma’s ontstaan die zelfstandig dit hele proces kunnen organiseren,

waardoor de rol van architect als ontwerper en bouwer nog steeds beperkt zal blijven.

Dit heeft als gevolg dat de kwaliteit van de bouwwerken die op deze manier tot stand

komen weer matig zal worden. We kunnen dit vergelijken met de huidige trend waarbij

architecten visualisaties moeten uitbesteden omdat zij zelf niet genoeg op de hoogte

zijn van de meest recente technieken op dit gebied. Hierdoor laten zij een grote kans

liggen om de kwaliteit van hun architectuur op te schroeven, want zeer vaak zouden zij

in staat zijn hierdoor een aantal essentiële fouten te elimineren en bovendien zouden zij

actiever meedenken over de beeldende waarde van hun architectuur. Zoals dit vaak het

geval is met visualisaties zal bijvoorbeeld de detaillering diepgang missen omdat deze

door de constructeur vaak niet met dezelfde fijngevoeligheid behandeld zal worden dan

wanneer dit door de architect gedaan zou worden.

4. Rapid prototyping en de integratie in het ontwerpproces

Rapid prototyping is een techniek die beter bekend staat als ‘3D printen’. Strikt

genomen is rapid prototyping echter een verzamelnaam waaronder 3D printen, maar

ook stereolithografie en selective laser sintering behoren. Tot op vandaag zijn het

hoofdzakelijk productontwikkelaars, de medische sector en een aantal nichesectoren

die veelvuldig van deze technieken gebruik maken. Door de snelle ontwikkeling en


90

de als maar stijgende kwaliteit van de afgeleverde producten kan deze techniek

tegenwoordig zelfs in massaproductie ingeschakeld worden. Door de steeds

toenemende mogelijkheden van deze machines krijgen we een veel groter rendement.

De relatief grote investering die de aankoop vergt wordt hierdoor gecompenseerd,

waardoor steeds meer en meer vooruitstrevende architectenbureaus hun toevlucht

zoeken tot dit flexibel hulpmiddel tijdens het ontwerpproces. William J. Mitchell45, een

toonaangevend figuur wanneer we het hebben over de zoektocht naar een symbiose

tussen architectuur en (CAD/CAM)-technologie, introduceerde al vroeg de eerste rapid

prototyping in het architectuurproces als een methode om driedimensionale modellen

te vertalen naar NC processing, bruikbaar voor fabricatie.

Een tekortkoming waar de huidige machines nog mee moeten afrekenen, is de beperkte

grootte waarin men kan afprinten. Standaard machines slagen er in om modellen van

ongeveer 35x35x35 cm af te printen. Er zijn machines op de markt die grotere objecten

printen, maar de kostprijs hiervan loopt al snel op en de tijd die zo een print in beslag

neemt loopt al snel op tot enkele dagen.

Rapid prototyping leent zich door zijn relatief lage gebruikskostprijs en hoge flexibiliteit

uitstekend tot het maken van studiemaquettes en prototypes van specifieke details.

We merken echter op dat het gebruik van deze techniek maar al te vaak beperkt blijft

tot het uitprinten van afgewerkte 3D modellen tot presentatiemaquettes. Willen we

echter vooruitgang maken en de mogelijkheden van dit nieuwe instrument ten volle

benutten, zal er op dit gebied nog een mentaliteitswijziging moeten plaatsvinden.

Stereolithografie is momenteel een van de meest gebruikte rapid prototype technieken

voor kunststofobjecten. De werking ervan is even eenvoudig als geniaal. Vertrekkende

van een 3D bestand46 wordt een object laag per laag opgebouwd (een tiental lagen per

millimeter) in een polymeerbad waarin het polymeer verhardt op die plaatsen waar

het door een UV-laserstraal geraakt wordt. Indien het model overkragingen bevat die

tijdelijk ondersteund moeten worden, worden die automatisch gegenereerd tijdens het

invoeren van het model in de machine.

45 Uit “An interview with William J. Mitchell on new space for learning, education and creativity.”, MIT, Cambridge, Herfst 2003 (geraadpleegd op 17 maart 2006 op http://web.media.mit.edu/~federico/creativity/mitchell/wjm_trans.htm)46 .STL, de meest gebruikte interface tussen CAD-programma’s en de rapid prototyping machines


UV-laser, verplaatsbaar in XY-richting

lift, beweegt in Z-richting

support

IR-laser, verplaatsbaar in XY-richting

verwarming + klimaatcontrole

piston, verplaatsbaar in Z-richting



poedervat

nivellerende trommel

036 - SLA / 037 - SLS


9�

Een andere veelgebruikte techniek is SLS47. In de casestudy ‘Manneke Pi’ wordt van

deze techniek gebruik gemaakt om een prototype te ontwikkelen. SLS is een additieve

productietechniek waarbij het model laag voor laag opgebouwd wordt uit nylonpoeder.

Dit is ook mogelijk met polystyreen, een aantal metaalpoeders – zoals roestvrij staal-

, brons48- en zelfs titaniumpoeder49 – en gieterijzand50. Door gebruik te maken van

een hoog-vermogen laser (bijvoorbeeld een carbondioxide laser) wordt het poeder

plaatselijk verhit van 179°C tot 180°C – de smelttemperatuur van nylonpoeder – en

aan elkaar gesmolten. De aansturing gebeurt ook hier weer op basis van een .STL-

bestand. Het uiteindelijk verkregen prototype is mechanisch belastbaar, zodat ook

functionele klikverbindingen en scharnieren gemaakt kunnen worden. Verder kan in

deze prototypen geboord en geschroefd worden.

Het SLS prototype kan achteraf geïmpregneerd worden met een speciale hars, waardoor

het prototype waterdicht en drukbestendig wordt.

Een belangrijk voordeel ten opzichte van stereolithografie is de mogelijkheid om in de

bak met poeder meerdere objecten tegelijkertijd te vervaardigen. Het losse poeder

doet namelijk dienst als ondersteuning voor alle objecten. Hierdoor kan een grotere

productiviteit bekomen worden.

Andere technieken zoals de 3D-printer (waarvan de Z-Corp51 de bekendste merknaam

is) bestaan erin het model eveneens op te bouwen in lagen, maar dan door het materiaal

laag per laag te printen. De grondstof hiervoor is vaak een poeder waarover een inkjet-

printkop een bindmiddel verspreidt. Dit proces herhaalt zich laag na laag, om zo het

object op een manier die analoog is aan stereolithografie op te bouwen. Het voordeel

van deze techniek is dat men op deze manier in staat is verschillende materialen te

combineren in een object. Bovendien is de maximale afdrukgrootte over het algemeen

groter dan die van stereolithografie.

47 X, “Selective Laser Sintering (SLS)”, Mercatel. (geraadpleegd op 14 maart �006 op http://www.mercatel.nl/prototyping/sls.htm)48 X, “Rapid Prototyping”, Paramount PDS (geraadpleegd op 17 maart �006 op http://www.paramountind.com/business_prototyping.html)49 ENGEL B., BOURELL D.L., “Titanium alloy powder preparation for selective laser sintering”, Rapid Prototyping Journal, juni �000, nr. �, p. 97 - 106 (geraadpleegd op 17 maart �006 op http://www.emeraldinsight.com/Insight/viewContentItem.do?contentType=Article&hdAction=lnkhtml&contentId=1455159)50 Gieterijzand is de verzamelnaam voor de reststof die ontstaat bij het gebruik van gietvormen in ijzergieterijen.51 http://www.zcorp.com/


93

5. Metadata

Metadata kunnen we in de ruime zin van het woord verstaan als data die naast of achter

andere data verscholen zitten. M.a.w. metadata zijn data over data. Nog eenvoudiger,

maar hierdoor ook iets minder nauwkeurig, kunnen we zeggen dat metadata ‘informatie

over data’ zijn.

In een �D-tekening kunnen bijvoorbeeld het nummer van de tekening, de naam van

een object,… beschouwd worden als metadata. Een eenvoudig 3D object zoals een

kubus kan heel wat metadata bevatten. Zo kan aan de kubus een naam meegegeven

worden, maar ook het materiaal waaruit de kubus moet bestaan, de kleur, de kostprijs,

de afmetingen en zijn status in het productieproces. Het zijn veel voorkomende

voorbeelden van metadata die aan een eenvoudig 3D object gekoppeld kunnen

worden.

In een Product Lifecycle Management omgeving5�, waar data waarden kunnen hebben

die de geometrie omschrijven, kunnen metadata informatie bevatten die de betekenis

van de waarden beschrijft. Life cycle status of effectiviteit zijn hiervan voorbeelden.

Metadata bestaan vaak uit informatie die niet enkel van belang is voor de ingenieurs

en fabrikanten. Kleur kan van belang zijn voor de marketingafdeling. Kostprijs kan van

betekenis zijn verkoopsafdelingen en de status van een object – of het nu om WIP

(work in progress) of om al afgewerkte producten gaat – heeft zijn nut in bijna elk

stadium van het fabricatieproces.

Het is vanzelfsprekend dat metadata niet nieuw zijn. Metadata worden al lange tijd in

ontwerp en fabricatie gebruikt. Zelfs buiten CAD systemen vinden we het gebruik van

metadata regelmatig terug. We kunnen zelfs stellen dat de hierboven aangehaalde

definitie toepasbaar is zowel in computeromgevingen, op papier als in onze geheugens.

Metadata kennen we al net zo lang als we conceptueel kunnen denken.

Wat maakt metadata vandaag de dag zo belangrijk? Het antwoord hierop vinden we

terug in de manier waarop engineering zich verplaatst van fysieke representatie naar

digitaal model. We zitten vandaag op een scharnierpunt in de tijd waarop een aantal

sleutelfactoren volwassen geworden zijn en daardoor de mogelijkheid creëren om

5� PLM-omgevingen ondersteunen een ontwerper in zijn ontwerpproces en het beheer ervan, van concept tot gerealiseerd product. Meestal wordt hiermee een softwareomgeving bedoeld.


94

een volledig bruikbaar digitaal model te leveren – iets wat al verschillende jaren de

ontbrekende schakel blijkt te zijn.

Quasi-fysieke communicatie tussen verschillende systemen is niet langer de enige

mogelijkheid. Het is uitgegroeid tot bussiness as usual. Ethernet, het internet en

protocollen zoals TCP/IP53 staan efficiënte communicatie tussen computers toe.

Belangrijk is ook dat deze communicatie hierdoor niet enkel en alleen meer tussen

computers binnen eenzelfde bureau hoeft te gebeuren. Communicatie is zelfs mogelijk

wanneer de twee afdelingen zich aan de andere kant van de wereld bevinden.

Deze nieuwe bouwstenen van communiceren liggen aan de basis van een groot aantal

toepassingen om informatie te delen. Werkbare digitale modellen, zelfs de meest

complexe projecten, zijn hierdoor realiteit geworden. Deze realiteit vraagt van deze

modellen natuurlijk meer dan enkel geometrie met de daarbij horende visualisaties.

Dit resulteert in een steeds stijgende vraag naar informatie. Metadata zullen hierin als

drager een sleutelrol spelen.

Hoewel metadata iets vrij abstract lijkt, worden er toch voortdurend nieuwe standaarden

en technieken ontwikkeld om metadata op een efficiënte wijze te kunnen gebruiken.

XML is ongetwijfeld één van de bekendste recente ontwikkelingen op dit gebied.

XML (eXtensible Markup Language) is een standaard voor het definiëren van formele

markup-talen voor de representatie van gestructureerde gegevens in de vorm van

platte tekst. Deze representatie is zowel machineleesbaar als leesbaar voor de mens.

XML is een bepaalde manier om gegevens gestructureerd vast te leggen. Het is niet

alleen geschikt om gegevens in op te slaan maar wordt de laatste tijd ook meer en

meer gebruikt om gegevens via het internet te versturen.

XML zorgt voor die herkenbaarheid van gegevens. Voorbeeld: een XML-bestand dat

een kubus en een bol van eigenschappen voorziet zou er als volgt uit kunnen zien:

<?xml version=”1.0” encoding=”ISO-8859-1”?><3D model naam=”een kubus en een bol”> <kubus> <naam>kubus_01</naam> <kleur>rood</kleur> </kubus>

53 TCP/IP is een verzamelnaam voor de reeks netwerkprotocollen die voor een grote meerderheid van de netwerkcommunicatie tussen computers instaan


95

<bol> <naam>bol_01</naam> <kleur>geel</kleur> </bol></3D model>

Het gaat in dit bestandsformaat om de structuur van informatie, dit in tegenstelling

tot HTML, waarin het meer gaat om de presentatie van de informatie. In een HTML-

bestand beschrijven de tags wel hoe informatie moet worden gepresenteerd maar niet

wat deze informatie betekent.

Een variant op de XML-standaard die nauwer aansluit bij het file-to-factory gebeuren is

3DXML. Deze werd ontworpen om metadata en geometrische gegevens in eenzelfde

bestand op te slaan. Het gaat hier om een standaard die een 3D model, vaak

gedefinieerd door de VRML54-standaard, voorziet van metadata in XML-formaat. Een

bijkomend voordeel van de 3DXML-standaard is de zeer kleine bestandsgrootte. Dit

is van groot belang, vermits de bestanden waarmee gewerkt wordt vaak via internet

toegankelijk gemaakt zullen worden.

