Robot Architecture

Begin twintigste eeuw was ruim de helft van de bevolking van Amerika boer en verbouwden zij voedsel om het hele land te voeden. Het zou voor iemand uit 1900 onvoorstelbaar zijn te geloven dat in 100 jaar tijd er nog maar voor 3% van de bevolking een baan was als boer en dat deze 3% evenveel voedsel zou verbouwen als alle boeren samen begin twintigste eeuw.

Toch is dit de realiteit geworden en het is een direct gevolg van het introduceren van nieuwe technieken en automatiseren van allerlei productieprocessen in de agricultuur. Fysieke arbeid werd vervangen door machines die dezelfde taken in een fractie van de tijd konden doen, waardoor de productiviteit van de agrarische industrie enorm is verbeterd. Deze toename in productiviteit gold niet alleen voor de agrarische industrie, alle industrieën zijn na de Tweede Wereld Oorlog steeds verder toegenomen in productiviteit zoals te zien is in een onderzoek gedaan door Mc Kenzy in 2012. Alle industrieën, behalve de bouwindustrie, deze is na de jaren 70 weer afgenomen in productiviteit. Zelfs de introductie van BIM eind twintigste eeuw heeft hier niks aan kunnen veranderen. Waar komt dat door?

Een andere studie van Mc Kenzy vergelijkt de mate van digitalisering in verschillende industrieën. Opvallend is dat hier de agrarische sector onderaan staat, wat komt doordat er nog niet overal op de wereld voedsel in high tech kassen wordt verbouwd zoals in Nederland. Maar het feit dat wij groenten in kassen produceren, laat al zien dat de agricultuur zeer ver gedigitaliseerd is. Dit wijst erop dat na de jacht, de bouw de minst gedigitaliseerde industrie ter wereld is. Zou het kunnen dat de bouwindustrie niet in staat is geweest om vooruit te gaan op productiviteit doordat de bouw zich in onvoldoende mate wist te digitaliseren? Volgens Mc Kenzys onderzoek had het andere redenen, maar om de productiviteit omhoog te brengen liggen naar mijn mening wel de meeste kansen in de richting van automatisering en digitalisatie, gezien andere industrieën hierdoor flink vooruit zijn gegaan.

Productiviteit ging na de Tweede Wereldoorlog omhoog in de bouw, wat deels kwam door noodzaak voor de reconstructie van vernietigde Europese steden en om de nieuwe ideeën van de ideale moderne stad te kunnen realiseren. Dit had dus te maken met een mind-set. Maar een groter effect op productiviteit had de opkomst van prefab bouwmethodes en de introductie van de hijskraan. Door elementen in een fabriek te maken in een productielijn, kon veel tijd en geld worden bespaard. Met de hijskraan konden grote prefab elementen geassembleerd worden op locatie door bouwvakkers. Zelfs met deze bouwmethode moest nog veel werk op de bouwplaats gedaan worden door de bouwvakkers. Prefab kwam in de jaren 60 al op, toch lijkt dit nog steeds de grootste revolutie voor het geven van een productiviteits-boost in de bouw tot de dag van vandaag.

Volgens een onderzoek van het CBS wordt het steeds moeilijker voor bouwbedrijven om bouwvakkers te vinden. Steeds minder mensen willen dit zware lichamelijke werk doen en kiezen steeds vaker voor een kantoorbaan. In de meeste andere sectoren is fysieke arbeid al veelal vervangen door machines. De productielijn van Henry Ford’s autofabrieken, waarbij iedere fabrieksmedewerker nu door een robotarm van Kuka is vervangen en het process vele malen sneller, nauwkeuriger en goedkoper is geworden is een goed voorbeeld van het verhogen van productiviteit met behulp van digitalisering en automatisering. Prefab elementen mogen er dan wel zijn, maar toch worden bakstenen gevels vandaag nog steeds op dezelfde manier met de hand gemetseld en worden kozijnen met de hand aangedraaid in de bouw, zoals in de jaren 70. We moeten een andere methode van bouwen introduceren, maar om dit te doen moeten we eerst anders gaan ontwerpen.

Het feit dat we nog steeds zoveel met de hand doen in de bouw, wijst erop dat het probleem van de bouw voortkomt uit een probleem in de ontwerpmind-set: We ontwerpen nog steeds voor de productiemethodes van gister. Als we bouwen willen automatiseren, moeten we ontwerpen voor een nieuwe productiemethode. Een ontwerper moet bij het ontwerpen al rekening houden met hoe een machine of robot dit element zal gaan produceren en assembleren. Hiervoor moet er dus kennis over productietechnieken zijn bij ontwerpers en dit lijkt nog te missen in het curriculum van een architect. Als je niet weet hoe een robot iets kan maken, dan ontwerp je voor wat je kent, namelijk voor hoe een bouwvakker en een hijskraan iets kunnen maken. Wordt er dan helemaal niet met robotica gewerkt op architectuuropleidingen en in de bouw?

