minimaal bouwen

Materiaaloptimalisatie behelst een constructieve opgave. Hierover later meer. Ruimteoptimalisatie gaat over optimaal gebruik van ruimte en daarmee over de vorm van ruimte, het gedrag van mensen en hun onderlinge interactie. Dit is ons startpunt en ik begin met een hoofdvraag.

hoofdvraag. Wat is de invloed van de gebouwde wereld op sociaal gedrag van mensen? Wat zijn de basale triggers zijn voor gedrag, waarmee we een gebouwde omgeving kunnen ontwerpen die lichtelijk gestuurd en onbewust een bepaald gedrag bij mensen initieert, waardoor met minimale middelen architectonische functies kunnen worden gerealiseerd?

Deze vraag klinkt natuurlijk vrij behavioristisch en autoritair. Sturing van bovenaf, de mens zonder vrije wil enzovoorts. Dit roept weerstand op.  Echter: vervang het woordje gedrag voor het woordje emotie en je ziet dat we van conditionerende boemannen veranderen in kunstenaars (of in het slechtste geval marketeers). Niets aan de hand dus. Immers emotie is een vorm van gedrag.

Het uiteindelijke doel van het onderzoek is het streven naar  minimaal-bouw. Met kennis van de basale triggers kan op minimale wijze gedrag en daardoor met minimale middelen functie worden geïnitieerd. 

Wat we doen heeft te maken met het efficiënt maken van het gebruik van ruimte. Dit staat in één lijn met duurzaamheid, bio-based en biologisch bouwen.

Bekijk eens het onderstaande model.

orga-architect

Van links naar rechts zie je de ontwikkeling van traditioneel naar biologisch bouwen. De traditionele bouw kenmerkt zich door bekende bouwmaterialen zoals baksteen, beton, glas, en eps (een isolatiemateriaal). Dit zijn producten die worden ontwikkeld en steeds verder worden verfijnd. Nadelen van productie en toepassing blijven echter hetzelfde: hoge energetische kosten bij productie, lastige recyclebaarheid en veel afval tijdens productie en toepassing. Deze cyclus draagt de naam technosfeer.

Biologisch bouwen kenmerkt zich door het gebruik van natuurlijke materialen, zoals hooi, leem, klei, riet, hennep en hout. Deze producten zijn zonder hoge energiekosten gefabriceerd en zijn per definitie biologisch afbreekbaar. Deze natuurlijke producten vragen om hun eigen bouwkundige gebruikswijze. Als inuït een iglo willen bouwen, is een ijskoepel een ‘natuur-logische’ overspanning. Biologisch bouwen leunt voor een deel op oer-traditionele (i.e. preïndustriële) bouwmethoden maar moeten voor een deel weer opnieuw worden uitgevonden. Daarnaast zijn methoden die de natuur zelf heeft uitgevonden een belangrijke inspiratiebron. Toepassing van natuurlijke materialen en biologische bouwmethoden is de biosfeer.

Cradle to Cradle (C2C) is een tussenstap. In C2C wordt technologie ingezet om materialen en producten te ontwikkelen die geschikt zijn voor decompositie en recycling. C2C vormt daarmee een combinatie van technosfeer en biosfeer.

In dit model ontbreekt echter iets eenvoudigs maar is gebaseerd op een erg belangrijk uitgangspunt. Wij gaan dit aanvullen.

Wat ontbreekt er? Het model gaat alleen over materialen en bouwmethoden maar het meest duurzame en meest bio-based uitgangspunt ontbreekt. Bomen en botten versterken die gebieden die zwaar belast worden, maar reduceren materiaalgebruik in onbelaste gebieden en zijn daar juist poreus en open. Zeepbellen, cellen en andere membraan achtige structuren (waaronder fytoplankton) vinden ’vanzelf’ een energetisch optimale vorm tussen maximale overspanning/omsluiting en minimaal gebruik van materiaal. De gevonden vorm is een minimaal oppervlak. Elk andere vorm vraagt om meer materiaal, is minder stabiel en komt zodoende niet of slechts gedurende een kort tijdbestek in de natuur voor.

