Der Neubau ist einzigartig in vielerlei Hinsicht: Das Konzept und die Planung wurden durch mehrere Professuren und einen Projektleiter im Teamwork durchgeführt.

Die Nutzer planten ihr eigenes Gebäude. Der Bau vereint die neusten Technologien im Bauwesen und ist in sich ein gebauter und gelebter Prototyp.

Ein ganzes Institut unter einem Dach mit viel Gemeinschaftsfläche für Austausch und Interaktion durchbricht konventionelle Denkstrukturen.

Sechs Hauptakteure
erzählen vom Bauen der Zukunft aus ihrer Sicht, von ihren Forschungsfeldern und von deren Anwendung beim Arch_Tec_Lab.

  • Prof. Sacha Menz, Professor für Architektur und Bauprozess
  • Guido Züger, Architektur und Gesamtleitung Planung
  • Prof. Fabio Gramazio und Prof. Matthias Kohler, Professur für Architektur und Digitale Fabrikation
  • Prof. Dr. Philippe Block, Professor für Architektur und Tragwerk
  • Prof. Dr. Arno Schlüter, Professor für Architektur und Gebäudesysteme
  • Prof. Benjamin Dillenburger, Assistenzprofessor für digitale Bautechnologien
  • Prof. Sacha Menz
  • Guido Züger
  • Prof. Gramazio und Prof. Kohler
  • Prof. Dr. Philippe Block
  • Prof. Dr. Arno Schlüter
  • Prof. Benjamin Dillenburger
Prof. Sacha Menz
Professor für Architektur und Bauprozess

Prof. Sacha Menz

Ein neues Credo vereint

«Ich bin gewissermassen stolz und liebe den Bau! Der gesamte Entstehungsprozess hat mich auf allen Ebenen extrem herausgefordert»

«Der Bau hat einiges bewegt. Er hat Wellen geschlagen bis über die europäischen Grenzen hinaus.» Professor Menz wird als geistiger Vater des Arch-Tec-Lab gehandelt: Der Bau versinnbildlicht im Massstab eins zu eins die gemeinsame Vision des Instituts für Technologie in der Architektur. Die Professuren sind sich einig: «Wir können das Bauen nicht neu erfinden, aber am Bauen forschen und die Zukunft des Bauens ergründen.»

Ohne interessierte Partner in der Industrie ist dieser Brückenschlag zwischen Forschung und Handwerk jedoch nicht möglich. Das Lab lädt daher die Industrie zum regen Austausch ein.

Die Digitalisierung, welche vermehrt Einzug auf diversen Ebenen der Bauprozesse hält, soll ebenso stark gewichtet werden wie der nachhaltig reduzierte Einsatz von Energie, Materialien und Landressourcen. Dieses gemeinsame Credo führte zu einem gemeinschaftlichen Planungsansatz, welcher wiederum neue Planungs- und Fabrikationsprozesse generierte.

Dem gegenüber steht als Mehrwert die soziale Interaktion, welche durch einen erhöhten Anteil an Gemeinschaftsfläche zulasten der Zellenbüros stattfindet. «Wo früher Doodle nötig war, da begegnet man sich jetzt so.»

Durch den offenen Gemeinschaftsraum finden unzählige informelle Gespräche statt, die den interdisziplinären Austausch beschleunigen. Teile dieses Raums können durch Ausstellungen oder Experimente individuell genutzt oder durch Möblierungen personifiziert werden. Dieser Umgang mit Autonomie, Kommunikation und Offenheit reflektiert den hier herrschenden Forschungsgeist.

«Wenn wir das Bauen verändern wollen, dann ist das mehr als nur ein technologischer Schritt. Wir müssen dabei auch die menschlichen Eigenschaften und Anforderungen berücksichtigen.»

Guido Züger
Architektur und Gesamtleitung Planung

Guido Züger

Der Mensch in der Planung

«Wir waren ein sehr gutes Team, das war sehr wichtig. Dadurch konnten Sachen entstehen, die sonst keine Chance hätten zu entstehen.»

Es mag erstaunen, dass am Eingang ins digitale Zeitalter, wo man angesichts der digitalen Vernetzung beschliessen könnte, von zu Hause aus zu arbeiten, man sich die physische Begegnung dennoch wünscht. Hier ist die Schwelle aufeinander zuzugehen niedrig, und man trifft sich, auch durch Zufall.

«Da war das Bedürfnis: Alle unter einem Dach. Aber man hatte noch keine Ahnung, wie das Dach aussehen soll.»
Eine Spezialität im Planungsprozess des Holzdachs ist sein hohes Mass an Vorfertigung, sodass die Montage auf der Baustelle selbst sehr rasch erfolgt.

Das Dach integriert mehrere Funktionen, wie die Dachhaut, natürliche und künstliche Beleuchtung, die Raumakustik und die Sprinkleranlage. Schon in einer frühen Entwurfsphase wurden die entsprechenden Fachplaner hinzugezogen und Details ausgearbeitet.