6. Centrale dataopslag (�4u/netwerk bureau)

Het is belangrijk dat alle meewerkende partijen steeds aan het zelfde 3D-model

werken. Op deze manier worden een groot aantal fouten die kunnen ontstaan door

het gebruik van verouderde versies vermeden. Vermits de partijen vaak niet samen

op één locatie werken, kan een oplossing met centrale dataopslag via een beveiligde

internetverbinding vaak uitkomst brengen.

Deze oplossingen worden gekoppeld aan een platform waarin lastenboeken,

werfverslagen, plannen, foto’s,… op een gestructureerde wijze hun plaats krijgen. Door

dit platform op te stellen vanuit verschillende gebruikerniveaus, kan men dit systeem

voor iedereen – zelfs de arbeiders op de werf – toegankelijk maken.

Een voorbeeld van dergelijk platform dat in Nederland ontwikkeld werd is ‘Bouwshare’55.

Deze oplossing koos ervoor om alle activiteiten te laten plaatsvinden op een website

54 Virtual Reality Modeling Language. VMRL staat toe virtuele werelden te creëren op interne netwerken en het internet. Men kan deze aan elkaar linken met een principe dat parallel staat met de gewone hyperlink die we terugvinden in HTML (http://www.w3.org/MarkUp/VRML/)55 http://www.bouwshare.nl/


96

waarop elke deelnemer van het desbetreffende bouwproject kan inloggen. Zo kan men

de voor hem/haar relevante documenten opvragen en delen met anderen.

7. Juridische aspecten56

Een bouwproces is op juridisch vlak een complex geheel van overeenkomsten en

handelingen tussen bouwheer, architect, ingenieur, aannemer, bouwpromotor en

mogelijk nog andere partijen. Elk van deze partijen is aansprakelijk voor een deel of

voor het geheel van de schadegevallen of gebreken die zich bij bouwprojecten kunnen

voordoen. Concreet stelt zich dus de vraag voor welke fouten elk van deze partijen

verantwoordelijk kan gesteld worden en meerbepaald hoe die aansprakelijkheden

van de verschillende partijen zich tot mekaar verhouden. Of anders gezegd: wie is

aansprakelijk waarvoor en in welke mate?

Bij file-to-factory-projecten is dit probleem van de verdeling van de aansprakelijkheden

nog acuter. Dergelijke projecten komen namelijk tot stand in samenspraak tussen

architect, technisch expert (ingenieur) en aannemer. Omdat zij werkelijk samenwerken

aan één project, is het heel moeilijk om duidelijk af te bakenen wie precies welk deel

van de opdracht voor zijn rekening genomen heeft. Bijgevolg is dan ook veel moeilijker

te bepalen wie de aansprakelijkheid zal dragen voor welk deel.

In een klassiek bouwproject ontwerpt de architect de bouwwerken en is hij diegene

die de plannen en lastboeken opstelt. Het zal dan ook uitsluitend de architect zijn die

hiervoor de verantwoordelijkheid draagt.

Wel rust op de aannemer de verplichting om de bouwheer te wijzen op conceptiefouten.

Een voorbeeld van een conceptiefout is een fout in de stabiliteit van het gebouw. Ook

een slechte materiaalkeuze wordt beschouwd als een ontwerpfout van de architect.

Hij zal dan ook aansprakelijk zijn wanneer het gekozen materiaal niet geschikt is voor

de toepassing waarvoor het gebruikt wordt. Het gaat zelfs nog verder: wanneer een

architect nieuwe materialen gebruikt en hij zich daarbij niet laat bijstaan door de fabrikant

van deze materialen, is hij als enige aansprakelijk voor de risico’s van de innovatie. Het

56 DEKETELAERE, K., en VERBEKE, A., (eds.), Handboek bouwrecht, Antwerpen, Intersentia, �004, 1093.BURSSENS, F., Aannemingsrecht in hoofdlijnen, Antwerpen, Maklu, �001, 505.


97

spreekt dan ook voor zich dat de architect een groot aansprakelijkheidrisico draagt bij

file-to-factory-projecten. Het typische aan dergelijke projecten is immers dat er originele

constructies ontworpen worden waarin ieder onderdeel uniek is. Het is meestal zo dat

het gebouw ontworpen wordt in samenspraak tussen architect, technische expert,

aannemer en fabrikant. Het ontwerpen gebeurt dus in team, wat tot gevolg heeft dat

de architect zijn aansprakelijkheid deelt met de andere betrokken partijen.

Daarnaast kan een architect zich bevrijden van zijn aansprakelijkheid wanneer hij

aantoont dat hij voor specifieke technische studies een beroep heeft gedaan op een

technisch expert omdat hij voor de betreffende studie niet bevoegd is. De architect

zal in dat geval wel moeten aantonen dat de expert goed is in zijn vakdomein. Ook is

hij nog aansprakelijk voor die delen van de studie waarvan hij geacht wordt over de

nodige vakkennis te beschikken.

Voor de uitvoeringsfouten is in principe de aannemer aansprakelijk, omdat het in de

eerste plaats de aannemer is die de werken moet uitvoeren in overeenstemming met

de plannen en het lastenboek van de architect. Wanneer aangetoond kan worden dat

de architect onvoldoende toezicht hield op de werken, kan ook de architect naast de

aannemer aangesproken worden voor uitvoeringsfouten.

Specifiek aan file-to-factory-procedures is dat er gewerkt wordt met innovatieve en

gespecialiseerde technieken en materialen. In zulke omstandigheden zal de aannemer

zich moeilijker van zijn aansprakelijkheid kunnen bevrijden, omdat hij geacht wordt

over een zekere expertise te beschikken waarover de architect moeilijk controle kan

uitoefenen.

De hierboven geschetste principes staan haaks op een file-to-factory-werkwijze. Sterker

nog, de manier waarop de aansprakelijkheden van architect, ingenieur en aannemer

naar huidig recht geregeld zijn, vormt een belemmering voor de doorbraak van deze

manier van werken. De redenering die ons tot deze conclusie brengt is de volgende.

In een file-to-factory-project werken architect, aannemer en ingenieur als één team

aan de opdracht. Het resultaat van deze samenwerking veruitwendigt zich in één enkel

digitaal bestand. Dit document heeft zowel de functie van ontwerpdocument als van

constructief model. Met andere woorden, de architect ontwerpt in het digitaal bestand,

terwijl in datzelfde document ook de constructie van het gebouw moet af te lezen zijn.


98

Het bestand moet dus verschillende lagen hebben.

Volgens Branco Kolarevic is het belangrijkste gevolg van deze nieuwe manier van werken

dat de architect de rol krijgt van “coördinator van informatie”.57 Het doel van deze

manier van werken is het hele bouwproces te optimaliseren door het samenbrengen van

informatie. Het eenmaken van de informatie bevordert de efficiëntie op het terrein.

Het juridische gevolg van deze werkwijze is nu dat het digitaal model het belangrijkste

onderdeel wordt van het contract op constructief gebied. Er bestaat slechts één

document, waardoor alle informatie die nodig is uit dat document gehaald moet worden.

Deze werkwijze is dan ook een ware ommekeer in de manier waarop traditioneel een

bouwproces aangepakt wordt.

Volgens de klassieke werkwijze geeft de architect de ingenieur enkel basisplans door.

Op die manier is het erg duidelijk welke zaken de ingenieur toevoegde. Dit maakt het

de architect later ook makkelijker zich te bevrijden van zijn aansprakelijkheid doordat

hij eenvoudiger de aansprakelijkheid van de ingenieur kan aantonen. Het delen van

digitale data tussen de verschillende betrokken partijen wordt ontmoedigd omdat ieder

zijn aansprakelijkheid wil beperken. Men wil duidelijke grenzen trekken tussen ieders

werk, om op die manier iedereen aansprakelijk te kunnen stellen voor zijn deel van

het werk.

Het juridische tegenargument voor deze klassieke manier van werken is nochtans

eenvoudig. Vanuit economisch standpunt kan de werkwijze die eigen is aan een file-

to factory-procedure alleen maar aangemoedigd worden. Wanneer de verschillende

partijen samen werken in één enkel document, betekent dit dat er een maximale

informatie-uitwisseling is tussen de verschillende betrokken partijen. Bijgevolg verloopt

het project veel efficiënter vermits er geen informatiedeficit optreedt. Dit heeft op zijn

beurt tot gevolg dat er minder reden bestaat tot aansprakelijkheden. Immers, des te

meer informatie men tot zijn beschikking heeft, des te minder fouten men maakt.

57 KOLAREVIC B., Architecture in the digital age. Design and manufacturing, New York, Spon Press, 2003, p. 60 Branko Kolarevic houdt in dit hoofdstuk een waar pleidooi voor de architect als “master-builder”.


101DEEL IV: To factory


103Vorige hoofdstukken tonen aan dat men vandaag in staat is bijna alle mogelijke

vormen visueel voor te stellen en digitaal te ontwerpen. Bovendien kan men deze grote

diversiteit aan ontwerpen ook nog vaak aan de realiteit toetsen door ze allerhande

simulaties te laten ondergaan. Men kan zelfs virtueel al deze ontwerpen zodanig

detailleren dat het bijna vanzelfsprekend wordt dat alles ook effectief gerealiseerd kan

worden. Het is op dit punt dat het tijd wordt om terug even met de twee voeten op

de grond te komen en na te gaan waar de grenzen – die de virtuele wereld blijkbaar

niet meer kent – van onze machines en materialen liggen en hoe dit alles binnen

een aanvaardbaar budget gerealiseerd kan worden. Dit gebeurt doorgaans onder de

noemer ‘mass-customization’, een hedendaagse interpretatie van het moderne principe

van massaproductie.

De doorgedreven digitalisering die we, zoals hiervoor beschreven, terugvinden in het

ontwerpproces, heeft ook zijn weg gevonden naar de nieuwe productietechnieken.

Manuele bediening van machines wordt vervangen door digitale programma’s, met

als belangrijkste gevolgen een grotere nauwkeurigheid, snelheid en vrijheid. Dit zijn

drie voorwaarden waaraan minstens voldaan moet worden om mass-customization


104

economisch rendabel te maken.

Naast ontwerp en constructie, ontsnappen ook de materialen niet aan deze digitale

evolutie. Ontwikkelingen zorgen voor een nog breder gamma aan toepassingen

en een steeds groeiende ontwerpvrijheid. Daar staat wel tegenover dat nieuwe

materiaaltoepassingen ook vaak nieuwe productietechnieken vragen.

1. Mass-customization

De strakke vormen van het modernisme werden voor een groot deel bepaald door

de Fordiaanse58 paradigma’s van industrieel fabriceren. Het productieproces werd

doordrongen van standaardisatie, prefabricatie en on-site installatie. Het rationele

aspect van deze manier van werken dicteerde een eenvoudige vormgeving boven

complexiteit en repetitie boven afwisseling.

Deze starheid van productie is niet langer noodzakelijk omdat digitaal gecontroleerde

machines unieke, complex vormgegeven componenten met evenveel gemak en met

een kostprijs die niet langer exuberant is, kunnen produceren. Met andere woorden,

variatie compromiteert niet langer de efficiëntie en het economisch aspect van

productie.

De vraag om one-of-a-kind bouwcomponenten te produceren met hetzelfde gemak als

gestandaardiseerde onderdelen, heeft ‘mass-customization’ in het ontwerp-, bouwen

productieproces geïntroduceerd. Het is net zo gemakkelijk en even duur om met een

CNC-milling machine 1000 unieke als 1000 identieke onderdelen te produceren.

Mass-customization, het post-Fordiaanse paradigma voor de economie van de twintigste

eeuw, werd door Joseph Pine gedefinieerd als “the mass production of individually-

customized goods and services, thus offering a tremendous increase in variety and

customization without a corresponding increase in costs”59.

Bijna elke segment van onze economie, en onze industriële productie in het bijzonder,

werd beïnvloed door mass-customization. Bijvoorbeeld Levi’s biedt volledig aangepaste

58 Henry Ford heeft de bestaande methodes van massaproductie beduidend verbeterd, onder andere door de ontwikkeling van de lopende band en de toepassing ervan in de door hem opgerichte Ford Motor Company. Fordiaans slaat dus op de productievorm die zich aan deze werkwijze spiegelde en die zijn opmars maakte in de naoorlogse decennia in de westerse industriële landen.59 X, Mass Customization: The New Frontier in Business Competition, Harvard Business School Press, 1993


105

jeansbroeken aan, die vervaardigd worden vertrekkende van lichaamsafmetingen die

genomen worden door een scanner en dan rechtstreeks door de computer verwerkt

worden. De kostprijs hiervan is nauwelijks hoger dan die van een standaard broek.

Motorola, Panasonic en ondertussen vele andere hebben gelijkaardige projecten op

touw gezet.

