Im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunktes (NFS) Digitale Fabrikation haben Forschende der ETH Zürich (Professur für Architektur und Digitale Fabrikation) ein neues, digitales Holzbauverfahren entwickelt. Es erweitert die Möglichkeiten der traditionellen Holzrahmenbauweise, indem es erlaubt, geometrisch komplexe Holzmodule effizient zu realisieren.
Laut Medienmitteilung der ETH Zürich wurde Spatial Timber Assemblies in enger Zusammenarbeit mit der Erne AG Holzbau entwickelt und wird im DFAB HOUSE auf dem Forschungs- und Innovationsgebäude NEST der Empa und Eawag in Dübendorf erstmals eingesetzt. Damit wird auch erstmals ein grossmasstäbliches Architekturprojekt mit den Baurobotern des neuen Robotic Fabrication Laboratorys an der ETH Zürich umgesetzt.
Was passiert? In einem ersten Schritt nimmt 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, wurde ein Algorithmus entwickelt, der den Bewegungspfad für die Roboter anhand des Baufortschritts fortlaufend neu berechnet. Die anschliessende Verschraubund der Balken erfolgt im Anschluss manuell durch Handwerker.
Der Vorteil dieser Bauweise liegt darin, dass man im Gegensatz zum traditionellen Holzrahmenbau bei Spatial Timber Assemblies auf Verstärkungsplatten zur Aussteifung verzichten kann. Die erforderliche Steifigkeit und Tragfähigkeit ergibt sich hier aus der geometrischen Anordnung. Das spart nicht nur Material, sondern eröffnet auch gestalterisch neue Möglichkeiten – es kann also nachhaltiger und individueller gebaut werden. Vorerst werden insgesamt sechs räumliche, geometrisch individuelle Holzmodule auf diese Weise vorfabriziert.
Mittels Lastwägen werden die vorfabrizierten Module auf die Baustelle des DFAB HOUSE auf dem NEST in Dübendorf gebracht, wo sie zu einer doppelstöckigen Wohneinheit mit einer Fläche von mehr als 100 m² zusammengefügt werden.
Die Informationen darüber wie die Holzbalken zugeschnitten und angeordnet werden müssen, beziehen die Roboter aus einem computergestützten 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 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.“
Das Spektrum der Möglichkeiten für den traditionellen Holzbau wird durch das neue Verfahren für den digitalen Holzbau erweitert. (Video: NCCR Digital Fabrication / “schwarzpictures.com”)