De natuur verspilt geen materiaal. De natuur is uit op energetisch optimale toestanden.

Dus hetgeen ontbreekt aan het model is het principe van minimaal bouwen. Het zoeken naar bouwmethoden met een minimum aan materiaalgebruik waarvan de vorm energetisch optimaal is.

Minimaal-bouwen. We gaan na wat overdadig is en daardoor overbodig is. Kan de hoeveelheid materiaal kleiner? Is ruimte overbodig? Is een bepaalde functie met minimale architectonische ingrepen te realiseren?

Dit brengt ons terug bij de hoofdvraag.

Hoe beïnvloedt de gebouwde omgeving sociaal gedrag van mensen? Nu wordt het even taai. Om deze vraag te beantwoorden passeren de ecologische psychologie, de theorie van de visuele waarneming, het begrip affordances en architectuur.

Een mens neemt waar, hoofdzakelijk visueel. De Amerikaanse psycholoog Gibson (1979) benaderde de visuele waarneming op een interessante nieuwe manier.  Zijn uitgangspunt was dat een dier gedurende de evolutie zodanig is ontwikkeld dat informatie direct uit de omgeving wordt opgepikt en andere niet, waardoor het dier in zijn omgeving is ingebed (dit maakt het een ecologische benadering). Het netvlies van een dier is bijvoorbeeld slechts gevoelig voor een klein deel van het elektromagnetisch spectrum. Binnen dit spectrum neemt hij wel zijn vijanden en voedsel waar (al die dingen die primair relevant zijn voor het in leven blijven). De gevoeligheid van zijn visueel systeem wordt gevormd door de zichtbaarheid van zijn vijanden en van zijn voedsel. Daarnaast leiden verschillende fysiologische eigenschappen van het dier (zoals  grootte) of  bepaalde objecten in de omgeving worden waargenomen of niet. Een kiezelsteen of een regendruppel op een blad is voor een mier misschien een blokkade dat tot het maken van een omweg leidt. Voor een olifant stellen zij niets voor en zullen nauwelijks individueel worden waargenomen.  Dieren in water of in de lucht hebben een grotere gevoeligheid voor de 3 vrijheidsgraden dan landdieren.  Gedurende de evolutie leeft het dier, zoals het is, in een onderlinge relatie met zijn omgeving, is hierin ingebed en neemt daar zijn eigen niche in.

Dus in het kort: de waarnemer is onlosmakelijk verbonden met zijn omgeving en vormt hiermee een wederkerige relatie.

Affordances. Verschillende dieren zijn op verschillende manieren ingebed in hun omgeving. Objecten hebben daarom voor verschillende dieren een verschillende bruikbaarheid.  Objecten en structuren in de (gebouwde) omgeving met een bruikbaarheid worden affordances genoemd. Affordances zijn dus gerelateerd aan levenswijze (vliegen, lopen, vleeseten, warmbloedigheid etc.) en fysiologie (afmetingen, zintuigen). Rietveld (2014) verzamelt dit in het begrip Levensvorm. Affordances worden direct en – in eerste instantie – zonder ingewikkelde cognitie opgepikt. Sit-on-ables, walk-on-ables, cross-ables zijn hiervan voorbeelden.

Basale triggers. Affordances staan dus aan de basis van de visuele waarneming en het daaruit volgende gedrag. Dit zijn de basale triggers waar bioarchitectuur naar op zoek is.

Maar hoe vinden we deze basale triggers? We pakken het wetenschappelijk aan. We volgen een vaststaande procedure, verwerken data in Google Cloud Platform en doen uitgebreide metingen.

In het minimaal-bouwen gaan we na wat overdadig en daardoor overbodig is. Kan de hoeveelheid toegepaste materialen kleiner? Is ruimte overbodig? Is een bepaalde functie met minimale architectonische ingrepen te realiseren? Om dit vast te stellen is studie en analyse nodig. Dit brengt ons niet in de technosfeer of biosfeer maar in de sciencesfeer.

