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Computational Wood Architecture

»Wir versuchen nicht, bestehende Konstruktionstypologien oder Fertigungsprozesse zu verbessern, sondern Architektur grundsätzlich als Resultat des Zusammenspiels zwischen dem Physischen – dem Material – und dem Digitalen – dem Entwurf – zu sehen. Die digitale Fertigung ist ausschlaggebend für das, was entworfen und gebaut werden kann und ist somit die Grundlage unserer Forschung«, erläutert Oliver David Krieg, Leiter des Bereichs Computational Wood Architecture. Dazu kooperiert das ICD, geleitet von Achim Menges, mit dem Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE) unter Leitung von Jan Knippers, sowie Materialforschern, Biologen und Computerwissenschaftlern.

Prototypen einer neuen Ära
Wie dieses neue Verständnis des Holzbaus architektonisch aussehen kann, werden zwei Prototypen demonstrieren, die derzeit in Planung sind und die Ergebnisse verschiedener Holzbau-Forschungsansätze bündeln. Zur Bundesgartenschau Heilbronn 2019 wurde eine Studie für einen etwa 500m² großen Holzpavillon vorgeschlagen, der eine neue Leichtbauweise in Form einer segmentierten Holzschale erprobt. Der zweite spektakuläre Demonstrator soll als Forum des Deutsch-Amerikanischen Instituts am Adenauer Platz im Kontext der IBA Heidelberg fungieren. Hierzu wird eine völlig neue Art von Holzkonstruktion entwickelt, die sich durch ein ungerichtetes räumliches Tragwerk und durch die Verwendung von kleinen und minderwertigen Holzelementen auszeichnet. »Dabei steht vor allem der robotische Zusammenbau von unbearbeiteten Holzstäben im Vordergrund, deren Orientierung und Dichte mit Hilfe von digitalen Entwurfswerkzeugen kontrolliert werden kann. So soll eine redundante, aber materialsparende Konstruktion entstehen, die ein sehr hohes Maß an Anpassungsfähigkeit erlaubt« so der Wissenschaftler. Am Institut werden dazu auch die Grundlagen erarbeitet: Das Forschungsprojekt Holzbau 4.0 überträgt wesentliche Aspekte der Industrie 4.0 und der damit einhergehenden Digitalisierung der Fertigung und Logistik auf die Vorfertigung im Holzbau. »Im Fokus stehen dabei alle Aspekte der cyber-physischen Produktion: Subtraktive Fertigung der Einzelteile; additive Montage der Bauteile zu vorgefertigten Baugruppen; digitalisiertes Identifizieren, Handhaben, Platzieren und Fügen von Bauteilen; intelligente Logistik; sowie Feedback und Qualitätssicherung«, erläutert Achim Menges. Ziel soll dabei nicht die Vollautomatisierung werden, sondern eine Kombination der Stärken von Handwerk und Robotik. Speziell die Möglichkeiten der direkten Kooperation von Mensch und Maschine analysiert das Forschungsprojekt »Mensch-Roboter-Kooperation im Holzbau«. Während die Fertigung der Einzelteile im Holzbau bereits stark digitalisiert ist, etwa durch CNC-Fräsen, erfolgt deren Fügung zu Baugruppen weiterhin durch händische Arbeit. Das Forschungsprojekt soll aufzeigen, wie neuartige Ansätze der Mensch-Roboter Kooperation auch für die Montage in der Holzbau-Vorfertigung ein höheres Maß an Automatisierung, Qualität und Wirtschaftlichkeit ermöglichen. Dabei sollen die bisherigen KMU-Strukturen im Holzbau bestehen bleiben und mögliche Synergien von Robotik und Handwerk entwickelt werden.

Dämmende Konstruktion
Während viele der Forschungspavillons des ICD zum Ziel haben, als Leichtbau möglichst material- und energieeffizient ein Höchstmaß an statischer Leistungsfähigkeit zu besitzen, untersuchen die Wissenschaftler im Vorhaben Hochdämmende Holzmassivkonstruktionen die Möglichkeit, Holz in Massivbauweise ohne zusätzliche Materialien als dämmende Konstruktion auszubilden. »Die niedrige Wärmeleitfähigkeit und der günstige Einsatz von Vollholz bieten dabei ideale Voraussetzungen. Im Forschungsprojekt wird in Kooperation mit der Jade Hochschule ein sortenreines Konstruktionssystem aus einfachem Massivholz entwickelt, das durch hochpräzise digitale CNC-Bearbeitung sowohl höher dämmend wird, als auch durch Form und Fügung konstruktive und bauphysikalische Anforderungen des energieeffizienten und nachhaltigen Bauens erfüllt«, beschreibt Oliver Krieg. Diese und noch weitere Holzforschungsprojekte am Institute for Computational Design and Construction zeigen, wie das traditionsreiche Material Holz durch neuartige Verarbeitungstechniken den Spagat schafft, zum vielversprechenden Hightech-Material der Zukunft zu werden, ohne seine charakteristischen sinnlichen Qualitäten einzubüßen.

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