Vreemd genoeg is mass-customization uiterst geschikt voor de logge industrietak die de

bouw al wel eens wil zijn. Mensen houden ervan hun huis te personaliseren, bedrijven

onderscheiden zich graag van hun concurrenten. Vaak blijft deze onderscheiding

beperkt tot visuele maquillage. Door de introductie van dit proces in de bouwindustrie

zal het gepersonaliseerde huis echter een andere betekenis krijgen, maar belangrijker,

ook voor iedereen betaalbaar worden.

Digitaal gestuurde productieprocessen zullen een andere interpretatie van seriewerk in

architectuur introduceren, één die gebaseerd is op locale variatie en verscheidenheid

in series.

In de modernistische esthetica werd het huis beschouwd als een voor u vervaardigd

item, ‘a machine for living’60. Massaproductie zou de beste ontwerpen beschikbaar

maken voor een grote markt en design zou niet langer een privilege zijn voor de

elite. Het schoolvoorbeeld van zuiver omgaan met deze constructieve standaardisatie

is Le Corbusiers Maison Dom-Ino61. Enerzijds was dit niet meer dan een eenvoudig

technisch productiesysteem, anderzijds ging het om een spel met het woord Dom-Ino.

Met deze naam refereerde hij naar een huis dat even gestandaardiseerd was als een

dominosteen. Hij wenste dit dan ook te beschouwen als een voorziening die qua vorm

en montagetechniek op een typisch industrieproduct leek. Het doel hiervan bij mass-

customization blijft gelijkaardig, alhoewel geherinterpreteerd.

�. Digitale productie

Aan de basis van deze nieuwe productieprincipes ligt ongetwijfeld de technologische

vooruitgang in ons digitale tijdperk. Daardoor ontstaat een directe link tussen wat

bedacht kan worden en wat we kunnen construeren. Belangrijk hierbij is te weten dat

60 Le Corbusier: Inside the Machine for Living61 FRAMPTON K., Moderne architectuur. Een kritische geschiedenis, Roeselare, Roularta Books, 199�, p. 186.


106

niet alleen onze ideeën digitaal gerealiseerd worden, ook de realisatie gebeurt digitaal

door de “file-to-factory” processen, CNC6�-fabricatietechnologieën.

De complexiteit van organische architectuur heeft architecten uit pure noodzaak

gedwongen om terug dichter bij het productieproces te staan. Hoe kunnen gebogen

oppervlakken, die prominent aanwezig zijn in organische architectuur, op een goede

manier tot uiting komen zonder de ruimtelijkheid van het gebouw aan te tasten. Vanaf

het moment dat realiseerbaarheid een directe functie van de berekenbaarheid wordt,

is de vraag niet langer of een bepaalde vorm bouwbaar is, maar wel welke nieuwe

instrumenten we nodig hebben om te kunnen voldoen aan de mogelijkheden die de

digitale manieren van ontwerpen ons voorgeschoteld hebben.

2.1. 2D-fabricatie

2D-fabricatie is vandaag de dag de meest gebruikte digitale fabricatietechniek. Men

vertrekt steeds van plaatmateriaal dat, afhankelijk van het te versnijden materiaal

en de dikte, met verschillende snijtechnieken computergestuurd versneden wordt.

Plasma-boogsnijden, laser-beam en waterstraalsnijden zijn de meest voorkomende

technieken. Het basisprincipe bestaat erin ofwel de snij-‘kop’, dan wel het bed met

het materiaal (of een combinatie van beide) volgens X- en Y-richting te bewegen.

De bewegingen die de kop volgt worden gestuurd door de CNC-gegevens die in de

machine ingegeven worden.

Het paviljoen voor BMW op de Internationale Autotentoonstelling in Frankfurt am Main

(1999), ontworpen door Bernhard Franken63, maakt voor de productie van de dragende

staalstructuur gebruik van aluminiumplaten die door middel van 2D-fabricatie op maat

gesneden werden. De aluminium draagstructuur werd ontworpen op basis van het

wireframemodel van de ‘bubble’. Door de wires op basis van structurele berekeningen

een dikte mee te geven bekomt men platen die men, na ze in een �D-tekening verenigd

te hebben, gemakkelijk kan uitsnijden. Hierbij kan men gebruik maken van een van de

technieken die hierna besproken worden.

6� Computer(ized) Numerical(ly) Control(led). CNC ontstond in de late jaren 40, als de opvolgers van de (niet-digitale) NC machines (Numerically Controlled).63 http://www.franken-architekten.de/


038 - Bubble Paviljoen


039 - Plaatsing van de glazen panelen voor de Bubble


109

�.1.1. Plasma-boogsnijden64

Plasma-boogsnijden werd ontwikkeld in de jaren ’50 om metaalsoorten te snijden

die niet met vlammen gesneden konden worden, zoals roestvast staal, koolstofstaal,

chroomnikkel staal, alle geharde staalsoorten65, non-ferro metalen, aluminium maar

ook koper en gietijzer66. Het plasma snijproces maakt gebruik van elektrisch geleidend

gas dat de energie van een elektrische stroombron door een plasma snijtoorts naar

het te snijden materiaal brengt. De gebruikte plasma gassen zijn onder andere argon,

hydrogen, nitrogen en mengsels hiervan met lucht en zuurstof.

De plasma boog wordt hierdoor tot een temperatuur van 13.871,11°C verhit. Bij

deze temperatuur is deze boog in staat deze metalen te smelten en tegelijkertijd te

doordringen, waardoor het materiaal versneden wordt. De toevoeging van een gas

dat tegen hoge snelheid mee door de kerfsnede gestuurd wordt, zorgt ervoor dat

overblijfselen van het gesmolten materiaal aan de onderzijde van de snede onmiddellijk

verwijderd worden voor het metaal terug stolt.

Het proces brengt een hoge concentratie aan straling met zich mee – in de vorm van

ultraviolet en zichtbare straling – die geproduceerd wordt door het plasma-boogsnijden.

De intense warmte van de boog, met een verdamping van het metaal als gevolg, zorgt

tevens voor een grote hoeveelheid dampen en rook.

64 X, “Standard metal cutting processes: laser cutting vs. water jet cutting”, tesko laser division. (geraadpleegd op 25 februari 2006 op http://www.teskolaser.com/laser_cutting2.html); HILAIRE S., “Using plasma arc cutting to clean-cut stainless steel sheet and plate”, thefabricator.com, 31 mei �001. (geraadpleegd op 25 februari 2006 op http://www.thefabricator.com/PlasmaCutting/PlasmaCutting_Article.cfm?ID=513)65 Wanneer vloeibaar staal (met 1-2% koolstof) langzaam verwarmd wordt tot een temperatuur hoger dan 700°C, vormen zich austeniet-kristallen. Bij austenietkristallen is er ruimte voor koolstofatomen, tussen de ijzeratomen. Wanneer het staal enige tijd op deze temperatuur gehouden wordt, gaan de koolstofatomen zich van de randen van de kristallen verplaatsen naar de ruimte tussen de ijzeratomen, binnen in de kristallen.Door het staal vanuit deze fase snel af te koelen tot beneden 200 °C door onderdompeling in water of olie, krijgen de koolstofatomen geen kans om de kristallen te verlaten. Omdat de koolstofatomen als het ware in de weg zitten, kunnen de ijzeratomen zich niet herschikken tot ferriet-kristallen. In plaats daarvan vormen zich martensiet kristallen. Men verkrijgt staal met een hardheid die groter is dan 5� Hrc, waardoor men over gehard staal praat.66 X, “Snel, precies en schoon: Cloos plasmasnijden”, Cloos Nederland B.V. (geraadpleegd op 17 maart �006 op http://www.cloos.nl/lastechniek/lasapparatuur_plasma.html)


beveiligingsgas

snijgas

plasmastraal

positief geladen metaal

negatieve electrode

040 - Plasmasnijden


abrasief poeder

water onder hoge druk

041 - Waterstraalsnijden


11�

�.1.�. Waterstraalsnijden67

De technologie van het waterstraalsnijden is al ongeveer tien jaar in ontwikkeling. Het

maakte zijn opgang in de auto-industrie waar het hoofdzakelijk gebruikt wordt om

metalen te snijden. Ook in de lucht- en ruimtevaartindustrie wordt het ondertussen

veelvuldig toegepast. Door de mogelijkheid grotere materiaaldiktes te kunnen snijden

in vergelijking met lasertechnologie, kent het ook een grote opmars in de bouwindustrie.

Waterstraalsnijden is milieuvriendelijk en bovendien bij de meeste materialen ook

sneller dan bijvoorbeeld lasertechnologie.

Bij het waterstraalsnijden wordt met een zeer dunne, krachtige waterstraal een nauwe

snijspleet gemaakt. De energie om het materiaal te verspanen wordt verkregen door

hoge druk en water door een nauw buisje te sturen. Dit buisje, de orifice, het deel in de

snijkop waar alleen het water doorheen gaat, is gemaakt van een hoogwaardig en hard

materiaal. Het proces is continu, en de pomp die gebruikt wordt om het water onder

hoge druk te brengen levert gemiddeld een 3800 bar. De waterstraal die uit de snijkop

komt heeft daardoor een snelheid van ongeveer 800 meter per seconde.

Binnen het waterstraalsnijden kunnen we twee soorten onderscheiden, te weten het

abrasief en niet-abrasief waterstraalsnijden.

Bij de abrasieve methode kan de energiedichtheid sterk verhoogd worden door

toevoeging van een vaste stof met een hogere dichtheid dan water (abrasief). De

mineralen die hiervoor aangewend worden, zijn afgeleid van vormzand (bv. Olivin 60

of Granat 80). Hoe groter de korrel, des te breder de snijstraal.

Niet-abrasief waterstraalsnijden heeft als nadeel dat de materiaalhardheid een

beperkende factor vormt. Hoe harder het materiaal, des te moeilijker er met alleen

water doorheen te komen is.

De techniek van het waterstraalsnijden heeft als belangrijk voordeel dat veel materialen

gesneden kunnen worden. Bij het abrasief waterstraalsnijden is het mogelijk om bijna

elke materiaalsoort te snijden. Geharde stalensoorten kunnen tot een dikte van 50

millimeter gesneden worden, normale stalen tot een dikte van 70 millimeter, non-

ferro metalen tot een dikte van 120 millimeter en zachtere materialen zoals schuim

tot 300 millimeter. Deze waarden zijn echter de waarden die doorsnee machines

67 X, “Waterstraalsnijden”, IDE442 Materialiseren, Technische Universiteit Delft, 1999 (geraadpleegd op 25 februari 2006 op http://www.io.tudelft.nl/live/binaries/c47853db-2a97-43f7-95f9-a1772b1d9073/doc/artikel1999A3.pdf)


113

kunnen halen. Wanneer we bij fabrikanten op zoek gaan naar hun specificaties, komen

we waterstraalsnijders tegen die titanium tot een dikte van 300 millimeter68 kunnen

snijden.

Bij niet-abrasief snijden is de materiaaldikte sneller een beperkende factor. Deze

methode is geschikt voor het snijden van karton, kunststof, triplex, polyamide, gipsplaat,

voedselproducten en rubber. Omdat er bij waterstraalsnijden geen hitte beïnvloede

zone ontstaat is het zeer geschikt om bijvoorbeeld composieten en plastics te snijden.

Daarnaast zijn er nog vele andere materialen zoals textiel, papier, leer, isolatiematerialen,

baksteen, messing, aluminium, AL-legeringen, brons, koper, keramiek, verschillende

soorten schuim, glas, hout, marmer, vezelversterkte kunststoffen, honingraat- en

sandwichmaterialen die met behulp van waterstraalsnijden versneden kunnen worden.

Bij dun staal en brosse materialen is het aan te raden andere snijtechnieken te

gebruiken.

De snedekwaliteit bij het snijden van dikke materialen is zeer hoog. Naarmate de dikte

en de hardheid van het materiaal toenemen, zal de straal echter eerder afbuigen en

een waaiervormige structuur achterlaten op de snijkant van het werkstuk.

Met een waterstraal zonder toevoegingen is het mogelijk om te snijden met snelheden

tot �00 meter per minuut. Bij hardere materialen ligt deze snelheid lager. RVS (roestvrij

staal) met een dikte van 40 millimeter kan bijvoorbeeld versneden worden met een

snelheid tot 50 meter per minuut.

De kostprijs is sterk afhankelijk van het feit of men gebruik maakt van abrasief snijden,

wat duurder is, dan wel van niet-abrasief snijden. Deze kosten hangen ook sterk af van

het soort abrasief, want dit is in vele kwaliteiten en prijzen te verkrijgen.

De grote voordelen van het waterstraalsnijden zijn onder andere de afwezigheid

van door hitte beïnvloede zones, geen stof en giftige dampen, geen breukvorming

en complexe geometrische vormen kunnen eenvoudig gesneden worden met een

minimaal materiaalverlies. De nadelen zijn beperkt tot een afbuiging van de straal bij

te dikke materialen, vochtopname bij onbehandelde prepegs (pre-impregnated fibers)

en veel lawaai bij abrasief snijden.

