De architecten Kasper Guldager Jørgensen en Xavier de Kestelier zijn beide werkzaam op de onderzoeksafdelingen van respectievelijk het Deense 3XN en van Foster + Partners. Ze waren door Material Xperience uitgenodigd om tijdens de vakbeurs Gevel 2012 lezingen te geven over de invloed van innovaties op de ontwerpen van beide bureaus.
De onderzoeksafdeling van 3XN heet GXN, zo vertelt Kasper Guldager Jørgensen, waarbij de G voor Green staat. Op de afdeling werken acht architecten die constant bezig zijn met de ontwikkeling van materialen, productiesystemen en het ontwerp met verduurzaming als uitgangspunt. Xavier de Kestelier is associate partner bij de Specialist Modelling Group van Fosters bureau. Deze afdeling houdt zich bezig met het doorontwikkelen van een ontwerp door gebruik te maken van parametrische software. Daarnaast doet de Specialist Modelling Group onderzoek naar de mogelijkheden van 3d printen, met name voor toepassingen van digitale fabricage en rapid manufacturing (het snel in (kleine) series maken van voorwerpen die niet per se identiek aan elkaar zijn).
GXN en de Specialist Modelling Group hebben ieder een andere betekenis binnen de bureaus waar ze onderdeel van zijn, maar illustreren dezelfde ambitie: van andere technologieën en professies leren en deze kennis toepasbaar maken voor de eigen architectuur.
Ontwikkeling in de bouw gebeurt via evolutie en innovatie. Evolutie betreft het gestage proces van trial & error, innovatie zijn de ontwikkelingen die de toekomst ogenschijnlijk sneller en met grotere stappen dichterbij brengt. Het overgrote deel van werkmethodieken van architectenbureaus vallen binnen het kader van evolutie; ze maken gebruik van bestaande kennis en proberen deze projectspecifiek toe te passen waardoor een kleine verandering ontstaat. Sommige, vooral grotere bureaus willen buiten het bekende om denken en proberen steeds meer innovatie in hun ontwerppraktijk te integreren.
Kasper Guldager Jørgensen begint zijn lezing met de stelling dat de ontwikkelingen binnen design en architectuur zich snel opvolgen, maar dat de bouwpraktijk vrij conservatief blijft. Als redenen hiervoor noemt hij standaardisatie en regulering. In de wereld van mobiele telefoons, kleding en de auto is de tijdspanne van tendensen terug te brengen tot een paar jaar of zelfs korter. In de bouw werkt dit anders. Onder meer door de ontwikkelingstijd en langere afschrijvingstermijn – met een gebouw moet je langer doen dan met een mobiele telefoon – komt het bij bouwen neer op lange termijn denken. Dit brengt zekerheid en voorspelbaarheid, maar de keerzijde is dat het contraprogressief kan werken; er zit door deze traagheid soms wel twintig jaar tussen het ontdekken van nieuwe technologieën en hun toepassingen in architectuur.
Guldager Jørgensen laat een paar voorbeelden zien van ontwikkelingen die horizonverbredend werken zoals een foto van nieuwe militaire pakken. Deze hebben een exoskelet waarbij energie wordt opgewekt door de beweging van de soldaat zelf. Het illustreert de soms zeer futuristische ontwikkelingen om ons heen die, wanneer vertaald naar een gebouw, een grote verandering in architectuur kunnen betekenen. Moderne technieken maken het makkelijker dergelijke kruisbestuivingen te bewerkstelligen. Guldager Jørgensen stelt dat we ons nu bevinden in de digitale revolutie. Waar industrialisatie en standaardisatie het Modernisme heeft opgeleverd, zien we dat het digitale tijdperk ons bevrijdt qua vorm. De mogelijkheden zijn eindeloos.
Binnen 3XN leidt deze vrijheid tot andere inspiratiebronnen zoals de natuur. Nu is dit bepaald niet nieuw, ver voor het digitale tijdperk lieten vele architecten zich inspireren door natuurlijke structuren, maar met de stand van de huidige technologie wordt ons de mogelijkheid geboden om grondigere analyses te maken en in het bouwen zelf steeds meer het natuurlijke te benaderen. Hierin onderscheidt Guldager Jørgensen twee niveaus: het macro- en het micro-ontwerp. Macro-ontwerp betreft de zichtbare hoofdconstructie, de grote bouwelementen. Op deze schaal werkt 3XN aan de ontwikkeling van gevelsystemen en meer gecompliceerde gekromde ontwerpen.
