Opschaling van een veelbelovend houtbouwconcept

P1|P10|D1 – Opschaling en industrialisering HoutKern
Vergaande industrialisering van prefab-bouw moet ervoor zorgen dat we op korte termijn op grote schaal emissiearm kunnen bouwen. HoutKern is hiervoor een veelbelovend duurzaam houtbouwconcept. Voor opschaling is hard gewerkt aan een compleet gedigitaliseerd ontwerp- en productieproces.

Innovatieve prefab-concepten zijn essentieel om de uitdagende nieuwbouwdoelstellingen en emissiereducties te halen. Door niet langer op de bouwplaats ‘one-off’ projecten te realiseren, maar ‘off-site’ seriematig bouwmodules te produceren, kunnen we de bouwtijd en uitstoot van NOx en CO2 aanzienlijk beperken.

Slimme knoop

In de combinatie van deelprojecten P1, P10 en D1 is uitgebreid onderzocht hoe je prefab verregaand kunt optimaliseren, door het complete ontwerp- en productieproces van HoutKern-modules te digitaliseren en te industrialiseren. De partners in deze projecten zijn de partijen die de HoutKern Bouwmethode ontwikkeld hebben en die nu Circlewood vormen. De HoutKern-modules bestaan uit CLT-vloeren, HSB-wanden en gelamineerde houten kolommen en kunnen snel, duurzaam en emissiearm worden geproduceerd. Deze stapelbare bouwblokken zijn door middel van een slimme knoop aan elkaar te koppelen en zijn geschikt voor een brede variëteit aan woningen en utiliteitsgebouwen. De methode is voor het eerst toegepast in The Natural Pavilion op de Floriade Expo 2022, waarmee veel publiciteit is behaald.

‘De belofte van prefab is dat de bouw veel goedkoper en eenvoudiger wordt, maar dat lukt alleen als je fouten kunt maken om van te leren’

Industrialiseren begint met samenwerken

TNO ondersteunt en stuurt samen met de Noordereng Groep de Circlewood-partners aan om HoutKern te industrialiseren en op te schalen. Projectmanager Marc Souverein: ‘De scope was het verder reduceren van NOx-emissies op de bouwplaats en van de CO2-footprint van gebouwen door digitalisering en industrialisering van de HoutKern-module. Allereerst hebben we gekeken hoe je met elkaar moet samenwerken om een geïndustrialiseerd productieproces op te zetten. Veel tijd ging zitten in het onderling afspraken maken over het 3D-model. Over de rolverdeling tussen constructeur, architect, en installateur.’
Bij zowel ontwerp als productie is nadrukkelijk gekeken naar het verkorten van de assemblagetijd op de bouwplaats, met minder transporten van materiaal en mensen. Souverein: ‘Zo wilden we in de fabriek al zo veel mogelijk componenten voor sanitair en installaties toevoegen aan de modules. Maar dat kan alleen als de installateur deze componenten al prefab aanlevert. De toegevoegde waarde van TNO zit vooral in het regisseren en oplijnen van alle partijen, en het in kaart brengen en beschrijven van een geïndustrialiseerd productieproces.’ De unit High Tech Industry binnen TNO heeft veel expertise geleverd op het gebied van system engineering, gebaseerd op ervaringen in de hightechindustrie en automotive.

Mock-ups helpen digitalisering

Het beschrijven van een productieproces is één ding, maar de praktijk blijkt vaak weerbarstig. ‘Wat ons enorm geholpen heeft, is het bouwen van een mock-up van vier units’, vertelt Rudi Roijakkers, die zich met Circlewood gespecialiseerd heeft in het industrialiseren en digitaliseren van het ontwerp. Met de mock-ups hebben we veel geleerd over het productieproces. Ook hebben we geluids- en trillingsmetingen kunnen uitvoeren bij de samengekoppelde modules. ‘De belofte van prefab is dat de bouw veel goedkoper en eenvoudiger wordt, maar dat lukt alleen als je fouten kunt maken om van te leren. Daarvoor moet je oefenen met het product.’
Roijakkers maakt samen met de partners een gedetailleerd digitaal ontwerp van de HoutKern-modules, waarin alle onderdelen en acties zijn gelabeld. ‘Daarin staat precies wat wanneer moet worden geleverd, volgens welke specificaties en kosten. De mock-ups helpen je om nog kritischer te kijken. Als er te weinig details in het model staan, merk je dat gelijk.’