68 X, “General Information”, LAI East / LAI International, Inc. (geraadpleegd op 25 februari 2006 op http://www.laico.com/about_east.html)


114

�.1.3. Lasersnijden69

Lasersnijden is een industriële bewerkingstechniek die zijn opwachting maakte in de

jaren ‘80. Zoals de naam doet vermoeden maakt deze snijtechniek gebruik van een

laserstraal om materialen te snijden. Een laser is een elektromagnetische stralingsbron

die een coherent licht uitzendt in een evenwijdige bundel. Om met de laserstraal te

snijden, moet deze worden gefocusseerd tot een lichtcirkel waarvan de diameter slechts

fracties van een millimeter bedraagt. Hierdoor wordt de intensiteit van de straal zo groot

dat door smelten en verdampen van het materiaal zeer smalle en nauwkeurige gleuven

worden gemaakt. Met de scherpe laserstraal kan men een groot aantal metalen en

niet-metalen zoals kunststoffen, glas, hout en textiel snijden.

Doorgaans hebben laserstralen een vermogen dat ligt tussen 1500 en �000 watt. Er

vindt echter in de industrie een verschuiving plaats naar lasers van 4000 tot 6000 watt.

Zij bieden als voordeel dat dikkere platen versneden kunnen worden – tot ongeveer

32 millimeter – of dat dunnere platen tegen een hogere snelheid verwerkt kunnen

worden. De snelheden liggen nog wel steeds een stuk lager dan die van de hierboven

besproken waterstraalsnijders.

Binnen de wereld van bewerkingstechnieken spelen twee typen lasers een rol: De Nd-

YAG-laser en de CO�-laser. De Nd-YAG-laser wekt, in verhouding tot de CO�-laser,

doorgaans een kleiner vermogen op, en wordt daarom voornamelijk gebruikt in de

elektronica-industrie. De CO�-laser gebruikt men voor het zwaardere werk, zoals in de

metaalindustrie. Van de industriële lasers in Europa is ca. 75% van dit type.

Om goede snedes te maken in harde materialen is de hoge vermogensdichtheid van

de laserstraal op zich vaak nog niet genoeg. Er wordt dan ook vaak een gasstroom

toegevoegd. Het gas verzekert een effectieve overdracht van de laserstraal naar het

werkstuk. Bovendien heeft het gas een koelende werking op het omliggende materiaal

en verwijdert het het gesmolten en verdampte materiaal van de snijzone. Het gas

beschermt eveneens de optische componenten (spiegels e.d.) tegen dampen en

spatten. Om oxidatie van de snijkanten tegen te gaan, zal meestal een edelgas worden

gebruikt. Helium of argon zouden hiervoor ideaal zijn, maar brengen in vele gevallen

en te hoge kostprijs met zich mee, waardoor men meestal met speciale gasmengsels

69 BELL D., “Optimizing CO2 laser use: Part II”, 2006. (geraadpleegd op 25 februari 2006 op http://www.thefabricator.com/LaserCutting/LaserCutting_Article.cfm?ID=1284)


snijrichting, snelheid v

gesmolten materiaal

lens

snijgas

warmte-beïnvloede zone

laserbundel

04� - Lasersnijden


116

gaat werken. Bij het versnijden van bijvoorbeeld titanium maakt men wel gebruik van

deze duurdere gassen.

Bij staal opteert men voor de toevoeging van een reactief gas zoals lucht, zuurstof

of stikstof. Het gas wordt met een coaxiale gasstroom tot vlak boven het oppervlak

van het materiaal gebracht en veroorzaakt onder invloed van de laserbundel de

uiteindelijke snijreactie. Door de exotherme reactie van het gas, wordt een vijf keer

grotere snijsnelheid mogelijk dan wanneer men met een edelgas zou werken.

In bijlage 1 zijn tabellen terug te vinden die een indicatie geven van de snelheid

waarmee RVS versneden kan worden door gebruik te maken van lasersnijden.

2.2. Subtractieve fabricatie

Subtractieve fabricatie70 houdt in dat men materiaal verwijdert van een volume van

een bepaald materiaal. Men maakt hierbij gebruik van hoofdzakelijk mechanisch-

reductieve processen, zoals frezen.

Een freesmachine71 wordt gebruikt voor het produceren van complex vormgegeven

onderdelen. De techniek wordt hoofdzakelijk toegepast op metalen en hout, maar

meer en meer gaat men ook zachte kunststoffen op deze manier vormgeven, zodat ze

achteraf gemakkelijk als mal gebruikt kunnen worden.

In essentie bestaat een freesmachine uit een stuk snijgereedschap, plaat- of

cilindervormig, met vertandingen erin die als beitels dienst doen bij de bewerking

van de werkstukken. Het gereedschap wordt op een freesmachine bevestigd, en de

roterende frees of het werkstuk beweegt zich lineair, dan wel driedimensionaal, om

zo een profiel of uitsparing te verkrijgen in het basisvolume. Freesmachines kunnen

manueel bediend worden of met behulp van CNC. Manueel frezen verliest echter snel

terrein vanwege zijn weinig productieve karakter.

De 2D-freesmachines vinden we in twee vormen terug. De bekendste is ongetwijfeld

de draaibank. Het te frezen materiaal draait hierbij om zijn eigen as en de freeskop

heeft twee bewegingsassen. De tweede vorm volgt een gelijkaardig principe, maar kan

toegepast worden op oppervlaktes. Een roterend boorgedeelte wordt volgens de X- en

Y-richting over het (plaat)materiaal bewogen om zo tweedimensionale patronen van

70 X, “Milling machine”, Wikipedia, the free encyclopedia, 2006. (geraadpleegd op 26 februari 2006 op http://en.wikipedia.org/wiki/Milling_machine)71 Uit het Frans: fraise – kanten plooikraag; Engels: milling machine


043 - Frezen


118

het materiaal te verwijderen.

Het frezen van 2.5D7� vormen is een rechtstreekse uitbreiding van tweedimensionaal

snijden. Door de boorkop de mogelijkheid te geven om omhoog en omlaag te bewegen

– langs de Z-as – kunnen drie-assige freesmachines volumetrisch materiaal verwijderen.

Deze manier van werken is wel inherent aan een belangrijke beperking. Het aantal

vormen die men op deze manier kan produceren is beperkt. Concave vormen zijn

bijvoorbeeld op deze manier onmogelijk te maken.

Deze vormen kunnen wel verkregen worden door gebruik te maken van vier-assige of

vijf-assige freesmachines. Bij de vier-assige methode voegt men de mogelijkheid toe

om ofwel de boorkop, ofwel het bed waarop het materiaal ligt, een extra draai-as mee

te geven. Een vijf-assig freessysteem krijgt nog een extra rotatie-as met zich mee.

Hoe ver men ook al gevorderd is in de ontwikkeling van deze machines, men heeft

nog steeds af te rekenen met een aantal beperkingen, zeker wanneer het gaat om

bepaalde holle vormen.

CNC-frezen werd recent toegepast in een aantal nieuwe projecten in de bouwindustrie.

Het werd onder andere gebruikt om lichtgewichtpolystyreen mallen te bouwen

voor zowel on-site als off-site gieten van betonnen elementen met dubbel gebogen

geometriën. Deze vinden we terug in Gehry’s kantoorgebouwen in Düsseldorf,

Duitsland (�000). Ook voor de productie van gelamineerde glaspanelen met complexe

kromlijnige oppervlakten gebruikt men een gelijkaardig techniek. Bernard Franken’s

“Bubble” BMW paviljoen (1999) – dat eerder al aangehaald werd voor het gebruik van

2D-fabricatie – is hiervan een toonaangevend voorbeeld.

2.3. Additieve fabricatie

Het principe van additieve fabricatie werd reeds behandeld bij rapid prototyping. Door

de beperkte afmetingen van de machines die hier gebruikt worden is de toepassing

van deze fabricagetechniek naar de bouw zelf toe minimaal te noemen. Wel kan deze

techniek nuttig aangewend worden om prototypes van bijvoorbeeld complexe knopen

7� 2.5D is de afkorting van ‘twee-en-een-half dimensionaal’. Technisch gezien gaat het om een onjuist term, maar hij wordt ondertussen zo frequent gebruikt – zeker in de digitale wereld – dat het een algemeen aanvaard begrip geworden is. In de machinewereld refereert hij naar een oppervlak welk een projectie van een vlak is in de derde dimensie. Hoewel het product driedimensionaal is, zijn er geen overhangende elementen mogelijk.


119

van spiderconstructies te vervaardigen, die dan achteraf als basis voor een mal gebruikt

kunnen worden.

TriPyramid73 gebruikte deze werkwijze om de onderdelen van bijzondere spanten in

onder andere Polshek’s Rose Center for Earth and Space74 te ontwerpen.

2.4. Formatieve fabricatie

Men spreekt over formatieve fabricatie wanneer het materiaal – vertrekkende vanuit

zijn basisvorm, vaak buizen of platen – bewerkt wordt door er mechanische krachten,

warmte of stoom op los te laten. De gewenste vorm is dus een resultaat van vervorming.

Een metaal kan bijvoorbeeld permanent vervormd worden door er processen op toe

te passen die het metaal voorbij zijn elasticiteitsgrens brengen. Het metaal verwarmen

om het in een ‘weke’ toestand te buigen is hier een veelgebruikte techniek.

Ik verwijs hiervoor naar het paviljoen ontworpen door Bernhard Franken voor BMW,

‘The Wave’ op de Expo 2000 in Muchen. Men gebruikte hier stalen buizen die, CNC-

gestuurd, gebogen worden.

3. CNC

De sleutel van al deze nieuwe productietechnieken is ongetwijfeld het feit dat ze via

digitale programma’s automatisch aangestuurd kunnen worden. Deze digitale sturing

wordt aangeduid met de term CNC (Computer Numerically Controlled). CNC kan

men het gemakkelijkst omschrijven als de manier waarmop computers met machines

communiceren. Wij tekenen in CAD-programma’s lijnen en objecten, maar deze kunnen

(nog) niet rechtstreeks aangewend worden om machines te bedienen. In een machine

moeten de elektronische componenten nog steeds instructies krijgen. Dit gebeurt dan

via een machinetaal. Meestal gebruikt men hiervoor de EIA RS-�74-D standaard, ook

wel G-code genoemd omwille van de prominente rol die de letter ‘G’ in deze code

aanneemt. De code vertelt de machine welke acties er uitgevoerd moet worden. De

belangrijkste commando’s en een voorbeeld hiervan zijn terug te vinden in bijlage 2.

73 http://www.tripyramid.com/74 JODIDIO P., Architecture NOW!, Keulen, Taschen, �001, p. 476.


1�0

Bij het gebruik van deze codes moet men rekening houden met het feit dat niet alle

machines deze taal op eenzelfde manier interpreteren. Het is dan ook aan te raden om

de conversie naar deze code door de fabrikant te laten uitvoeren. Hij beschikt over de

juiste software, zodat de tekeningen in een code vertaald worden. Een foutieve code

kan leiden tot het crashen van een machine, iets wat grote financiële gevolgen kan

hebben.

4. Een nieuwe materialiteit

Nieuwe vormen van architecturale expressie en vooruitgang in materiaalwetenschappen

hebben ertoe geleid dat architecten een opstoot van interesse in materialen gekregen

hebben. Belangrijk hierbij zijn materiaaleigenschappen en de mogelijkheden die ze

bieden om gewenste esthetische en ruimtelijke effecten te realiseren. Zoals vaak het

geval was in het verleden, moest men voor het bouwen van traditionele architectuur

niet op zoek gaan naar nieuwe materialen.

Doordat men in organische architectuur veel nadruk legt op de expressie van een vlak

is het gebruiken van materialen die deze expressie waar kunnen maken belangrijk.

Nieuwe materialen voor de architecturale huid bieden ongekende duntes, dynamisch

wisselende eigenschappen, functionele gradiëntsamenstelling75 en een ongelooflijk

repertoire aan nieuwe oppervlakte-effecten. Het bekendste voorbeeld van dergelijke

dunne materialen is de titanium huid die gebruikt werd voor het Guggenheim Museum

in Bilbao. De platen die daar gebruikt werden, hebben een dikte van slechts 0,38mm.

Het onderzoek naar de mogelijkheden om huiden van gebouwen te voorzien van

een nieuwe complexiteit doordat nieuwe digitale en mechanische netwerken ingebed

worden in hun samengestelde lagen, bevindt zich in een stroomversnelling76.

De oude, welgekende materialen, zoals baksteen, worden op vernieuwende wijze

toegepast. Erick van Egeraat illustreert dit door een sinusvormige bakstenen muur te

75 Een functioneel gradiënt materiaal is een vast stuk materiaal dat een ruimtelijke variëteit aan materiaaleigenschappen bevat. Op deze manier kunnen materialen plaatselijk geoptimaliseerd worden. De overgang tussen twee verschillende materialen – of hetzelfde materiaal met verschillende eigenschappen – gebeurt echter niet meer door een scherpe overgang, wel door een geleidelijke.X, “Functional Gradient Metallic Prototypes through Shape Deposition Manufacturing”, Stanford University (geraadpleegd op 17 maart �006 op http://www-rpl.stanford.edu/files/paper/1997/sff1997a.pdf)76 X, “Development of Embedded Microelectronic Sensor Networks in Composite Materials”, MITA Laboraty, Japan, �005 (geraadpleegd op 15 maart �006 op http://www.mita.sd.keio.ac.jp/news/workshop/proceedings/Starr.pdf)


044 - Craword Municipal Art Gallery


1��

gebruiken bij de bouw van de Craword Municipal Art Gallery77 (�000) in Cork, Ierland.

