Circulair bouwen met digitale methoden: een testcase

Prof. dr. ir. arch Catherine De Wolf en haar team ontwikkelen innovatieve digitale methoden om circulair te bouwen. Zodat data-gedreven beslissingen over materiaalhergebruik geautomatiseerd kunnen worden. In samenwerking met Vlaanderen Circulair bouwden zij en haar team onlangs een circulaire dome. Een mooie testcase om de theorie ook aan de praktijk te toetsen.

Belang van circulaire bouwen

“We moeten dringend overschakelen van onze lineaire manier van denken (productie, gebruik en afval) naar een circulaire economie (afval wordt grondstof) waarbij we bouwmaterialen en -componenten gaan hergebruiken”, aldus Catherine De Wolf.

“Door circulair bouwen als nieuwe norm te hanteren, sluiten we kringlopen, verminderen we de afvalberg, en kunnen we alsnog unieke bouwwerken creëren. Maar hoe begin je hieraan? Moeten we terug naar een soort Middeleeuwse manier van werken? Waarin materialen van oude bouwwerken steevast gebruikt werden om nieuwe constructies te bouwen? Wel, dat is een begin. Maar het kan uiteraard veel beter, door de hedendaagse geavanceerde technologieën in te schakelen.”

Circular Engineering for Architecture (CEA)

“Samen met mijn team probeer ik digitale methodieken te ontwikkelen die circulaire principes ondersteunen. Precies daarvoor hebben we in Zurich met enkele gelijkgestemde zielen het ‘Circular Engineering for Architecture’ (CEA) lab opgericht.

“Het CEA-lab wil het hergebruik van bouwmaterialen stimuleren door middel van digitale innovatie om zo de transitie naar een circulaire bouwsector te versnellen. Door het gebruik van Machine Learning (AI), bijvoorbeeld, voorspellen we welke materialen beschikbaar komen voor hergebruik op basis van Google Streetview-data, kadastrale gegevens, fotografie …”

Computational design

“Het model dat we nu in samenwerking met Vlaanderen Circulair ontwikkelen vertrekt van bestaand gebouwen. Nog vóór ze gesloopt worden, scannen en analyseren we de constructies om de aard en vorm van de herbruikbare componenten te begrijpen. Via fotogrammetrie op basis van dronebeelden en LiDAR-scanning bouwen we puntenwolken en scan-to-BIM-modellen om zo een materialendatabank te maken.”

“De volgende stap is databaseverwerking. We demonteren de gescande gebouwen met onze studenten en slaan de gerecupereerde materialen op. De uiteindelijke vorm van deze verwijderde materialen wordt gemeten en gecatalogiseerd in een materialendatabase.”

“Vervolgens laten we computationele ontwerpalgoritmen los op de inventaris van beschikbare materialen zodat daaruit nieuwe designs worden gegenereerd. Het demonstrator-ontwerp kent verschillende gradaties van variabiliteit. Beginnend met de algemene geodetische vorm, op basis van welke materiaalcategorieën beschikbaar zijn, worden verschillende detailniveaus gerealiseerd. Hierbinnen zijn schaalfactoren, patroondichtheid en hoeken ook instelbaar, terwijl de voetafdruk en ruimte constant blijven.”

We laten computationele ontwerpalgoritmen los op de inventaris van beschikbare materialen zodat daaruit nieuwe designs worden gegenereerd

—

Prof. Dr. ir. arch Catherine De Wolf

“Dat ontwerp wordt dus gekoppeld aan materiaalbeschikbaarheid. De inventaris van beschikbare constructie-elementen wordt algoritmisch doorzocht en elk ontwerponderdeel wordt gematcht met de opgeslagen materialen die de minste aanvullende bewerking vereisen.”

“De laatste stap is de vormoptimalisatie. We assembleren de nieuwe structuur met de teruggewonnen materialen. De ontwerpstrategie bevat daarbij verschillende niveaus van flexibiliteit in termen van dimensionaliteit en schaal. Het model wordt vervolgens geleidelijk aangepast om het beste bij de beschikbare materialen te passen, terwijl de structurele levensvatbaarheid en prestaties behouden blijven. We gebruikten ook digitale fabricage technieken zoals Computer Numerical Control (CNC) frezen voor dit aanpassen.”

Lees ook

19/10/2022 - 21:23Prof. dr. ir. arch. Catherine De Wolf zoekt klimaatbewuste supertechneuten

Boekenkast

Dome + boekenkast

“Concreet pasten we dit model toe in een verlaten gebouw in Genève. Een enorme fabriek waarin vroeger Fiat-wagens werden gestockeerd was er klaar voor de sloop. Samen met enkele studenten scanden we het hele gebouw in en identificeerden we zo talrijke materialen die konden ingezet worden voor circulair hergebruik.”

“Voor deze eerste, beperkte testcase recupereerden we planken, balken en pijpleidingen. Uit het computationele ontwerpalgoritmen werd duidelijk dat we met deze materialen het geraamte van een dome konden ontwikkelen. Elk waardevol product kreeg daarbij een QR-code ingegraveerd.”

“Uit een oude zeilboot recupereren we later de zeilen zodat die nu perfect functioneren als bekleding en de dome kan ingezet worden als serre, tent of andere nuttige invulling. Naar aanleiding van brainstorming sessies met mijn collega’s van Universiteit Antwerpen en Universiteit Gent, bouwen we de dome in Vlaanderen op. Verder vervaardigden we met de planken een unieke boekenkast. Die staat nu mooi te pronken in mijn ETH bureau.”

Tanker is aan het keren

“Uiteraard is deze testcase wat het woord zelf aangeeft. Ons project was niet rendabel, kostte meer tijd. Maar het was wel fun, creatief. We creëerden iets unieks. En mits verfijning en toepassing op grotere schaal kan je via deze methodologie absoluut meerwaarde genereren, ook qua rendabiliteit. En dat aantonen, daar was het hem uiteindelijk om te doen. Een steentje in de rivier werpen om zo langzaam de tanker van koers te doen veranderen.”