Wie verändert die digitale Fabrikation die Entwurfs- und Bauprozesse? Forschende von acht Professuren der ETH Zürich und Projektpartner aus der Industrie haben mit dem DFAB House einen Neubau erstellt, der neueste Möglichkeiten ausreizt – bis hin zum Bauroboter am Ende der digitalen Kette. Der Holzbau spielt dabei eine zentrale Rolle.

Das NEST-Gebäude der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt Empa in Dü­ben­dorf war bei seiner Eröffnung 2016 noch nicht fertig. Und es soll auch nie fertig werden. NEST steht für «Next Evolution in Sustainable Building Technologies» (vgl. TEC21 22/2016): Der wie ein riesiges ­Betonregal konzipierte Bau dient als temporäres Auflager für experimentelle Raummodule – sogenannte Units, in denen bautechnische Innovationen unter Praxisbedingungen getestet werden. Mit dem Wechsel der Raummodule ändert es seine Erscheinung periodisch. So auch im Frühling 2019, als die sechste Unit enthüllt und bezogen wurde: das DFAB House, ein selbst im NEST-Kontext eindrückliches Superkonzentrat von ­Forschungsergebnissen.

Von aussen fällt zunächst die ungewöhnliche Form des Neubaus ins Auge: Transluzente Flächen sind zu einem schräg geformten Körper mit zweifach gewundener Hülle zusammengesetzt, der auf einem Untergeschoss mit Glasfassade thront. Auch im Innern finden sich unkonventionelle Bauteile, etwa eine statisch optimierte Decke, deren plastisch gemaserte Untersicht einem topografischen Modell ähnelt. Andere Elemente wirken vergleichweise unspektakulär, bergen aber dennoch erstaunliche Technologien.

Im 200 m² grossen Gebäude haben Forschende aus acht Professuren der ETH Zürich im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) Digitale Fabrikation in Zusammenarbeit mehrere neuartige, digitale Bautechnologien real ausgeführt. Die ETH hat hier zum ersten Mal all diese unterschiedlichen Forschungseinheiten unter ein Dach gebracht: «Transluzente Leichtbaufassade», «Spatial Timber Assemblies», «Smart Slab», «Smart Dynamic Casting», «Mesh Mould» und «In situ Fabricator» (vgl. Abb. S. 25).

Jedes einzelne dieser Forschungsprojekte hätte eine ausführliche Besprechung verdient. Im Zusammenhang mit der Digitalisierung im Holzbau ist ­«Spatial Timber Assemblies» jedoch von beson­derem Inter­esse: Die Forschenden konnten hier die Entwicklung eines innovativen, roboterbasierten Fabrika­tionsprozesses für Holzrahmenbaumodule vorantreiben. Die Fabrikation von Strukturen mit einer hohen Steifigkeit in alle Richtungen baut auf bestehenden Methoden für Holzrahmenbau auf. Bei «Spatial Timber Assemblies» erfolgten jedoch nicht nur der Entwurf, die Ausführungsplanung, der Zuschnitt und die Baustellenlogistik mit digitalen Hilfsmitteln; auch bei der Vorfertigung waren Roboter beteiligt. Abgesehen von einzelnen Experimenten mit 3-D-Druck (vgl. TEC21 47/2016) hat es bis heute kaum ein anderes Projekt geschafft, die Durchgängigkeit der digitalen Kette so konsequent umzusetzen.

Entwurfs- und Fertigungsprozesse

Die Federführung für das DFAB House lag beim NFS Digitale Fabrikation der ETH Zürich unter der Leitung von Professor Matthias Kohler von Gramazio Kohler Research. Die Empa war die Bauherrin. Auch beim Teilprojekt «Spatial Timber Assemblies» war das Team der ETH-Professoren Fabio Gramazio und Matthias Kohler für die Forschung und die digitale Planung verantwortlich. Als Partner aus der Privatwirtschaft war Erne Holzbau entscheidend beteiligt: Die Firma fungierte als Generalplaner für das Gesamtprojekt DFAB House und als Industriepartner in der Ausführung von «Spatial Timber Assemblies». Hier lag ihre Rolle in der technischen Unterstützung, um Fragen zum Umgang mit Holz, Verbindungsmitteln, Statik oder Brandschutz zu beantworten. Auch die technische Ausführbarkeit des Projekts war in der Zusammenarbeit immer ein wichtiges Thema.