Constructieve minimaal-bouw. De Amerikaanse uitvinder en architect Buckminster Fuller onderzocht en realiseerde vanaf de jaren 40 van de vorige eeuw lichte grote koepelvormige overspanningen met repetitieve en eenvoudige middelen: geodetische koepels (geodesic domes). In de beginfase gebruikte hij nog – zoals de wiskunde het voorschrijft – pentagonen en hexagonen als elementaire bouwelementen. Snel ruilde hij ze in voor 3-hoeken. Toepassing van 3-hoeken vergroot weliswaar de hoeveelheid benodigd materiaal, maar vergroot ook de flexibiliteit en handelbaarheid tijdens de installatie. Daarbij vermindert het gebruik van 3-hoeken het aantal soorten verbindingen.

ASM International hoofdkantoor Novelty (OH) – Buckmister Füller

De Duitser Frei Otto pionierde ook op het gebied van constructieve minimaal-bouw. Hij onderzocht zeepstructuren leidde daar vele lichtgewicht constructies uit af. Ondanks  de lastige praktische kant zijn veel ontwerpen van Otto gerealiseerd. Dit vergroot de waardering voor Otto’s pioniersschap. Ergens roepen zijn gebouwen een prettig huiselijk gevoel op in combinatie met een vorm van ontzag voor de technologische inspanningen die voor de realisatie zijn verricht.

Olympisch stadion München – Frei Otto

De vergroting van rekenkracht van computers vergroot het realisme van organische groei- en ontwikkelmodellen van bomen en botten. Topologie optimalisatie (of Evolutionary Structural Optimization (ESO design) is een moderne ontwerpmethode waar aan de hand van computers het krachtenveld in een onderdeel kan worden berekend. Hoe meer rekenkracht des te kleiner het onderdeel.

Materiaal wordt weggelaten daar waar krachten laag zijn en toegevoegd waar krachten sterk zijn. Deze nieuwe toestand wordt opnieuw doorgerekend. Na een aantal iteraties ontstaat een vorm dat voldoende sterk is, maar uit een minimum aan materiaal bestaat. Deze vorm kan vervolgens met een 3d printer worden gemaakt in kunststof, beton of staal.

Evolutionary Structural Optimization (ESO design)

Kenmerkend voor constructieve minimaal-bouw zijn de sterke gelijkenissen met vormen en vorm-genererende processen in de natuur. Weliswaar liggen de gebruikte materialen van deze constructies nog in de technosfeer, de bouwlogica ligt echter in de biosfeer.

Functionele minimaal-bouw: het gebouw. Naast het minimaliseren van het materiaalgebruik in constructies mag ook de vraag gesteld worden of materiaal dat voor de gebouwindeling gebruikt wordt, geminimaliseerd kan worden. De klassieke indeling  van een woninghuis in 1900 en eerder bestond uit een reeks van gekoppelde ruimten. Dikke muren, meerdere open haarden en een centraal gelegen trappenhuis. Le Corbusier maakte een grote stap. In 1926 stelde hij zijn architectonische concept voor in een handzame formule van vijf basisprincipes, de ‘les cinq points d’une nouvelle architecture’:

• Les pilotis: de kern van het gebouw moet op zuilen vrij van de grond staan.

• Le toit-terrasse: het platte dak wordt als buitenruimte ingericht

• Le plan libre: vrije indeling op elk niveau dankzij skeletbouw

• La façade libre: de gevels zijn geen dragende muren

• La fenêtre en bandeau: het horizontale panoramaraam

les cinq points d’une nouvelle architecture – Le Corbusier

Deze regels versterkte de flexibiliteit en verminderde daarbij het materiaalgebruik. Veel huidige gebouwen zijn gebaseerd op bovenstaande principes. Met de huidige grote leegstand van kantoorgebouwen wordt nagedacht over herbestemming: voormalige kantoorgebouwen ombouwen tot wooncomplexen.