Het toepassen van robotica in de architectuur en bouw is tot nu toe grotendeels een oefening geweest van het proberen te automatiseren van bestaande bouwprocessen. Zo hebben onderzoekers robots geprogrammeerd om vloertegels te leggen of om bakstenen wanden te metselen. Dit kunnen robots uiteindelijk dan ook nauwkeuriger en soms ook veel sneller dan een mens. Echter schiet dit voorbij de daadwerkelijke vraag over wat robotica in de architectuur kan betekenen. Het introduceren van een robot om vloertegels of bakstenen te leggen betekent dat je een hele nieuwe productie/assemblage-methode probeert in te zetten voor een oude, met de hand bedoelde manier van bouwen. Het wordt pas interessant als we niet kijken naar hoe een robot iets kan maken op de manier dat een mens dat zou doen met de hand, maar juist wat de robot zelf voor mogelijkheden biedt. Een baksteen heeft het formaat en gewicht dat het heeft, omdat het gemaakt is om door een metselaar makkelijk in één hand vast te houden en te plaatsen in het werk. De esthetiek van een bakstenen huis is dus een direct gevolg van de productiemethode van het bakstenen huis. Zet je robots in, dan kun je ineens hele andere soort architectuur maken, omdat de robots hele andere mogelijkheden bieden. Het is dus aan de nieuwe ontwerpers en ingenieurs om zich af te vragen wat de architectuur is van de robotica en daarmee te ontwerpen voor automatisering.

De mogelijkheden van robotica in de bouw houden niet op bij het maken van robot-architectuur. 80% van de gebouwen die er over 20 jaar zullen zijn, zijn al gebouwd. Volgens de onderzoekstak GXN van het Deense bureau 3XN Architects, kunnen robots ook een grote rol spelen in de reparatie en onderhoud van de gebouwde en natuurlijke wereld. Door geavanceerde 3D-print technieken te combineren met de snel ontwikkelende drone- en autonoom rijdende robot-sector, kan een nieuw paradigma ontstaan van onze relatie met de wereld om ons heen. GXN stellen zich voor dat onderzee robots de koraalriffen analyseren en waar nodig zelf repareren; robots met poten (crawlers) scheuren in infrastructuurwerken opsporen en deze ter plaatse zelf reparen; en drones die koudebruggen en lekken in gevels van wolkenkrabbers zoeken en voor iedere situatie een op maat gemaakte oplossing printen. Door robots in te zetten in teamverband, dus zoals insecten kolonies samenwerken, kunnen zij op efficiënte manieren onze wereld onderhouden en repareren. We zetten dan hele artificiële machines in, om op een zeer organische manier, zoals een zwerm, te werk te gaan. Als dit soort robots en drones betaalbaar kunnen worden gemaakt, dan zouden drones straks zelfstandig monumentale gevels kunnen schoonmaken en repareren, zonder dat deze in de steigers gezet hoeven te worden. Net als dat de restauratie van de Nachtwacht in 2019 openbaar te zien is voor het publiek, zou dit ook kunnen voor monumentale gevelrestauratie en wie wilt dat nou niet zien?

De stelling is dus dat automatisering en digitalisatie zal helpen voor productiviteit. Waarom is productiviteit relevant en hoe merken we dat deze onvoldoende hoog is momenteel in de bouwindustrie? Kijk maar naar de moeizame huizenmarkt, vertraagde bouwprojecten, failliet gaande aannemers, half-afgebouwde-torens en gigantische discrepantie tussen vraag en aanbod in het vastgoed. Er zijn 750000 nieuwe woningen nodig in Nederland vóór 2025, maar met het huidige tempo komen bouwpartijen niet verder dan 500000 woningen (Lennartz, 2018). Er zijn niet genoeg bouwvakkers, gebouwen worden niet snel genoeg gebouwd en hele plannen worden vertraagd door verschillende risico’s. De bouw is duur, vervuilend, langzaam, niet flexibel en draagt mede hierdoor altijd veel risico’s. Ook is het onderhouden van gebouwen lastig en duur, waardoor dit vaak onvoldoende gebeurt. Het gevolg hiervan is een vastgoedvoorraad die steeds verder achteruit gaat in technische kwaliteit, terwijl de vraag en noodzaak naar duurzaam vastgoed blijft groeien en het water van de huizenmarkt steeds verder boven de lippen van de mensen komt t staan. Robots, die veel sneller, nauwkeuriger en goedkoper woningen kunnen bouwen dan een bouwvakker, kunnen hier de redding in zijn. Robots hebben al laten zien dat ze minstens 2X sneller kunnen zijn dan een mens, zelfs in het bouwen op de huidige manier. Ze kunnen ook 24 uur werken in plaats van 8 uur per dag, zonder pauzes of ziektedagen. In theorie zou het met robots mogelijk zijn om 6X 500000 = 3000000 woningen te bouwen van hoge kwaliteit op een goedkopere manier vóór 2025.

Na de jaren 70 hebben de innovaties in de bouw niet veel kunnen bijdragen aan productiviteit. We bouwen nog steeds als de stenenstapelaars die we ooit waren en zowel de huizenmarkt, als de planeet merkt hier de gevolgen van. Het is tijd voor een revolutie in de bouw en automatisering en digitalisatie zullen die brengen. Als we robotica integreren in zowel het ontwerpproces als en bouwproces kunnen gebouwen sneller en goedkoper worden gebouwd en onderhouden. Door autonome robots in te zetten kunnen we op een efficiënte manier de natuurlijke en gebouwde wereld om ons heen onderhouden en repareren. Dit alles begint bij een nieuwe generatie ontwerpers en ingenieurs die de robotica verwelkomen in de wereld van de architectuur en de bouw. Een generatie die durft om op een radicaal andere manier te werk te gaan met nieuwe tools en multidisciplinair oplossingen zoekt. Een generatie die niet stenen gaat stapelen, maar de steen zelf herdefinieerd. Welkom in de architectuur van de robotica.