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Ausgabe 09/2017, 15.09.2017

An der ETH wird Architektur digitalisiert

Das Robotic Fabrication Laboratory RFL im ETH-Campus Hönggerberg ist die weltweit erste Forschungsplattform im Bereich grossmassstäblicher, roboterbasierter Fabrikation in der Architektur. Das Labor wurde von den ETH-Professoren Fabio Gramazio und Matthias Kohler initiiert und geplant und ist jetzt Teil des «Arch_Tec_Lab».

Sechs Jahre dauerte der weitgehend digitale Planungs- und Bauprozess, an dem Architekten, Bauingenieure, Gebäudetechniker und Bauphysiker aus sechs Professuren des Instituts für Technologie in der Architektur der ETH Zürich beteiligt waren. Gemeinsam wollten sie herausfinden, wie sie mittels digitaler Technologien und kollaborativer Planungsprozesse zu einer ressourcenschonenderen und räumlich verdichteten Bauweise beitragen können. Sie schufen ein Reallabor, in dem sie ihre neusten Erkenntnisse im Massstab 1:1 anwendeten. Auf dem Campus Hönggerberg ist so neben dem bestehenden Gebäude des Departements Architektur ein Neubau auf dem Dach einer bestehenden Parkgarage entstanden, der Nachhaltigkeit in allen Dimensionen verkörpert.

Um auf den bestehenden Gebäudestrukturen aufbauen zu können, setzten die Wissenschaftler konsequent auf Leichtbautechnologie und verbauten bewusst weniger Baumasse. Im Vergleich zu herkömmlichen Hochbauten, bei denen auf einen Kubikmeter bis zu 400 kg Material kommen, beträgt die durchschnittlich verbaute Masse des Arch_Tec_Labs lediglich 240 kg.

Die Wahl der Materialien fiel bei der Dachkonstruktion auf Holz und beim Skelett des Tragsystems auf Stahl, weil diese Materialien im Verhältnis zu ihrer Masse eine optimale Steifigkeit aufweisen. Darüber hinaus kommt die Stahlstruktur ohne tragende Kerne und Schächte aus, was einerseits eine flexible Nutzung ermöglicht und andererseits auch erlaubt, die Raumgestaltung an sich wandelnde Bedürfnisse anzupassen.

Robotergefertigtes Holzdach

Das geschwungene Holzdach des Ach_Tec_Labs hat ein einzelner Portalroboter komplett vorgefertigt. Die Grundlage dafür bildete ein integrierter digitaler Planungs- und Produktionsprozess, der unter der Leitung der Professur für Architektur und digitale Fabrikation mit beteiligten Fachplanern und Erne Holzbau als ausführender Firma entwickelt wurde (siehe Artikel Seite 106). So entstand aus über 48 000 einzelnen Kanthölzern mit Längen bis zu 3,10 m eine Dachstruktur mit Spannweiten von rund 15 m. 168 seriell gefügte, robotisch assemblierte und genagelte Fachwerkträger führen die Lasten in fünf Feldern auf Stahlträger ab und integrieren die gesamte Technik vom Brandschutz bis zur Beleuchtung. Ohne weitere Verkleidung lässt die fein gegliederte Struktur der Fachwerkträger das rund 2300 m2 überspannende Dach als elegant geschwungene Gesamtform erscheinen.

Nicht nur in der Planungs- und Bauphase wollten die ETH-Wissenschaftler mit möglichst wenigen Ressourcen auskommen. Das Arch_Tec_Lab soll auch emissionsfrei funktionieren, wenn darin gearbeitet wird. Als Gebäudetechnik kommt deshalb die an der ETH Zürich seit 2010 entwickelte Null-Emissions-Technologie zum Einsatz. In der doppelten Bodenstruktur des Gebäudes befinden sich 120 so genannte Airboxen, die an das Anergie-Netz des Campus Hönggerberg angeschlossen sind. Diese Airboxen übernehmen die Lüftung und dienen zusätzlich zur Heizung und Kühlung des Gebäudes. Der doppelte Boden beherbergt einerseits das Leitungsnetz und sorgt andererseits dafür, dass die Luft durch leichten Überdruck über Bodenauslässe in die Räume gelangt.

Kollaborativen Ansatz weiterverfolgen

Den kollaborativen Ansatz, den die Wissenschaftler beim Bau des Arch_Tec_Labs wählten, wollen sie künftig intensiv weiterverfolgen. Im Neubau gibt es keine Einzelbüros, dafür mehr Gemeinschaftsfläche. Das von Gramazio Kohler Research initiierte und geplante Robotic Fabrication Laboratory im Erdgeschoss verdeutlicht den mit dem Arch_Tec_Lab verbundenen Anspruch, neue Räume für interdisziplinäre Experimente im Bauwesen zu schaffen. Hier ermöglicht ein deckenmontiertes Portalsystem von Güdel die grossmassstäbliche Ausführung von Bauaufgaben mittels vier kooperierenden Industrierobotern von ABB.

Für Sacha Menz, geistiger Vater des Arch_Tec_Labs und Vorsteher des Instituts für Technologie in der Architektur, ist das Gebäude die umgesetzte Vision einer zukünftigen Bautechnologie, aber auch für eine neue Art der Zusammenarbeit: «Das Arch_Tec_Lab dient der Forschung im Bauwesen, und diese kann nicht hinter verschlossenen Türen stattfinden. Wir erhoffen uns eine intensivere, interdisziplinäre Zusammenarbeit innerhalb des Instituts und Forschungsimpulse über die einzelnen Disziplinen hinaus.»

Abschliessend beantwortet sind viele Fragen, die im Arch_Tec_Lab gestellt werden, noch lange nicht – und wollen es auch bewusst nicht sein. Denn das Arch_Tec_Lab versteht sich als Reallabor, in dem die Forschenden gemeinsam mit ihren Studierenden immer wieder neue Fragestellungen angehen und Lösungen vor Ort erproben. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen der Baudindustrie und letztlich der Gesellschaft zugutekommen. (msc)

ETH Zürich ITA, Arch_Tec_Lab
8093 Zürich, Tel. 044 633 28 33
www.ita.arch.ethz.ch/de/

Güdel Group AG
4900 Langenthal, Tel. 62 916 91 91
info@ch.gudel.com

ABB Schweiz AG Industrieautomation
5400 Baden, Tel. 058 586 00 00
robotics@ch.abb.com



Robotic Fabrication Laboratory mit den abgehängten ABB-Robotern. (Bilder: Andrea Diglas / ITA/Arch-Tec-Lab AG)


Das deckenmontierte Flächenportalsystem von Güdel bestreicht einen Raum von 45 x 17 x 6 m.


Das aus über 48 000 einzelnen Kanthölzern im «additiven Verfahren» bei Enre erstellte Dach des Arch_Tec_Lab.