Conventionele constructietechnieken zoals gewapend beton worden herbekeken en

geoptimaliseerd. Door bijvoorbeeld de stalen wapeningen te vervangen door niet-

corroderende carbonstructuren, kan men betonnen structuren creëren die aanzienlijk

lichter zijn dan hun voorgangers. Men kan hierin nog een stap verder gaan door deze

carbonvezels te vervangen door carbon nanotubes78, een materiaal dat wel eens het

bouwmateriaal van de eenentwintigste eeuw zou kunnen worden. Door zijn unieke

eigenschappen kunnen nanotubes in de toekomst “gossamer structures that open up

spatial realms far beyond anything we could imagine”79 vormen.

Terwijl nieuwe constructiematerialen zoals de hierboven aangehaalde nanotubes nog

steeds tot de ‘net-niet’-toekomst behoren, hebben andere wijdverspreide materialen

zoals glasvezel, polymeren en schuimen wel hun weg naar de bouwwereld gevonden.

Zij bieden een aantal voordelen in vergelijking met de traditionele bouwmaterialen.

Ze genieten van een zeer licht gewicht, een hoge sterkte en zijn zeer gemakkelijk

vormbaar.

Glasvezels zijn door hun fysieke eigenschappen bijzonder geschikt voor het creëren

van complexe vormen. Het wordt gegoten in vloeibare toestand, en neemt gemakkelijk

de vorm van om het even welke mal aan. Zo bekomt men oppervlaktes die extreem

glad zijn. “A liquid, fluid materiality that produces liquid, fluid spaciality”.80

Deze ‘vloeibare’ materialen, die populair zijn onder hedendaagse architecten,

zijn vaak composieten die zo samengesteld kunnen worden dat ze voldoen aan

specifieke prestatiecriteria. Hun eigenschappen kunnen variëren naargelang de te

bereiken snedes, bijvoorbeeld een wisselend structureel vermogen in relatie tot lokale

spanningen en oppervlakte-eisen. Deze composieten worden vaak gebruikt in de

automobiel-, luchtvaart- en scheepvaartindustrie, maar er wordt tegenwoordig ook

mee geëxperimenteerd met het oog op mogelijke architecturale toepassingen. Ze

bieden namelijk ongekende mogelijkheden om materiaaleffecten te ontwerpen door

de productie van het materiaal zelf digitaal te controleren.

77 X, “Crawford Gallery Extension”, Archiseek (geraadpleegd op 15 maart �006 op http://www.irish-architecture.com/buildings_ireland/cork/cork/crawford.html)78 Nanotubes zijn cylindrische carbon molecules die een buitengewone sterkte en unieke elektrische eigenschappen bezitten.79 Zie BAARD E., “Unbreakable”, in Architecture, Juni �001, p. 5�80 Kolotan en Mac Donald


045 - Nanotubes


046 - Nanotubes


1�5

Een mooie toepassing van composieten is D-Tower81 van NOX. Lars Spuybroek maakt

hier gebruik van CNC-gefreesde mallen uit een zacht schuim, om de met glasvezel

versterkte expoxy vorm te geven. De structuur variëert in dikte, met een maximale

dikte van 4 millimeter.

Composieten zijn in principe solide materialen die ontstaan door twee of meer

materiaalcomponenten, een matrix en een versterkende vezel, vaak met verschillende

eigenschappen, met elkaar te combineren. Het resultaat hiervan is een nieuw materiaal

dat markante kwaliteitsverbetering biedt, met eigenschappen die superieur zijn aan

deze van de componenten waaruit ze bestaan. De producten worden meestal gevormd

in CNC-gefreesde mallen.

Onder de composietmaterialen krijgen de polymeercomposieten – simpelweg ‘plastics’

– veel aandacht van architecten omwille van hun goede hanteerbaarheid, relatief lage

kostprijs, minimaal onderhoud en gunstig sterkte-gewicht verhouding. Vooral in de

jaren ‘60 en ‘70 werden deze plastics op grote schaal toegepast, maar hun – in die

tijd nog – slechte verweringsmogelijkheden en een verschuiving in de esthetiek van

de late jaren ‘70 en de vroege jaren ‘80, leidde iets later tot hun tweedeklas status.

Ondertussen hebben verbeteringen in de samenstelling en de behandeling van plastics

het tij lichtjes kunnen keren.

Het zijn echter de functioneel gelaagde composieten die de verwachtingen van

toepassingen waarin structuur, beglazing en mechanische en elektrische systemen

samengebracht worden, inlossen. Door materiaalvariabelen in composieten te

optimaliseren voor plaatselijke prestatiecriteria, worden volledig nieuwe materialen

en tektonische mogelijkheden beschikbaar in architectuur. Zo kan transparantie in

eenzelfde vlak verwerkt worden waarin eveneens structurele zones aanwezig zijn.

Andere vernieuwingen vinden we terug in materialen waarvan de eigenschappen

dynamisch veranderen als antwoord op externe factoren en interne stimuli, zoals

licht, warmte en mechanische spanningen. Kolatan en Mac Donald8� verkennen

in enkele van hun conceptuele projecten een aantal materialen zoals plastics die

moleculaire herstructurering ondervinden wanneer ze aan spanningen blootgesteld

worden, slim glas dat reageert op licht en weersomstandigheden, anti-bacteriële

glasvezel wandbedekkingen en structurele onderdelen van pultruded (getrokken)

81 http://www.deskproto.com/gallery/dtower.htm8� KOLAREVIC B., Architecture in the digital age. Design and manufacturing, New York, Spon Press, �003, p. 50


047 - D-Tower


048 - Gebruik van verschillende vezels geeft een andere sterkte en variaties in translucentie


1�8

glasvezelversterkte polymeer.

Ontwerpers gaan tegenwoordig zo vernieuwend om met huiden van gebouwen dat ze

niet enkel meer van transparantie en/of kleur veranderen. Hun vorm slaagt er in om

te antwoorden op verscheidene invloeden uit de omgeving. Een sprekend voorbeeld

hiervan is Aegis Hyposurface83, een project van de hand van Mark Goulthorpe. Dit project

werd oorspronkelijk ontworpen als wedstrijdinzending voor een interactief kunstwerk

voor een tentoonstelling in de Birmingham Hippodrome Theater foyer. De ontwikkelde

constructie is een volledig gefacetteerd metalen oppervlak. Het geheel is eigenlijk een

vervormbaar, flexibel rubberen membraan bedekt met duizende driehoekige metalen

plaatjes. Een achterliggende mechanische structuur zorgt ervoor dat de huid van vorm

kan veranderen, ofwel door te reageren op stimuli veroorzaakt door beweging en

veranderingen in licht- en geluidsintensiteit in de omgeving, ofwel door parametrisch

gegenereerde patronen. Hoewel deze installatie nog eerder een log voorwerp is dan

een slanke dynamische huid, geeft ze wel een beeld van wat de toekomst ons kan

brengen als de miniaturisatie tegen het huidig tempo aanhoudt.

83 FEAR B., Architecture + Animation, Academy Press, juni 2001


049 - Aegis Hyposurface


004 - Banyan050 - Aegis Hyposurface


133DEEL V: To building site


135Als we kijken naar de gebouwen waarin we leven merken we op dat bijna alle constructie-

elementen automatisch gefabriceerd worden. Dit gaat van de meest eenvoudige keper,

over het aluminium raamprofiel, tot de meest complexe vakwerkconstructies. Op de

bouwwerf zelf moeten al deze elementen nog steeds met veel, vaak zwaar, handwerk

gemonteerd worden. Daar komt nog eens bij dat bij bijvoorbeeld organische architectuur,

maar evenzeer in prestigieuze hoogbouwprojecten, de werkomstandigheden – door

een stijgende complexiteit van onder andere staalstructuren – niet veiliger worden.

Niet enkel de constructie zelf wordt complexer, ook de organisatie van een bouwwerf,

waar tienduizende verschillende constructie-elementen samenkomen, wordt

ingewikkelder. Een efficiënte identificatie van deze elementen is daarom noodzakelijk.

Een nieuwe ontwikkeling die hierin een belangrijke rol zal spelen is de RFID-tag.

We kunnen ons de vraag stellen of de bouwindustrie geen gebruik kan maken van

de inspanningen die de laatste jaren in de fabricatiewereld geleverd werden om hier

verandering in te brengen? En krijgt het digitale model ook hier weer een belangrijke

rol toebedeeld?


136

1. Assemblage

Nadat de verschillende bouwelementen (digitaal) gefabriceerd zijn, kan ook hun

assemblage op de werf ondersteund worden met digitale technologie. Digitale

driedimensionale modellen kunnen gebruikt worden om de locatie van een bepaald

element juist te bepalen, het naar zijn locatie te brengen, om uiteindelijk op de juiste

plaats bevestigd te worden.

Op traditionele werven maken vakmannen gebruik van afmetingen en coördinaten

die ze aflezen van papieren plannen. Ze gebruiken lintmeters, schietloden en andere

instrumenten om de constructie-elementen volgens plan op de juiste plaats te

krijgen. Nieuwe digitaal gedreven technologie, zoals elektronisch site-onderzoek en

laserplaatsbepaling, zullen meer en meer gebruikt worden op bouwwerven over de

hele wereld om de exacte locatie van bouwelementen te bepalen.

Frank O. Gehry’s Guggenheim Museum in Bilbao is gebouwd zonder gebruik te maken

van een rol- of vouwmeter. Tijdens de fabricatie werd elke structurele component

uitgerust met een barcode en gemarkeerd op punten waar de elementen aan andere

bevestigd moesten worden. Eens op de werf toegekomen werd elke barcode gescand,

waarop het computersysteem aangaf waar en hoe elk stuk geplaatst moest worden.

De informatie hiervoor haalde men uit het CATIA-model. Ditzelfde model werd door

laserapparatuur gebruikt om te controleren of de onderdelen, nadat ze geplaatst waren,

wel op precies dezelfde positie stonden zoals bepaald in het driedimensionaal model.84

De informatie die men uit het driedimensionaal model haalt kan bovendien gebruikt

worden om constructierobots te besturen. Een aantal handelingen op een werf kunnen

reeds aan hen uitbesteed worden. In Japan, het land van de robots, is men al een

tijd met deze nieuwste ontwikkeling in het constructieproces aan het experimenteren.

Robotten die bijna volledig zelfstandig bouwelementen kunnen verplaatsen en fixeren,

zoals Shimizu’s Mighty Jack (om zware stalen liggers te plaatsen), Kajima’s Reinforcing

Bar Arranging Robot, Takenaka’s Self-Climbing Inspection Machine, Taisei’s Pillar

Coating Robot (schildert zelfstandig),… maken hun opwachting op moderne werven.

Automatisering op de werf kent een aantal voordelen die grotendeels gelijk zijn aan

die van automatisering binnen het fabricatieproces. De belangrijkste voordelen zijn

minder handenarbeid, stijgende constructiesnelheid, een stijgende kwaliteit van het

84 LE CUYER A., “Building Bilbao”, Architectural Review, December 1997, vol. 10�, nr. 1�10, p. 43-45.


051 - Trimble S6


138

geleverde werk en een significante afname van risicowerk. Dit laatste aspect is zeker

niet onbelangrijk wanneer we rekening houden met de vaak hoge complexiteit van de

architecturale vorm in organische architectuur.

Zoals met vele pioniersprojecten zullen ook hier een aantal obstakels overwonnen

moeten worden vooraleer de techniek definitief kan doorbreken in de bouwwereld. Het

grootste te overwinnen obstakel voor automatisering van constructie zijn de complexe

en steeds wisselende omgevingsfactoren van een werf. De fysieke karakteristieken

van een site variëren van dag tot dag. In vergelijking met ateliers worden zelfs de

meest nette bouwputten vuile bouwketen. Werkgereedschap, bouwmateriaal en puin

zijn hindernissen die zich bovendien dagelijks verplaatsen en daardoor onvoorspelbaar

zijn. Om hiermee om te gaan zullen mensen nog steeds de controle over de machines

moeten blijven uitvoeren. Machines worden hierdoor sterke, zij het nog steeds domme,

hulpmiddelen. Robots uitrusten met sensoren en een zekere vorm van ‘intelligentie’

kan hier voor een doorbraak zorgen. 85

�. RFID

RFID86 (Radio frequency identification: identificatie met radiogolven) is een methode

om van een afstand informatie op te slaan en te lezen van zogenaamde RFID-‘tags’ die

op of in objecten zitten. RFID wordt gezien als de belangrijkste opvolger voor de alom

bekende streepjescode die al sinds 1973 in gebruik is.

Deze tags kunnen ‘actief’ of ‘passief’ zijn. Actieve RFID-tags lopen meestal op batterijen

en kunnen worden gelezen en geschreven met een ‘remote transceiver’ die met een

antenne radiogolven zendt en ontvangt. Passieve RFID-tags zenden een antwoord door

het omzetten van de energie van de radiogolven. Deze kunnen alleen worden gelezen

en hebben een kleiner geheugen. Dit geheugen wordt meestal gebruikt om een uniek

willekeurig identificatienummer op te slaan (GUID).