Ein Vorläufer des DFAB House war das sequentielle Dach für das Arch_Tec_Lab, das Gebäude für das Institut für Technologie in der Architektur auf dem ETH-Campus Hönggerberg (vgl. Sonderheft «Arch_Tech_Lab» 2016). Für das 2300 m² grosse Dach des 2016 fertiggestellten Gebäudes wurden 168 Fachwerkträger in einem automatisierten robotischen Fabrikationsprozess produziert; die Träger wurden in Lagen aus dünnen Balken aufgebaut.Im Unterschied dazu hat das Team für die Holzbaumodule, die die oberen zwei Stockwerke des DFAB House bilden, einen digitalen Entwurfs- und Fabrikationsprozess für räumliche Holzfachwerke entwickelt. Diese wurden nicht nur an der ETH ausgearbeitet, sondern auch im Robotic Fabrication Laboratory des Arch_Tech_Lab gefertigt. Anschlies­send wurden sie per Lastwagen zum NEST trans­portiert und mit einem Hubkran montiert.

Roboter arbeiten zusammen

Ein grundlegender Fortschritt in der Produktion ist die Assemblierung komplexer Raumfachwerke und die kollaborative Zusammenarbeit von zwei Roboterarmen während der Montage. Die Roboter übernehmen vom Abbund des Rohmaterials bis hin zur 3-D-Assemblierung des Moduls alle komplexen Fertigungsschritte. Verschraubt werden die Balken weiterhin vom Monteur. Nach dem Abbund und der räumlichen Positionierung des Balkens sichert ein Roboter den Balken in seiner finalen Montageposition, während der andere Roboter das nächste Bauteil abbindet und assembliert. Sobald der Fertigungsschritt abgeschlossen ist, lassen beide Roboterarme los, und der Prozess beginnt von Neuem. Dank der kollaborativen Assemblierung braucht es keine temporäre Stützkonstruktion, und die Montagepräzision ist höher.

Die Entwicklung dieser parametrischen Arbeitsprozesse setzt eine sehr intensive Vorleistung durch den Programmierer voraus. Ein Algorithmus berechnet fortlaufend, automatisch und individuell für jeden Balken alle robotischen Fertigungsschritte – zum Beispiel, wie der Roboter das Bauteil von der Abbundstation zur Assemblierungsposition manövriert, ohne dabei mit dem zweiten Roboter oder der bereits gebauten Struktur zu kollidieren. Alle Fertigungsparameter werden bereits während des digitalen Entwurfsprozesses auf ihre Plausibilität überprüft und dem Balken als Information hinterlegt.

Um ein reibungsloses Zusammenspiel zwischen Entwurf und Fertigung zu gewährleisten, hat das Team für den digitalen Entwurf und die digitale Fertigung ein Plug-in für die CAD-Software Rhinoceros entwickelt. Die Fertigungsdaten werden per Mausklick direkt zur Ausführung an die Roboteranlage gesendet.

Algorithmus der Architektur

Der Aufbau aus Holzrahmenmodulen selbst ist das Ergebnis eines algorithmischen Entwurfswerkzeugs. Aber auch die gesamte Architektur des DFAB House resultiert aus verschiedenen digitalen Entwurfsprozessen. Dafür wurden bestimmte Parameter definiert, aus denen das Team der beteiligten Architekten am Computer mittels Algorithmen die Form entwickelten. Mithilfe dieser Parameter kann der Architekt das digitale Entwurfsmodell anpassen, um die Form und die Aufteilung der Module individuell zu konfiguieren. Anzahl, Position und ­Orientierung der Stäbe bei den Holzmodulen sind Resultat einer statischen Optimierung.

Nach der Fertigstellung eines Moduls wurden zusätzliche Fräsbearbeitungen am dreidimensionalen Bauteil vorgenommen, um die ­Anschlüsse – etwa an die Verbindungselemente der darunter liegenden Bauteile – zu gewährleisten. Der Roboter und die programmierte Architektur erlauben einen hohen Grad an Komplexität des vorgefertigten Moduls und vereinfachen die bauseitige Montage.

Wird der Mensch überflüssig?

Bei der Entwicklung der neuen Bauprozesse stand auch immer die Qualitätssicherung im Fokus. Wie kann man sicherstellen, dass das Ergebnis qualitativ genauso überzeugt wie Module, die mit bereits etablierten Techniken hergestellt wurden? Hier kommt auch im Forschungsprojekt von Gramazio Kohler Research und Erne der Handwerker ins Spiel. Aus zweierlei Gründen ist der Mensch trotz Digitalisierung und robotisiertem Bauen weiterhin unverzichtbar.

