Op maat gemaakt voor onderzoek

Het Beste voor het Beste

In 2015 slaagde de Universiteit van Keulen erin om een van de meest briljante vertegenwoordigers van de internationale vastestoffenonderzoek, Prof. Dr. Yoichi Ando, als nieuwe leidinggevende van een leerstoel op het gebied van experimentele fysica te winnen. In de „strijd“ tussen de universiteiten om de beste koppen speelt ook de architectuur van de beschikbare onderzoeksgebouwen een belangrijke rol. Dit blijkt duidelijk uit het voorbeeld van het nieuwe natuurkundelaboratoriumgebouw, dat speciaal voor de nieuwe werkgroep natuurkunde op de campus werd gebouwd: Bij de planning en uitrusting van het hoogwaardige modulaire gebouw had de professor uit Japan meer dan een woord te zeggen.

De in 1964 in Tokio geboren natuurkundige Yoichi Ando is een van de toonaangevende wetenschappers ter wereld op het gebied van topologische materialen. Zijn baanbrekende onderzoeken op het gebied van hoogtemperatuursupergeleiders zijn meerdere keren bekroond. Hem voor onderwijs en onderzoek te winnen, is een groot succes voor de Universiteit van Keulen. Maar er waren binnen zijn benoeming — vooral vanwege de aanstaande renovatie van het fysica-instituut — niet voldoende gebouwoppervlakten beschikbaar voor het onderzoek. Om snel hoogwaardige ruimte te kunnen creëren, besloot de Universiteit van Keulen een nieuw laboratorium in modulaire bouwmethode uit te schrijven. ALHO won de procedure van meerdere concurrenten en begon in juni 2015, op basis van het ontwerp van de Keulse Baumanagement GmbH, met de gedetailleerde werk- en uitvoeringsplanning van het uitzonderlijke gebouw.

„Verklaringen“ over modulaire bouw - of: Morsbach krijgt bezoek

Vooraf ontving ALHO echter hoog bezoek in de fabriek in Morsbach: De professor uit het buitenland wilde zich vooraf een zeer eigen beeld vormen van de productiemogelijkheden en de kwaliteit van de modules, vooral maar ook over de verschillen met de gebruikelijke „container“. Want: Een „containerinstallatie“ was voor de natuurkundige voor zijn onderzoek helemaal niet in aanmerking.

Hij was echter wel geïnteresseerd in de modulaire bouw, de prefabricage van de elementen en de rationele montage — want in de bouwmethode zitten zeker parallellen met de traditionele Japanse architectuur, als een combinatie van lijnen, vlakken en lichamen, die de montage van eenvoudigere, gestandaardiseerde elementen mogelijk maken.

Ter plaatse was snel duidelijk wat ALHO-modulaire bouw betekent: stevig als „steen op steen“, maar veel sneller en flexibeler, zijn de aanpasbare gebouwen kwalitatief hoogwaardige gebouwoplossingen voor langdurig gebruik en dus een duurzame en slimme alternatief voor massieve bouw. Modulair gebouw is bouwtechnisch uitgekristalliseerd, energetisch geoptimaliseerd, architectonisch veeleisend en niet te onderscheiden van conventioneel gebouwde structuren. Aannemers en gebruikers waarderen de voordelen van de snelle bouwmethode: planningszekerheid met termijn- en vasteprijsgarantie, hoge kwaliteit door gecontroleerde industriële prefabricage, razendsnelle bouwtijd dankzij parallelle processen in de fabriek en op de bouwplaats, stille en schone montage en afwerking, evenals beproefde detailleringen en standaarden.

„In het nieuwe laboratoriumgebouw worden uitsluitend onderzoekswerkzaamheden uitgevoerd door studenten in het kader van hun bachelor- of masterproef, evenals tijdens en na de promotie. Vanwege de computergestuurde regeling en meetgegevensverzameling zullen zich meestal niet meer dan 10 personen tegelijk in het modulaire gebouw bevinden“, legt Dr. Harald Kierspel uit het II. Fysisch Instituut van de Universiteit van Keulen uit.

