Bauen mit Robotern und 3D-Druckern

Roboter, die Mauern bauen und 3D-Drucker, die ganze Schalungen f¨¹r Geschossdecken drucken ¨C die digitale Fabrikation in der Architektur hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunktes (NFS) Digitale Fabrikation haben sich Architektinnen, Robotiker, Materialwissenschafterinnen, Statiker und Nachhaltigkeitsexpertinnen der ETH Z¨¹rich mit Wirtschaftspartnern zusammengetan, um gleich mehrere neuartige, digitale Bautechnologien vom Labor in die Praxis zu ¨¹berf¨¹hren. Gebaut wird auf NEST, dem modularen Forschungs- und Innovationsgeb?ude, welches die Empa und Eawag auf ihrem 365ÌåÓýÖ±²¥_365ÌåÓýͶע-¾º²ÂÍøͶ in D¨¹bendorf errichtet haben. Hier k?nnen Forschende neue Bau- und Energietechnologien unter realen Bedingungen testen. NEST bietet eine zentrale Support-Struktur mit drei offenen Plattformen, an die einzelne Bauprojekte ¨C sogenannte Innovationsunits ¨C andocken k?nnen. Vor Kurzem ist der Startschuss f¨¹r die Bauarbeiten des DFAB HOUSE erfolgt.

Digital entworfen, geplant und gebaut

Das DFAB HOUSE ist insofern speziell, als es nicht nur digital entworfen und geplant, sondern auch weitgehend mit digitalen Prozessen gebaut wird. Mit diesem Pilotprojekt wollen die ETH-Professoren herausfinden, inwiefern digitale Technologien das Bauen nachhaltiger und effizienter machen und das gestalterische Potential erh?hen k?nnen. Die einzelnen Bauteile wurden auf Basis des Entwurfes digital aufeinander abgestimmt und werden nun direkt ab diesen Daten fabriziert. Eine konventionelle Ausf¨¹hrungsplanung entf?llt. Ab Sommer 2018 soll das dreist?ckige Geb?ude mit einer Nutzfl?che von 200 Quadratmetern Gastforschenden der Empa und Eawag sowie Partnern von NEST als Wohn- und Arbeitsort dienen.

Vier neue Bauverfahren im Praxistest

Gleich vier verschiedene Bauverfahren werden im Rahmen des DFAB HOUSE erstmals von der Forschung in die gebaute architektonische Anwendung ¨¹berf¨¹hrt. Die Bauarbeiten starteten mit der so genannten ?Mesh Mould?-Technologie, die Ende 2016 mit dem Swiss Technology Award ausgezeichnet wurde. Die von einem interdisziplin?ren Team entwickelte Bauweise k?nnte das Bauen mit Beton k¨¹nftig grundlegend ver?ndern. Eine zentrale Rolle kommt dabei dem zwei Meter grossen Bauroboter ?In situ Fabricator? zu, der sich auf Raupen selbst in einer st?ndig ?ndernden Umgebung autonom bewegen kann. Ein von ihm fabriziertes Stahldrahtgitter dient sowohl als Schalung als auch als Bewehrung f¨¹r den Beton. Dank der engmaschigen Struktur des Stahldrahtgitters und der speziellen Betonmischung bleibt der Beton innerhalb des Gitters und fliesst nicht heraus.

So resultiert am Ende eine doppeltgekr¨¹mmte, tragende Wand, welche die Architektur des offenen Wohn- und Arbeitsbereiches im Basisgeschoss pr?gen wird. Auf ihr wird ein sogenannter ?Smart Slab? zu liegen kommen ¨C eine statisch optimierte und funktional integrierte Geschossdecke, f¨¹r deren Schalung Forschende grossformatigen 3D-Sanddruck nutzen.

F¨¹r die Fassade des Basisgeschosses kommt die Technologie ?Smart Dynamic Casting? zum Einsatz. Das automatisierte, robotische Gleitschalungsverfahren kann massgeschneiderte Fassadenpfosten aus Beton fabrizieren. Die beiden oberen Stockwerke mit Einzelzimmern werden mittels ?Spatial Timber Assemblies? als r?umlich von kooperierenden Robotern zusammengef¨¹gter Holzbau im Robotic Fabrication Laboratory der ETH Z¨¹rich vorfabriziert.

Zusammenarbeit als Schl¨¹ssel zum Erfolg

F¨¹r ETH-Professor Matthias Kohler, Gr¨¹ndungsdirektor des NFS Digitale Fabrikation und Initiator des DFAB HOUSE, ist es denn auch die Vielfalt an neuartigen Bautechnologien, die das DFAB HOUSE zu einem Leuchtturmprojekt des digitalen Bauens machen. ?Im Gegensatz zu Bauprojekten, die nur eine digitale Bautechnologie nutzen, wie zum Beispiel dreidimensional gedruckte H?user, bringt das DFAB HOUSE verschiedene neuartige, digitale Bautechnologien zusammen. So k?nnen wir sowohl die Vorteile jeder einzelnen Methode als auch deren Synergien nutzen und architektonisch zum Ausdruck bringen?, so Kohler

S?mtliche Bauverfahren, die im DFAB HOUSE zum Einsatz kommen, haben die Forschenden der beteiligten ETH-Professuren in den vergangenen Jahren im Rahmen des NFS Digitale Fabrikation erforscht und entwickelt. Dass die Technologien nach so kurzer Zeit bereits den Weg auf die Baustelle finden, ist einerseits m?glich, weil die verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen Hand in Hand gearbeitet haben und andererseits aufgrund der erfolgreichen Kooperation von Forschung und Industrie. ?Wir sind ¨¹berzeugt, dass sich die Zusammenarbeit f¨¹r beide Seiten lohnt. Immer mehr Schweizer Unternehmen wie die Erne AG Holzbau, die als Generalplaner des DFAB HOUSE fungiert und bereits in den Bau des Arch_Tec_Lab an der ETH Z¨¹rich involviert war, wollen die Chancen der Digitalisierung proaktiv nutzen. Wir beobachten dies mit grosser Freude?, sagt Kohler.

Vom digitalen Bauen zum digitalen Wohnen

Digitale Technologien werden auch zum Einsatz kommen, wenn das DFAB HOUSE ab Sommer 2018 bewohnt sein wird. Unter der Federf¨¹hrung der digitalSTROM AG und in Kooperation mit mehreren anderen Schweizer Unternehmen werden neue Smart-Home-L?sungen und Internet-of-Things-Technologien getestet. Dazu geh?ren Ger?te und Systeme, die intelligent miteinander kommunizieren, lernf?hig sind und das Geb?ude so steuern, dass sowohl die Energieeffizienz wie auch der Wohnkomfort verbessert werden.