Most of the more persistent man-made structural assets that surround us in everyday life as well as their reliable structural services are normally taken ‘as a law of nature’ by the general public. Compared to consumer products the service levels of structural assets are extremely high. Bridges with a structural failure rate comparable to that of normal office printers would be considered completely unacceptable, while a tunnel would never be built if they had a service life expectancy comparable to the most long-lasting functional products such as (certain) washing machines or Hi-Fi-systems. The same holds for all built structures, including houses, public and commercial buildings.

Meanwhile, these structural assets together exceed in financial terms the balance of any global financial institution or the yearly budget of e.g. the Dutch government many times. Thus, the importance and impact of the broad field of science and engineering related to the built environment - which includes architecture, architectural engineering, civil engineering, process management, and policy - is not be underestimated, both economically and socially.

Notwithstanding the evident importance of the Built Environment sector, the public perception of this sector is not that positive, a trend that has been developing in the past few decades. The public perception of the sector often leans towards non-innovative, somewhat clumsy, disorganised and conservative.

It is often forgotten that inventions and innovations from any field of science and engineering are finally applied in the context of the built environment. Developments with respect to e.g. energy comfort, new building materials, and systems are spectacular. For instance, no other innovation has increased the life expectancy of people as much as the broad application of developments in sanitary engineering. It is even so, that the difference between developed an developing countries can be largely attributed to the quality of public sanitation systems. Apparently, the development of an adequate and efficient sanitation system requires the effective collaboration within the so-called ‘Golden Triangle’, i.e. stable and facilitating governments, trained people and innovation originating from educational and scientific institutions and energetic application by these innovations by the market.

Moreover, the environmental impact of the ‘building sector’ is huge, given the enormous usage of raw materials. Together with the energy sector, the building sector is at the forefront of addressing great societal challenges related to sustainability, scarcity, and availability of raw materials as well as the transition towards a circular economic model, based on recycling and upcycling of waste materials and structures.

Another development is the need for true multidisciplinary and cross-disciplinary collaboration on these challenges. Almost every field of science and engineering has found its application in the built environment. Developments within quantum mechanics have led to diverse developments like energy efficient lighting (LED), precise positioning and cutting (laser technologies) and of course to the revolutionary introduction of ICT in the built environment. Developments in (micro-) biology have led to the aforementioned sanitation revolution, whereas new insights into the mathematics of planning and operations research allowed building processes at scales that would have never been possible before.

An effective and multidisciplinary approach faces grand challenges ahead, requiring dedication and collaboration. Therefore, the four technical universities decided to collaborate – amongst others – as 4TU.Bouw Center of Excellence for the Built Environment. The 4TU.Bouw Center of Excellence consists of the faculties of Architecture and Civil Engineering and Geosciences at Delft University of Technology, the Department of the Built Environment at Eindhoven University of Technology, the faculty of Engineering Technology at Twente University and Wageningen University & Research. The overall goal of this 4TU initiative is to promote close collaboration between Dutch universities in order to increase competitiveness in international research and education and to concentrate research and education efforts to improve efficiency and scientific excellence.

Led by scientific director Ulrich Knaack during a four-year period from 2014 till 2017, 4TU.Bouw focused on activating and developing the abovementioned collaborative ambitions. Specifically, by means of three programs, supported with a communication strategy directed towards a broader audience than the academic world alone. The Lighthouse Project initiative that actively pursued imaginary research proposals following a funding setup that resembled an ‘angel capital’ approach; reasonable ‘easy’ money for intensive and short-term ‘proof of concept’ or ‘proof of failure’ proposals. Not all had to succeed in a traditional way, which was made up by the number of projects and their ambitious goals. Secondly, 4TU.Bouw supported the dedicated PDEng-training program contributing to the future availability of well-trained specialists while bridging the gap between academia and the market. Lastly, there were various collaborations with other knowledge institutes and market branch organisations to collectively inform politicians and policy decisionmakers on the relevance and urgency of built environment research and education in order effectively face the nation-wide social and cultural challenges lying ahead.

Welkom in de slimme stad

Een reeds lang ingezette, en wereldwijde, trend is die van de toenemende concentratie in stedelijke gebieden (metropolen) en omliggende regio’s, terwijl elders juist regio’s leeglopen en krimpen. In 2050 zal zo’n 70% van de wereldbevolking in een stedelijke omgeving wonen, die dan goed zijn voor bijna 80% van het bruto wereldproduct (global GDP). De trend van toenemende verstedelijking lijkt onstuitbaar, en vanuit efficiency optiek ook verklaarbaar: stedelijk leven leidt tot schaalvoordelen. Zo zal bij een verdubbeling van de stedelijke bevolkingsomvang slechts 85% extra infrastructuur nodig zijn. Maar de stad is ook een concentratie van mensen, die streven naar comfort en gemak, maar vooral een vervuld en plezierig leven willen leiden, waarin gezondheid, sociaal contact, geborgenheid, verbondenheid, individuele ontplooiing maar ook ‘ergens bij horen’, etc., voorop staan; bruto stedelijk geluk. De nieuwe, zich steeds sneller ontwikkelende digitale verbinding tussen mensen onderling, tussen mens en omgeving, en tussen objecten onderling – de digitale laag, een nieuwe dimensie van de stad die het aspect smart laadt -kan zorgen voor extra schaalvoordelen van het leven in de stad. Tegelijkertijd zal dit leiden tot versterking van de economische vitaliteit èn leefbaarheid van de stad. Overigens, de inwoners van krimp- en buitengebieden zullen vanzelfsprekend profiteren van dezelfde ‘smart technologieën’ die smart cities leefbaar en dynamisch maken.