Erstens kann der Roboter noch nicht auf Fehler in der Konstruktion reagieren. Entsteht zum Beispiel eine Lücke zwischen den Balken, kann der Handwerker auf seine Erfahrung und sein logisches Denkvermögen zurückgreifen, um die Balken in Position zu ziehen. Diese für Menschen einfachen und minimalen Lösungsvorgänge sind komplex und aufwendig zu programmieren. Thomas Wehrle, Mitglied der Geschäftsleitung und Bereichsleiter Spezialbau bei Erne, erläutert die Schwierigkeit: «Der Roboter müsste die Lücke vermessen, ein Feedback an den Algorithmus geben und sich dann korrigieren. Dabei stellen sich mehrere Fragen: Welchen der Balken soll er korrigieren? Den oberen oder den unteren? Wenn er einen der Balken verschiebt, was bedeutet das für den danach folgenden?» Solche komplexen Fragen können mit heutigen Algorithmen noch nicht abgebildet werden.

Zweitens trägt es viel zur Akzeptanz digitaler Technologien bei, wenn der Mensch eine aktive Rolle darin spielt. Das heisst: wenn er nicht durch die Roboter aus dem Bauprozess verdrängt wird, sondern lediglich andere, höher qualifizierte Arbeiten übernimmt – etwa die Steuerung der Roboter.

Aufgrund dieser zwei Aspekte hat das Team des Robotic Fabrication Laboratory sorgfältig abgewogen, was programmiert werden sollte beziehungsweise konnte und was von Hand zu erledigen war. Beim Bau der Holzelemente des DFAB House haben die Handwerker des Industriepartners die Qualitätssicherung über­nommen, die Holzbalken verschraubt und die Roboter bedient.

Lehren für Planung und Ausführung ...

Für das Gesamtprojekt DFAB House ging es im Bauprozess vor allem darum, die gegenseitigen Abhängigkeiten zwischen Holzbau, Decke und Wand abzubilden. Denn sobald sich in der Planung eines dieser Forschungsprojekte etwas änderte, mussten die anderen darauf reagieren. Mit dem Planungsprogramm, das Gramazio Kohler Research für «Spatial Timber Assemblies» entwickelt hatte, konnten diese Änderungen direkt im Modell abgebildet werden. Bei der Planung und dem Bau des DFAB House haben die unterschiedlichen Forschungseinrichtungen über dieses digitale Medium über ihre jeweiligen algorithmischen, parametrischen Planungsmedien miteinander kommuniziert. Wenn Änderungen am Tragraster des «Smart Slab» vorgenommen wurden, hat sich der algorithmisch definierte Holzbau automatisch angepasst. Der Prozess bildete im Sekundentakt alles ab und ermöglichte zugleich allen Beteiligten sofortigen Zugriff. Das Projekt hat bestätigt: Wenn alle an der Planung Beteiligten in einem gemeinsamen 3-D-Modell arbeiten, bei dem die verschiedenen Gewerke zusammengefügt sind, kann das ganze Projekt für alle besser verständlich dargestellt werden.

Auch der Industriepartner konnte Nutzen aus der Forschungsarbeit ziehen. Denn die interne Aufbereitung der Maschinendaten aus dem Architekturmodell für die Produktion entwickelte sich mit diesem Projekt einen ganzen Schritt weiter. «Der digitale Datentransfer vom Architekturmodell bis hin zur Maschine, die Herausforderungen, Prozesse, Schnittstellen und Zusammenhänge zu verstehen, das waren die grössten Lern­effekte für unsere Holzbaufirma», sagt Thomas Wehrle. «Durch dieses Projekt ist es möglich geworden, ganz neue architektonische Formen zu realisieren.» Die aufwendige Arbeit, jeden Stab einzeln zu bearbeiten und zu positionieren, würde im klassischen Bauverfahren viel Zeit und Geld kosten. Durch den Einsatz der Bauroboter, die die Position und Form jedes Bauteils kennen, wird die Realisierung komplexer Formen effizient, und die Kosten bleiben überschaubar.

... und Fragen an den Entwurf

Indem das DFAB House digitale Technologien im Holzbau auslotet, eröffnet es also auch gestalterische Möglichkeiten, die bisher aus Kostengründen nicht infrage gekommen waren. Diese auszuloten ist jedoch eine Her­ausforderung an den Entwurf: Wenn alles möglich ist, stellt sich die Frage nach der Angemessenheit umso dringender, und gestalterische Entscheidungen erhalten umso mehr Gewicht.
Wie das neue formale Vokabular des digitalisierten und robotisierten Holzbaus in Zukunft erprobt, ästhetisch weiterentwickelt und möglicherweise in eine neue, eigene Architektursprache überführt wird, ist letztlich keine technische Frage mehr, sondern eine baukulturelle Herausforderung.