In bouwtechniek en ontwerp is echter nog veel winst te behalen. De principes van Le Corbusier zijn bijna 100 jaar oud en zullen moeten ververst. De huidige woningbouw kenmerkt zich bijvoorbeeld nog steeds door het bouwen van hokjes: hokjes rondom toiletten, rondom slaapkamers, schachten, bergruimte, meterkast etc. Enkel de wand tussen woonkamer en keuken lijkt momenteel geslecht. Hier valt nog veel te halen. In extremis zal in een volledig ongedeelde ruimte functies vanzelf hun plek vinden. Zelf-organisatie heeft echter alleen tijd nodig.

Adaptiviteit. Op het plan-libre van Le Corbusier bestaat een moderne vervolg: adaptieve ruimte. Adaptieve ruimte is ruimte op bestelling. Zodra vraag is naar ruimte, wordt automatisch ruimte gemaakt. Indien geen ruimte meer nodig is, verdwijnt het. Dit concept vraagt om sensoren en softwaresystemen die de ruimtebehoefte real-time bepalen en op bestelling ruimten aanpassen.  Adaptieve ruimtescheidingen vragen om meer onderzoek en ontwikkeling maar beloven een flexibele en op vraag afgestemde ruimte, waardoor ruimtegebruik – dus materiaalgebruik – real-time optimaal is.

Functionele minimaal-bouw: inrichting. Minimalisme is een stroming in de architectuur. Minimalisme zoekt naar eenvoud. Eenvoud is niet hetzelfde als simpel. Eenvoud gaat om het vinden van de basis. In architectuur is ervaring van ruimte en licht het meest basale. Onnodige en een teveel aan objecten, opvallende bouwkundige details en een onhandige functionele indeling verstoren deze ervaring. Minimalistische interieurs zijn vaak ontdaan van al het overbodige (waarbij: leeg is niet hetzelfde als kaal!) en ingericht met basic houten meubelen zonder franje. De meubels staan altijd in dienst van de ruimte en combineren vaak meerdere functies.

De inrichting van functionele minimaal-bouw kenmerkt zich door de destillatie van basale functies, de bundeling daarvan en de versterking van de ruimtekwaliteit en lichtinval. Objecten staan in dienst van ruimte en licht, zijn eenvoudig uitgevoerd en combineren zoveel mogelijk functies.

Baron House (Zweden) – John Pawson

Ik hoop dat je nog fris bent. Ik stap met bovenstaande kennis nu over van architectuur naar biologie. Nog even wat taaiheid, maar het zal lonen: de conclusie is een klinkende!

Functie en gedrag. Even wat biologie. En ook wat psychologie. Want wat zou je kunnen herleiden uit de volgende observatie: een persoon slaapt in een bed in een slaapkamer. Wel: slapen is een activiteit, een vorm van gedrag, een bed is een meubelstuk en een slaapkamer is een ruimte.

Zo te zien wordt het gedrag slapen gefaciliteerd door de aanwezige mogelijkheid van een gebruiksfunctie in een bepaalde ruimte. Je zou daarom kunnen denken dat slaapgedrag volgt uit de beschikbaarheid van een slaapfunctie.

Hier klopt iets niet: slapen is namelijk voor mensen net zoals voor veel andere dieren een onontkoombaar gedrag (in feite een primaire levensbehoefte) en moet minstens elk etmaal een keer worden uitgevoerd. Het zoeken naar een geschikte slaapplaats is voor veel dieren een belangrijke dagbesteding en vaak aanleiding tot strijd met soortgenoten. Een geschikte slaapplaats moet voldoen aan een aantal basisvoorwaarden. In onze welvaartssituatie kennen wij deze voorwaarden niet meer precies, waardoor het lijkt alsof een slaapplek uitnodigt tot slaapgedrag. Slaapgedrag maakt echter van een plek, een plek met een slaapfunctie. Dit geldt voor ook ander gedrag. Sociaal gedrag geeft een ruimte de mogelijkheden voor ontmoeten, voor vermaak, voor kijken -en bekeken worden. Dat de ene ruimte hierin beter is dan de andere, ligt aan de aanwezige basisvoorwaarden.

