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Dieses Haus stammt aus dem 3-D-Drucker

ETH-Forschende haben in Zusammenarbeit mit der Industrie in Dübendorf ein Haus hingestellt, das neue Massstäbe für die Baubranche setzen könnte.

Martin Läubli
Digital geplant: Das Haus wurde mit Hilfe von Robotern gebaut und wird künftig Studenten beherbergen. Video: EMPA/ETH Zürich

Die Baubranche muss allmählich umdenken, glaubt man den Erschaffern des DFAB House in Dübendorf. Die ersten vier Buch­staben stehen für Digital Fabrication, die eine neue Baukultur einleiten soll. «Das Jobprofil wird sich künftig für Architekten, Planer und Handwerker ändern», sagt Matthias Kohler, ETH-Professor für Architektur und digitale Fabrikation.

Was das heisst, zeigt der Prototyp eines Hauses, das digital entworfen, geplant und weitgehend auch gebaut wurde. Kohler hat zusammen mit dem ETH-Architekten Konrad Graser das Konzept für das einzigartige, dreigeschossige Gebäude entwickelt. Das Haus steht auf der obersten Plattform des Inno­vationsgebäudes Nest des Materialforschungsinstituts Empa und des Wasserforschungsinstituts Eawag.

Nest ist ein Grossforschungslabor, in dem in Echtzeit unter realen Bedingungen Neuentwicklungen eingesetzt werden, die sich bisher nur im Labor bewährten. Hier wird geplant, gewohnt und geschlafen – und alles in einer technologischen Umgebung, die es sonst noch praktisch nirgends gibt. So wird es auch im DFAB House sein. «Es ist das weltweit erste voll funktionsfähige Wohnhaus, das am Computer entworfen wurde», sagt Kohler. Beteiligt waren Forschende von 8 Professuren der ETH Zürich und 25 Schweizer Unternehmen.

Neue Möglichkeiten

Das Haus bietet für jede Gefühlslage etwas. Gemütlich ist es zum Beispiel auf dem Sofa in der spartanisch eingerichteten Nische der geschwungenen Betonwand, die den Wohnraum trennt. Sie ist das Produkt eines mobilen Bauroboters. Die Maschine hat an Ort die Gitterstruktur konstruiert, die gleichsam Schalung und Verstärkung ist. Ein speziell entwickelter Beton wurde hineingegossen und von Hand verstrichen. Die Wand trägt die gut 16 Tonnen schwere Beton­decke, die durch komplizierte Ornamentstrukturen auffällt.

Den arbeitsintensivsten Teil übernahm ein 3-D-Drucker. Er stellte die Schalungsteile her, die dann mit faserverstärktem Beton ausgegossen wurden. So wurden die Deckenelemente für die Montage vorproduziert.

Bildstrecke: Digital geplant, digital gebaut

Im DFAB HOUSE wurden erstmals sechs neuartige digitale Bauprozesse von der Forschung in eine architektonische Anwendung überführt.
Im DFAB HOUSE wurden erstmals sechs neuartige digitale Bauprozesse von der Forschung in eine architektonische Anwendung überführt.
Roman Keller
Im Erdgeschoss des DFAB HOUSE säumen 15 individuelle, digital gefertigte Betonpfosten die Fassade. Die doppelt gekrümmte Mesh-Mould-Wand trägt die Last der Smart Slab-Decke.
Im Erdgeschoss des DFAB HOUSE säumen 15 individuelle, digital gefertigte Betonpfosten die Fassade. Die doppelt gekrümmte Mesh-Mould-Wand trägt die Last der Smart Slab-Decke.
Roman Keller
Das DFAB HOUSE steht auf der obersten von drei Plattformen im NEST Gebäude...
Das DFAB HOUSE steht auf der obersten von drei Plattformen im NEST Gebäude...
Roman Keller
Das DFAB HOUSE ist das weltweit erste bewohnte Bauwerk, das nicht nur digital geplant, sondern auch mit Robotern und 3-D-Druckern weitgehend digital gebaut wurde.
Das DFAB HOUSE ist das weltweit erste bewohnte Bauwerk, das nicht nur digital geplant, sondern auch mit Robotern und 3-D-Druckern weitgehend digital gebaut wurde.
Walter Bieri, Keystone
Die Membranen wurden in den Holzbalken «Spatial Timber Assemblies» installiert und vor Ort mit Aerogel gefüllt.
Die Membranen wurden in den Holzbalken «Spatial Timber Assemblies» installiert und vor Ort mit Aerogel gefüllt.
Daniel Sanz Pont
Die Wand wurde manuell mit Beton ausgefüllt. Dank der engenGitterstruktur von Mesh Mould und der speziellen Betonmischung bleibt der Beton innerhalb des Gitters.
Die Wand wurde manuell mit Beton ausgefüllt. Dank der engenGitterstruktur von Mesh Mould und der speziellen Betonmischung bleibt der Beton innerhalb des Gitters.
Gramazio Kohler Forschung / NCCR Digital Fabricat
Der Beton wird in das Stahldrahtgitter eingegossen. Dank derengmaschigen Struktur des Stahldrahtgitters und der speziellenBetonmischung bleibt der Beton innerhalb des Gitters und fliesst nicht heraus, was zu weniger Bauabfällen führt.
Der Beton wird in das Stahldrahtgitter eingegossen. Dank derengmaschigen Struktur des Stahldrahtgitters und der speziellenBetonmischung bleibt der Beton innerhalb des Gitters und fliesst nicht heraus, was zu weniger Bauabfällen führt.
NCCR Digital Fabrication
Mesh Mould wurde manuell mit Beton ausgefüllt.
Mesh Mould wurde manuell mit Beton ausgefüllt.
NCCR Digital Fabrication
Faserverstärkter Beton wird in mehreren Schichten in die 3-D-gedruckte Schalung gespritzt.
Faserverstärkter Beton wird in mehreren Schichten in die 3-D-gedruckte Schalung gespritzt.
Digital Building Technologies (dbt), ETH Zürich /
Die Betonelemente werden Stück für Stück auf der 12 cm breiten Mesh Mould-Wand platziert.
Die Betonelemente werden Stück für Stück auf der 12 cm breiten Mesh Mould-Wand platziert.
Digital Building Technologies (dbt), ETH Zürich /
Ein Projektmitarbeiter verschraubt manuell die Holzbalken, die von den beiden Robotern positioniert wurden.
Ein Projektmitarbeiter verschraubt manuell die Holzbalken, die von den beiden Robotern positioniert wurden.
NCCR Digital Fabrication / Roman Keller
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Wer viel Licht braucht, fühlt sich dank zwei Glasfronten im Wohnraum wohl. Fünfzehn individuell geformte Betonpfosten tragen die Fenster. Die massgeschneiderten Säulen wurden durch ein digital gesteuertes Gleitschalungsverfahren hergestellt. Das heisst: Eine bewegliche Schalung wird mit Beton gefüllt, die den Baustoff während des Aushärtens zu einem Pfosten formt. Die Bauteile werden jeweils in einer Fertigungshalle vorfabriziert.