TEC21, Fr., 2019.06.14

Den Holzmodulbau Lattich in St. Gallen haben Blumer Lehmann und baubüro in situ aufgrund seiner geringen Komplexität als Versuchsobjekt genutzt, um einen BIM-Prozess zu gestalten, der für BIM-unerfahrene Planer und Handwerker wenig Hürden aufweist.

Der schalungstafelgelbe Holzbau sticht sofort ins Auge. Auf dem Areal beim Güterbahnhof St. Gallen wurde innerhalb von nur zwei Monaten der Lattich-Bau errichtet. Seit seiner Fertigstellung im April 2019 bildet das temporäre Gebäude für die nächsten zehn bis fünfzehn Jahre einen kreativen Ballungsraum im sonst eher beschaulichen St. Gallen.

Das SBB-Güterbahnhofareal ist eines der letzten Entwicklungsgebiete in der Stadt, auf dem in Zukunft die Autobahnzufahrt auf die A7 nach Appenzell realisiert werden soll. Bis dahin lagen die alten SBB-Lagerhallen und ein Gelände von 100 m² brach. Im Sommer 2016 hat das Konsortium Lattich das Nutzungspotenzial des Areals  getestet. Die Testphase zeigte, dass die Zwischennutzung längerfristig und grösser angedacht werden kann.

Das Projekt wurde weitergeführt, und es siedelten sich verschiedenste Gewerbe aus dem Bereich der Kreativwirtschaft in den Hallen an. Das Brachland sollte für eine Nachverdichtung mit einem temporären Modulbau aktiviert werden. Bereits zur Fertigstellung waren alle Räume vermietet. Nach der Zeit auf dem alten SBB-Güterbahnhof soll der Bau an einem anderen Ort Platz für Kreatives bieten.

Für das freie Areal entwickelte baubüro in situ zusammen mit Blumer Lehmann den Bau in Holzmodulbauweise. Er setzt sich aus 45 Modulen mit Aussenfassade aus gelben Schalungstafeln zusammen. Der Bau ist dreistöckig und über Treppen und Laubengänge aus Baugerüsten erschlossen. Die Parteien teilen sich die WC-Anlagen auf jedem Stockwerk. Eine Dachterrasse, der Aussenraum sowie ein Sitzungs- und Besprechungsraum werden gemeinsam genutzt.

Die Module bestehen im Innern aus rohen Gipsplatten und rohen, wasserfest verleimten Spanplatten, die die Mieter individuell gestalten können. Die Installationsrohre für Heizung und fliessend Wasser verlaufen offen an der Decke. Die Grös­se der mietbaren Elemente variiert von 30.4 m² für ein Modul, über 62.6 m² für zwei bis zu 94.8 m² für drei Module.

Gerade weil das Projekt einfach ist, haben Pascal Angehrn vom baubüro in situ und Richard ­Jussel von Blumer Lehmann es genutzt, um den BIM-­Einstieg für alle Beteiligten einfach zu gestalten. Wir haben nachgefragt, was BIM für das Projekt, aber auch für die beiden Firmen allgemein bedeutet.


TEC21: Was bedeutet BIM für das Projekt Lattich?
Richard Jussel: Wir wollen die Baubeteiligten dazu bewegen, sich mit BIM auseinanderzusetzen, und gemeinsam den Prozess durchzuspielen. Auch das baubüro in situ interessierte sich für die Auswertung des Gebäudes und im Zusammenhang damit für das Aufzeigen der ganzen BIM-Kette, mit allen Gewerken.

TEC21: Können Sie erläutern, was das bedeutet?
Pascal Angehrn: Die BIM-Kette beinhaltet die Automatisierung und Optimierung der Produktionsstätten und Prozesse durch computerbasierte Ver­netzung. Das bedingt die Festlegung von Regeln und Prozessen zu Beginn des Projekts. Die Ansprüche aller Beteiligten an den Daten sowie deren Ziele müssen klar sein. Die Daten müssen in einer Cloud gesammelt werden.
Abschliessend umfasst das auch ein BIM-fähiges Modell, in einheitlicher Sprache und Format mit allen relevanten Informationen wie HLKS oder Statik für das Archiv. So lassen sich Unterhaltsarbeiten rasch und kostensicher umgesetzen. Zudem sollen energetische Massnahmen aufgezeichnet und ausgewertet werden, um z. B. den Luftwechsel oder den Energieverbrauch zu optimieren.
Richard Jussel: Wir versuchten alle Handwerker wie Maler, Spengler, Dachdecker, die selten in einem 3-D- oder BIM-Prozess arbeiten, einzubinden. Bei den Planern ist das Know-how über den Prozess aktuell. Aber die Möglichkeiten bei der Ausführung sind auch hier auf unterschiedlichem Niveau.

