1 (On)mogelijkheden voor standaardiseren bouwobjecten 4-10-2012 Het opbouwen van bouwwerken uit gestandaardiseerde gebouwonderdelen vindt binnen de woning- en utiliteitsbouw steeds meer toepassing. Er komen steeds meer concepten op de markt waarmee marktpartijen hun eigen gestandaardiseerde woningen aan de man willen brengen. Veel aannemers- bedrijven zijn tot inzicht gekomen dat door het standaardiseren van gebouwonderdelen en het doorbreken van het traditionele bouwproces, zij niet telkens opnieuw het wiel uit hoeven te vinden. Het stelt deze bedrijven in staat om projecten niet alleen effectiever en effici?nter te realiseren op het gebied van tijd en geld (geen ontwerpkosten, prefab bouwen, verbeterde inkoop, logistiek et cetera), het helpt hen ook om faalkosten terug te dringen, innovaties door te voeren in hun ontwikkelde concepten en mogelijke conflicten op de bouwplaats reeds in een vroeg stadium te bespreken en te voorkomen. Tekst ir. Wouter H.B. Schepers, kieftdieks@hotmail.com Waar partijen in de woning- bouw reeds een eind op weg zijn met het standaardiseren van gebouwonderdelen, blijven de utiliteitsbouw en civieltechnische bouwsector ver achter. Dit is opmerkelijk want als we kijken naar kunstwerken als viaducten of spooronderdoorgangen, zien deze objecten er op het oog allemaal gelijk uit. Elk nieuw te ontwikkelen object wordt echter telkens opnieuw volledig ontworpen en door- berekend. Namens de Universiteit Twente (UT) is onderzoek verricht naar de mogelijkheden voor het standaardiseren van deze soortgelijke infrastructurele objecten. In dit artikel wordt een samenvatting van dit onderzoek gegeven. Fig. 1. Vier verschillende productentypen; een afweging tussen standaardisatie en maatwerk. In de figuur worden vier verschillende producten weergegeven met alle een verschillend standaardisatieniveau. De producten zijn uitgezet aan de hand van de vier stadia uit de waardeketen van een fabricagebedrijf. Met de positie van de vier plaatjes wordt aangegeven waar elke sector zich ongeveer in het schema bevindt. Kijkend naar de in dit geval infrastructurele bouwsector, worden alle opgeleverde objecten telkens opnieuw ontworpen. 2 Overbodige dubbele ontwerpwerkzaamheden In de huidige civieltechnische bouwsector wordt bij voorkeur gewerkt met topdown ontwerpmethodes voor het ontwikkelen van infrastructurele objecten. Het door opdrachtgevers voorgeschreven Systems Engineering is hier een voorbeeld van. Topdown ontwerpen houdt in dat vanaf de start van een project, uit het niets het gehele object ontworpen wordt. Voordelen van dergelijke methodes zijn dat een project integraal kan worden bekeken, dat de oplossing voldoet aan de gestelde eisen en dat ontwerpbeslissingen genomen kunnen worden in het licht van de gehele levenscyclus van het bouwwerk. Topdown ontwerpmethodes hebben echter ook een nadeel: er wordt telkens opnieuw een andere klantspecifieke oplossing ontwikkeld. Je zou ook kunnen zeggen dat in dit geval telkens opnieuw het wiel wordt uitgevonden. Op het oog vinden er dus overbodige, dubbele ontwerpwerkzaamheden plaats, waarmee onnodig veel ontwerpkosten en -tijd verloren gaat. Gestandaardiseerde differentiatie Het is dan ook niet voor niets dat er door verschillende bouwexperts wordt gepleit voor een andere insteek van projecten. Zij schetsen een toekomstbeeld voor de bouwsector gebaseerd op industrieel maatwerk, waarbij bouwwerken worden opgebouwd vanuit standaard modulaire elementen. Dit ontwikkelen van een bouwwerk door het in elkaar zetten van standaard modulaire elementen heeft veel weg van de idee?n achter LEGO. De elementen kunnen namelijk ook wel worden gezien als de afzonderlijke LEGO-steentjes waarmee ontelbare combinaties kunnen worden gevormd. Binnen een bouwproject is het natuurlijk allemaal veel complexer, de idee?n zijn echter in de basis gelijk. Volgens de bouwexperts kunnen met dit toekomstperspectief op termijn sneller en goedkoper, kwalitatief betere bouwwerken worden gebouwd. Ook zullen concepten als Lean Bouwen en ontwikkelingen op het gebied van BIM, duurzaam bouwen en innovatie dan pas echt tot zijn recht komen. Om dit perspectief in de praktijk te brengen, zal het traditionele Fig. 2. De kern van Systems Engineering (SE). De belangrijkste structuren van de SE- ontwerpwijze zijn