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2/18 Form und Struktur

BAU.WERK

Von Roboterhand gebaut

Das Projekt «Spatial Timber Assemblies» denkt traditionelle Holzrahmenbauweise weiter. In dem neuen, digitalen Holzbauverfahren realisieren kooperierende Roboter bereits in der Vorfabrikation geometrisch komplexe Holzmodule. Dank der Zusammenarbeit – und smarter Programmierung. Was sich noch nach Zukunftsmusik anhört, wird gerade nahe Zürich umgesetzt.

Text PD, SD | Fotos ETH Zürich

Heutzutage werden ganze Bauelemente mit computergestützten Anlagen gefertigt. Die Maschine schneidet das Rohmaterial dabei zwar zu, danach wird es jedoch meist manuell zu einem ebenen Rahmen verbaut. Dieser Fertigungsprozess schränkt die geometrische Gestaltungsfreiheit stark ein. Das soll sich mit dem Projekt Spatial Timber Assemblies ändern, das Architektur mit Robotik und Handwerk vereint. Forschende der Professur für Architektur und Digitale Fabrikation der ETH Zürich haben das Projekt im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunktes (NFS) «Digitale Fabrikation» in enger Zusammenarbeit mit der Erne AG Holzbau entwickelt.

Die von Robotern vorfabrizierten, tragenden Holzmodule kommen in Dübendorf (ZH) zum Einsatz: in den oberen zwei Geschossen des Bauprojektes DFAB House auf dem Forschungs- und Innovationsgebäude NEST der Empa und Eawag. Gleichzeitig handelt es sich um das erste Mal, dass ein grossmassstäbliches Architekturprojekt mit den Baurobotern des neuen Robotic Fabrication Laboratory an der ETH Zürich umgesetzt wird.


Kollegialität: So arbeiten Roboter und Mensch zusammen

Auf dem Campus Hönggerberg, in der grosen Halle des Arch_Tech_Labs, nimmt im ersten Schritt ein Roboter einen Holzbalken auf und führt ihn einer Säge für den Zuschnitt zu. Nach einem automatisierten Werkzeugwechsel bohrt ein zweiter Roboter die erforderlichen Löcher für die Anschlüsse zu den verbindenden Balken vor. Abschliessend kooperieren die beiden Roboter und ordnen die Balken gemäss Computerentwurf präzise im Raum an. Damit es beim Positionieren der einzelnen Holzbalken nicht zu Kollisionen kommt, haben die Forschenden einen Algorithmus entwickelt, der den Bewegungspfad für die Roboter anhand des Baufortschritts fortlaufend neu berechnet. Ganz ohne den Menschen geht es nicht: Handwerker verschrauben die Balken daraufhin manuell.

Im Gegensatz zur traditionellen Holzrahmenbauweise kann hier auf Verstärkungsplatten zur Aussteifung verzichtet werden, denn die erforderliche Steifigkeit und Tragfähigkeit resultiert aus der geometrischen Anordnung. Das spart nicht nur Material, sondern eröffnet auch gestalterisch neue Möglichkeiten. Insgesamt sechs räumliche, geometrisch individuelle Holzmodule werden auf diese Weise erstmals vorfabriziert. Lastwagen bringen sie dann auf die Baustelle des DFAB House auf dem NEST in Dübendorf, wo sie zu einer doppelstöckigen Wohneinheit mit einer Fläche von mehr als 100 Quadratmetern zusammengefügt werden. Die komplexe Geometrie des Holzbaus bleibt hinter einer lichtdurchlässigen Membranfassade sichtbar.

 

Von Anfang bis Ende: Die integrierte digitale Bauweise

Die Informationen darüber, wie die Holzbalken zugeschnitten und angeordnet werden müssen, beziehen die Roboter aus einem computergestützten Gestaltungsmodell. Dieses wurde eigens ihm Rahmen des Projekts entwickelt und hat auf Basis verschiedener Eingabeparameter eine Geometrie aus insgesamt 487 Holzbalken generiert. Dass bei Spatial Timber Assemblies nicht nur digital fabriziert, sondern auch entworfen und geplant wird, ist für Matthias Kohler, Professor für Architektur und Digitale Fabrikation an der ETH Zürich und Projektinitiant des DFAB HOUSE, ein entscheidender Vorteil: «Verändert sich etwas im Gesamtprojekt, kann das Computermodell laufend an die neuen Anforderungen angepasst werden. Diese integrierte digitale Bauweise überwindet die Distanz zwischen Entwurf, Planung und Ausführung.»



Handwerk und Digitalisierung: Sie brauchen einander

Bereits beim robotergebauten Holzdach des Arch_Tech_Lab auf dem Campus Hönggerberg arbeitete die ETH Zürich mit der Erne AG Holzbau zusammen. Im Rahmen von Spatial Timber Assemblies fliesst nun erneut Holzbauwissen des Unternehmens in die ETH-Forschung mit ein. Kohler ist vom Synergieeffekt dieser Zusammenarbeit überzeugt: «Die digitale Fabrikation ist auf das enorme Wissen, das im Handwerk steckt, angewiesen. Umgekehrt kann die Digitalisierung das Handwerk aufwerten und neue Möglichkeiten eröffnen». Dass die wissenschaftlichen Disziplinen Hand in Hand mit der Industrie arbeiten, sei ausserdem ausschlaggebend dafür, dass Technologien nach so kurzer Zeit bereits in die architektonische Anwendung überführt werden können, so Kohler.

Bei der NEST-Einheit DFAB House kamen insgesamt sechs verschiedene Formen der digitalen Fertigung zum Einsatz. Die Unit geht Mitte 2018 in Betrieb. Das heisst, dass sie über einen längeren Zeitraum analysiert und ausgewertet wird. So werden die digitalen Fabrikationstechniken erstmals unter Langzeitbedingungen getestet und weiterentwickelt. empa.ch/web/nest/digital-fabrication,
dfabhouse.ch


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