De drie jonge architecten van Studio RAP pionieren met robotarchitectuur. Dit maakt bouwen efficiënter en introduceert een nieuwe esthetiek. De angst dat robotisering leidt tot kille architectuur is ongegrond. ‘Gebouwen kunnen juist perfect worden aangepast aan individuele wensen of lokale omstandigheden.’ Hun Skilledin Office is daarvan het bewijs. Elk van de 225 houten platen is uniek en door een robotarm op maat gefreesd. Ze willen dit jaar beginnen met het eerste Nederlandse 3D-geprinte huis in beton. ‘Wij geloven in mass customization’
Het is niet de vraag óf robotisering ook de architectuur zal beïnvloeden. De vraag is zelfs niet wannéér robots gebruikt gaan worden in het bouwproces. ‘Wij doen het al. De vraag is dus alleen nog hoe’, zegt Wessel van Beerendonk, een van de drie partners van Studio RAP. Dat Rotterdamse architectenbureau realiseerde onlangs Skilledin Office, een werkpaviljoen dat bestaat uit 225 houten platen die met een vingerverbinding in elkaar haken. Elke plaat is uniek en door een robotarm op maat gefreesd; zelfs de hoek waaronder de schuine platen in elkaar grijpen is door robots tot op de millimeter nauwkeurig gezaagd. Vooralsnog is deze robotarchitectuur een primeur in Nederland.
Bij Skilledin Office zijn robots gebruikt voor het vervaardigen van de losse bouwelementen. Dat is slechts één van de manieren waarop robots kunnen worden ingezet. Een andere toepassing is bij het assembleren van prefab bouwelementen, zoals houtplaten maar ook bakstenen en staalprofielen. ‘Tijdens de bouw van Skilledin Office hebben we de bouwelementen nog met de hand in elkaar gezet maar in de nabije toekomst doen we dat met een robot. Deze techniek staat nog in de kinderschoenen, maar wij zijn er volop mee bezig.’ Andere digitale technieken waarmee Studio RAP inmiddels experimenteert is draadsnijden, waarbij een robotarm kunststof als piepschuim in elke gewenste maat en vorm coupeert met een verhitte draad. ‘Deze kunststof volumes worden gebruikt als mallen of contramallen voor beton of composieten.’
Scheepswerf
Het kantoor van Studio RAP (een acroniem van Robotics, Architecture, Production) is nauwelijks groter dan een schaftkeet op een willekeurige bouwplaats en zit in een containerachtig kantoorcomplex in het Innovation Dock, een voormalige RDM-scheepswerf in de Rotterdamse haven die is omgebouwd tot een bedrijfsverzamelgebouw. Er zijn met name innovatieve start-ups en R&D afdelingen van maritieme grootbedrijven gevestigd. Veel belangrijker dan het compacte kantoortje is de werkplaats met drie robotarmen op de begane grond. ‘Feitelijk zijn dat 3fte aan ambachtelijke vakmensen.’ Dat Studio RAP een paperless office is, spreekt dan ook voor zich. ‘Onze enige gereedschap is de laptop’, zegt medeoprichter Léon Spikker; de derde partner Lucas ter Hall is in Marokko voor de Biënnale van Marrakesh. De drie jonge architecten leerden elkaar kennen op de TU Delft waar ze in 2014 afstudeerden.
Skilledin Office
Vooralsnog is het enige gerealiseerde gebouw van Studio RAP het Skilledin Office, een opdracht van het Havenbedrijf, dat ook het Innovation Dock beheert. Met een zelfdragende overspanning van 8 meter oogt het spectaculair. Feitelijk wordt het ondersteund door één enkele kolom, die als een trechter in het midden staat; het houten gewelf hangt daar als een soort paraplu aan. Op aanraden van de constructeur zijn de houtplaten geschroefd maar in principe is het een no screw no glue constructie. Zelfs de draagkracht en de structuur van de multiplex platen is meegenomen in het ontwerp. ‘Als je goed kijkt zie je ook dat de vlammen in het hout ongeveer op elkaar aansluiten.’ Bovendien is het ontwerp schaalbaar. ‘In principe kunnen we ook een soortgelijke constructie maken die zo groot is als deze hal’, zegt van Beerendonk, terwijl hij langs het dertig meter hoge plafond van de immense scheepswerf kijkt. ‘Ook zitten we niet vast aan hout. Het kan met karton, staal of een combinatie van materialen.’