85 DEMSETZ L., “Automated construction?”, Construction Dimensions, April 1999. (geraadpleegd op �6 februari 2006 op http://www.awci.org/cd/pdfs/9004_p.pdf)86 X, “Radio frequency identification”, Wikipedia, the free encyclopedia, �006. (geraadpleegd op 3 februari 2006 op http://nl.wikipedia.org/wiki/RFID)


05� - RFID-tag


140

RFID-tags zullen in de toekomst een belangrijke rol spelen wanneer grote leveringen

met customized elementen op een werf aankomen. De tags zullen aangeven waarvoor

elk element bestemd is, maar zij kunnen bovendien ook informatie bevatten over de

richting, eventueel later aan te brengen kleur,…


143DEEL VI: Case studies


145HESSING COCKPIT


004 - Banyan


1551. ONL [Oosterhuis_Lénárd], een korte introductie

ONL, met multidisciplinary design office als veelzeggend onderschrift, is een Rotterdams

architectenbureau rond Kas Oosterhuis en zijn echtgenote en beeldend kunstenares,

Ilona Lénárd. Het bedrijf wordt gekenmerkt door het overschrijden van de grenzen

tussen kunst, design en architectuur. Al voor de oprichting van het bureau verwierf

de visionaire architect Kas Oosterhuis onder eigen naam wereldwijde faam met zijn

organisch Zoutwaterpaviljoen. De slechte uitvoering die ermee gepaard ging zorgde er

echter voor dat het feeërieke licht boven het project snel gedoofd was.87 Er bleef niets

meer dan een armoedige schuur over. Tegelijkertijd was deze tegenslag misschien wel

het beste wat de architect kon overkomen. Het heeft Kas ertoe aangezet zich beter te

scholen, zowel op conceptueel als op constructief vlak. Zo richtte hij onder andere de

Hyperbody Research Group aan de TU Delft op, waar gewerkt wordt aan baanbrekende

87 VAN NIEUWAMERONGEN F., “Nieuwe generatie snelwegarchitectuur”, Archined.nl, 15 juni �005. (geraadpleegd op 13 maart �006 op http://www.archined.nl/archined/4783.html)


156

projecten zoals Muscle Body, Muscle Tower en Protospace88.

Het Muscle Body project bestaat uit een volledig kinetische en interactieve architectuur in

de vorm van een prototype van een interieurruimte op ware grootte. Het architecturale

lichaam bestaat uit een doorlopende huid die alle architecturale eigenschappen

incorporeert en daarbij geen onderscheid maakt tussen vloer, plafond, muur en deur.

Een voortdurende interactie tussen de Muscle Body en zijn ‘tegenspelers’ zorgt er voor

dat het lichaam steeds van vorm, transparantie en geluid verandert.

Muscle Tower reageert op zijn omgeving en bepaalt zo op een actieve manier de ruimte

rondom hem. Als advertentietoren trekt hij door zijn elegante bewegingen snel de

aandacht.

Met het ‘Protospace’-project zetten de onderzoekers een grote stap voorwaarts in een

real-time interactieve samenwerkingsengineering in driedimensionale omgevingen

(VR, virtuele realiteit). Protospace is een ruimte waarin interactieve VR geprojecteerd

wordt op de muren, de vloer en het plafond, aangevuld met surround geluid.

Samen met deze nieuwe ervaringen en een sterk geloof in de potenties van computers

in de architectuur, slaagt Oosterhuis er met ONL in een plaats op te eisen in het

internationale architectuurgebeuren. De eerste resultaten hiervan zijn Web of North

Holland en de Hessing Cockpit.

Een blik op enkele andere concepten geeft aan dat hij met het gamma aan nieuwe

mogelijkheden die de computer ons biedt, ons ver buiten het terrein van het vormelijke

ontwerp wil brengen. Zo ziet hij onder andere potentieel in het gebruik van de computer bij

stabilisatie van wolkenkrabbers. Men zou bij hevig stormweer de computer de opdracht

kunnen geven door tegendruk het gebouw loodrecht te houden om zo het uitzwaaien

en de bijhorende schade te vermijden. Aansluitend op deze transformeerbaarheid zet

Oosterhuis de computer ook in om de eenvormigheid in woningen, uitgewerkt in het

project Variomatic, te omzeilen.

Variomatic89 is opgebouwd rond de interactieve website www.variomatic.nl. Het is een

nieuw concept voor een cataloguswoning die volledig flexibel is in hoogte, diepte en

breedte, vandaar de naam ‘Variomatic’. De consument modelleert zijn eigen woning door

parameters te veranderen op de website. Het elastische 3D-model is gelinkt aan een

88 http://www.bk.tudelft.nl/live/pagina.jsp?id=f878960b-0ab5-4a32-bbe6-4e5e7e903887&lang=nl89 OOSTERHUIS K., Programmable architecture, Bergamo, l’Arcaedizioni, 2002, 99


157

database waarin het aantal vierkante meter, het volume en de kosten van de specifieke

woning worden opgeslagen. Naast de geometrische parameters kan de consument ook

een voorkeur voor materialen opgeven. Nadat de ‘klant’ zijn huis vormgegeven heeft,

kan hij een maquette, tekeningen of zelfs plannen voor een bouwaanvraag bestellen.

Variomatic biedt op deze manier een nieuwe interactieve kijk op cataloguswoningen.

2. Projectfiche

Projectnaam: cockpit in acoustic barrier

Locatie: Leidsche Rijn, Utrecht, langs de A2

Architect: ONL [Oosterhuis_Lénárd], Rotterdam

Opdrachtgever: cockpit: Hessing bv / acoustic barrier: projectbureau Leidsche Rijn

Start- en einddatum: 2003 – september 2005

Projectomvang/aanneemsom: €13,8 miljoen (cockpit: €8,7 miljoen inclusief grondkosten en bijkomende kosten; acoustic barrier: €5,1 miljoen exclusief de aanlegkosten van het dijklichaam) / €10,6 miljoen (cockpit: €5,5 miljoen; acoustic barrier: €5,1 miljoen)

Projectfuncties: autoshowroom, werkplaats, geluidswand

Oppervlakte: 8,200 m²

Prijs/m²: €700/m²

Aannemer: Meijers Staalbouw BV

3. Projectomschrijving

Een nogal ongewoon architectonisch-stedenbouwkundig concept om een industrieel

gebouw te integreren in een geluidsmuur van een autosnelweg, de A� in Utrecht,

heeft Hessing, een van Nederlands grootste autodealers, aangetrokken om er zijn

nieuwste showroom te vestigen. Het project – Cockpit in acoustic barrier genaamd

– vormt een scheiding tussen de autosnelweg en het achterliggende industrieterrein.

Door de aard van het project en de manier waarop Oosterhuis inspeelt op de snelheid

van de passant, spreekt men van een nieuwe snelwegarchitectuur. Een antwoord

moest gevonden worden op de vraag “hoe ervaart iemand, die tegen 100km/u reist,


158

objecten naast een snelweg?” Animatiesoftware heeft een belangrijke rol gespeeld in

het ontwerpproces van ONL90. Deze software biedt de mogelijkheid om op rijsnelheid

te animeren en modelleren. Een continue terugkoppeling vindt plaats tussen vorm,

ervaring en snelheid.

Een ander aspect waar het gebouw zijn grote naambekendheid aan te danken heeft is

de implementatie van het file-to-factory proces. Een keuze die voorkomt uit de behoefte

van organische architectuur om op een non-standard constructiewijze verwezenlijkt te

worden. Volgens Oosterhuis is deze vernieuwende industriële werkwijze bovendien op

zijn plaats binnen de context van een industriepark. Hij doorbreekt hiermee het banale

karakter waarmee industriebouw vaak geassocieerd wordt.

Analoog aan de auto-industrie, werd het gebouw ontworpen met een minimum

aan aparte onderdelen en dus details. Het resultaat is één vloeiende beweging. Kas

Oosterhuis noemt dit automotive styling, en fundeert dit door te verwijzen naar auto’s,

waarbij lampen ook geen uitstekende vormen meer zijn, maar mee opgenomen

worden in de vloeiende beweging. Ze zijn enkel nog herkenbaar doordat het materiaal

verandert.

De Cockpit is een zuiver voorbeeld van Non Standard Architecture. Overeenkomstig

de principes van Mass Customization en de unieke file-to-factory-productieprocessen

zoals ontwikkeld door ONL, zijn alle samenstellende componenten uniek. File-to-factoryFile-to-factory

is machine to machine communication in zijn meest zuiver vorm. Er wordt een directeEr wordt een directe

shortcut gemaakt van ontwerp – 3D model – naar uitvoering. Niet één bouwelement is

gelijk in de twee gebouwstructuren. Ieder element heeft een uniek nummer, ingebrand

in het staal en met een sticker op het glas. De Acoustic Barrier is samengesteld als een

driedimensionale bouwdoos uit 40 000 verschillende elementen in staal, en 10 000

verschillende driehoekige glasplaten.

4. Parametrisch concept

Het concept voor de geluidsmuur is gebaseerd op een relatief eenvoudige verzameling

van aan elkaar gerelateerde curven die een parametrische relatie beschrijven

tussen hoogte, breedte en lengte van de geluidsmuur. Deze curven creëren een

driedimensionale enveloppe waarbinnen de uiteindelijke constructie zal plaatsvinden.

90 X, “Architectuur bij 100 km per uur”, LUCASX, �005, nr. 4, oktober �005.


159

Voor het tekenen van deze curves werd gebruik gemaakt van de modelleersoftware

Rhinoceros. Dit pakket wordt hoofdzakelijk gebruikt omwille van de krachtige NURBS-

tools die het bevat.

Bij mijn bezoek aan ONL in Rotterdam vertelde Gijs Joosen me dat de geometrie binnen

de enveloppe snijdt met een ‘parametrisch ruimtelijk constructief grid’. Op deze manier

creëert men snijpunten tussen de driedimensionale enveloppe en het constructieve

grid. De punten die men hiermee bekomt vormen een point cloud die nauwkeurig de

ontworpen geometrie beschrijft.

Op dit punt in het ontwerp is men overgeschakeld van Rhinoceros naar 3ds max. Max

biedt de mogelijkheid om zelf scripts te schrijven, een toepassing die nodig is om data

uit te wisselen met externe databases.

Elk punt van de point cloud vertegenwoordigt een constructief knooppunt binnen de

structuur en bevat bovendien unieke coördinaten die, samen met heel wat andere

metadata, gebundeld worden in zo een database. In het totaal bevat de geluidsmuur

ongeveer 7000 puntobjecten.

5. Uitwerking met behulp van scripting

De point cloud die men eerder bekwam is een zeer bruikbaar model voor het genereren

en regenereren van alle puntdata, parameters en relaties tussen de punten. Om hieruit

een constructieve ruimtelijke structuur en glazen panelen voor de geluidsmuur te

ontwikkelen, moest een nieuwe softwaretoepassing ontwikkeld worden. Dit gebeurde

in twee talen, namelijk max-script en AutoLisp91. Deze applicatie werd gekoppeld aan

de database met coördinaten en andere metadata. In het ontwikkelde script ‘kijken’ alle

punten naar hun buren, terwijl ze die analyseren. Vanaf het moment dat de software

van een bepaald punt weet hoe de punten rondom dat punt zich verhouden, kan een

constructief knooppunt gegenereerd worden. Voor het genereren van deze constructieve

details wordt nogmaals overgeschakeld naar een ander softwarepakket, Pro/Engineer.

Dit programma zal voor het genereren van deze constructieve details gebruik maken

van de gegevens uit de aangelegde database. Dat hierbij geen enkel element exact

hetzelfde is, vormt geen hindernis voor deze programma’s. De uitzondering is regel

geworden.

91 AutoLisp is het equivalent voor AutoCAD van wat max-script voor 3ds max is.


16�

Aan de hand van de bekomen staaldetails die Pro/Engineer levert, gaat men de

database terug updaten. De geprogrammeerde scriptroutines die toegepast worden

op de point cloud, vergelijken herhaaldelijk alle berekeningen om de staal-wireframes

te updaten met de eraan gekoppelde database. Het feit dat alle parameters, relaties

en andere waarden bijgehouden worden door de scripts en de database, creëert

nieuwe manieren om data te analyseren. Zo kan men correctieroutines invoegen in

de scripts om ervoor te zorgen dat men over dergelijke grote hoeveelheid gegevens

de controle niet verliest. Dergelijke geprogrammeerde routines zijn duizende malen

betrouwbaarder dan manuele routines.

Tot slot gaat men ook nog optimalisatieroutines programmeren om verbeteringen en

kleine aanpassingen toe te passen op de berekende gegevens. Zo kan men eventueel

nog het aantal profielen verlagen, of de spanwijdte van een profiel aanpassen.

