Tagarchief: TNO

TNO ontwikkelt nieuwe aanpak op weg naar duurzamer beton

Naamloos-2
Lees het gehele artikel

Nederland staat voor een grote opgave om de CO2-uitstoot drastisch te verminderen en tegelijk materialen-schaarste het hoofd te bieden. De bouw speelt een belangrijke rol bij het realiseren van de klimaatdoelen. De sector verbruikt namelijk de helft van alle grondstoffen in ons land, is goed voor 40 procent van het energieverbruik en een derde van de totale CO2-uitstoot. Omdat de helft van al het bouwmateriaal beton is, valt veel winst te boeken door dat te verduurzamen. TNO heeft hiervoor een nieuwe aanpak en tool ontwikkeld, die zich met name richt op de inzet van duurzamere betonsoorten en hergebruik van secundaire grondstoffen. Tot nu toe worden deze materialen nog niet grootschalig ingezet, met name doordat toepassing in betonconstructies complex is: aan de ene kant is er verandering gaande in het beton dat we altijd al kenden, en aan de andere kant komen er steeds meer eisen, een constructie moet niet alleen veilig en betaalbaar zijn, maar ook duurzaam en circulair.

Resource based engineering met MIMO

De nieuwe aanpak, voluit Materiaal gedreven Multi-criteria Ontwerp-optimalisatie (MIMO), is een ontwerp aanpak voor duurzamer beton die helpt bij het maken van optimale keuzes voor meerdere betrokken partijen: opdrachtgevers, bouwbedrijven, aannemers, sloopbedrijven, recyclingbedrijven. De MIMO-aanpak vormt een knooppunt tussen data, modellen en slimme optimalisatie-software. Informatie over lokaal beschikbare grondstoffen staat centraal: ‘resource based engineering’. Bijvoorbeeld, van elementen of korrels uit betonpuin worden de materiaaleigenschappen bepaald, de data. Daarnaast worden gelijktijdig alle eisen meegegeven, zoals minimaliseren van milieu-impact en kosten maar ook het maximaliseren van veiligheid, we willen immers veilige betonconstructies. MIMO verwerkt de data vervolgens met behulp van rekenmodellen tot ontwerp-scenario’s die optimaal en meetbaar voldoen aan de verschillende eisen tegelijk. De gebruiker kan nu eenvoudig afwegen wat het beste scenario is op basis van wensen en planning.

Aanzienlijke CO2-reductie door optimale inzet secundaire materialen

Elk jaar komt er zo’n 22 miljoen ton steenachtig afval vrij door sloop. Op dit moment wordt daarvan slechts 2 miljoen ton hergebruikt en dat terwijl we jaarlijks 33 miljoen nieuw beton produceren. De inschatting van TNO is dat MIMO kan ondersteunen in het afwegen en optimaal inzetten van hergebruik en recycling uit bouw- en sloopafval. ‘Deze stroom is goed voor meer dan de helft van de huidige betonproductie!’, vertelt Siska Valcke van TNO, expert op het gebied van circulair beton. ‘Bij het optimaliseren van hergebruik, ook voor CO2 reductie, komen dankzij MIMO algauw twee belangrijke strategieën in beeld: volledig hergebruik van elementen uit bestaande betonconstructies en inzet van gemalen metselwerkpuin zouden naar schatting 0,75 tot wel 1,25 miljoen ton CO2 reduceren per jaar’, licht Valcke toe.

Meer informatie optimaal inzetten voor de sector

MIMO sluit aan op initiatieven die de sector nu al ontwikkelt, zoals nieuwe betonsoorten met minder cement, slanker construeren en demontabel bouwen. Partijen kunnen verschillende strategieën voor verduurzaming en circulariteit tegen elkaar afwegen en optimaal combineren. De nieuwe aanpak wordt inmiddels op beperkte schaal als tool beproefd. Daaruit blijkt welke voordelen de aanpak biedt voor de betrokken partijen als deze op verschillende stadia in besluitvorming en ontwerp wordt ingezet. Constructeurs kunnen in een vroeg stadium de mogelijkheden en data van leveranciers, sloopbedrijven en recyclers betrekken in hun ontwerp om tot een optimale oplossing te komen. Opdrachtgevers krijgen inzicht in oplossingen die meetbaar voldoen aan hun eisen en die ze transparant met elkaar kunnen vergelijken. Aannemers en sloopbedrijven krijgen meetbaar inzicht in de kosten en baten van slim demonteren en de opslag van materialen.

Basis gelegd

MIMO is zo opgezet dat nieuwe ontwerpvragen, eisen, data en modellen kunnen worden toegevoegd en gekoppeld zodat het stap voor stap breder kan worden ingezet. Siska Valcke: ‘Onze aanpak levert de meeste waarde als de samenwerking in de betonsector gaat groeien: bedrijven, overheden en kennisinstellingen. Dan kan de MIMO een enabler zijn in de ketenbrede transitie naar duurzamer beton. De basis is gelegd en van hieruit kunnen we samen met de sector aan de slag om de transitie te maken naar grootschalige resource based engineering op weg naar duurzamer beton.’

TNO zal 14 juni 2022 op de Betondag de aanpak presenteren.