Dat de ouderwetse bouwvakkers op de werkplaats worden vervangen door robots, daar gelooft Studio RAP op korte termijn niet in. ‘Een standaard robotarm moet heel nauwkeurig gekalibreerd zijn en kan nog niet omgaan met een onvoorspelbare omgeving. Als een doos spijkers in de weg staat, weet hij al niet meer wat hij moet doen’, aldus Spikker. Vooralsnog zal er vooral gebouwd worden met prefab elementen, zoals bij het Skilledin Office. Al werkt RAP nu aan een interieur voor het Rotterdams Havenbedrijf waarvan alle onderdelen op locatie worden vervaardigd én geassembleerd door een robotarm op een 8 meter lange rail. ‘Aan een kant zijn alle materialen gestapeld en worden deze op maat gemaakt, aan de andere kant van de rail door de robot in elkaar gezet.’
Complexe parametrische ontwerpen
De robotarchitectuur waarmee het experimenteert ziet Studio RAP als een aanvulling op de bestaande architectuur. Van Beerendonk: ‘Ik kreeg laatst de vraag: hoe kun je nou een strak rechthoekig volume maken met een robotarm? Mijn antwoord was: dat kan inderdaad makkelijk met traditionele bouwtechnieken en dus kun je het ook beter op die manier doen. Ons doel is niet de huidige architectuur met robots te gaan maken. Het is interessanter om op zoek te gaan naar architectuur die ontsloten wordt door de toepassing van robots.’ De toegevoegde waarde van digitale fabricage is dat complexe parametrische ontwerpen eindelijk efficiënt kunnen worden gemaakt. ‘Nu moeten digitale ontwerpen nog met de hand worden gerealiseerd. Een 3D-ontwerp wordt dus vertaald naar een 2D-bouwtekening, waarvan vervolgens weer een ruimtelijk gebouw wordt gemaakt. Dat rare gat in het proces zie je terug in het eindresultaat.’
Als voorbeeld noemt Van Beerendonk het nieuwe treinstation van Arnhem. ‘Een fantastisch gebouw, een van onze favorieten. In beton gedacht, maar vanwege allerlei aanbestedingsperikelen is het uiteindelijk in staal gemaakt, waardoor je de lasnaden ziet. Dat doet enorme afbreuk aan de esthetische kwaliteit van het gebouw.’ Spikker vult aan: ‘En bovendien werkt deze werkwijze vertraging en budgetoverschrijdingen in de hand. Als digitale ontwerpen ook op een digitale manier kunnen worden gerealiseerd, verbetert de kwaliteit en efficiëntie.’
Mass customization
Uiteindelijk zal met de introductie van robots in het bouwproces ook een nieuwe bouwstijl worden geïntroduceerd. ‘Een eeuw geleden werd de dragende buitenmuur overbodig door betonnen kolommen, wat resulteerde in strakke gebouwen met veel glas. Ook kon er door beton te storten bijna machinaal worden gebouwd, waardoor de gevels een sterke repetitie kregen. Deze invloeden zijn tot op de dag van vandaag dominant.’ Eenzelfde invloed zal robotisering hebben, meent Van Beerendonk. ‘Een robot maakt het niet uit of er honderd identieke of unieke platen moeten worden vervaardigd. Dit maakt mass customization mogelijk.’ De angst dat robotisering leidt tot kille architectuur is dus ongegrond. ‘Gebouwen kunnen juist perfect worden aangepast aan individuele wensen of lokale omstandigheden.’
