Een bouwbedrijf denkt van wel—en heeft een proof-of-concept project om dit te bewijzen
De manier waarop we gebouwen in de Verenigde Staten bouwen, is in decennia niet veel veranderd. Maar met de samenkomst van hoge materiaalkosten, een tekort aan geschoolde arbeidskrachten, hoge hypotheekrentes en duurzaamheidsuitdagingen, heeft de bouwsector behoefte aan verandering.
Kortom, er is “een belangrijkheid om nieuwe manieren van werken te bedenken,” zei Joe Benvenuto, chief operating officer voor aannemer LIFTbuild. Het in Southfield, Michigan gevestigde bedrijf heeft succes met een onconventioneel bouwproces: bouwen van boven naar beneden, met een gepatenteerde methode die LIFTbuild “vertical manufacturing” noemt.
Een Verhoogd Idee
Top-down bouw—waarbij de bovenste verdieping eerst wordt gebouwd en het proces zich naar beneden werkt—is zeker niet helemaal nieuw. Architect David Termohlen wordt gecrediteerd met het uitvinden van het concept en het verder ontwikkelen in de jaren 1970 met Charles H. Thornton, oprichter van het structural engineering bedrijf Thornton Tomasetti. Een paar gebouwen, zoals het Russische Diplomatieke Complex in Riverdale, New York City, werden gebouwd in de vroege jaren 1970. Maar toen raakte het idee—en het patent—in de vergetelheid, met enkele uitzonderingen.
In 2017 deed het in Detroit gevestigde Barton Malow, een nu 100 jaar oud bouwbedrijf, een investering in de top-down benadering van bouwen, “wat de inspanning voedde om het concept van het bouwen van een gebouw van boven naar beneden te innoveren,” zei Benvenuto.
Het bedrijf richtte LIFTbuild op om haar doel van het verdubbelen van de bouw efficiëntie te bereiken, en besteedde ongeveer drie jaar aan onderzoek en ontwikkeling om het concept, de manier waarop het gebouw is ontworpen en gebouwd, de manier waarop de vloerdelen worden verbonden en de manier waarop ze worden opgetild, te verbeteren.
“In sommige gevallen stuurden we de technische methoden door destructieve tests om het proces te valideren. Wat LIFTbuild probeert te doen, is het proces verheffen om een veiliger en minder dure manier te creëren om commerciële gebouwen te bouwen,” zei Benvenuto. “Deze R&D-inspanningen hebben geresulteerd in meer dan 15 Amerikaanse patenten, die LIFTbuild’s unieke technologische en leveringsmethoden beschermen.”
Benvenuto voegde daaraan toe: “Tegen 2020 had LIFTbuild de systeemprestaties aanzienlijk verbeterd met innovatieve middelen, methoden en technologieën gericht op de superstructuur, de gevel, het assemblageplatform en het hijsen. Verbeterde veiligheid, verhoogde efficiëntie en hogere kwaliteit leiden allemaal tot een beter en duurzamer product voor onze eindgebruiker.”
The Exchange
Gebouwd op een kleine, krappe, driehoekige locatie omringd door straten, bedrijven en het verhoogde lightrailsysteem bekend als People Mover, is de 16 verdiepingen tellende hoogbouw genaamd The Exchange in Detroit LIFTbuild’s eerste proof of concept. Het omvat 153 huurwoningen, 12 appartementen, kantoorruimte op de begane grond en ongeveer 6000 vierkante voet aan commerciële ruimte.
Het gebouw van staal en beton vereiste uitgebreide planning, waarbij veel van de techniek werd gedaan in een 3D-model en een virtuele omgeving. LIFTbuild creëerde vervolgens een soort productieomgeving op de locatie. “Stel je meer een assemblagelijn voor waarin een voertuig wordt gecreëerd. Het is zeer snel. Alle kritieke onderdelen en stukken komen op precies het juiste moment in het proces,” zei Benvenuto.