Kortom, het stedelijk leven wint steeds meer aan belang; een aanzienlijk deel van de sociale interactie, innovatie en culturele ontwikkeling vindt hier plaats. De verdichting, die inherent is aan het stedelijk leven, brengt echter ook aanzienlijke maatschappelijke uitdagingen met zich mee, die zich manifesteren op verschillende schaalniveaus (gebouw, buurt, wijk, stad, regio, land). Deze zijn door veelheid aan onderlinge interacties en onderlinge verwevenheid complex van aard. Naast genoemde maatschappelijke uitdagingen, is een adequaat antwoord op de schaarste-problematiek rond (openbare) ruimte, schoondrinkwater, voedselproductie, een schoon en gezond milieu, energie en grondstoffen, cruciaal voor het uitbouwen van het succes van de stad als gunstig biotoop voor de mens, en andere levensvormen. Daarnaast bepalen lange termijn ontwikkelingen, zoals klimaatverandering, demografische bewegingen (o.m. vergrijzing en vergroening), voortgaande digitalisering en toenemende individuele mobiliteit, de houdbaarheid van het stedelijk succes. Dit vraagt om antwoorden die een geïntegreerde aanpak vereisen op zowel technisch, sociaal, ecologisch en economisch vlak. Er zal daarbij uitgegaan moeten worden van de bestaande stad; de bestaande gebouwde omgeving, de bestaande inwoners van een stad, de bestaande stadsecologie en de institutionele structuren zijn een gegeven. De NWA-route Smart, liveable cities staat een integrale, multidimensionale aanpak voor, waarbij zowel de kansen als de bedreigingen voor de stad worden geadresseerd, voor nu en voor later. Daarvoor zijn nieuwe samenwerkingsvormen nodig, waartoe de diverse vakgebieden hun krachten bundelen, naar elkaar luisteren en van elkaar leren. Om in gezamenlijkheid te anticiperen en nieuwe contouren te schetsen voor een wereld, en een stad, waar het goed leven is voor de mens, zo goed mogelijk in harmonie met zijn natuurlijke omgeving. Een stedelijk leven.

Vernieuwende verbindingen

Een viertal deelperspectieven ten aanzien van de zich ontwikkelende stad is gebruikt om de brede scope en het verband tussen de vele en diverse aspecten binnen deze route, te identificeren. Vanuit de verscheidenheid aan wetenschappelijke disciplines, was het uitgangspunt om maximaal vernieuwende verbindingen tussen disciplines, instituten, tussen wetenschap, maatschappij en bedrijfsleven te identificeren en samen te brengen. De samenhang tussen de deelperspectieven is in essentie de uitdaging waartoe onderzoekers, onderzoeksinstellingen, bedrijfsleven en andere stakeholders gesteld zijn. Samenwerking en nieuwe verbindingen zijn noodzakelijk om de diverse deelperspectieven door nieuwe inzichten, technologieën en bestuursarrangementen te doen convergeren naar een leefbare stedelijke omgeving voor zoveel mogelijk mensen.

• Menselijke Stad – Zonder mensen geen stad. Alleen met een optimaal leefklimaat voor mensen kunnen steden floreren. Mensen moeten gezond, gelukkig, veilig en met elkaar kunnen leven. Aandacht voor een goed leefmilieu,sociale cohesie, inclusiviteit, betrokkenheid, een toereikend inkomen en een gezond ondernemersklimaat zijn hierbij van belang.
• Georganiseerde Stad - De huidige, snelle technologische ontwikkelingen zullen ook verstrekkende gevolgen hebben voor de organisatie van steden. Nieuwe technologie geeft nieuwe mogelijkheden voor participatie in besluitvorming, en andere vormen van communicatie en samenwerking tussen bestuursorganen, onderling en met burgers en belangengroepen mogelijk maken. Het is daarom van groot belang beter inzicht te krijgen in de organisatie - en politieke structuur - van steden, hoe deze zich ontwikkelen en wat de consequenties zijn van de steeds grotere beschikbaarheid en invloed van nieuwe technologie.
• Onzichtbare Stad - Veel, met name digitale, ontwikkelingen in smart cities onttrekken zich aan het blote oog. Sensor- en registratietechnologie, sociale media en e-government vormen een nieuwe, digitale data laag in de stad. Dat vraagt om herbezinning op verhoudingen, inrichting en ‘governance’ van deze nieuwe laag, en het nieuwe spanningsveld tussen privacy en publiek belang. Privacy en (cyber)veiligheid zijn basiswaarden om de smart city ook liveable te houden.
• Tastbare Stad - Een stad is ook een verzameling van gebouwde dingen, van systemen en infrastructuren (zoals verkeer, data, energie, groen en water) die samen beslag leggen op een deel van de schaarse ruimte van een stad, voor kortere of juist zeer lange tijden. De toenemende druk op de stad vraagt om fysieke innovaties die veranderende mobiliteits-patronen, in het stedelijk weefsel geïntegreerd duurzaam gebruik van energie en grondstoffen, klimaatbestendigheid, diversiteit, gezondheid, demografische ontwikkelingen en andere urbane uitdagingen op een houdbare wijze mogelijk maken. Hierbij is het van belang om reeds vanaf de ontwerptafel systemen zo vorm te geven dat ze nog onbekende toekomstige ontwikkelingen kunnen accommoderen.