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Aviva Stadion in Dublin

Anwendung parametrischer Designmethoden für den Entwurfs-, Planungs- und Herstellungsprozess

von Katja Pfeiffer

Im Mai 2010 eröffnete nach rund zweijähriger Bauzeit die neue gemeinsame Spielstätte der irischen Fußball- und Rugbynationalmannschaft: das Aviva Stadion an der Lansdowne Road in Dublin. Digitale Designprinzipien bildeten hierbei die Grundlage für die Prozesskette vom Entwurf bis zur Umsetzung.

Nach rund zweijähriger Planungs- und Bauzeit erhielten die irische Fußball- und Rugbynationalmannschaft im Mai 2010 eine neue gemeinsame Spielstätte: das Aviva Stadion an der Lansdowne Road in Dublin, das dort das 1872 eröffnete und 2007 abgerissene, nach der Straße benannte Stadion ersetzt. Der hufeisenförmige, für etwa 50.000 Zuschauer angelegte Neubau wurde von Populous Architects, die auch für das Olympiastadion in London für 2012 verantwortlich zeichnen, in Zusammenarbeit mit dem Innenarchitekten Scott Tallon Walker und dem Tragwerksplaner Buro Happold entworfen. Auffallend ist die geschwungene gläserne Gebäudehülle bzw. Überdachung der umlaufenden Tribünen: Im Osten und Westen erhebt sie sich weit über das viergeschossige Niveau der Ränge, während sie im Norden, auf einen Rang abgeflacht, dem Zuschauer den Blick auf die städtische Umgebung freigibt und das Gebäude gleichzeitig in die bebaute Landschaft integriert. Die wie ein Schuppenpanzer eines Fischs anmutende Hülle besteht aus mehreren Tausenden, in Größe und in der Art der Befestigung unterschiedlichen, teilweise öffenbaren Paneelen aus Polykarbonat.

Digitale Prozesskette

Parametrische Designprinzipien auf Basis der beiden Programme Rhinoceros und Generative_Components bildeten die Grundlage für den gemeinschaftlichen Prozess vom Entwurf über die Planung bis zur Herstellung der Bauteile. Sie ermöglichten Architekten und Fachplanern eine enge Zusammenarbeit sowie die Vorfertigung komplexer Gebäudekomponenten. Auf Basis der Datenweitergabe rein digitaler Parameter ließ sich hierbei die 2-D-Dokumentation auf ein Minimum reduzieren.

Entwurf

Ziel war es, eine Gebäudeform zu finden, die Dach und Fassade in einer einzigen Struktur aufnehmen würde. Sie musste alle aus Dach und Fassade resultierenden technischen Anforderungen und statischen Toleranzen aufnehmen. Die ersten Studien und Konzepte zu dieser Form entstanden auf Grundlage zweier 3-D-Programme. Zunächst verwendeten Populous Architects die Software Rhinoceros. Die erste einfache Grundstruktur basierte auf einer Kombination aus tangentialen Bögen und einem ebenen Strukturnetz. Danach wurde diese zweidimensionale Geometrie auf den kompletten Gebäudeumfang übertragen und dadurch ein 3-D-Modell generiert. Dieses Grundmodell wurde schließlich in das Programm Generative_Components eingespielt.

Populous Architects arbeiteten bereits zu diesem Zeitpunkt an der Entwicklung einer Fassade bzw. Hülle, nach der sich das Design der weiteren architektonischen und tragenden Elemente richten würde. Die Vorwegnahme der Definition der Gebäudeform durchdiese Komponenten war für die weitere Entwicklung des Generative_Components-Modells von höchster Bedeutung. Die Variablen und Basisprinzipien, die innerhalb des GC-Modell erstellt wurden, erlaubten es den Architekten, die Kontrolle über die endgültige Form des Modells zu wahren. Das parametrische Modell war somit definiert durch Variablen einerseits und geometrischen Vorgaben andererseits. Für die fertige Konstruktion bedeutete dies u.a., dass sie direkt aus der Form der parametrisch generierten Gebäudehülle resultieren würde.

Parametrische Entwicklung: Architektur und Tragstruktur

Nach der Entwicklung der Basisinformationen für Fassade und Dach in Form des parametrischen 3-D-Modells widmeten sich die Planer der Ausführung der eigentlichen Hüllelemente von Dach und Fassade und der darunterliegenden Tragkonstruktion. Hierzu bedurfte es lediglich eines einzigen Arbeitsblatts; beide Entwurfspartner, Populous Architects und Buro Happold, konnten somit gleichzeitig an dem Projekt arbeiten. In enger Zusammenarbeit mit dem Tragwerksplaner legten die Architekten zunächst die Prinzipien fest, nach denen sich die Elemente der Tragstruktur in Bezug auf die parametrische Hülle richten würden. Hierfür mussten sie eine Plattform entwickeln, die den einfachen Datenaustausch und die simultane Bearbeitung durch beide Entwurfspartner ermöglichte. Zuerst vereinfachten die Planer das gct-Skript; das Resultat war ein einziges gct-File, das alle Daten der Hülle beinhaltete. In dieses File verwiesen sie Basisdaten und -informationen aus einem externen Excel-Arbeitsblatt. Auf Basis des originalen gct-Files entwickelten daraufhin Buro Happold die Tragstruktur, Populous wiederum die Hülle. Zur Modifikation bzw. Optimierung der Hülle veränderten die Architekten die in der Excel-Tabelle festgelegten Variablen.