6. Realisatie

De stappen die ik hiervoor beschreven heb, hebben geleid tot een reusachtige

hoeveelheid informatie waarmee men dan in samenspraak met een constructeur kan

beginnen met de realisatie van het project. De staalstructuur van de geluidsmuur werd

nauwelijks op voorhand geassembleerd in ateliers. Desalniettemin slaagde men er in op

de werf een constructiesnelheid van 30 meter muur per dag te realiseren. Deze snelheid

kon enkel gehaald worden door ervoor te zorgen dat elk van de 40 000 verschillende

elementen snel geïdentificeerd en geplaatst kon worden. Men maakte hiervoor nog

geen gebruik van de RFID-tags die eerder beschreven werden. Gegraveerde unieke

nummers bleken te volstaan. De 10 000 verschillende glasplaten voorzag men van

stickers met daarop de nodige informatie.

Om dergelijke projecten nu, maar ook in de toekomst, tot een goed einde te brengen,

richtte ONL samen met de staalconstructeur Meijers Staalbouw B.V.9� een gezamenlijke

onderneming ONL-MS B.V. op. Deze nieuw opgerichte onderneming heeft als doel om

op internationale projecten van bijzondere architectuur in te kunnen schrijven. Door

‘design’ (ONL) en ‘build’ (Meijers Staalbouw) samen te voegen, is een combinatie

ontstaan die het mogelijk maakt om de meest uiteenlopende architecturale vormen

daadwerkelijk te realiseren.

9� http://www.meijers-staalbouw.nl/website.php


163

7. Materiaalgebruik

Aan de gebruikte materialen wordt door Oosterhuis nauwelijks aandacht besteed in

interviews of publicaties. Dit is hoogstwaarschijnlijk omwille van het weinig innovatieve

karakter van het materiaalgebruik. Iets dat niet helemaal strookt met de geest van

het gebouw vanuit het ‘vooruitstrevende’ standpunt, maar wel wanneer we het vanuit

contextuele hoek bekijken.

Er wordt gebruik gemaakt van een glazen gevelbekleding langs de kant van de

autosnelweg, zowel op de geluidsmuur als op de cockpit zelf. De achterkant van

de cockpit is bekleed met geprofileerde staalplaten en die van de geluidsmuur met

strekmetaal.

De draagstructuur bestaat zowel voor de cockpit als voor de muur, uit staal, maar bij

de cockpit gaat het om stalen buisprofielen die met elkaar verbonden worden door uit

staalplaat gelaste verbindingen, waar men bij de geluidsmuur gebruik gemaakt heeft

van L-profielen die we ook terugvinden in de constructie van hoogspanningsmasten,

net zoals de gebruikte knooppunten trouwens.

8. Conclusie

Na mijn bezoek aan dit project en het bureau van ONL werd mij duidelijk dat je als

digitaal architect niet anders kan dan onder de indruk zijn van het innovatieve karakter

van dit ontwerp. De overtuigingskracht waarmee dit bouwwerk tot stand gekomen is

blijkt meermaals uit de manier waarop ONL zich met dit project naar de buitenwereld

presenteert. Ontwerptechnisch kan ik dus enkel bevestigen dat het hier om een

technologisch hoogstandje gaat.

Toch wringt het schoentje ergens. Ruimtelijk werden mijn verwachtingen namelijk

niet ingelost. De Hessing Cockpit zelf staat op dit gebied wél behoorlijk zijn mannetje,

maar de geluidsmuur mist in mijn ogen enkele kwaliteiten en vooral een meerwaarde

ten opzicht van een klassieke geluidsmuur. De effecten van beweging en snelheid

zijn nauwelijks voelbaar, noch vanuit stilstand, noch wanneer je tegen 100km/u het

bouwwerk passeert. In een artikel dat verschenen is op archined.nl93 zegt Sander Boer,

93 VAN NIEUWAMERONGEN F., “Nieuwe generatie snelwegarchitectuur”, Archined.nl, 15 juni �005. (geraadpleegd op 13 maart �006 op http://www.archined.nl/archined/4783.html)


164

medewerker van ONL, “Toen ik voor het eerst in het gebouw liep, voelde het heel

anders dan ik verwacht had, terwijl ik op de computer elk onderdeel van het gebouw

doorgrondde.” Voor de gebouwervaring blijkt een computer toch niet het juiste middel.

Van achter de computer vandaan kruipen, en vaker op excursies gaan geeft Sander

Boer dan ook als ‘oplossing’ van dit probleem, een raad die ik graag zal opvolgen.


167MANNEKE PI°


004 - Banyan


171

Ruim een maand voor we onze scriptie moesten indienen, vroeg architect Bart Lens

(Lens Ass°) mij of ik hem kon helpen met het uittekenen van zijn laatste nieuwe

designobject ‘Manneke Pi°’. Het driedimensionaal model hiervan wordt gebruikt om

een prototype te laten maken bij Materialise in Leuven. Dit prototype zal dienst doen

als mal voor onder andere productie op grotere schaal, maar ook als basis voor fijn

handwerk.

Daar het om een organisch vormgegeven object ging, gebruikte ik het animatie- en

modelleerpakket 3ds max 7 voor het modelleren.

Ik voel mij voor dit soort driedimensionaal tekenwerk het best thuis in polymodelling,

een techniek die erin bestaat een object volledig op te bouwen uit polygonen. Het

resultaat is een lowpoly-model94 dat achteraf, door er een meshsmooth modifier95 op

toe te passen, ‘gladgestreken’ wordt.

Na de voltooiing van het model is het belangrijk ervoor te zorgen dat we een gesloten

solid afleveren aan Materialise. Hiervoor maak ik gebruik van de STL-check modifier

waarover 3ds max beschikt. Deze modifier controleert een object door te kijken of het

correct opgebouwd is om geëxporteerd te worden naar het .STL-bestandsformaat. Een

bestand in dit formaat kan rechtstreeks door de machines ingelezen worden.

Samen met Bart Lens ben ik naar Materialise in Leuven geweest, waar we een

uitgebreide voorstelling kregen van de verschillende technieken en materialen waarmee

men daar werkt. Uiteindelijk bleek SLS96 de meest geschikte fabricatietechniek te zijn

voor dit project.

Een bezoek aan de werkplaatsen gaf een duidelijk inzicht in de verschillende werkwijzen

van de machines.

Opvallend was nog de grote hoeveelheid handwerk die nodig is om de objecten van een

hoge oppervlakteafwerking te voorzien.

94 Een model dat bestaat uit weinig polygonen.95 Een meshsmooth modifier maakt je geometrie glad door polygonen op te splitsen. Dit gebeurt samen met een interpolatie van de hoeken van de nieuwe faces aan de hoekpunten en kanten. Het effect hiervan is een afronding van hoeken en kanten.Modifiers zijn in 3ds max basisinstrumenten om objecten te vervormen en aan te passen. 96 Besproken in DEEL III (3. Rapid Prototyping)


173PROJECT 1: Cultuurcentrum Brussel


Na mij al twee jaar in 3ds max verdiept te hebben, was in de eerste helft van het

vierde jaar het moment aangebroken om dit programma voor het eerst te gebruiken

als ontwerpinstrument. Tot dan gebuikte ik het hoofdzakelijk om driedimensionaal te

modelleren en om visualisaties te maken.

Al snel leerde ik de mogelijkheden van particles aan te wenden om een blob te creëren

die als basis kon dienen om een ruimtelijk inspirerend kader te scheppen. De context

en een afbeelding om willekeur te introduceren, waren de twee bepalende parameters

voor de sturing van het particle-systeem.

De verzameling aan particles die ik bekwam, werd omgevormd tot een groot blob-

element. Doordat 3ds max een blob-object veelal willekeurig opbouwt, is het moeilijk

om de bekomen vorm achteraf te wijzigen. Daarom was ik genoodzaakt om deze blob

via polymodelling volledig over te tekenen. In het ‘proper’ model dat ik dan bekwam,

kon ik veel gemakkelijker aanpassingen doen en uitsparingen voorzien.

Om het geheel water- en winddicht te maken voorzag ik een vliesgevel. Hiervoor

vertrok ik van een door polymodelling opgebouwd oppervlak, waarvan ik de wireframe

gebruikte om een zelfdragende structuur, opgebouwd uit driehoeken, te generen. De

meer dan �000 verschillende glasplaten die deze structuur opvullen, werden door een

maxscript, op basis van de structuur, gegenereerd.

Trappen, vloerplaten en meubels werden op een klassieke wijze aan het ontwerp

toegevoegd, een optie die ik ondertussen niet meer volg.


179PROJECT 2: Koenigsegg-showroom Antwerpen


Daar waar het vorige project een relatief directe werkwijze was om een blob te ontwerpen,

heb ik in dit ontwerp uitgebreider gebruik kunnen maken van de mogelijkheden die

particles bieden.

Ik ben eerst op zoek gegaan naar een aantal bepalende omgevingsfactoren. Gezien het

industriële, contextarme karakter van de site, worden de snelheden van verschillende

verkeersstromen in de directe omgeving van het terrein al snel de kapstok om mijn

ontwerp aan op te hangen. Het is voor de showroom belangrijk dat passanten van alle

snelheidsniveaus (voetgangers, tramreizigers, autobestuurders op de snelweg,…) op

een voor hen optimale wijze de Koenigsegg-ervaring kunnen opdoen.

Ik begin met een simulatie van de verkeersstromen door gebruik te maken van één

particle-systeem per stroom. Op het bouwterrein zelf breng ik enkele krachtvelden aan

die elk hun kracht op een welbepaalde stroom zullen laten gelden. De snelheid van de

stroom is hier rechtevenredig met de complexiteit van de patronen van de afgeweken

particles. Om de beweging van de particles visueel te versterken laat elk deeltje een

spoor van ongeveer 7 frames achter zich.

Wanneer de verschillende verkeersstromen een nieuw evenwicht gevonden hebben

onder invloed van de krachtvelden, wordt het systeem in zijn geheel bevroren. De

lijnen die hierdoor gecreëerd worden, worden dan rechtstreeks aangewend om NURBS

te genereren. De verzameling NURBS legt op zijn beurt dan weer de basis voor een

complex NURBS-surface. Op deze manier bekomen we een conceptueel kader dat nog

voldoende ruimte biedt om op een vrije, creatieve manier ingevuld te worden.


187NAWOORD


189In dit digitale tijdperk ondergaan onze leefpatronen grote wijzigingen, waardoor er

opnieuw nagedacht moet worden over de eisen waaraan hedendaagse architectuur

dient te voldoen. Een duidelijke tendens naar meer vrijheid en mobiliteit, verlangt een

nieuw architectuurconcept.

Het paradoxale aan het digitale is dat het enerzijds tegemoet komt aan de nieuwe

verlangens die deze wijzigingen met zich mee brengen, maar dat het anderzijds ook

een aantal problemen en veranderingen creëert. We zien dit in zeer snel evoluerende

gebieden zoals communicatie en entertainment, maar ook een logger gegeven, wat

architectuur in het verleden altijd geweest is, ontsnapt niet aan deze ontwikkeling. Het

is van groot belang dat de architect met deze ontwikkelingen mee is, zodat hij in staat

blijft ruimtes, sferen, belevingen en programma’s te creëren die kunnen dienen als

stimulerend kader voor deze nieuwe veranderingen.

De set aan digitale instrumenten die de ontwerper hiervoor kan hanteren, is zeer

uitgebreid in vergelijking met de klassieke ontwerpmiddelen, maar, door de mogelijkheid


190

om deze aan te vullen met eigen scripts, verre van volledig. Dit geeft de ontwerper een

zodanig grote vrijheid en mogelijkheid tot verpersoonlijking van een ontwerp, dat de

behoefte groeit om als architect dichter bij de realisatie van een project te staan. Op

dit punt wordt de term master builder gebruikt, als begrip dat uitdrukking geeft aan

de actor in het bouwproces die onder andere toeziet op de vroegtijdige integratie van

ingenieurs en aannemers. Dit schept de mogelijkheid om een grensoverschrijdende

communicatiestructuur op te zetten, die we het digitaal continuüm genoemd hebben.

Zo boekt men niet enkel een grote vooruitgang op gebied het van efficiëntie, maar

creëert men ook nieuwe mogelijkheden om producten te fabriceren.

Centraal in dit alles staat het allesomvattend driedimensionaal model dat alle data

die door de verschillende bouwpartijen aangeleverd worden, bundelt en aan elkaar

koppelt.

Elke speler in het bouwproces werkt in zijn eigen digitale werkomgeving die volledig

afgestemd is op de specifieke eisen van de gebruiker. De software-industrie levert

hiervoor een breed scala aan programma’s, gaande van professionele animatiesoftware

tot de meest geavanceerde structurele simulatiesoftware.

Een nadeel bij het ontwerpen op de computer is de beperking van het scherm. Ook al

slagen we erin om perfect driedimensionale beelden te produceren, de weergave ervan

vindt nog steeds plaats op een plat vlak. Hierdoor missen architecten vaak voeling met

het ontwerp, met het risico van foute ruimtelijke verhoudingen. Om ontwerpen toch

al in een vroeg stadium van het ontwerp een tastbaar karakter te geven, maakt men

gebruik van Rapid Prototyping technieken.

Door de grote complexiteit die het gevolg is van de mass-customization, ontstaat de

noodzaak het 3D-model voldoende te documenteren. Een belangrijke rol hierin is

weggelegd voor metadata.