weergegeven. Aan de linkerkant is een functieboom gevisualiseerd en in deze boom zijn de functies van het object gestructureerd; wat moet het object doen? Aan de rechterkant is een systeemboom weergegeven. Deze structuur geeft de bouwonderdelen weer die gezamenlijk de functies van het systeem invullen; hoe gaan we het doen? 3 bouwproces doorbroken moeten worden en zullen aannemersbedrijven de vrijheid moeten krijgen om gestandaardiseerde concepten te ontwikkelen en aan de man te brengen. Platformgedreven concept Ondanks dat er al veel bekend is over de rol van standaardisatie (het opbouwen van bouwwerken uit standaard modulaire elementen) in bouwprocessen, is de toepassing ervan nog beperkt. Deze beperking is gelegen in het standaardiseren op het niveau van projectspecifieke elementen, ofwel standaardisatie op elementniveau. Denk hierbij aan simpele gestandaardiseerde onderdelen als betontegels, spoorrails of een hek. Ook komt het voor dat binnen een project betonnen onderdelen, zoals liggers of landhoofden, prefab worden aangeleverd. Projectoverstijgende standaardisatie of standaardisatie op een hoog detailniveau zien we echter zelden. Dit lijkt toch wel degelijk mogelijk als we kijken naar soortgelijke objecten als viaducten, spooronderdoorgangen of kademuren. In dit onderzoek is de handschoen opgepakt en zijn de mogelijkheden aangaande het standaardiseren van soortgelijke civieltechnische objecten onderzocht. De oplossing is daarbij gezocht in platformgedreven engineering. In industrie?n als bijvoorbeeld de Fig. 3. Een viaduct als bouwpakket in de vorm van LEGO (bron: VHB Infra) Fig. 4. De kern van het platformgedreven concept. In de figuur zijn drie verschillende producten weergegeven die gezamenlijk een productfamilie vormen. De producten delen de modules 1, 3 en 4, inclusief de gekoppelde functies. Deze modules vormen tezamen het productplatform. 4 autobranche heeft dit concept van standaardisatie zich reeds bewezen op verschillende detailniveaus. Het concept is daarnaast ook toepasbaar gebleken binnen de woning- en utiliteitsbouw. Platformgedreven engineering is gesitueerd rondom een platform. Dit platform zijn alle onderdelen die worden gedeeld door meerdere producten. De groep gerelateerde producten die dezelfde onderdelen delen (het platform), worden gezamenlijk een productfamilie genoemd. In de binnen het onderzoek ontwikkelde onderzoeksmethodiek is het platformgedreven concept ge?ntegreerd binnen een context van de civieltechnische sector en in het bijzonder binnen het Systems Engineering-traject. In het platformgedreven concept worden enkele voorwaarden aangetroffen die we niet terugvinden binnen deze voorgeschreven werkwijze. Zo worden er voorwaarden gesteld aan de manier waarop functies worden toegewezen aan elementen en aan de wijze waarop raakvlakken tussen elementen worden vastgelegd. In dit onderzoek zijn deze aspecten uit het platformgedreven concept toegevoegd aan de Systems Engineering-werkwijze. Dit heeft geresulteerd in een methodiek met bijbehorende gereedschappen, waarmee de mogelijkheden omtrent het ontwikkelen van een productplatform (de standaard) kunnen worden bepaald. Het object spooronderdoorgang Door middel van een casestudy is de ontwikkelde methodiek toegepast op een ontwerp van een spooronderdoorgang. Een spooronderdoorgang is niets meer dan een ondergrondse passage van het spoor ter vervanging van een overweg. Het voornaamste doel van het object is om de kruising van het wegverkeer met het spoorverkeer veilig en conflictvrij te laten plaatsvinden. Het wegverkeer kan daarbij bestaan uit zowel gemotoriseerd verkeer, fietsverkeer als voetgangersverkeer. Afhankelijk van de benodigde overspanning van het betondek wordt er in sommige gevallen gebruikgemaakt van een extra tussensteunpunt. ProRail, steevast de opdrachtgever voor realisatie van dit type object, is van plan de aankomende jaren 2500 spooronderdoorgangen te realiseren en daarmee alle bestaande overwegen op het spoor te vervangen. Door het repeterende karakter van deze grote klus Fig. 5. Voorbeelden van productfamilies met een gedeeld platform. In de figuur zijn twee productfamilies weergegeven. Zo maken de automodellen Citro?n C1, Toyota Aygo en Peugeot 107 onder andere gebruik van dezelfde 1.0 liter driecilinder motor met