Roboter kooperieren im Holzbau

Die Digitalisierung hat im Holzbau Einzug gehalten: Ganze Bauelemente werden bereits heute mit computergest¨¹tzten Anlagen gefertigt. Dabei wird das Rohmaterial zwar von Maschinen zugeschnitten, danach jedoch meist manuell zu einem ebenen Rahmen verbaut. Dieser Fertigungsprozess schr?nkte die geometrische Gestaltungsfreiheit bis anhin stark ein.

Im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunktes (NFS) Digitale Fabrikation haben Forschende der Professur f¨¹r Architektur und Digitale Fabrikation der ETH Z¨¹rich nun ein neues, digitales Holzbauverfahren entwickelt. Es erweitert die M?glichkeiten der traditionellen Holzrahmenbauweise, indem es erlaubt, geometrisch komplexe Holzmodule effizient zu realisieren. Spatial Timber Assemblies wurde in enger Zusammenarbeit mit der Erne AG Holzbau entwickelt und wird im DFAB HOUSE auf dem Forschungs- und Innovationsgeb?ude NEST der Empa und Eawag in D¨¹bendorf erstmals eingesetzt. Gleichzeitig handelt es sich um das erste Mal, dass ein grossmasst?bliches Architekturprojekt mit den Baurobotern des neuen Robotic Fabrication Laboratorys an der ETH Z¨¹rich umgesetzt wird.

Mit robotischer Pr?zision

In einem ersten Schritt nimmt ein Roboter einen Holzbalken auf und f¨¹hrt ihn einer S?ge f¨¹r den Zuschnitt zu. Nach einem automatisierten Werkzeugwechsel bohrt ein zweiter Roboter die erforderlichen L?cher f¨¹r die Anschl¨¹sse zu den verbindenden Balken vor. Abschliessend kooperieren die beiden Roboter und ordnen die Balken gem?ss Computerentwurf pr?zise im Raum an. Damit es beim Positionieren der einzelnen Holzbalken nicht zu Kollisionen kommt, haben die Forschenden einen Algorithmus entwickelt, der den Bewegungspfad f¨¹r die Roboter anhand des Baufortschritts fortlaufend neu berechnet. Handwerker verschrauben die Balken anschliessend manuell.

Nachhaltiger und individueller bauen

Im Gegensatz zur traditionellen Holzrahmenbauweise kann bei Spatial Timber Assemblies auf Verst?rkungsplatten zur Aussteifung verzichtet werden, denn die erforderliche Steifigkeit und Tragf?higkeit resultiert aus der geometrischen Anordnung. Das spart nicht nur Material, sondern er?ffnet auch gestalterisch neue M?glichkeiten. Insgesamt sechs r?umliche, geometrisch individuelle Holzmodule werden auf diese Weise erstmals vorfabriziert. Lastwagen bringen sie dann auf die Baustelle des DFAB HOUSE auf dem NEST in D¨¹bendorf, wo sie zu einer doppelst?ckigen Wohneinheit mit einer Fl?che von mehr als 100 m? zusammengef¨¹gt werden. Die komplexe Geometrie des Holzbaus wird dereinst hinter einer lichtdurchl?ssigen Membranfassade sichtbar bleiben.

Integrierte digitale Bauweise

Die Informationen dar¨¹ber wie die Holzbalken zugeschnitten und angeordnet werden m¨¹ssen, beziehen die Roboter aus einem computergest¨¹tzten Gestaltungsmodell. Dieses wurde eigens ihm Rahmen des Projektes 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 f¨¹r Matthias Kohler, Professor f¨¹r Architektur und Digitale Fabrikation an der ETH Z¨¹rich und Projektinitiant des DFAB HOUSE, ein entscheidender Vorteil: ?Ver?ndert sich etwas im Gesamtprojekt, kann das Computermodell laufend an die neuen Anforderungen angepasst werden. Diese integrierte digitale Bauweise ¨¹berwindet die Distanz zwischen Entwurf, Planung und Ausf¨¹hrung.?

Erfolgsrezept Wissensaustausch

Bereits beim robotergebauten Holzdach des Arch_Tech_Lab auf dem 澳门美高梅金殿 H?nggerberg arbeitete die ETH Z¨¹rich erfolgreich mit 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 ¨¹berzeugt: ?Die digitale Fabrikation ist auf das enorme Wissen, das im Handwerk steckt, angewiesen. Umgekehrt kann die Digitalisierung das Handwerk aufwerten und neue M?glichkeiten er?ffnen?. Dass die wissenschaftlichen Disziplinen Hand in Hand mit der Industrie arbeiten, sei ausserdem ausschlaggebend daf¨¹r, dass Technologien nach so kurzer Zeit bereits in die architektonische Anwendung ¨¹berf¨¹hrt werden k?nnen, so Kohler.