TEC21: Welchen Mehrwert haben die Handwerker?
Richard Jussel: Sie haben einen ersten Einblick in die Arbeit an einem gemeinsamen BIM-Modell erhalten und Erfahrungen für zukünftige Planungsprozesse sammeln können. Generell und zukünftig lassen sich die Schnittstellen zu anderen Gewerken besser kontrollieren. Die Arbeitskontrolle wird effizienter, zum Beispiel kann ein Schalungsplan in kurzer Zeit kontrolliert werden. Und es entsteht mehr Transparenz über das gesamte Bauwerk.

TEC21: Wie verändert sich die Zusammenarbeit durch den BIM-Planungsprozess?
Richard Jussel: Ich bin im Vorstand vom VGQ – Schweizerischer Verband für geprüfte Qualitätshäuser und Mitglied beim Verband Holzbau Schweiz. Wir haben mit der Lignum eine Arbeitsgruppe aufgebaut, die sich mit der Thematik auseinandersetzt.
Der Ursprung ist das 3-D-Modell, das vom Architekten aufgebaut wird. Wir haben aber auch bei Ingenieuren und Holzbauingenieuren nachgefragt, was sich für sie verändert, wenn sie von Anfang an in den Aufbau des 3-D-Modells involviert sind. Statt der 4 bis 6 % Arbeitsaufwand, die sie im konventionellen Prozess in den ersten Planungshase hatten, haben sie mit BIM bis zu 20 % mehr Aufwand.
Bei den Architekten, die schon im konventionellen Prozess mehr in der Anfangsphase leisten, steigt der Aufwand ebenfalls um 10 bis 15 %.

TEC21: Das ist ja erheblich. Wie kommt dieser Mehraufwand in der frühen Planungsphase zustande?
Richard Jussel: Grundsätzlich wird früher und gleichzeitig in einer tieferen Ausführungsqualität gearbeitet. Das bedeutet daher auch mehr Aufwand am Anfang. Sämtliche Anschlüsse und Verbindungen und Leitungen müssen bereits im Modell eingeplant sein.
Pascal Angehrn: Wenn man mit der öffentlichen Hand arbeitet, füllt man SIA-Honorarofferten aus, die diesen veränderten Prozess jedoch nicht abbilden. Wir sind zur Baueingabe schon eine Phase weiter als im konventionellen Planungsprozess.
Sollen öffent­liche Ausschreibungen für Architekten attraktiv bleiben, muss die Honorarordnung dieser Phasenverschiebung angepasst werden. Grundsätzlich werden BIM-Modelle separat vergütet, damit Planer nicht in Vorleistung gehen oder ein Risiko in Kauf nehmen.

TEC21: Sie meinen also, dass der Leistungsbeschrieb in der LHO angepasst werden muss?
Richard Jussel: Wenn Bauherren oder der Investoren ein BIM-Projekt in Auftrag geben, dann müssen sie sich mit diesem Prozess auseinandersetzen. Das heisst, sie müssen einen klaren Leistungsauftrag geben und anerkennen, dass sich die Phasen verschieben. Infolgedessen erhält der Architekt mehr Honorar zu einem früheren Zeitpunkt der Planung.

TEC21: Wie hat sich die Kommunikation zwischen den Baubeteiligten durch den BIM-Prozess verändert?
Pascal Angehrn: Wir kommunizieren offener und transparenter. Im Modell fliessen alle Informationen zusammen, und alle haben Zugriff darauf. Die Kon­trolle wird stärker, man merkt, woher die Informa­tionen stammen, wo es klemmt und wo die Schnittstellen noch nicht harmonisieren.
Richard Jussel: Wir müssen lernen, wieder mehr miteinander zu reden. Die Leistungsträger müssen sich überlegen, was sie benötigen oder im Betrieb ändern müssen. Das fängt einerseits damit an, dass jemand CAD- und 3-D-Zeichnen lernen muss, und andererseits betrifft das den Austausch der Daten.

TEC21: Das macht Investitionen nötig?
Pascal Angehrn: Wir überlegen auch, wann es sinnvoll ist, BIM-fähig zu planen. Dazu müssen wir in Computerprogramme und Weiterbildungen investieren oder externe Leute dazu holen. Die öffentliche Hand und die SBB prüfen künftig die BIM-Fähigkeit eines Projekts. Aber es ist auch wichtig, dass gute Architektur, Nachhaltigkeit, Energie, Ressourcen neben dem BIM-Prozess nicht verloren gehen.