een vermogen van 68 pk, het productplatform. Ook al het elektrisch gereedschap van Black & Decker vormt samen een productfamilie; dit maakt onder andere gebruik van dezelfde accu. 5 ziet ProRail mogelijkheden voor standaardisatie. Middels het opzetten van een tunnelalliantie verwacht het bedrijf op termijn spooronderdoorgangen te bouwen, voor de helft van het bedrag van wat er nu aan wordt besteed. In het licht van deze interessante ontwikkelingen is gekozen om een spooronderdoorgang als onderzoeksobject te nemen. Aan de hand van de resultaten uit de casestudy kan worden geconcludeerd dat binnen de huidige ontwerpaanpak van een spooronderdoorgang, geen standaardisatie op hoge detailniveaus mogelijk is. Standaardisatie blijkt slechts mogelijk op ruwweg elementniveau. De analyse van de twintig vraagspecificaties uit de geanalyseerde tenderdocumenten, laat zien dat de oplossingsruimte al zodanig is dichtgetimmerd dat er geen noemenswaardige ontwerpvrijheid meer overblijft voor opdrachtnemende partijen. Nog een lange weg te gaan Wanneer vanuit opdrachtgevers meer ruimte wordt gegeven aan het uitwerken van het ontwerp, zijn er wel aanknopingspunten voor standaardisatie. Echter ook dan is er nog een lange weg te gaan. De bouwonderdelen van de spooronderdoorgang worden vrijwel allemaal Fig. 6. Van overweg naar spooronderdoorgang Fig. 7. Vormen van vraagspecificaties in projectbeheersingsstructuren SE (functieboom/systeemboom). In de figuur zijn twee verschillende vraagspecificaties weergegeven. Het eerste is het RAW-bestek waarin de opdrachtgever (OG) reeds tot in detailniveau aangeeft hoe het ontwerp er uitziet. Deze contractvorm is dus bijna volledig dichtgetimmerd. In een ideale situatie voor standaardisatie geeft de opdrachtgever slechts in grove termen aan hoe het ontwerp eruit moet zien. Vervolgens kan de aannemer dit ontwerp verder ontwikkelen en gestandaardiseerde onderdelen inpassen. 6 op enigerlei wijze be?nvloed door ofwel interne (vanuit raakvlakken) ofwel externe factoren (omgevingsinvloeden) die het standaardiseren bemoeilijken. Een voorbeeld van laatstgenoemde is dat sterkte, stijfheid en stabiliteit, en daarmee de afmetingen van de wand van de onderdoorgang, worden be?nvloed door een variabele als de grondwaterstand (externe factor). Een wijziging in de factoren die de afmetingen van de aangrenzende module vloer bepalen, heeft daarnaast ook consequenties voor de module wand. Dit komt door de aard en vorm van het raakvlak waardoor deze modules verbonden zijn (interne factor). Een spooronderdoorgang heeft bovendien een voornamelijk integrale productarchitectuur. Dit levert beperkingen op voor standaardisatie wanneer de te vervullen functies van het systeem per vergelijkbaar object verschillen. Initiatieven om succesvol te worden Uit de bovenstaande bevindingen van het onderzoek blijkt dat de mogelijkheden voor het standaardiseren van bouwobjecten beperkt zijn. Dit moet echter wel veel genuanceerder worden gezien. Een voorbeeld is dat het gekozen object spooronderdoorgang zich bevindt onder het maaiveld, waardoor het logischerwijs onderhevig is aan invloeden vanuit zijn omgeving. Voor zeer veel objecten is dit in veel mindere mate aan de orde. Daarnaast zijn er verschillende technieken ontwikkeld om genoemde complicaties (interne/externe factoren en integrale productarchitectuur) af te zwakken, waarmee standaardisatie van bouwobjecten toch mogelijk zou moeten zijn. Zoals reeds in het begin is aangegeven, heeft een bouwsector gebaseerd op gestandaardiseerde differentiatie een enorme potentie. Het schreeuwt dan ook om initiatieven van zowel de opdrachtgever (het bieden van ontwerpruimte) als de opdrachtnemer (ontwikkelen gestandaardiseerd concept) om succesvol in gang te worden gezet. Om opdrachtnemers alvast een idee te geven over hoe een dergelijk concept vorm kan worden gegeven, is als voorbeeld een indicatie van een mogelijke spooronderdoorgang- configurator weergegeven. Binnen deze kapstok, welke is afgeleid van configuratoren uit de auto-industrie, kunnen alle gestandaardiseerde onderdelen worden ingepast en vergeleken. Het is nu aan ge?nteresseerde bouwpartijen om de handschoen op te pakken, want het concept verdient een eerlijke kans in de alledaagse bouwpraktijk. Fig. 8. De configurator Spooronderdoorgang