Aufgrund der engen Verknüpfung von Fassadenhaut und Dachstruktur und aufgrund der gemeinsamen geometrischen Prinzipien hatte jede Modifikation der Gebäudeform direkte Auswirkungen auf die Dachform. Die parametrische Abhängigkeit von Dach und Fassade sowie die simultane Bearbeitung durch die beiden Planungspartner ermöglichte es den Architekten, die Gebäudeform nach gewissen Kriterien, so zum Beispiel hinsichtlich der Verteilung der Grundflächen, abzuändern bzw. zu optimieren. Hierbei berechneten sie verschiedene Formvarianten und übertrugen dies in die Excel-Tabelle. Auf Grundlage dieser Tabelle generierte Buro Happold in mehreren Berechnungsdurchläufen das aus 3500 verschiedenen Elementen bestehende Strukturmodell. Die Anwendung des parametrischen Modells erlaubte Buro Happold wiederum die Implementierung unterschiedlicher Lastfälle und Lastfallkombinationen sowie deren Analyse bzw. Rückkopplung in den Entwurfsprozess. Nach herkömmlicher Arbeitsweise ohne digitale Technologien hätte dieser Entwurfsprozess vermutlich Monate gedauert und vergleichsweise hohe Kosten verursacht.

Fassade

Auch zur Entwicklung der Fassade benutzte Populous die Software Generative_Components. Ausgehend von der Grundform der Hülle machten sie mehrere Testdurchläufe, um die Anordnung der Paneele zu bestimmen. Danach konzentrierten sie sich auf die Detailausbildung und die Dimensionierung der Paneele und Verbindungselemente. Nach Festlegung der exakten Größe und Belastungsgrenzen der Verbindungselemente bauten sie die erarbeiteten Informationen in das parametrische Oberflächenmodell ein. Diese Daten wurden daraufhin - unter Angabe der Größe, Position und Neigungswinkel eines jeden der rund 4000 Paneele - in zahlreiche Excel-Tabellen umgewandelt und zusammen mit dem generierten 3-D-Modell an den Fassadenkonstrukteur weitergegeben. In gleicher Weise übermittelten Buro Happold das von ihnen entwickelte parametrische Tragwerksmodell an den Hersteller der Tragelemente.

Herstellung der Gebäudehülle

Der Zusammenbau der Paneele und Befestigungselemente fand auf dem Werksgelände der Dubliner Firma William Cox statt, die Montage erfolgte auf der Baustelle. Für den korrekten Zusammenbau im Werk mussten die Architekten die Dimensionen der Paneele und die entsprechenden Winkel der Befestigungselemente in einem den Herstellersystemen konformen Datenformat übermitteln. Die Informationen wurden, wie oben beschrieben, in Datenblätter erfasst und zusammen mit geometrischen Modellen als Teil der Konstruktionsbeschreibung übergeben. Die Subunternehmen konnten aus diesem Informationspaket automatisch ein eigenes detailliertes Fassadenmodell erstellen. Darauf basierend entwarfen sie mithilfe ihrer betriebseigenen Designtools die jeweiligen Fabrikationsmodelle. Diese Prozesskette erlaubte es den unterschiedlichen Zulieferfirmen, komplette Konstruktionsmodelle zu entwickeln, ohne auf die von ihnen bevorzugten Programme zur Detailentwicklung bei der Konstruktion zu verzichten. [1]

Zusammenfassung

Von den ersten Entwurfsideen über die Formgebung der Hülle bis zur Herstellung - eine koordinierte Übermittlung von Daten und Informationen auf Grundlage des parametrischen Modells und parametrischer Designmethoden erleichterte die Zusammenarbeit von Architekten und Ingenieuren in besonderer Weise. Ohne Zweifel wäre der Designprozess auch ohne parametrische Software realisierbar gewesen; allerdings mit deutliche höherem Planungs-, Zeit- und Kostenaufwand und letztendlich sehr viel höherer Fehleranfälligkeit bei der Planung, Herstellung und Montage.

Anmerkung:[1] nach: Angus W. Stocking "Generative Design Comes of Age"

Technische Informationen: David Hines

Fotos: Donal Murphy

Grafiken: Populous Architects

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