Wanneer men uiteindelijk tot productie overgaat, schuilt de uitdaging erin het

maximum uit de beschikbare machines te halen en indien nodig creatief te zoeken

naar ‘op maat’-oplossingen. De digitale productietechnieken die hiervoor beschikbaar

zijn, zijn nog in volle ontwikkeling, net zoals de materialen die we ter beschikking

hebben. De veeleisendheid van architecten zet fabrikanten ertoe aan om te investeren

in onderzoek.


191

Dit lijkt voor sommige lezers misschien nog een utopisch verhaal, maar de tendensen

zijn duidelijk. Van de nieuwe generatie architecten zal meer en meer verwacht worden

dat zij zich toeleggen op het aanleren een aantal digitale ontwerptechnieken. Ook het

onderwijs zal hieraan meer aandacht moeten besteden.

En ondertussen komt de quantumtechnologie al om de hoek kijken….


193DANKWOORD


195

Een scriptie schrijven was voor mij een nieuwe uitdaging, waarbij ik de steun van een

heleboel mensen goed heb kunnen gebruiken.

Ik dank in het bijzonder mijn vriendin Anke die mij al meer dan vier jaar ongelooflijk

hard steunt in al mijn projecten, zowel voor school als daarbuiten. Mijn ouders en

zussen dank ik onder andere voor hun kritische commentaar en hun brede steun.

Een bijzonder woord van dank geldt voor Maria Leus, mijn promotor, die steeds in mij

geloofd heeft en mij zeer efficiënt en met veel begrip heeft begeleid om tot dit resultaat

te komen.

Dank ook aan mijn twee trouwe kotgenoten Bram en Piet, gewoon voor alles, maar

vooral om Bram en Piet te zijn.

Ik vermeld ook graag de trouwe bezoekers van de fora www.cgtalk.com, www.

evermotion.org en gathering.tweakers.net.

Hartelijk dank ook aan de a�o-architecten en Bart Lens, voor de kansen die ze mij

gegeven hebben om mijn persoonlijk ‘digitaal studeerwerk’ reeds tijdens mijn studies

aan de realiteit te mogen toetsen.

En tenslotte ook een woord van vriendschap en genegenheid voor alle studenten van

5ar, voor de toffe groep die wij samen vormen.


197BIJLAGEN


199

Bijlage 1: Laser Cutting

Laser Cutting Stainless Steel With NitrogenSteel Thickness (mm)

Power Level (kilowatt)

Assist Gas (CFH)

Assist Gas (bar)

Assist Gas (PSIG)

Travel Speed (m/min)

Travel Speed (IPM)

Focal Nozzle I D (mm)

1 0.8 311 8.0 118 1.5 59 5 1.5

1 3 311 8.0 118 8 315 5 1.5

� 1.5 675 10.0 147 �.5 98 5 �

� �.� 675 10.0 147 3.8 150 5 �

�.5 1.5 798 1�.0 176 1.1 43 5 �

�.5 3.� 55� 8.0 118 4.5 177 5 �

3 1.5 859 13.0 191 1.8 71 5 �

3 3.� 675 10.0 147 4 157 5 �

5 1.5 1105 17.0 �50 0.7 �8 5 �

5 �.� 1105 17.0 �50 1.3 51 5 �

5 3.5 1105 17.0 �50 �.� 87 7.5 �

6 1.5 1166 18.0 �65 �.3 91 5 �

6 3.5 1166 18.0 �65 3.3 130 7.5 �

8 1.5 �014 �0.0 �94 0.3 1� 7.5 �.5

8 3.� 1438 14.0 �06 1.� 47 7.5 �.5

10 �.5 �6�4 18.0 �65 0.4 16 7.5 3

10 3.5 �6�4 18.0 �65 0.8 31 7.5 3

1� 3.5 345� �4.0 353 0.5 �0 7.5 3

1� 5.6 345� �4.0 353 1 39 7.5 3

15 3.5 345� �4.0 353 0.� 8 7.5 3

19 5.6 345� �4.0 353 0.6 �4 7.5 3

Laser Cutting Carbon Steel With Oxygen

Steel Thickness (mm)

Power Level (kilowatt)

Assist Gas (CFH)

Assist Gas (bar)

Assist Gas (PSIG)

Travel Speed (m/min)

Travel Speed (IPM)

Focal Length (inch)

Nozzle I D (mm)

1.5 1 76 1.� 18 5 197 5 1.5

� 1 1�1 �.5 37 4 157 5 1.5

�.5 1 104 �.0 �9 �.8 110 5 1.5

�.5 1.� 104 �.0 �9 3.8 150 5 1.5

3 1 69 1.0 15 �.3 91 5 1.5

3 � 69 1.0 15 3.7 146 5 1.5

4 1 6� 0.8 1� 1.8 71 5 1.5


�00

4 � 89 0.8 1� 3.� 1�6 5 1.8

5 1 89 0.8 1� 1.5 59 5 1.8

5 � 89 0.8 1� �.6 10� 5 1.8

6 1 59 0.7 10 1.4 55 5 1.5

6 �.� 1�3 1.0 15 �.5 98 5 �

6 3.� 153 1.5 �� 3.3 130 5 �

8 1 59 0.7 10 1 39 5 1.5

8 3.4 117 0.9 13 �.3 91 5 �

10 1.5 98 0.6 9 0.9 35 5 �

10 3.4 17� 1.8 �6 1.9 75 7.5 �

1� 1.5 98 0.6 9 0.8 31 7.5 �

1� 3.4 110 0.8 1� 1.5 59 7.5 �

15 �.� 110 0.8 1� 0.9 35 7.5 �

15 3.4 110 0.8 1� 1.� 47 7.5 �

�0 3 144 0.5 7 0.7 �8 7.5 �.5

�0 3.5 144 0.5 7 0.9 35 7.5 �.5

�5 3.� �07 0.5 7 0.6 �4 7.5 3

�5 3.5 193 0.4 6 0.6 �4 7.5 3

3� 5.3 404 0.3 4 0.5 �0 10 4.5

40 5.5 499 0.3 4 0.5 �0 1�.5 5

Bijlage 2: CNC

G00: Fast positioning G01: Linear interpolation G02: CW circular interpolation G03: CCW circular interpolation G17: X-Y plan selection G18: X-Z plan selection G19: Y-Z plan selection G20: Programming in inches G21: Programming in mm G33: Constant pitch threading G34: Variable pitch threading G40/G41/G42: Tool radius compensation G90: Absolute programming G91: Incremental programming G94/G95: Feed G96/G97: Constant cutting speed/Constant rotation speed


�01

Naast de letter ‘G’ zijn er nog een aantal andere letters die andere factoren van de

machine controleren:

X position Y position Z position M code (another “action” register or Machine code(*)) F feed rate S spindle speed N line number R Radius T Tool selection I Arc data X axis J Arc data Y axis. K Arc data Z axis.

Voorbeeld:

Het gaat hier om een fictief programma dat het gebruik van de G-code demonstreert.

In dit programma wordt de diameter van een staaf verkleind.

N01 M�16 (Turn on load monitor) N02 G00 X20 Z20 (Rapid move away from the part, to ensure the starting position of the tool) N03 G50 S�000 (Set Maximum spindle speed) N04 T03 (Choose tool #3 from the carousel) N05 G96 S854 M4� M03 M08 (Variable speed cutting, 854 ft/min, High spindle gear, Start spindle CW rotation, Turn the coolant on) N06 G00 X1.1 Z1.1 T0303 (Rapid feed to a point 0.1” from the end of the bar and 0.05” from the side, Use offset values for tool #3) N07 M01 (Optional Stop) N08 G01 Z1.0 F.05 (Feed in horizontally until the tool is standing 1” from the datum) N09 X0.0 (Feed down until the tool is on center - Face the end of the bar) N10 G00 Z1.1 (Rapid feed 0.1” away from the end of the bar) N11 X1.0 (Rapid feed up until the tool is standing at the finished OD) N12 G01 Z0.0 (Feed in horizontally cutting the bar to 1” diameter all the way to the datum) N13 G00 X1.1 (Rapid feed 0.05” away from the surface of the part)


�0�

N14 G00 X20 Z20 (Rapid feed back out away from the work) N15 M05 M09 (Stop the spindle, Turn off the coolant) N16 M215 (Turn the load monitor off) N17 M02 (End of program)


�05BIBLIOGRAFIE


�07

WATERS J., Blobitecture, Gloucester, Rockport Publishers, �003, 19�

ZELLNER P., Hybrid space (new forms in digital architecture), Londen, Thames &

Hudson, 1999, 19�

LYNN G., RASHID H., Architectural Laboratories, Rotterdam, Nai Publishers, �00�, 176

ROSA J., Next Generation Architecture (contemporary digital experimentation + radical

avant-garde), Londen, Thames & Hudson, �004, �40

KOLAREVIC B., Architecture in the digital age (design and manufacturing), New York,

Spon Press, �003, 314

ENGELI M., Bits and spaces, New York, Birkhäuser, �001, �08

MIGAYROU F., BRAYER M., Archilab (Radical Experiments in Global Architecture),

Londen, Thames & Hudson, �001, 5�8

GANS D., KUZ Z., The organic Approach to architecture, London Wiley-Academy, 2003,

�16

ANGE M., SIMONOT B., Archilab’s Earth Buildings: Radical experiments in land

architecture, Londen, Thames & Hudson, �003, �56

VOGLIAZZO M., “SHoP: Agora, Dreams and visions”, L’Arca nr. �0�, p. 34-43

HADID Z., SCHUMACHER P., “Driving towards renewal”, L’Arca, nr. �0�, p. 44-49

OOSTERHUIS K., Programmable architecture, Bergamo, l’Arcaedizioni, 2002, 99

FRAMPTON K., Moderne architectuur. Een kritische geschiedenis., Roeselare, Roularta

Books, 199�, 477

JODIDIO P., Architecture NOW!, Keulen, Taschen, �001, 576


�08

GÖSSEL P., LEUTHÄUSER G., Architectuur van de 20e eeuw, Keulen, Taschen, �001,

447

ZELLNER P., NOVAK M., Digital Real: Blobmeister, Birkhauser, �001, �56

BULLIVANT L., 4dspace: Interactive Architecture, Architectural Design, London, Wiley-

Academy, Vol 75, nr 1, januari/februari 2005, 128

SPILLER N., Young Blood, Architectural Design, London, Wiley-Academy, Vol 71, nr 1,

februari 2001, 111

PERRELLA S., Hypersurface Architecture II, Architectural Design, London, Academy

Editions, Vol 69, nr 9, oktober 1999, 11�

GOSLING D., New science = New architecture?, London, Academy Editions, 96

EEKHOUT M., POPO of ontwerpmethoden voor bouwproducten en bouwcomponenten,

Delft, Delft University Press, 1997, 163

FEAR B., Architecture + Animation, Architectural Design, London, Wiley-Academy, Vol

71, nr �, april �001, 111

X, Organic Architecture, London, Academy Editions, Vol 63, nr 11/12, november/

december 1993, 95

RAHIM A., Contemporary Processes in Architecture, London, Wiley-Academy, Vol 70,

nr 3, juni �000, 11�

RAHIM A., Contemporary Techniques in Architecture, London, Wiley-Academy, Vol 72,

nr 1, januari �00�, 1�6

DOHERTY P., Cyberplaces: The Internet Guide for Architects, Engineers & Contractors,

Robert S Means Co; Bk&CD-Rom edition, 1997, 696


�09

A+U nr 412, 05:01

Tijdschrift Bouw #04/2005 – interview met Lars Spuybroek – Van machine naar vorm

A+193 – parametrisch tekenen (Foster)

BRONVERMELDING VAN DE FOTO’S

001, 008, 009, 016, 017, 0�0, 0�1, 0��, 0�3, 0�4, 0�8, 030, 031, 032, 033, 036, 037,040, 041, 042, 043 + alle afbeeldingen van de case studies met uitzondering deze op p160-161 en p 169) - Wout Sorgeloos002 - ?; 003 - Ramon Prat; 004 - Caloey (Webshots.com); 005 - jamescraig (Webshots.com); 006 - healthylivinginc (Webshots.com); 007 - Gregory More; 010 - ldrider51 (Webshots.com); 011 - jb607 (Webshots.com); 012 - amhalveytoo (Webshots.com); 013 - kj0928 (Webshots.com); 014 - dwntwnla6903 (Webshots.com); 015 - SAAB; 018 - Gregg Lynn; 019 - Marcos Novak; 025 - ?; 026/027 - MVRDV; 029 - Kolatan and MacDonald; 034 - Future Systems; 035 - Future Systems; 038 - Friedrich Busam; 039 - Bernhard Franken; 044 - Erick van Egeraat Architects/Christian Richters; 045 - STEM Group, LPS, Université Paris Sud; 046 - gepubliceerd onder de GNU Free Documentation License; 047 - NOX; 048 - Johan Bettum; 049 - dECCOI Architects; 050 - dECCOI Architects; 051 - Trimble; 052 - jyjchan_bangkok1 (Webshots.com); foto’s p 160-161 - ONLfoto p 169 - Bram Rumbaut


Digital Design & File-to-Factory

Documents

Transcript of Digital Design & File-to-Factory