Vanuit gebruikers- en onderzoekersperspectief waren er echter zeer specifieke eisen aan het gebouw, bijvoorbeeld wat betreft de indeling van de ruimtes en de hoogte van de kamers. Zo moesten bijvoorbeeld bodemverdiepingen worden geïntegreerd voor het creëren van opstelplaatsen voor apparaten, die meer dan een standaard kamerhoogte vereisen. Ook moest het niet-magnetische gebied, het trillingsarme gedrag van de vloer en verhoogde eisen aan klimaatbeheersing en ventilatie van de ruimtes worden gegarandeerd. Dr. Kierspel bevestigt: „Al deze eisen kon de modulaire bouwmethode snel en hoogwaardig realiseren, zodat we zeer tevreden zijn met het gerealiseerde gebouw en uitkijken naar de start van de onderzoeksactiviteiten daar.“

Ruimteschema van de superlatieven

Met een laboratorium voor metingen bij uiterst lage temperaturen dicht bij het absolute nulpunt, een ovenruimte, een cleanroom met schakelruimte en luchtdouche, waarin dunne lagen van nieuwe verbindingen worden vervaardigd en op nanometergebied worden gestructureerd met elektronenstrahllithografie, evenals diverse meet- en laboratoriumruimtes voor monstersvoorbereiding en analyses, gaf Prof. Ando de planners een niet-alledaags ruimteprogramma. De daarvoor nauwkeurig in de fabriek prefabricageerde 20 kamermodules vormen zich over een brutooppervlak van ongeveer 630 vierkante meter tot een duidelijk gedefinieerde en logisch opeenvolgende reeks, die de werkstappen volgt. Het als een tussenverdieping uitgevoerde technische centrum met ventilatie-elementen bevindt zich bovenop.

Het gebouw heeft geen kelder. In het gebied van het meetlaboratorium voor uiterst lage temperaturen en de cleanroom moest de vloer op meerdere plaatsen worden uitgespaard voor aparte, trillingsgeïsoleerde funderingen. Ook op structureel vlak kwam er het nodige bij de dragende raamwerkstructuur van de modules kijken: zo moest de vloer in de GHV-ruimte worden versterkt voor het plaatsen van een scheidingstransformator met een gewicht van circa 1.000 kg en moesten de plafonds van het laagtemperatuurlaboratorium worden versterkt voor het ophangen van drie handbediende loopkatten met een draagvermogen van elk 250 kg.

De fysische experimenten die in het gebouw plaatsvinden, vereisten in sommige ruimtes een bijzondere lichtkwaliteit of uitgebreide stroom- en gasaansluitingen. Zo zijn de glazen deuren van de luchtschleuse en de cleanroom uitgerust met speciaal glas voor geel licht. Alle leidingen, zoals perslucht, helium, zuurstof en stikstof, zijn netjes weggewerkt, de plafonds zijn niet verwijderd of bekleed, zodat bij lekkages snel kan worden ingegrepen of de toevoer onmiddellijk kan worden aangepast. De PVC-vloeren zijn geleidingsarm uitgevoerd. Uit de meeste ruimtes leiden nooduitgangen naar buiten.

Alle kamers kunnen volledig verduisterd worden. In ruimtes die zonder ramen moesten blijven, zoals de cleanroom, werden wel ramenopeningen in de modulaire structuur voorbereid voor een eventuele latere gebruiksaanpassing, maar in plaats van glazen panelen werden alu-gladplaatkassetten gebruikt. Zo krijgt de gevel een eenduidig uiterlijk rondom.

Topvoorzieningen voor wereldklasse-onderzoek

Tijdens de „meubel“-fase bood de binnenkant van het gebouw een curios beeld: kamers en gangen stonden vol met dozen uit het buitenland, niet zelden mannengroot en voorzien van Japanse schrifttekens. Want: Prof. Ando liet de benodigde hightech-apparatuur voor zijn nieuwe laboratorium — zoals kristallogische installaties, He3He4-mengkristallen met supergeleidende magneten, verschillende magnetometers, röntgenanalyseapparaten, rasterkracht- en diverse optische microscopen — uit zijn eerdere laboratoria in het thuisland naar Keulen vervoeren en daar weer opbouwen.

Zo kan het wereldklasse-onderzoek in Keulen snel worden voortgezet. Maar ook de bouwtijdplanning van ALHO is recordwaardig: van opdracht tot ingebruikname van het gebouw verstreken slechts zes maanden. De productie van de modules nam daarvan drie weken in beslag, de montage ter plaatse slechts twee dagen. Met een bouwtijd van zes weken voor de gevelmontage was dit tijdsbestek al vrij ruim. Maar de gebouwenmassa toont een geslaagde mix van wat mogelijk is in modulaire bouw. In spannende volgorde hebben de planners gepleisterde geïsoleerde gevels, geïsoleerde aluminium-kassetten, achtergeventileerde panelen en golfplatenbekleding geordend. Het gebouw onderscheidt zich hiermee duidelijk van de bestaande gebouwen, maar past zich toch zonder te domineren harmonieus aan in het bestaande gebouwpatroon op de campus.