TNO ontwikkelt digitale innovaties voor de bouw

tno-bim-bots-kopieren
Lees het gehele artikel

BIM Bots en andere vergezichten

Machine learning en artificial intelligence vinden langzaam hun weg binnen de bouwwereld in Nederland. Té langzaam, vindt Rob Roef, die sinds 1 januari van dit jaar Clustermanager Digitalisation is bij TNO, binnen de sector Bouw & Infra. “Mijn taakomschrijving als Clustermanager luidt kortweg: de digitale technologieën die TNO ontwikkelt aanbieden aan de markt. BIM Bots bijvoorbeeld kunnen de productiviteit in de bouwsector flink vergroten.”

Geautomatiseerde milieuberekening

Hoe? Roef noemt een mooi voorbeeld: “TNO heeft een technologie ontwikkeld, BIM Bots, om uit een BIM, zonder al te stringente eisen te stellen aan dat model, informatie af te leiden waarmee je automatisch een milieuprestatieberekening voor een gebouw kunt maken. Vaak wordt zo’n milieuprestatieberekening uitbesteed en kost daarmee tijd en geld. Nu drukt de BIM-modelleur op een knop en krijgt dan automatisch een antwoord. In eerste instantie is deze toets als Proof of Concept ontwikkeld voor toetsers in het kader van de komende Wet Private Kwaliteitsborging. Die wet heeft als doel om naast de bouwkwaliteit ook het bouwtoezicht te verbeteren door inschakeling van private kwaliteitsborgers. Bijkomend voordeel van deze BIM Bots technologie is dat het ook zorgt dat er minder fouten worden gemaakt omdat in dit geval voor een MPG-toets geen gegevens separaat meer worden ingevoerd, maar automatisch worden herleid uit het BIM. Men kan zonder oponthoud verder. Bovendien hebben we ook bots ontwikkeld die een vluchtroute kunnen berekenen en eventueel meteen kunnen toetsen aan de eisen van het Bouwbesluit. Een kwaliteitsborger, architect of aannemer kan zich in de toekomst eenvoudigweg abonneren op één of meerdere BIM Bots die repeterende en vaak tijdrovende werkzaamheden snel kunnen uitvoeren.”

Leveranciersbots

Artificial Intelligence wordt ook op een andere manier ingezet, door leveranciersinformatie eerder in het proces in te brengen. Roef: “Door in een vroege fase het BIM van de architect door leveranciers te laten onderzoeken, krijg je optimale keuzes boven tafel. Bots kunnen bijvoorbeeld door de tijd heen leren wanneer waar welke vorm kalkzandsteen of andere materialen toegepast worden. Als nu de BIM Bot van een leverancier de toepassing in een bepaald ontwerp relevant acht, kan deze een optimale oplossing aanbieden bij de architect, in het geval van kalkzandsteen met minimaal zaagverlies, maximale verwerkingssnelheid en de minste milieubelasting. We hebben onlangs een workshop gedaan met twintig leveranciers, waaronder grote spelers, en daar zie je hele enthousiaste reacties. Maar er zijn ook kleinere spelers die terughoudend zijn om hun informatie prijs te geven. Dat is begrijpelijk, maar ze moeten zich realiseren dat ze eerder aan tafel kunnen komen en dat ze in de ontwerpfase al kunnen laten zien dat hun product past en aan de normen voldoet.”

Sneller bouwen

Hoewel er terughoudendheid is in de bouwwereld om dit soort technologieën toe te passen, zullen ze hun weg uiteindelijk wel vinden. Roef: “Er moet steeds sneller en efficiënter gebouwd worden. Deze innovaties leveren daar echt een bijdrage aan: je versnelt het ontwerpproces, beperkt de faalkosten en verhoogt de kwaliteit van het geleverde werk. Dat laatste is weer van belang voor aannemers, die vanaf 1 januari 2021 door de Wet Private Kwaliteitsborging grotere verantwoordelijkheden krijgen.” De staal- en betonbedrijven hebben wat dit betreft een voorsprong. Roef: “Die zijn twintig jaar geleden al begonnen met het automatiseren van hun fabrieken. Velen van hen hebben hun berekeningen, modellen en producten al in een volwassen BIM ondergebracht.”

Toekomst

In de toekomst ziet Roef nieuwe uitdagingen en vergezichten. “Actueel is het op de Stanford University ontwikkelde Virtual Design and Construction-model. Dat is een 4D BIM waarin je gebouwen ontwerpt en visualiseert met een tijdpad, waarmee je vooraf ontwerpfouten kunt elimineren, afhankelijkheden inzichtelijk maakt en een overzicht krijgt van de kosten. Voor het ontwikkelen van renovatieconcepten kijk ik uit naar de mogelijkheid een BIM te maken vanuit een scan van bestaande gebouwen die ook materialen kan detecteren. Als we dat combineren met publieks-toegankelijke informatie uit bijvoorbeeld Kadaster, foto’s en demografie heeft dat potentie als platformtechnologie. Wat ik ook fascinerend vind, is Katerra, een Amerikaans bouwbedrijf opgezet door een automatiseerder, waar op megaschaal de bouw wordt opgevat als een logistiek proces, zoals de auto-industrie al decennia werkt. Alles prefab, alles geautomatiseerd. Dat zie ik hier niet zo snel gebeuren, maar zeg nooit nooit.”