Zo ontwierp het bureau voor de tentoonstelling Green Architecture for the Future, georganiseerd door het Louisiana Museum of Modern Art (Humlebæk, Denemarken), een paviljoen dat de nieuwste mogelijkheden van duurzame en intelligente materialen demonstreert. Het paviljoen is vormgegeven als een groen Möbius lint en opgebouwd uit gekromde delen van biologisch afbreekbare hars over een kern van kurk. In het lint zijn diverse technieken opgenomen zoals gebogen zonnepanelen en een energie genererende vloer. Veel tijd werd besteed aan het uitdokteren van een zo efficiënt mogelijk materiaalgebruik voor de complexe vorm.
Voor het prijswinnende ontwerp Kubus, een kantoorgebouw in Berlijn, is een lucht zuiverende gevel bedacht die de filterende capaciteit heeft van 500 bomen. Het uitgangspunt is gebruik te maken van electrospinning, het weven van vezels uit vloeistof door middel van een elektrische lading. Het materiaal dat zo ontstaat kent door de vele dunne draden een groot oppervlak dat fijnstof absorbeert. Het zijn slechts twee voorbeelden van toegepaste geveltechnologie die voortkomen uit de specifieke architectuur van 3XN.
Anders dan de zelfstandige status van GXN binnen 3XN wordt bij Foster + Partners de Specialist Modelling Group vooral inzet tijdens het ontwerpproces. De groep bestaat uit de twee expertises: Geometrie en Omgeving. Bij Geometrie zitten vooral de rekenaars en bouwers die verantwoordelijk zijn voor het vertalen van complexe vormen in bouwbare eenheden. Omgeving is de meer wetenschappelijke tak die zich richt op het analyseren van data. Werknemers van beide secties worden onderling vaak uitgewisseld zodat kennis wordt gedeeld. Omwille van de hiervoor benodigde werkflexibiliteit werkt iedereen op laptops. Teams kunnen zo gemakkelijk van samenstelling en plek wisselen.
De lezing van Xavier de Kestelier begint met beelden van de voor Foster zo typerende grote glazen overkappingen. In dit geval die van het in 2008 opgeleverde Olifantenhuis in de dierentuin van Kopenhagen. De Specialist Modelling Group is betrokken geweest bij het uitdokteren van de convexe koepel die door middel van een donut model uit allemaal gelijke glasplaten is opgebouwd. De Kestelier vertelt dat het rationaliseren van een complexe vorm tot hanteerbare eenheden altijd de eerste stap is. Tegelijkertijd met het ontwikkelen van de constructie hebben ze de invloed van daglicht op olifanten bestudeerd en de lichttoetreding via de koepel hierop afgestemd.
Een aantal jaar geleden baarde Foster opzien met het ontwerp voor een luxe motorjacht. Voor dit bijzondere project zijn veel studiemaquettes geprint om de vloeiende vormen van de romp en opbouw te bestuderen. Werd 3d printen voorheen alleen voor presentatiedoeleinden gebruikt, tegenwoordig is het een ’tool’ voor het ontwerpproces. Foster + Partners onderzoekt de grenzen van het gebruik van de 3d printers en de te printen materialen. Zo zijn ze al ver gevorderd in het printen van betonnen objecten met behulp van een grote installatie in een werkhal. In het begin werd er vooral veel geëxperimenteerd met de consistentie van het beton en de bewegingen van de printer. Hoge viscositeit en het grillige oppervlak van beton maakt printen lastiger dan bijvoorbeeld lijm of een pasta. En bij het toevoegen van plastificeerders mag alles weer niet teveel uitvloeien. De kennis is ondertussen zo ver dat de belemmeringen verholpen zijn en nieuwe toepassingen bedacht kunnen worden. Een grote uitdaging is volgens De Kestelier het gebruiken van beperkingen van de printer voor ontwerpspecifieke esthetiek. Met andere woorden, de printbanen dicteren patronen waarmee je weer kunt ontwerpen.
Ter afsluiting van de lezing trakteert De Kestelier zijn toehoorders op een waar toekomstbeeld: een verblijf op de Maan bestaande uit een beschermende koepel van geprint maanstof. Het is een project waar het bureau samen met Enrico Dini van Monolite UK Ltd. en het Italiaanse Alta SpA al een paar jaar in het geheim aan heeft werkt voor het ESA (European Space Agency). De basis van het project vormde een uit een landingsmodule opblaasbare tent. Echter bleek deze tent bij lange na niet bestand tegen de grootste dreiging op de maan: meteorieten. De uitdaging was om met lokale materialen, stof in dit geval, een beschermende huls te maken. Het team stelt een rijdende printer voor met een staart in de vorm van een stofzuiger. Aan de voorkant zit een spuitmond waarmee om en om laagjes stof en bindmiddel aangebracht worden. Het gegeven dat alles geprint moest worden, leidde tot een heel ander ontwerp voor de constructie dan wanneer gedacht wordt in de voor ons gangbare manieren. Voor De Kestelier was dit een grote openbaring: we kunnen nu echt denken vanuit het gebruik, niet meer vanuit de beperkingen van het materiaal.