De bouw werkt als volgt:
Bouwers beginnen op locatie met het voltooien van de fundering en ondergrondse werken consistent met een conventioneel gebouw. Ze beginnen dan met het oprichten van betonnen en stalen “wervels.” De wervels zijn structurele elementen en kunnen trappenhuizen, badkamers, keukens omvatten—eigenlijk alles, afhankelijk van het ontwerp, volgens Benvenuto.
Vervolgens beginnen ze met het plaatsen van het betonnen assemblageplatform, wat LIFTbuild het fabrieksvloer noemt. Het assemblageplatform is precies waar de gebouw footprint is. Het ontwerp en de geometrie van een gebouw bepalen het aantal benodigde wervels. The Exchange heeft er twee, die elk liften, trappen, opslag- en technische ruimtes omvatten.
Strandjacks, lineaire lieren die zware lasten van bovenaf trekken, worden bovenop de wervels geplaatst. De vloerdelen worden vervolgens gebouwd rond de wervels, ongeveer een meter boven de grond met metalen dekplaten en beton. De jacks tillen de vloerdelen net boven de hoofden van de bouwers om de onderdekmechanismen te installeren—geen steigers of ladders nodig.
De gevel en grove mechanische, elektrische en sanitaire installaties worden aangebracht voordat het vloerdeel wordt opgetild. Na het vergrendelen van de vloer, begint de interieurafwerking, inclusief binnenwanden en plafonds. Zodra de gevel en brandbeveiliging zijn geïnstalleerd, wordt het vloerdeel door de strandjack op zijn plaats gehesen. Elk vloerdeel in The Exchange weegt ongeveer 454 ton (1 miljoen pond), en tijdens de plaatsing steeg het ongeveer 9 meter (30 voet) per uur. De hoogste lift in The Exchange was ongeveer 61 meter (200 voet).
“De plaatsing is een uitkragings techniek waarbij we dat vloerdeel structureel verbinden met de wervel,” zei Benvenuto. “Vanaf daar is het vloerdeel in staat om structurele stabiliteit te bieden helemaal tot aan de buitenkant van het gebouw zonder kolommen.” Elk vloerdeel wordt individueel ondersteund.
Heffen en Leren
De belangrijkste reden om deze methode te gebruiken is veiligheid, zei Benvenuto. Volgens het Bureau of Labor Statistics waren er in 2022 in de bouwsector 1092 doden door vallen, uitglijden of struikelen—47,4% van alle fatale werkgerelateerde vallen, uitglijden en struikelen. “We elimineren de gevaren wanneer we de gevel op grondniveau installeren. Valbescherming is er van nature ingebouwd,” zei Benvenuto.
Benvenuto noemt verhoogde productiviteit als de volgende grote voordeel, wijzend op de moeilijkheid om beschikbare, gekwalificeerde vakmensen te vinden, stijgende bouwkosten en materiaalkosten. “Projecten hebben soms moeite om financieel haalbaar te zijn,” zei hij. Met LIFTbuild, omdat assemblages ter plaatse worden gedaan, vaak met gebruik van geprefabriceerde producten en met weinig behoefte aan grote kranen, zijn er minder mensen nodig voor een bouw.
De methode bespaart ook tijd. Hoewel bouwers individuele vloeren kunnen aanpassen, is elke vloer in wezen een herhaling van de vloer erboven. Er is meer sprake van een productieproces—wat ook betere kwaliteit kan instellen, zei Mark Tamaro, managing director van Thornton Tomasetti, die heeft geadviseerd over The Exchange.
Tamaro wijst er ook op dat deze projecten duurzamer kunnen zijn. Omdat het vloersysteem stalen frames gebruikt, vereist het minder materiaal dan betonnen constructie. “Er is een aanzienlijk lagere hoeveelheid belichaamde koolstof dan in een typisch betonnen product,” zei hij. Bovendien zei Tamaro dat naarmate ze meer leren, er manieren kunnen zijn om massief hout of andere materialen op te nemen.
Uiteindelijk kan LIFTbuild minder duur zijn in vergelijking met conventionele bouw. Benvenuto zei dat het bedrijf met LIFTbuild besparingen van 10% tot 20% op kosten en 20% tot 30% op tijdschema’s beoogt.
