Innovatieve technologie als KI, robots en 4D-printtech brengen de bouwsector naar de 21ste eeuw

Ook in de bouw wordt steeds meer gebruikgemaakt van technologieën als KI, robots, AR/VR, 4D-printen en blockchain om bouwtijden te versnellen, productiviteit te verbeteren en bouwsites veiliger te maken.

  • De opkomst van de bouwrobots
  • Hoe KI de bouw veiliger en efficiënter maakt
  • De toekomst van de bouw visualiseren met AR/VR
  • Blockchain zorgt voor meer veiligheid en transparantie
  • Zijn bouwvakkers met superkrachten de toekomst van de bouw?
  • Digital twins transformeren de gebouwde omgeving
  • 4D-printtechnologie – de nieuwste trend in de bouw?
  • Binnenkort worden gebouwen gemaakt met bacteriën
  • Slimmere steden maken gelukkiger burgers
  • De door tech aangedreven transformatie van constructiewerknemers

De bouwsector is altijd terughoudend geweest met betrekking tot het gebruik van innovatieve technologieën. Dit begint echter langzaam te veranderen. Sterker nog, de toekomst van de bouw is digitaler dan we ooit voor mogelijk hielden. En de drijvende kracht achter deze transformatie zijn de verwachtingen van de consument. Traditionele methoden zijn niet langer voldoende – we willen dat dingen sneller, beter en goedkoper gebeuren. Nieuwe technologieën veranderen de manier waarop we ontwerpen en bouwen, maar ook hoe we gebouwen en infrastructuur beheren en onderhouden. Als je je afvraagt ​​hoe de bouwsector er over een paar jaar uitziet, moet je denken aan draadloze sensortech, kunstmatige intelligentie, robotmetselaars en zelfrijdende machines. Maar ook drones die bouwsites in kaart brengen, zelfherstellende bouwmaterialen, 3D-printers de hele gebouwen printen en bouwvakkers die VR/AR-headsets en exoskeletten dragen. Welkom in de toekomst van de bouw.

De opkomst van de bouwrobots

De meeste mensen hebben gemengde gevoelens over de naderende golf van automatisering. Maar langzaam maar zeker zal ook de bouwsector steeds meer robotsystemen implementeren. Denk aan metselrobots, autonome bouwvoertuigen, drones die bouwsites in kaart brengen en 3D-printers die huizen printen. En ja, deze hightech machines zullen het werk van veel menselijke arbeiders in de bouw uiteindelijk overnemen. Een ander waarschijnlijk scenario is dat mensen juist gaan samenwerken met deze robots – of cobots – waardoor sneller en goedkoper gebouwd kan worden. En niet geheel onbelangrijk: daardoor neemt bovendien het aantal ongevallen af.

Een recent rapport van het onderzoeksbureau Tractica voorspelt dat de wereldwijde markt voor bouwrobotica in 2025 een waarde van $226 miljoen zal bereiken. Meer dan 7.000 robots zullen in die periode op bouwplaatsen over de hele wereld aan het werk worden gezet. De in Barcelona gevestigde robotica-startup Scaled Robotics heeft een robot ontwikkeld die autonoom over een bouwplaats kan navigeren en met behulp van een 360-graden camera en een aangepast lidarsysteem een nauwkeurige 3D-kaart van zijn omgeving kan produceren. De machine is uitgerust met een geavanceerd objectherkenningssysteem waarmee het een geconstrueerde muur kan onderscheiden van een stuk steen dat er tegenaan staat, of een vaste trap van tijdelijke trappen voor elektrisch werk. Het resulterende 3D-model wordt vervolgens vergeleken met een bron-CAD-model van het gebouw om de voortgang van de bouw te evalueren.

Een nog indrukwekkendere creatie is de Hadrian X, ’s werelds eerste autonome metselrobot van het Australische bouwtechnologiebedrijf FBR. Hadrian X bestaat uit drie afzonderlijke elementen: een besturingssysteem, een blokafgiftesysteem en een dynamisch stabilisatiesysteem. Eerst worden de bouwstenen op de machine geladen, die vervolgens – met behulp van een algoritme – elke steen identificeert en de positie in de muur bepaalt. Vervolgens plaatst de robot de bouwstenen in een transportsysteem en brengt deze naar een layhead, die ze volgens een vooraf bepaalde volgorde en patroon neerlegt. De bouwstenen zijn 12 keer groter dan standaard bakstenen en Hadrian X legt een steen binnen 55 seconden op zijn plek. Tijdens het metselproces wordt bovendien een speciale substantie gebruikt die sneller en sterker hecht dan traditionele mortel. De gepatenteerde Dynamic Stabilisation Technology (DST) gaat de effecten van wind, trillingen en andere omgevingsfactoren tegen en zorgt ervoor dat de bouwstenen precies op hun plek blijven. Zo kan de robot de stenen nauwkeurig over grote afstanden in een 3D-ruimte positioneren. Naast het feit dat deze metselrobots de efficiëntie aanzienlijk verbeteren, veel minder afval veroorzaken en huizen sneller en goedkoper kunnen bouwen, zijn ze ook een oplossing voor het groeiende wereldwijde tekort aan arbeiders.