TEC21: Herr Jussel, was hat BIM bei der Produktion verändert?
Richard Jussel: Wenn das gelieferte BIM-Modell hoch­wertig ist, haben wir einen geringen Überarbeitungsaufwand. Wir können schnell in die Arbeits­vorbereitung gehen und die Maschinendaten aufbereiten. Auch die Kontrolle geht schneller und genauer. Was wir früher in zwei Tagen kontrolliert haben, machen wir mit einem guten digitalen Zwilling in wenigen Stunden. Wir können Aussparungen genau setzen und dann auf der Baustelle schneller montieren. Die Fehlerquote ist geringer, und wir haben weniger Verschnitt, sparen also Ressourcen. Zudem entsteht eine höhere Termin- und Kostensicherheit.

TEC21: Müssen zukünftig alle Unternehmen nachziehen, oder gibt es Möglichkeiten, ohne BIM konkurrenz­fähig zu bleiben?
Pascal Angehrn: Jene, die ein Alleinstellungsmerkmal haben, werden sich auf dem Markt behaupten, auch ohne BIM.
Richard Jussel: Ich denke schon, das ein gewisser Prozentsatz im Bauablauf – projekt- und qualitätsbedingt – immer handwerklich bleibt, schon um etwas zu beurteilen oder schnell reagieren zu können.

TEC21: Wird Architektur ein stärkeres Gemeinschaftswerk durch BIM?
Pascal Angehrn: Es muss intensiver kommuniziert werden als im konventionellen Bauprozess – über alle Hierarchien. Vor allem muss man besser verstehen, wie sein Gegenüber funktioniert, um ein optimales Projekt zu schaffen.
Richard Jussel: Damit keiner ausgenutzt wird, braucht es eine weitere Komponente: ein Regelwerk über das Eigentum. Die Honorierung der Werke bzw. der Arbeit muss funktionieren.
Pascal Angehrn: Das stimmt, wenn wir von einem Unternehmer Details bekommen, aber mit einem anderen Unternehmer weiterarbeiten, dürfen wir diese nicht einfach weitergeben. Innovationen gehören den jeweiligen Urheber und müssen geschützt werden. Ein fairer Umgang muss sich etablieren.

TEC21: Bisher gibt es dafür noch kein genaues Regelwerk?
Pascal Angehrn: Doch, aber wenn wir ein Detail von Blumer Lehmann weiterentwickeln, dann ist es auf einmal auch unsere Architektenidee. Das ist eine heikle Situation.
Richard Jussel: Das gilt für uns genauso. Wir haben von verschiedenen Architekturbüros Modelle im Unternehmen. Es geht natürlich nicht, dass wir diese an Dritte weitergeben, da braucht es schriftliche Ab­machungen. Beim Lattich-Areal sind wir fünf Hauptträger, die alle die Rechte an den Daten haben. Keiner darf aber das Projekt kopieren, um woanders das gleiche Objekt aufzustellen.

TEC21: Das Lattich soll irgendwann abgebaut und woanders wieder aufgebaut werden. Hilft BIM dabei?
Richard Jussel: Grundsätzlich können wir das heute schon. BIM hilft aber sicher, Informationen über den Bau zu sammeln und später wieder abzurufen.

TEC21: Herr Jussel, wie ist das Modul aufgebaut?
Richard Jussel: Wir haben rund 140 Gebäude in Mo­dul­bauweise gebaut. Das Grundmodul des Lattich haben wir nicht neu entwickelt, sondern aus einem bestehenden Standard abgeleitet und angepasst. Aber  die Fassade, mitgestaltet von Markus Gossolt von der Agentur Alltag, ist für den Lattich-Bau neu entwickelt worden. Sie wird nach zehn Jahren sicherlich Verschleissmerkmale aufweisen wird, das ist uns ­bewusst, und das ist gewollt.
Pascal Angehrn: Herausfordernd war, das Modul und den Bau noch einfacher zu gestalten als sonst üblich.

TEC21: Kann man in dem Fall dann überhaupt von einer Standard-Vorfabrikation sprechen?
Richard Jussel: Das kommt darauf an, was man darunter versteht. Bei uns ist der Modulbauprozess standardisiert. Natürlich arbeiten wir auch mit standar­disierten Details, die dann aber den Wünschen des Architekten oder Bauherren angepasst werden.

TEC21: Wie weit geht die Nachbereitung, also die Dokumentation mit BIM?
Richard Jussel: Alles, was in 3-D geplant und mit BIM-Prozessen realisiert wird, wird gesammelt als Abschlussmodell des Projekts. Wenn der Bauherr zum Beispiel das I in BIM auch in seiner Dokumentation haben möchte, bedeutet das einen grossen Auftrag. Erst wenn die Daten ausgewertet sind, ist das Projekt abgeschlossen. Beim Lattich haben wir das ganze Gebäude als BIM-Modell archiviert.