Symbiose tussen vorm, prestatie en techniek
Hoe die nieuwe vormtaal er precies uit gaat zien, wordt druk onderzocht door Studio RAP. In ieder geval: ‘Geen blobs.’ Spikker: ‘Daarvan is de vorm ontstaan door wat de nieuwe software toeliet, niet wat er bouwtechnisch mogelijk was.’ Bij robotarchitectuur is de keuzevrijheid veel groter. ‘Wij zoeken altijd naar een symbiose tussen vorm, material performance en productietechniek.’ Als voorbeeld van deze ‘digitale symbiose’ noemt Van Beerendonk het interieur voor een Hogeschool waar RAP momenteel aan werkt. ‘De spraakrichting in de flexibel in te richten ruimte bepaalt het akoestische comfort en beïnvloedt daarom de vorm van het plafond. Ook verlichtingseisen vragen om een bepaalde constructie die ook weer bepalend is voor de vorm.’ Het resultaat is een functioneel golvend plafond waarbij de te leveren prestatie invloed heeft op het uiteindelijke ontwerp. Dit levert allemaal unieke bouwelementen op die vervolgens weer te maken zijn met behulp van industriële robotarmen. ‘Deze organische architectuur op maat is een manier van bouwen die door het modernisme is verdrongen. Het is een terugkeer naar een nieuwe ambachtelijkheid.’
Architect wordt weer leidend
Een techniek waar Studio RAP druk mee in de weer is, is het 3D-printen van beton. Feitelijk wordt daarbij gebruik gemaakt van dezelfde robots maar dan voorzien van een printkop. ‘We hebben alle technieken in huis om dit jaar met de bouw van het eerste 3D-geprinte huis van beton te beginnen. Het kan, mits we de juiste partijen bij elkaar vinden.’ Zoals is te verwachten bij een innovatieve start-up, werkt Studio RAP voortdurend samen met diverse partners. Zo wordt de 3D-printrobot ontwikkeld met betonfabrikant Bruil. ‘Zij weten veel beter wat er kan met beton dan wij. Wij weten hoe zij die kennis kunnen toepassen binnen dit nieuwe gebruik van beton. De robots zelf zijn weer een bruikleen van IRS Robotics, een bedrijf dat gebruikte robotarmen uit de industrie omtovert tot betrouwbare en vooral betaalbare hulpkrachten. De robotarm zelf is ‘slechts een machine’ om mee te printen, te frezen of gewoon te stapelen. Van Beerendonk: ‘Het is uiteindelijk de combinatie tussen hardware en software die nieuwe mogelijkheden biedt. Met IRS hebben we daarom een heel natuurlijke, versterkende samenwerking. We helpen elkaar.’ Maar uiteindelijk is het vooral de architect die profiteert. ‘Robotisering in het productieproces leidt uiteindelijk tot meer ontwerpvrijheid en zeggenschap over het resulterende gebouw. De architect wordt weer leidend in het bouwproces.’
Questionnaire
Favoriet historisch gebouw? Het Palazzetto dello Sport in Rome van Piere Luigi Nervi. Wij willen af van de passieve, stilistische rol van de hedendaagse architect. Pierre Luigi Nervi was zo’n architect die het architectonische ontwerp liet samenvloeien met het constructieve ontwerp en maakbaarheid. Om zo iets te realiseren moet je meer zijn dan de traditionele architect zoals we die nu kennen. Dit zie je terug in de kwaliteit van zijn waanzinnige gebouw Pallazetto dello Sport.
Favoriet hedendaags gebouw? Louisiana State Museum and Sports Hall of Fame van Trahan Architecten is een goed voorbeeld waarbij in een vroeg ontwerpstadium een partij met expertise in digitale fabricage is betrokken. Jammer dat de architect dit niet zelf doet, een gemiste kans.
Favoriet Nederlands gebouw? Met zijn ontwerp van de A2 Cockpit was Kas Oosterhuis zijn tijd ver vooruit; een combinatie van geluidswal en showroom met unieke elementen. Een eerste stap richting een masscustomized architectuur.
Favoriete architect? Frei Otto was meer dan een architect alleen, hij realiseerde gebouwen met een constructieve integriteit. Een symbiose tussen vorm, prestatie en maakbaarheid.
Favoriete hedendaagse architect? Gramazio Kohler architecten, de grondleggers van de toepassing van robots binnen de architectuur.
Favoriete Nederlandse architect? Om eerlijk te zijn hebben we die niet. Er gebeurt bar weinig op het gebied van digitale fabricage binnen de architectuur in Nederland. Wij streven ernaar de rol van de hedendaagse architect te herdefiniëren en zetten ons als architectonische ontwerpen fabricagestudio in om robot gestuurde productietechnieken in de architectuur te implementeren.
Wanneer niet in Nederland, vanuit welk land zouden jullie dan willen werken? Welk land doet er tegenwoordig niet meer toe, je slaat je laptop waar dan ook ter wereld open en je hebt toegang tot al wat je nodig hebt.