Die oberen zwei Stockwerke sind für Holzliebhaber gemacht. Sie bestehen aus einem komplizierten Balkenkonstrukt. Zwei Bauroboter haben im Robotic Fab­rication Lab an der ETH Zürich mit den 487Balken millimetergenau sechs Gerüstmodule konstruiert, die dann auf der Baustelle zusammengebaut wurden.

Ressourcen werden gespart

«Wir konnten realisieren, was vor fünf Jahren noch unerreichbar war», sagt Kohler. Die Kosten standen dabei noch nicht im Zentrum, ökologische und energetische Fragen wurden zwar nicht ausgeblendet, aber waren für dieses Projekt sekundär. In erster Linie ging es darum, neuartige Bautechnologien im Labor nun real anzuwenden.

«Aber es ging auch um einen neuen Umgang mit Ressourcen», sagt Kohler. Dank dem neuen digitalen Verfahren ist zum Beispiel die Betondecke nur noch ein Drittel so schwer wie herkömmliche Betonplatten. Material und Zeit wurden beim Bau der geschwungenen Wand durch den Bauroboter gespart. Die Fassade in den oberen zwei Stockwerken besteht aus zwei Membranplatten aus speziellem Kunststoff mit Aerogel-Dämmstoff dazwischen. Sie soll einer herkömmlichen Gebäudeisolation ebenbürtig sein. Mit dem Unterschied: Die Fassade ist maximal 12 Zentimeter dick und vollkommen rezyklierbar.

«Die hier eingesetzte Technologie ist eine von vielen Anwendungen, sie wird die Arbeits­prozesse verändern», sagt Konrad Graser, leitender Architekt des Projekts. Denn die Digitalisierung der Baukultur eröffnet für Architekten und Planer neue Dimensionen. «Das architektonische Potenzial ist immens», ergänzt Matthias Kohler. Die Technologien kämen aber noch kaum auf die Baustellen. Die Automatisation ist vergleichbar mit der Digitalisierung in der Autoindustrie. Das Problem ist jedoch, dass Roboter nicht sehr flexibel sind, wenn sich die Umgebung verändert. Und das ist auf Baustellen oft der Fall.

Branche noch unsicher

Wie schnell sich die digitale Fab­rikation in der Baubranche verbreiten wird, kann niemand sagen. «Unsere Mitglieder oszillieren zwischen Angst, Ablehnung und Euphorie», wird Stefan Cadosch in einem Blog der Schweizerischen Akademie der technischen Wissenschaften zitiert. Cadosch ist Präsident des Schweizerischen Ingenieur- und Architektenvereins. Befürch­tungen, dass man die Entwicklung verpasse, seien jedoch unbegründet, die Verbände hätten Zeit genug, die Veränderungen anzunehmen.

Die Digitalisierung wird die Arbeitswelt im Baugewerbe jedenfalls verändern. Der Roboter soll jedoch laut ETH-Architekt Matthias Kohler nicht den Handwerker ersetzen. «Er ist eine Ergänzung. Handwerker brauchen wir nach wie vor, sein praktisches Wissen darf nicht verloren gehen». Die Roboter führten nur Arbeiten aus, die sich wiederholen. «Durch die digi­talen Möglichkeiten beginnt aber die Zusammenarbeit zwischen Architekten, Planern und Handwerkern bereits in der Entwurfsphase», sagt Kohler.

Bauen, so sind die Erschaffer des DFAB House überzeugt, wird in Zukunft kreativer.

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