TEC21, Fr., 2019.06.14

In die bestehende Tragstruktur einer Firmenhalle haben Furrer Jud Architekten eine gestapelte Raumsequenz eingehängt, um neue Gemeinschaftsräume für die Mitarbeitenden zu schaffen. Das nötige Tageslicht gelangt durch eine transparente Fassadendecke ins Innere der mehrheitlich geschlossenen Halle.

Umbauten steigern den Wert einer Immobilie und verbessern oft die Aufenthaltsqualität für die Nutzer. Auch bei Indus–triegebäuden sind Umbauten an der Tagesordnung. Dabei geht es nicht immer nur um die Verbesserung der Arbeitsabläufe. Beim Umbau einer Werkhalle für eine Firma im Fahrleitungssektor in Gwatt bei Thun stand das Wohl der Mitarbeiter im Zentrum. Auf dem Gelände sollten ein Schulungs-, ein Aufenthalts- und ein Garderobenraum entstehen, für deren Umsetzung die Bauherrschaft Furrer Jud Architekten direkt beauftragte.

Hoch gestapelt

Schon zu Beginn der Planung wurde klar, dass eine Erweiterung auf dem freien Gelände des Firmenareals den vorherrschenden Werkverkehr stark beeinträchtigen würde. Also setzten sich die Architekten mit einer Ergänzung im Innern der bestehenden Werkhalle auseinander. Um die Arbeitsabläufe möglichst nicht zu behindern, sollte die Intervention allerdings wenig Verkehrsfläche der Halle besetzen. Eine Stapelung der Räume lag auf der Hand: die Garderobe im EG, der Schulungsraum im 1. OG und der Aufenthaltsraum im 2. OG. Besonders reizvoll erschien es den Architekten, den bestehenden Stahlbau zu nutzen und die neue Konstruktion in das vorhandene Tragwerk zu integrieren. Die statischen Abklärungen durch Dr. Uwe Teutsch, Bauingenieur und Inhaber von Tragstatur, stützten diesen Ansatz.

Integration und Anbindung

Der existierende Skelettbau der leicht gedämmten Halle zeichnet sich durch unterschiedlich starke Stützen und Riegel aus. In Querrichtung ist die «dreischiffige» Halle über Rahmenwirkung ausgesteift, in Längsrichtung durch Verbände in der Fassadenebene. In 6.24 m Höhe liegen in Längsrichtung der Halle Kranbahnträger auf Stützenkonsolen auf; die Laufkatze trug bis zu 20 t schwere Lasten von Bobinen und Fahrleitungsmasten.

In der südlichen Hallenecke, wo die Architekten den Raumstapel verorteten, wurde der Kran stillgelegt. Mit dieser Massnahme liess sich das statische Potenzial des überdimensionierten Tragwerks für den Einbau aktivieren. Die beiden Obergeschosse der neuen Sozialräume planten die Architekten als eine hybride und relativ leichte Konstruktion aus Stahl und Hohlkastenelementen aus Holz, die in die Kranbahn eingehängt wurde (14 t Stahl und 20 t Ausbaulasten). Alle Mehrlasten liessen sich über die bestehende Tragkonstruktion der Halle ableiten, da die Aufhängungen des Stahlkastens relativ nah am Auflager der Kranbahnschiene positioniert wurden. Eine zusätzliche Fundierung oder Verstärkung war nicht notwendig. Einzig die Kranbahnschiene entlang der Fassade wurde stellenweise an den Flanschen mit aufgeschweissten dünnen Blechen verstärkt.

Schwebende Kiste

Durch die heterogene Materialisierung des Einbaus – 2. OG silbergraues Profilblech, 1. OG dunkler Stahl und EG Sichtkalksandstein – treten das oberste und das unterste Stockwerk in den Hintergrund, sodass das stählerne Volumen in der Mitte im Raum zu schweben scheint. Zwischen dem gemauerten Sockel im EG und dem Stahl-Holz-Hybridbau darüber haben die Architekten eine 50 cm hohe Fuge belassen, die sie nur mit einer einfachen Verglasung schlossen. Die Fuge stärkt den schwebenden Eindruck des darüber angeordneten Körpers noch und gewährleistet gleichzeitig eine angemessene Belichtung der Umkleidekabinen mit Tageslicht.