Niets is echter zonder uitdagingen. Er is een bepaald niveau van opleiding—voor gemeenten, geldschieters, verzekeringsmaatschappijen, bouwers en vakmensen—dat moet plaatsvinden. Benvenuto zei dat het bedrijf enkele “vrij intensieve educatiesessies” heeft doorlopen om ervoor te zorgen dat ze echt begrijpen wat er gebeurt en eventuele zorgen of wat ze zouden zien als een risico, aan te pakken.
Vakmensen en anderen die op locatie werken, kregen veiligheidstraining en “opleiding over het optimaliseren van hun tijd op locatie om ervoor te zorgen dat ze het meest productief waren,” zei Benvenuto. “Maar realistisch gezien zijn de werkomstandigheden beter en makkelijker dan je zou zien op een conventioneel project,” voegde hij eraan toe.
Het onderwijsstuk hielp bij vergunningaanvragen en inspecties. “Sommige van de voorlopige inspecties kunnen op maaiveldniveau plaatsvinden, dus het is voordelig voor hen,” zei Benvenuto.
LIFTbuild werkte ook nauw samen met MIOSHA om te voldoen aan alle veiligheidsnormen. Het strandjacksysteem is veilig en kan vier tot vijf keer de hoeveelheid capaciteit aan die nodig is om de vloerdelen op te tillen.
Niet Alleen een Nieuwigheid
Top-down bouw kan verder gaan dan commerciële bouw. Er is behoefte aan meer huisvesting, en de LIFTbuild-methode is “zeer geschikt voor woningbouw,” zei Tamaro. De methode zou een gamechanger kunnen zijn voor de industrie.
“Dit is iets dat echt de manier waarop we gebouwen bouwen kan transformeren,” zei Benvenuto. “Ongeveer 10 jaar geleden stelde Barton Malow het doel om onze efficiëntie te verdubbelen tegen ons 100-jarig jubileum [in 2024]. De investering in LIFTbuild is een belangrijke inspanning om dat te bereiken.”
Hoewel The Exchange het eerste voltooide gebouw van LIFTbuild is, zei Benvenuto dat ze een handvol mogelijkheden hebben die eraan komen. “Met The Exchange hebben we de technologie kunnen valideren. Nu ligt onze focus op het commercialiseren van LIFTbuild op een bredere schaal in heel Noord-Amerika.”
Top-Down in Actie: Een Andere Benadering
In 2014 gebruikte Thornton Tomasetti de “traditionele” top-down bouwmethode om de Marriott Marquis in Washington, D.C. te bouwen, zei Tamaro, die de hoofdingenieur van het project was. “We bouwden het gebouw zowel omhoog vanaf het maaiveld als naar beneden tegelijkertijd.”
Bouwers boren in de locatie en installeren schachten, piers of plunge columns genaamd, zei Tamaro. In het geval van de Marriott werden deze ongeveer 40 meter (130 voet) diep geboord om onder het laagste kelderniveau te komen. De piers stoppen op de vloerniveau van de eerste verdieping. De bouw gaat verder omhoog op de traditionele manier met betonnen kolommen.
Tegelijkertijd graven arbeiders naar beneden, rond de piers. “Als je het goed doet, kun je het gebouw toppen voordat je de bodem van de kelder bereikt,” zei Tamaro.
Waarom dit op deze manier doen? “In het geval van de Marriott-job waren er twee fundamentele redenen,” zei Tamaro. “Een daarvan is de snelheid van de bouw.” Bij een conventionele bouw zou je helemaal tot de bodem graven en dan weer omhoog komen. Met deze top-down methode begin je effectief in het midden en werk je tegelijkertijd naar beneden en omhoog. Er is geen wachttijd.
De andere reden om deze methode te kiezen is dat deze specifieke locatie beperkt was met zowel een hoge grondwaterspiegel als de noodzaak om extreem diep te gaan omdat er meerdere kelderniveaus waren. “Deze bouwmethode stelde ons in staat om dieper te bouwen en te voorkomen dat we het grondwater moesten aanpakken,” zei Tamaro. “Op deze manier dingen doen maakte een anders zeer uitdagend project haalbaar.”