Hoe KI de bouw veiliger en efficiënter maakt

Wist je dat kunstmatige intelligentie in de loop der jaren steeds meer toepassingen heeft gekregen in de bouwsector? Deze technologie wordt niet alleen gebruikt in autonome machines, maar ook voor planning en onderzoek, bij veiligheid en onderhoud, voor risicobeperking en bij het monitoren en analyseren van gebouwen. KI maakt IoT-verbonden bouwlocaties mogelijk waar big data uit sensoren niet alleen zorgt voor meer efficiëntie en betere veiligheid, maar ook voorspellingen mogelijk maakt en ongelukken voorkomt.

Volgens een nieuw rapport van Reports and Data zal de waarde van de wereldmarkt voor KI in de bouw tegen 2026 maar liefst $4,51 miljard bedragen. Het in Boston gevestigde bouwbedrijf Suffolk heeft onlangs de ontwikkeling van een KI-systeem aangekondigd dat ongevallen op de bouwsite kan voorspellen voordat deze daadwerkelijk plaatsvinden. Het systeem is ontwikkeld in samenwerking met computer vision-bedrijf SmartVid en getraind met afbeeldingen van bouwsites en ongevallenregistraties van een aantal grote bouwbedrijven. Met gebruik van een deep learning algoritme monitort het systeem nu nieuwe bouwsites en kan het incidenten signaleren die potentieel tot een ongeval zouden kunnen leiden – zoals bijvoorbeeld werknemers die geen beschermende kleding dragen of te dicht bij gevaarlijke machines staan.

Nucon is een KI-systeem dat de analyse van inspectierapporten automatiseert en bedrijven in staat stelt te leren van fouten voor en tijdens een bouwproject. Het systeem is een soort KI-kwaliteitsmanager voor de bouw. Het verzamelt, organiseert en analyseert historische en real-time constructiegegevens om waardevolle inzichten te produceren. Nucon gebruikt zijn eigen diagnostische tools om unieke aanbevelingen te doen voor bouwprojecten. Zo zorgt het systeem ervoor dat het project op tijd van start gaat en binnen het budget wordt voltooid. Het systeem kan ook risicovolle situaties detecteren en waarschuwt vervolgens de bouwteams.

De toekomst van de bouw visualiseren met AR/VR

Augmented reality (AR) en virtual reality (VR) maken nieuwe manieren van ontwerpen, bouwen en training mogelijk en zorgen ervoor dat projecten efficiënter en veiliger verlopen. AR/VR-tech, in combinatie met apps en wearables, kan bouwprojecten aanzienlijk versnellen, kosten terugdringen en fouten en vertragingen minimaliseren. AR transformeert bovendien BIM-visualisatie omdat het data duidelijk kan presenteren en virtuele samenwerking mogelijk maakt. Met AR-headsets kun je als het ware door muren kijken en wordt virtuele informatie in je gezichtsveld geprojecteerd.

Het Nederlandse verhuurbedrijf Riwal heeft onlangs nieuwe virtual reality-simulatoren onthuld, ontworpen om het werken op hoogte veiliger en efficiënter te maken. De simulatoren bieden verschillende risicovolle – virtuele – bouwscenario’s waarin operators van schaarliften en hoogwerkers hun werkzaamheden kunnen trainen. Elk apparaat heeft een ‘kooi’ waarin operators kunnen staan, een VR-bril en een bedieningspaneel met joysticks en schakelaars die identiek zijn aan die van de echte machines. Dankzij de gecontroleerde omgevingen van deze simulatoren kunnen operators veilig trainen. Hierdoor is nagenoeg geen sprake van veiligheidsrisico’s en bovendien kunnen de trainingskosten aanzienlijk omlaag. “Veiligheid staat bij ons hoog in het vaandel. We zijn altijd bezig met nieuwe innovaties om het werken op hoogte zo veilig mogelijk te maken”, zegt Pedro Torres, COO van Riwal.