Der fast schwarze Stahlkörper mit einer Höhe von 3.6 m, einer Breite von 9.5 m und einer Tiefe von 7.4 m ist als Hohlkasten ausgebildet und wird in Querrichtung durch die beiden raumhohen Stahlwangen ausgesteift. Sie bestehen aus einem Rahmen aus H-Profilen, der mit einem 5 mm starken, alle 1.8 m mit Rippen ausgesteiften Blech ausgefacht ist. In Längsrichtung wird die Aussteifung des Kastens durch eine Rahmenwirkung gewährleistet. Hierfür sind die Verbindungen der Stahlprofile in Längsrichtung des Kastens mit den Endpfosten der Seitenwände in Querrichtung biegesteif ausgeführt.

Diese Rahmenwirkung ermöglicht schliesslich die Vollverglasung der Vorder- und Rückseite des raumhohen Hohlkastens. Boden und Decke sind als Lignatur-Hohlkastenelemente ausgeführt, was die Konstruktion deutlich leichter macht als eine klassische Betonverbunddecke. Die Gewichtseinsparung ermöglichte es, die bestehende Kranbahn unverstärkt zu verwenden und eine schlanke, aber dennoch auffallende Aufhängung der vier Ecken der Gesamtkonstruktion an die Kranbahnträger – jeweils zwei konstruktive Aufhängedetails pro Kranbahn – zu realisieren.

Auf der zur Fassade gewandten Seite umfassen zu einer Lasche zusammengeschweisste Walz- und Blechprofile den Kranbahnträger. Auf der Seite zum Halleninnern haken sich die Walzprofile am Kranbahnträger ein. Die beiden geschlossenen Seitenwände des Kastens wurden mit der Aufhängung der einen Seite komplett in der Werkstatt verschweisst und auf die Baustelle geliefert. Die Verbindung der beiden Seitenwände mit den Längsprofilen des Kastens erfolgte auf der Baustelle durch Schraubverbindungen. Lediglich an vier Stellen im Bereich der Aufhängung des Kastens an den Kranbahnträger in Fassadenebene waren Baustellenschweissungen notwendig. Alle vier Lager sind mit einem schwingungsdämpfenden Elastomer ausgestattet, damit die Vibrationen, die durch die in den anderen Feldern der Halle befindlichen Laufkatzen entstehen, nicht in die Sozialräume übertragen werden.

Die oberen Räume werden über zwei Stahltreppen erschlossen. Die Lauffläche besteht aus Gitterrosten, die auf beiden Seiten des Stahlbaus auf Konsolen aufliegen und von den Profilen des raumhohen Hohlkastens auskragen. Im 1. OG sind die beiden Treppen über eine Art Laubengang verbunden.

Der Aufenthaltsraum im 2. OG erweitert sich über eine Aussentür zu einem neuen Balkon an der Aussenfassade der Werkhalle. Ähnlich wie eine Fensterreinigungs-Hängebühne am Dach befestigt ist, hängt auch der Balkon an einer Tragkonstruktion, die in der Dachebene verankert ist. Vier IPE-400-Profile stehen auf Vierkantrohren, die ihre Lasten auf die Querträger der bestehenden Dachkonstruktion der Halle abgeben. An diesen um 2.3 m über den Dachrand auskragenden Profilen hängen 3.75 m lange Zugstangen, die über eine Blechwange die Profile des Balkons abfangen. Die Thematik der aufgehängten Konstruktion zeigt sich somit nicht nur im Innern der Halle, sondern auch aussen.

Fassadenrhythmus bewahrt

Die Hallenfassade war bis anhin nahezu vollflächig mit einem Wellblech verkleidet. Lediglich auf Höhe des Erdgeschosses kam Licht durch ein durchlaufendes Fensterband in den Raum. Um nun auch die neuen Aufenthaltsräume mit Tageslicht zu versorgen, haben die Architekten den Eckbereich der Fassade auf einem Abschnitt von 11 × 15,7 m mit einer neuen Verglasung versehen. Auch die Dachhaut des Hallendachs musste in diesem Bereich erneuert werden, wobei die Tragkonstruktion unverändert und unverstärkt bestehen bleiben konnte. Die neue Pfosten-Riegel-Konstruktion korrespondiert farblich mit dem für den neuen Halleneinbau verwendeten Stahl, aber auch mit dem Rhythmus der alten, anschliessenden Fassade.

Die transformierte Hallenecke erscheint heute aufgefrischt, hell und transparent, dennoch ist sie als Teil des Bestehenden zu erkennen. Einer Apparatur oder einer grossformatigen Installation gleich fügt sich der neue Einbau als wichtiger Bestandteil wie selbstverständlich in und an die Werkhalle.


Anmerkung:
Dieser Artikel erschien bereits unter dem Titel «Neue Transparenz für eine Werkhalle» in steeldoc 01/18.

TEC21, Fr., 2018.04.13