Basisvoorwaarden van gedrag in het algemeen zijn vaak verborgen door gewenning, door het leven in een beschermde luxe omgeving, maar ook doordat de basisvoorwaarden slechts intuitief bekend zijn. Zo zijn grote open ruimten minder geschikt als slaapplaats dan kleinere, lagere en wat donkere ruimten. De reden hiervoor heeft waarschijnlijk te maken met de oorspronkelijke leefomgeving van mensen, predatoren, neerslag etc. Dit ligt eigenlijk best voor de hand. Het punt wat ik wil maken is dat de vele andere basisvoorwaarden van gedrag (bekend en onbekend) een heel interessante rol kunnen spelen in de vorm en functie van ruimten.

Onderzoek naar de basisvoorwaarden van gedrag kan inzicht geven over welke dingen voor gedrag fundamenteel zijn. Dit zijn de kleinste bouwstenen; de atomen van gedrag.

Functions follows Behavior. Mijn stelling is dus dat gedrag ten grondslag ligt aan functie. Dus wij passen het beroemde adagium aan in: Form follows Function follows Behavior!

Functionele minimaal-bouw: gedrag

Als gedrag en de basisvoorwaarden daarvoor bekend zijn, kunnen basale eigenschappen van gebruiksfuncties worden afgeleid. Zij kunnen dienen als een precisie instrument voor het vervaardigen van gebruiksfuncties. Dit vereist studie naar de basisvoorwaarden en gedrag in relatie tot architectonische gebruiksfuncties. En dit gaan we doen!

Affordances – basale triggers

De basisvoorwaarden van gedrag worden opgepikt door het waarnemingssyteem van een dier en zijn feitelijk synoniem met affordances. Dit begrip is afkomstig uit literatuur over ecologische perceptie. De gebouwde omgeving bestaat uit objecten en structuren die voor elke waarnemer (diersoort) andere affordances bezitten. Ze zijn gerelateerd aan de levenswijze en fysiologie van het dier. Ze staan aan de basis van de visuele waarneming en het daaruit volgende gedrag. Affordances zijn de basale triggers voor gedrag waar we naar op zoek zijn.

Wetenschap

Er is natuurlijk al veel onderzoek gedaan naar gedrag van mensen in gebouwde omgevingen. Gedrag op pleinen, in treinen en vliegtuigen, voetbalstadions enzovoorts. Dit is onderdeel van crowd dynamics en omgevingspsychologie. De studies hebben vaak te maken met veiligheid en ontruimingsstudies. Onderzoek naar gedrag van andere dieren in hun habitat zijn ook interessant omdat – op een terughoudende manier – parallellen naar de menselijke habitat getrokken kunnen worden.

Er is minder bekend over het gedrag van mensen in architectonische ruimten. Er wordt wel vaak gesproken over ervaring en beleving, maar weinig over gedrag. De architectonische ervaring en beleving zijn in deze context meer emoties die in taal worden geperst. Het zijn daardoor intermenselijke begrippen en vaak onderwerp van discussie. Dikwijls worden ze afgedaan als subjectief. Gedrag daarentegen kan objectief worden beschouwd. Gedrag kan wetenschappelijk onderzocht worden.

Architecten hebben een (onbewust) repertoire aan methoden om een bepaald gedrag op te wekken of te sturen. Het gebruik van kleur  en verschillen in hoogte en breedte zijn hiervan voorbeelden.