Die spezielle Entwicklung der Dachplanung und des Herstellungsprozesses machte auch die frühe Wahl und den Einbezug des Holzbauunternehmers nötig.
Das Arch_Tec_Lab ist ein Gebäude als Gesamtsystem, so ist jede Disziplin integraler Bestandteil.

Vernetztes Denken und Kommunizieren sowie der interdisziplinäre digitale Planungsprozess am Modell brachten alle Beteiligten enger zusammen. Es wurde transparent und im Sinne des Projektes gedacht und gehandelt.

«Auch dies ist eine elementare Erkenntnis: Die Voraussetzung für eine produktive Zusammenarbeit, ob mit digitalen Mitteln oder nicht, ist und bleibt eine intensive Kommunikation von Mensch zu Mensch.»

Prof. Fabio Gramazio und Prof. Matthias Kohler
Professur für Architektur und Digitale Fabrikation

Prof. Fabio Gramazio und Prof. Matthias Kohler

Die Sinnlichkeit der Digitalisierung

«Mit dem Roboter können wir Betonwände auf der Baustelle ohne Schalung bauen – das ist so elegant wie ökologisch.» (Kohler)

Beim Betreten der Halle zieht das Holzdach sofort die Aufmerksamkeit auf sich. Ein beeindruckendes Regelwerk aus Holzstäben zieht in Wellen über die Köpfe hinweg. Es taucht den Raum in eine ruhige, warme Stimmung.

Man würde nicht erwarten, dass diese stimmungsvolle Architektur Ausdruck einer digitalen Entwurfstechnik mittels Programmieren und robotischer Montage ist. Die Digitalisierung im Bauwesen kann die bestehende Baukultur erweitern und bringt eine Veränderung der Architektur und ihrer Räume mit sich, so die These. Das Arch_Tec_Lab macht diese neue, digitale Architektur erlebbar.

Das Dach wurde Schicht für Schicht aus 48'624 Holzlatten aufgebaut, und jede genagelte Verbindung ist aufgrund der Algorithmen unterschiedlich ausformuliert. Durch die digitale Berechnung entstehen kleine Variationen, welche die Struktur und den Rhythmus des Daches beleben – trotz oder dank der Digitalisierung.

Bauverfahren für Wände und Stützen aus Beton ohne Verschalung werden derzeit am Lehrstuhl erforscht. Die Muster stehen wie Artefakte in der Halle. Sie verleiten zum Berühren. Wenn keine Schalungsbretter mehr nötig sind: Wie gerade müssen Wände dann noch sein?

In der digitalen Materialität ist die Antwort zu suchen. Die Art, wie das Material verarbeitet werden kann, führt zu den robotischen Produktionsprozessen, welche gestalterisch gelenkt werden können. Man darf gespannt sein auf die Ausdrucksmöglichkeiten und Räume, die die Digitalisierung für die Architektur erschliesst.

«Das Robotic Fabrication Lab ist ein Ort, wo aus Ideen die Bauprozesse der Zukunft entstehen. Wir denken und arbeiten an einer zeitgenössischen Theorie der Architektur, aber wir sind auch Macher, wollen unsere Ideen gebaut sehen!»

Prof. Dr. Philippe Block
Professor für Architektur und Tragwerk

Prof. Dr. Philippe Block

Ultraleichte Tragstrukturen

« This building functions really well ! Here we can imagine the future. »

Professor Block ist Mitglied des Instituts für Technologie in der Architektur und eines der Kernmitglieder des Nationalen Forschungsschwerpunkts NCCR in digitaler Fabrikation. «Das Gebäude reflektiert Offenheit und die Wichtigkeit, die wir als Institut der Zusammenarbeit und dem Gedankenaustausch geben. Es ist ein extrem soziales Gebäude.»

Blocks Team beschäftigt sich mit der Entwicklung von Strukturen, welche um vieles leichter sind als herkömmliche Tragwerke, indem sie auf einfache Strukturen aus der Baugeschichte zurückblicken, beispielsweise einen Bogen als statisches Element. «Wir versuchen auf effizientere Art zu bauen.»

Zurzeit forscht das Team unter anderem zusammen mit Professor Dr. Arno Schlüter an einer Bodenplatte, die aus nur zwei Zentimetern nicht-armiertem Beton besteht und worin die ganze Gebäudetechnik «in kondensierter Form» integriert ist. Man stelle sich vor, was dies hinsichtlich der Dimension eines mehrstöckigen Gebäudes bedeutet: Man gewinnt ein zusätzliches Geschoss alle drei bis vier Stockwerke!

Die Schalloptimierung wird in diesem Fall nicht wie bis anhin durch Masse, sondern durch die Steifigkeit des Materials erzielt, wie dies in der Luftfahrt üblich ist.