Seriebouw biedt optimalisatiekansen

In tegenstelling tot een traditioneel bouwproces doorloop je bij prefab een productieproces vele malen. Dat biedt kansen om steeds verder te optimaliseren. Roijakkers: ‘Je maakt een technisch ontwerp en houdt voortdurend bij wat de kosten zijn, wat de materiaalscore is, de milieuscore, de herbruikbaarheid, etc. Die kennis stop je in een database. Zo weet je van steeds meer verschillende gebouwen precies wat de kosten en milieuprestaties zijn. Met die database kun je zo voor steeds meer nieuwe gebouwen voorspellingen doen over de kosten, de MPG-score, of de bouwtijd. Alleen is het een extreem tijdrovende manier om zo je database te vullen en van alle typen gebouwen een digitaal model te maken. We hebben berekend dat dit 212 jaar zou kosten…’

‘Pas als we er voldoende van maken, levert de procesoptimalisatie winst op en ga je echt emissies reduceren’

Optimaliseren met KPI-dashboard

Daarom is Roijakkers met zijn team virtuele HoutKern-gebouwen gaan uitrekenen. ‘Om de MPG-score, bouwtijd of bouwkosten te bepalen, hoef je namelijk niet een compleet model te hebben, maar volstaan een aantal variabelen. Die kennis hebben we verwerkt in een rekentool. Daarmee kunnen we voor opdrachtgevers vooraf aangeven wat een ontwerp gaat kosten en wat de milieuprestaties worden. Maar we kunnen ook het ontwerp zelf optimaliseren om emissies, bouwtijd of kostprijs te reduceren. Uit het model blijkt bijvoorbeeld dat voor stikstofreductie met name de afstand tot de fabriek cruciaal is. Daarmee kun je ook vooraf rekening houden.’ De rekentool voor de HoutKern-modules is inmiddels af, en wordt binnenkort gekoppeld aan het door TNO ontwikkelde KPI-dashboard.

Black box

Afronden betekent ook alvast vooruitkijken naar de toekomst van HoutKern-bouw. Souverein: ‘We hebben tot nu toe vooral gekeken naar het ontwerp, de productie en het hergebruik van de modules, maar de gebruiksfase is ook heel belangrijk. Dat is nu nog een black box: een periode van 50, misschien wel 75 jaar waarvan je niet weet wat er precies gaat gebeuren. Dat is interessant om te onderzoeken en aan het digitale model toe te voegen.’
Roijakkers: ‘Ik denk dat de HoutKern Bouwmethode een hoge opschalingspotentie heeft, omdat deze toepasbaar is voor een breed gedeelte van de woning- en utiliteitsbouw. De volgende stap gaat worden om met een aantal proefprojecten de betaalbaarheid, milieuprestaties en het comfort in de praktijk aan te tonen. Daarnaast moeten we zorgen dat de productielijn op gang komt. De crux voor emissiereductie is commercieel succes. Pas als we er voldoende van maken, levert de procesoptimalisatie winst op en ga je echt emissies reduceren.’

Partners

• DWA
• Hedgehog Company
• Heko Spanten
• Lomans Amersfoort
• Houtkern Bouwsystemen
• TNO
• Bucoss Bouw en Advies

Resultaten

Ontwikkeling van een compleet digitaal model en geïndustrialiseerd proces dat gebuikt wordt voor een KPI-dashboard om emissies, bouwtijd en kosten te kunnen voorspellen en optimaliseren. De oplevering van een mock-up bestaande uit vier HoutKern-modules. De Houtkern Bouwmethode van CircleWood won in 2022 de Cobouw Innovatie Award.