In 1981 bouwde de Spaanse architect Rafael Moneo in het Spaanse stadje Logroño een stadhuis met daarvoor een 3 hoekig plein. Twee passages ontmoeten elkaar in een doorloop onder het stadhuis naar een achtergelegen bestuurlijk gebouw. De twee passages zijn verschillend uitgevoerd. De ene is hoog en voorzien van ronde ranke kolommen en de andere is een lage doorgang voorzien van zwaarder uitgevoerde hoekige kolommen. In de lage doorgang vertonen mensen onrustig en haastig gedrag, terwijl in de hoge passage mensen juist slenteren en rustig een krantje lezen. Architectuur temporiseert.

Stadhuis Logroño (Rafael Moneo) – Architectuur temporiseert.

Een ander voorbeeld van gedrag sturende architectuur is een kapel van Le Corbusier. Het gebouw staat op een heuvel, zodat de mensen die de kapel willen bezoeken een omhooglopend pad vanuit het dal moeten volgen. De voorgevel is intrigerend en dient snel als richtpunt voor de klim naar boven. Dichterbij gekomen werkt de kromming van de gevel als een ontvangende hand die de bezoeker subtiel begeleidt naar de deur links van de voorgevel rechts naast de grote klokkentoren. Architectuur ontvangt en begeleidt.

Notre Dame du Haut  (Le Corbusier) –  Architectuur ontvangt en begeleidt.

Het Seagram Building van Mies van der Rohe staat niet op de gebruikelijke rooilijn van Park Avenue, Manhattan. Het staat een meter of 30 van de straat af. Hierdoor ontstaat een plein. De niet gebouwde ruimte maakt ruimte dat mogelijkheden biedt tot velerlei soorten sociaal gedrag. William H.Whyte (1980) heeft hiervan een erg interessante documentaire gemaakt. The social Life of Small Urban Spaces (1980). Architectuur faciliteert sociaal gedrag.

Seagram building (Mies van der Rohe) – Architectuur faciliteert sociaal gedrag.

Ik stel voor om een lijst op te stellen met het repertoire van architectonische hulpmiddelen die gedrag opwekken of sturen. Hiervoor onderzoeken we de invloed van de gebouwde wereld op gedrag van mensen en hopen we de basale triggers van gedrag te vinden. Hiermee beschikken we over een arsenaal aan mogelijkheden om gedrag en daardoor gebruik op een subtiele en daardoor minimale manier te initiëren.

Conclusie

Naast de technosfeer en biosfeer bestaat de sciencesfeer. De technosfeer en biosfeer gaan over materialisering. De sciencesfeer gaat over het niet-bouwen. Het minimaliseren van materiaalgebruik door minimaal bouwen.

Minimaal bouwen is het ontwerpen van licht gewicht constructies die inherent zijn aan het toegepaste biologische materiaal en geïnspireerd zijn door voorbeelden uit de natuur.

Minimaal bouwen is het hergebruik van gebouwen die momenteel leeg staan. Deze gebouwen zijn vaak gebouwd volgens de 5 principes van de nieuwe architectuur van Le Corbusier en zijn in wezen flexibel en herbruikbaar.

Minimaal bouwen is het ontwerpen van een vrij indeelbare plattegrond, waarbij het gebruik en functies zich in een zelforganiserend proces ontwikkelen.

Een modern gevolg van le plan-libre is ruimtelijke adaptiviteit. Ruimtelijke adaptiviteit is een interactief proces waarin het aanbod van ruimte real-time afgestemd wordt met de actuele vraag naar ruimte. Wanden komen en gaan, vloeren gaan open en dicht en passen zodoende de hoeveelheid beschikbare ruimte aan. Het staat nog in zijn kinderschoenen.

Minimaal bouwen is het ontwerpen van een architectonisch interieur dat gericht is op licht en ruimtelijke kwaliteit door gevonden eenvoud en combinatie van functies.

Minimaal bouwen is het toepassen van affordances die gedrag subtiel sturen zodat met een minimum aan materiaal gebruiksfuncties kunnen worden gerealiseerd.

Form follows function. Function follows behavior.