SiteVision is een nieuw augmented reality-systeem voor het in situ visualiseren van geospatiale gegevens. Het systeem is ontwikkeld door het Californische technologiebedrijf Trimble en stelt bouwprofessionals in staat nieuwe ontwerpen te bekijken, ondergrondse infrastructuur zichtbaar te maken en mogelijke veranderingen in nieuwe landschappen in de loop van de tijd te visualiseren – met niets meer dan een smartphone. Vanuit de app kun je met behulp van GNSS-coördinaten een 3D-model plaatsen in de echte wereld plaatsen. Vervolgens kun je door het model lopen, het vanuit elke hoek bekijken, fouten identificeren en onmiddellijk wijzigingen aanbrengen. “Het is makkelijker om complexe ideeën te begrijpen wanneer we ze in een echte context kunnen zien”, zegt Mark Nichols, algemeen manager bij Trimble. “SiteVision biedt een beter inzicht in projecten en werklocaties dankzij een handheld-apparaat dat voor een breed scala aan gebruikers toegankelijk is”.

Blockchain zorgt voor meer veiligheid en transparantie

We weten al dat blockchain cryptovaluta aanstuurt en de registratie van enorme hoeveelheden transacties mogelijk maakt. Maar wist je dat deze gedistribueerde grootboektechnologie ook steeds vaker wordt gebruikt voor het monitoren en uitvoeren van bouwprojecten? Bij deze projecten zijn vaak veel (onder)aannemers betrokken die bovendien allemaal aan allerlei voorschriften moeten voldoen, wat tot complexe uitdagingen kan leiden. Met blockchain kunnen deze contractuele processen geautomatiseerd worden, bijvoorbeeld door middel van slimme contracten die voor alle betrokkenen zichtbaar zijn. Als een goed geoliede machine, zal dit geschillen elimineren, de projectlevering versnellen en kosten verlagen.

Bouwbedrijven Vinci en Skanska hebben onlangs hun krachten gebundeld voor een project dat tot doel heeft een nieuwe, op blockchain-gebaseerde, digitale planning- en supply chain managementtoolkit te ontwikkelen. De toolkit heet PLASMA en is ontworpen om de productiviteit op bouwplaatsen te verbeteren. Dankzij efficiëntere projectplanning, verbeterde supply chain-samenwerking en analyse van supply chain- en IoT-data kun je met PLASMA maar liefst 25 procent besparen op tijd en kosten. Met de toolkit kunnen planners verschillende scenario’s voor projectoplevering bedenken en doorlopen om eventuele risico’s te minimaliseren. PLASMA stelt bedrijven ook in staat om data te verzamelen, delen en op te slaan zonder dat daar centrale controle en management voor nodig is. Met de toolkit kun je bovendien via bestaande, op IoT-gebaseerde datamogelijkheden de voortgang van projecten monitoren, waardoor ook slimme contracten mogelijk worden.

Zijn bouwvakkers met superkrachten de toekomst van de bouw?

In de bouw zullen exoskeletten – robotpakken die meer kracht en uithoudingsvermogen mogelijk maken – een steeds belangrijkere rol gaan spelen. Deze hightech outfits helpen bouwvakkers met complexe en gevaarlijke werkzaamheden, zoals het verplaatsen van zware objecten of het klaren van bovenhoofdse klussen. Bovendien helpt deze technologie letsel en ongevallen te voorkomen. Bouwvakkers worden in de toekomst bovendien uitgerust met VR/AR-headsets voor extra assistentie of trainingsdoeleinden. Door hen te voorzien van sensortechnologie en te verbinden met slimme platforms wordt hun werk veiliger en efficiënter.

Op CES 2020 in Las Vegas hield het in de VS gevestigde robotica-bedrijf Sarcos Robotics de eerste demonstratie van zijn industriële, full-body Guardian XO exoskelet. De Guardian is ontworpen voor bedrijfstakken waar zwaar tilwerk nodig is – zoals in de bouw. Het exoskelet verhoogt de kracht en het uithoudingsvermogen van de drager en vermindert het risico op letsel. Volgens het bedrijf kan het apparaat de kracht van de drager met een factor 20 versterken, waardoor een voorwerp van 90 kilo nog maar 4,5 kilo lijkt te wegen. Ondanks deze indrukwekkende mogelijkheden is de Guardian XO enorm licht in gewicht en biedt het volledige bewegingsvrijheid. Het exoskelet werkt op lithiumbatterijen en kan op één batterijlading acht uur werk verrichten.