Nebst der theoretischen Entwicklung ermöglicht das Arch_Tec_Lab auch Tests an Prototypen im Massstab eins zu eins in der Robotikhalle im unteren Stock. Das Arch_Tec_Lab selbst stellt das weltweit grösste je realisierte Projekt digitaler Montage dar und zeigt eine Reihe innovativer Forschungsergebnisse im Tragwerkbau.

«In prototypischen Anwendungen möchten wir zeigen, dass das nicht nur wilde akademische Ideen sind, sondern, dass wir auch tun, was wir sagen.»

Prof. Dr. Arno Schlüter
Professor für Architektur und Gebäudesysteme

Prof. Dr. Arno Schlüter

Der emissionsfreie Betrieb

«Das Schweizer Umfeld ist sehr gut. Da sind ein Wille und ein Wunsch nach Innovation vorhanden»

Hatte die Forschung neuer Gebäudetechnologien früher eine eher untergeordnete Bedeutung, so findet, seitdem die Themen Energiewende und Nachhaltigkeit an Gewicht gewonnen haben, ein Wandel in deren Bedeutung statt. Viel Wissen um diese Technologien ist bereits vorhanden, die Integration durch Architekten und Planer jedoch noch nicht selbstverständlich.

«Nachhaltigkeit und Energie müssen nebst Städtebau, Konstruktion, Ökonomie und anderen ein gleichwertiger Parameter in Entwurf und Planung werden. Und die Kernfrage, die sich somit aufdrängt, ist: Wie wandeln sich die Architektur und das Bauen?»

«Zero Emission Low Ex» heisst das an der ETH unter Professor Hansjürg Leibundgut entwickelte Konzept für die Gebäudetechnik, welche auch beim Arch_Tec_Lab einen möglichst emissionsarmen Betrieb des Gebäudes sicherstellt. Am Beispiel der Wärme- und Kälteversorgung bedeutet dies, dass das Gebäude an das «Anergienetz» des Campus ETH Hönggerberg angeschlossen wird und somit von Erdwärmespeichern und der Abwärme anderer Gebäude profitieren kann.

Der gesamte Planungsprozess wurde von Anfang an intensiv vom Building Information Modeling (BIM) begleitet. Simulationen von Wärmebedarf und Tageslicht anhand von Modellen dienten der Optimierung.

Mit der Erstellung des Arch_Tec_Lab ist es in Bezug auf Nachhaltigkeit und Energie aber noch nicht getan: Teilbereiche des Gebäudes können in einen «Forschungsmodus» versetzt werden, der die Regelung bestimmter Teilsysteme und die Aufzeichnung und Auswertung von Daten erlaubt, um einen effizienten und komfortablen Betrieb zu ermöglichen.

«Forschung am Gebäude zu erproben ist wichtig. Ein Gebäude und seine Nutzer sind gnadenlos: Entweder es funktioniert, oder es funktioniert nicht.»

Prof. Benjamin Dillenburger
Assistenzprofessor für digitale Bautechnologien

Prof. Benjamin Dillenburger

Die organischen Strukturen der Robotik

«Der 3D-Druck hat grosses Potenzial für die Architektur, denn er ist wohl die radikalste Ausprägung von digitaler Fabrikation.»

Die Forschung beschäftigt sich mit der Frage, wie sich 3D-Druckverfahren auch auf den architektonischen Massstab skalieren lassen. Im Kontext von Digitaler Fabrikation ist von 3D-Druck die Rede, wenn Material durch digitale Informationen kontrolliert mit Energie additiv zu Objekten verbunden wird. Im Idealfall bedeuten dadurch komplexe Bauteile und geringe Stückzahlen keinen Mehraufwand mehr.

Der Anspruch an Gebäude und deren Bauteile steigt ständig: «Wenn wir den Materialverbrauch optimieren möchten oder verschiedene Systeme platzsparend integrieren wollen oder einfach neue ästhetische Wege gehen möchten, führt dies immer zu komplizierten Teilen, für die sich der 3D-Druck hervorragend eignen kann.»

In der Fabrikation des Arch_Tec_Lab ist diese Art von 3D-Druck noch nicht zur Anwendung gelangt. Muster dieser Fertigungsprozesse, deren Forschung sich zurzeit hauptsächlich auf den Einsatz von Beton ohne Schalung konzentriert, sind jedoch zeitweise in der grossen Halle des Arch_Tec_Lab zu bewundern.

Wie experimentelle Kunstwerke wirken die gedrehten Säulen und gekurvten Wandstücke. Man denkt an kunstvolle Korallenstrukturen beim Anblick der Decken-Paneele, welche mit unfassbar wenig Materialstärke diverse Funktionen integrieren können.

Mit der Digitalisierung der Architektur und der Bauprozesse scheint eine organisch anmutende Formensprache Einzug in die Architektur zu halten.
«Es ist gerade eine spannende Zeit für Architekten, in der wir aus diesem ungeheuren Potenzial sinnvolle Anwendungen entwickeln, die einen Mehrwert für die Architektur und den Bauprozess bedeuten.»