Wat zou je nooit ontwerpen? Een gebouw waarvan de esthetiek nog rust op innovaties van een eeuw geleden. Gebouwen waarbij de architectonische expressie voortvloeit uit seriële massaproductie. Wij geloven in mass-customization, weg met de bouwcatalogus.
Wat irriteert je het meest in het vak? Het vak hernieuwt zich te traag. De wereld rondom verandert in een rap tempo, de bouwsector echter blijft altijd achter. Wij zouden graag het voorbeeld zijn van een hightech ontwerpbureau dat de sector weer als innoverend terug op de kaart zet.
Wat is je droomopdracht? Een volledig digitaal geproduceerd gebouw op basis van een optimaal presterend ontwerp. Een gebouw bestaande uit enkel unieke bouwelementen.
Belangrijkste inspiratiebron buiten architectuur? De auto-industrie. Niet alleen vanwege de efficiëntie maar vooral vanwege de naadloze integratie van innovaties in design, materiaal en productietechniek.
Meest waardevolle advies ooit? In biology material is expensive but shape is cheap. As of today the opposite was true in the case of technology. Deze quote van Prof Julian Vincent is toepasbaar op de opkomst van high-performance materialen in de bouw en bevestigt de noodzaak van ons motto: Work smarter.
Toelichting afbeeldingen
1-5. In het Skilledin Office (130 m2) rijst een houten gewelf spectaculair op vanuit een decentraal gepositioneerde kolom die in één beweging overvloeit naar de dakconstructie. Het bestaat uit 225 unieke elementen en overspant ruim 8 meter. De unieke vorm van het gewelf is ontstaan vanuit digitale form-finding methodieken. Hierdoor is het hele dak op druk belast. De vorm is vervolgens vertaald naar driehoekige houten panelen die met vingerverbindingen aan elkaar verbonden zijn. De instructies voor het robotgestuurde fabricageproces zijn rechtstreeks vanuit het digitale model gegenereerd.
6 en 7. Vijf meer dan levensgrote standbeelden van ‘gewone’ Rotterdammers voor Museum Rotterdam in het Stadstimmerhuis. Een robotarm coupeerde met een verhitte draad piepschuim in de gewenste vorm. Daarna zijn de beelden geschilderd met betonverf.
8. Dit 1:5 prototype laat een massieve gevelvloercombinatie zien die gezamenlijk met de TU/e en het betonlab van NCI is ontwikkeld binnen een 3TU Ligthouse project. De unieke vorm van het betonnen object is het directe resultaat van een combinatie van digitale ESO-software (evolutionary structural optimization) en het gebruik van vezelversterkt ultra hoog sterkte beton. Voor het ontwerp hebben programmatische randvoorwaarden gediend als variabele voor de ESO-software. Hierna is met behulp van simulatiesoftware materiaal weggehaald daar waar het constructief niet presteert en geplaatst waar dat constructief wel optimaal presteert. Het complete ontwerp- en fabricageproces was geoptimaliseerd voor het zes-assig frezen met een robotarm. Dit maakte een efficiënt productieproces mogelijk met als resultaat dit exotische prototype.
9 en 10. Studio RAP ontwikkelt samen met BRUIL een 3d-printer voor architectonisch beton. Het zal een enorme reeks aan mogelijkheden openen op het gebied van vorm, kleur en textuur binnen de architectuur. De door RAP ontwikkelde software vertaalt 3d-modellen direct naar robotinstructies. Door in verschillende laagdiktes te printen alsmede de oriëntatie van de extruder te bepalen is, naast het sneller printen van beton, het ook mogelijk om aan de hand van printlijnen vorm extra te accentueren. Het aantal printbare texturen en patronen is ongekend.
Tekst Jeroen Junte
Dit artikel is gepubliceerd in ArchitectuurNL 02 2016
Schrijf je in voor de nieuwsbrief
Ontvang iedere week het laatste nieuws en informatie op het gebied van architectuur in uw mailbox.
Gerelateerd
Tags:
3d beton printen,
Léon Spikker,
Lucas ter Hall,
robot,
robotarchitectuur,
Skilledin Office,
Studio RAP,
Wessel van Beerendonk