Digital twins transformeren de gebouwde omgeving

Zou het niet mooi zijn als je virtuele ‘wat als’-scenario’s zou kunnen creëren voordat je geld in een bouwproject investeert? Met digital twins, digitale replica’s van fysieke bouwwerken, kan dat ook! Deze kunnen worden gebruikt – ook in combinatie met mixed media – om simulaties uit te voeren voordat je met de eigenlijke constructie begint. Je kunt digital twins ook gebruiken voor het ontvangen van sensorgegevens van de ‘fysieke tweelingbroer’ om inzichten te krijgen en problemen te voorspellen. Wist je dat zelfs Singapore een digitale tweeling heeft? Deze helpt stadsplanners met het verbeteren van de dienstverlening.

De in Londen gevestigde simulated reality-startup SenSat heeft een nieuw digital twin-platform ontwikkeld met de naam Mapp, specifiek gericht op de bouwsector. Het platform maakt gebruik van drone- en satellietbeelden om grote bouwprojecten in kaart te brengen en hun voortgang in real time te volgen. Met gebruik van KI kunnen verschillende scenario’s getest worden zodat bouwteams beter geïnformeerde beslissingen kunnen nemen. “Met onze digital twin kunnen we digitale representaties bouwen die exact repliceren wat er in de echte wereld gebeurt. Dit betekent dat de gegevens die we gebruiken om de KI te trainen echt zijn en daarom van veel betere kwaliteit dan traditionele simulaties”, aldus James Dean, chief executive bij SenSat.

4D-printtechnologie – de nieuwste trend in de bouw?

3D- en 4D-printtechnologie heeft vooral in de bouw enorm veel potentieel. De tech maakt het gebruik van geavanceerde en duurzame materialen mogelijk, waardoor je efficiënter kunt bouwen en minder afval produceert. Met conventionele bouwmethoden ben je qua vormen vaak beperkt, maar met 3D-printtechnologie kun je haast elke denkbare vorm bouwen. En wist je dat 4D-printtechnologie het mogelijk maakt om geprogrammeerde, 3D-geprinte objecten van vorm te laten veranderen? Zoals je ziet gaat er dankzij 3D- en 4D-printtechnologie een hele nieuwe wereld van ontwerpmogelijkheden voor ons open.

Met 4D-printtechnologie worden veranderingen in vorm meestal veroorzaakt door warmte of water. Daarna wordt het materiaal handmatig weer naar de oorspronkelijke vorm teruggebracht. Een team van onderzoekers van de Singapore University of Technology and Design (SUTD) en de Nanyang Technological University (NTU) hebben nu een innovatief 3D-geprint materiaal ontwikkeld dat zijn vorm meerdere keren kan veranderen zonder enige elektrische input. De onderzoekers gebruikten twee makkelijk verkrijgbare materialen, VeroWhitePlus en TangoBlackPlus, waarvan is bewezen dat ze tijdens het van vorm veranderen een aanzienlijke mechanische sterkte behouden.

Eerst werd het elastomeer met ethanol opgezwollen om spanning te veroorzaken op het overgangsmateriaal. Vervolgens verwarmden de onderzoekers het overgangsmateriaal om het van vorm te laten veranderen. Nadat de ethanol was verdampt en het elastomeer droog was, stelden de onderzoekers het materiaal opnieuw bloot aan hitte om het terug te laten keren naar zijn oorspronkelijke vorm, waarbij het elastomeer gebruikmaakte van de elastische energie die er na het drogen in was opgeslagen, om het overgangsmateriaal terug te trekken. “Hoewel omkeerbaar 4D-printen op zich al een enorm belangrijke ontwikkeling is, is het revolutionair om een ​​robuuster materiaal te kunnen gebruiken en tegelijkertijd een nauwkeurigere omkering te garanderen tijdens het veranderen van vorm. Dit stelt ons namelijk in staat om complexe structuren te produceren die met conventionele fabricatiemethoden niet gemakkelijk kunnen worden bereikt. Door gebruik te maken van omgevingsomstandigheden in plaats van elektriciteit, is het voor verschillende sectoren een echte game-changer”, zegt professor Chua Chee Kai, hoofdonderzoeker en hoofd van de technische productontwikkeling bij SUTD.

Binnenkort worden gebouwen gemaakt met bacteriën

Stel je voor dat een gebouw of een andere structuur zichzelf zou kunnen repareren – zoals een snee in je vinger vanzelf geneest. Wist je dat dat al mogelijk is? Zelfherstellende materialen met speciale bacteriën die met beton en kalksteen reageren worden nu al gebruikt om scheuren en andere schade in gebouwen te herstellen. Deze revolutionaire techniek, net als bioconstructie – het gebruik van duurzame, gifvrije materialen – maken waanzinnige dingen mogelijk in de toekomst van de bouw. En zeg nou zelf, micro-organismen die gezonde, zelfherstellende gebouwen mogelijk maken… what’s not to like?

Onderzoekers van het Living Materials Laboratory van de University of Colorado in Boulder hebben jarenlang gewerkt aan het ontwikkelen van bacteriën die kunnen worden gebruikt om nuttige mineralen en polymeren te maken waarmee we op een dag ‘levende’ structuren kunnen bouwen. In hun laatste project gebruikten de onderzoekers fotosynthetische cyanobacteriën om een structureel bouwmateriaal te laten groeien. Bovendien slaagden zij erin om het materiaal in leven te houden. Onder de juiste omstandigheden kunnen deze cyanobacteriën een biocement produceren. Hiermee wisten de onderzoekers zanddeeltjes aan elkaar te binden en een levende steen te creëren. In plaats van één steen tegelijk te maken, wisten de onderzoekers de exponentiële groei van bacteriën te benutten om meerdere stenen tegelijkertijd te laten groeien. Eerst splitsten ze een steen in tweeën en met deze helften werden twee nieuwe stenen geproduceerd. Deze helften produceerden vervolgens vier nieuwe stenen, die weer acht, enzovoort.

Slimmere steden maken gelukkiger burgers

Als je denkt dat slimme steden een ongrijpbare toekomstdroom zijn, heb je het mis. Veel steden in de wereld worden steeds slimmer en maken gebruik van draadloze technologieën om de infrastructuur, efficiëntie en levenskwaliteit voor hun bewoners en bezoekers te verbeteren. Er zijn verschillende manieren waarop bewoners met de slimme ecosystemen in hun toekomstige steden communiceren, zoals via hun smartphones, hun verbonden auto’s of smart home-systemen. Door deze apparaten te verbinden met de infrastructuur van de stad is een verbeterde energieverdeling, efficiëntere verkeersdoorstroming en een meer gestroomlijnde afvalinzameling mogelijk.

De in München gevestigde tech-startup Hawa Dawa heeft een nieuwe oplossing voor luchtkwaliteitsmanagement ontwikkeld die gemeentelijke overheden inzicht biedt in de luchtkwaliteit in hun eigen steden. Hawa Dawa maakt met behulp van gegevensbronnen als satellieten en speciale luchtcontrolestations een gedetailleerde warmtekaart van luchtverontreinigende stoffen waarmee steden op data gebaseerde beslissingen kunnen nemen. Een stad zou deze data bijvoorbeeld kunnen gebruiken om de uitlaatgassen van voertuigen in gebieden met extreme vervuiling te minimaliseren door het verkeer om te leiden en vervolgens te controleren of dit gevolgen heeft voor de luchtkwaliteit. Het bedrijf heeft zijn meetboxen inmiddels geïnstalleerd in meer dan 20 steden in Duitsland, Zwitserland en het VK.

De door tech aangedreven transformatie van constructiewerknemers

De bouw transformeert razendsnel en we kunnen er vanuit gaan dat de volgende generatie bouwprojecten hightech en cloud-verbonden zal zijn. Afgestudeerden kijken nu al met verbazing naar het gebruik van technologie in de bouw, zoals robots, drones en laserscanners. In de toekomst zullen veel conventionele, arbeidsintensieve banen in deze sector verdwijnen en nieuwe carrières ontstaan. Denk bijvoorbeeld aan constructie-drone-operators – professionals die de drones besturen die reparaties, inspecties en materiaalleveringen uitvoeren. Of robottechnici/managers – mensen die de software programmeren en zorgen voor het onderhoud van (deze) machines.

De bouwsector heeft zich lang verzet tegen verandering en is tot recent blijven vasthouden aan traditionele constructiemethoden. De toenemende druk om projecten snel te voltooien, de groeiende arbeidstekorten, herhaalde eisen om de milieu-impact van de sector te minimaliseren en toegenomen concurrentie binnen de sector hebben veel bouwbedrijven ertoe gedwongen te veranderen en innovatieve technologieën te implementeren. Van metselrobots en KI-systemen die ongevallen kunnen voorspellen tot levende gebouwen en bouwvakkers met ‘superkrachten’, technologie neemt ook in deze sector een steeds prominentere rol in en transformeert de manier waarop gebouwen ontworpen, gebouwd, beheerd en onderhouden worden.

Dit blog is geschreven door Richard van Hooijdonk

Dit blog is geschreven door Richard van Hooijdonk

Trendwatcher, futurist en internationaal topspreker Richard Van Hooijdonk neemt je mee naar een inspirerende toekomst die leven, werken en ondernemen drastisch gaat veranderen.

Alle Lezingen