Biologie hilft beim Bauen von morgen

Heilbronn  Die Konstruktion der Pavillons auf der Bundesgartenschau in Heilbronn sind von der Natur abgeschaut und mit dem Computer entworfen.

Von Christian Klose

Biologie hilft beim Bauen von morgen

Die Tragstruktur des Faserpavillons besteht nur aus Komponenten, deren individuelle Strukturen aus Glasfasern und Kohlestofffasern in einem robotischen Fertigungsprozess hergestellt werden. Visualisierung: ICD/ITKE

 

Das Hochhaus, in dem es um die Architektur von morgen geht, ist optisch eher von der Vergangenheit geprägt. Der "Kollegiengebäudekomplex KI" der Universität Stuttgart gilt als hervorragendes Beispiel für ein Bauen in der Tradition der Bauhaus-Prinzipien der 70er-Jahre. Doch hier in diesem schon etwas in die Jahre gekommenen Hochhaus befindet sich das Institute for Computational Design and Construction (ICD), in dem mit modernsten digitalen Methoden geforscht wird.

Institutsleiter Professor Achim Menges und seine Mitarbeiter feilen mit Hilfe von computerbasierten Planungs- und Herstellungsverfahren am Bauen der Zukunft: an neuen, effizienteren Baustoffen und an Roboter-gefertigten Bauteilen. Bei der Bundesgartenschau in Heilbronn werden die Stuttgarter Experten zusammen mit dem Institute for Building Structures and Structural Design (ITKE) der Uni Stuttgart von Professor Jan Knippers zwei einmalige Pavillons in außerordentlicher Architektur aufbauen. Dies wird für großes Aufsehen sorgen.

An den Tischen hier im zehnten Stock der Uni Stuttgart sitzen junge Frauen und Männer. Doktoranden, wissenschaftliche Mitarbeiter. Die Sprache ist Englisch. An den Wänden der Räume der Fakultät für Architektur und Städtebau stehen zahlreiche Prototypen neuer Bauteile. Überwiegend aus Holz und aus gehärteten Fasern. Was man auf den ersten Blick nicht sieht, ist die Tatsache, dass diese Bauteile eine Nachahmung biologischer Konstruktionsprinzipien sind. Zum Beispiel von Seeigeln und Käfern. Die Natur als Vorbild für die Architektur und fürs Material: Biologisches Bauen 4.0.

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Seeigel „Sanddollar“ ist Vorbild aus der Natur für die Architektur eines Buga-Pavillons.

"Wir erforschen hier auch, wie viel man von herkömmlichen Ansätzen in der Architektur mit Hilfe digitaler Technologien in Frage stellen kann", erklärt Institutsleiter Menges. Im Jahr 2014 hatte das Institut mit seinen Mitarbeitern bei der Landesgartenschau in Schwäbisch Gmünd mit einer außergewöhnlichen Ausstellungshalle aus Holzteilen diesbezüglich schon einen Meilenstein gesetzt. Seither spielt hier im ICD und ITKE das Baumaterial Holz eine große Rolle. Menges, Knippers und ihre Mitarbeiter tun vieles, was man in der Branche sonst bisher eher nicht tut. Sie brechen aus den bisherigen Regeln des Bauens aus und entwickeln architektonische Ansätze jenseits der gängigen Normen.

Mit Hilfe der Computersimulation und neuen digitalen Vermessungsverfahren können die Stuttgarter die Planung des gesamten Gebildes und deren Einzelteile am Computer entwerfen. Die Daten der einzelnen Bauteile erhält dann ein Roboter, der die Segmente individuell und mit einer atemberaubenden Präzision herstellt − in einem integrierten Herstellungsprozess. Das ist nicht nur neu, sondern bietet im Prinzip die Möglichkeit, die einzelnen Bauteile erst direkt auf der Baustelle zu produzieren. Eine spannende Zukunftsvision.

Doch vor der Zukunft stand stets der Blick zurück, in die Evolution. Die Forscher des ICD und ITKE haben nach Beispielen in der Natur gesucht und mit Hilfe von Biologen der Unis Freiburg und Tübingen Tiere gefunden, von denen sie die Konstruktion und die Beschaffenheit des Skeletts oder von Schalen analysieren und abschauen konnten. Im Falle der Holzplattenkonstruktion für die Buga war dies ein Seeigel, der "Sanddollar". Für ihre Konstruktionen aus Faserbauteilen haben sich die Forscher die Deckflügelschale eines großen Käfers zum Vorbild genommen.

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Biologie hilft beim Bauen von morgen

Die einzelnen Segmente des Holzpavillons für die Buga werden erstmals als sogenannte hohle Kassetten gefertigt. Der Pavillon wird aus 400 solcher Holz-Kassetten bestehen. Visualisierung: ICD/ITKE

 

Eine ganz wichtige Erkenntnis aus der Natur ist auch für die Architekten der Schlüssel für bionische Konstruktionen: Im Vergleich zu Gebilden von Menschenhand sind biologische Lösungen deutlich unterschiedlicher in den Einzelteilen. Das bedeutet, dass jedes einzelne Teil so gewachsen ist, dass es genau seine spezifische Aufgabe im Gesamtgebilde erfüllt − ein in sich stimmiges Puzzle der Evolution. Dadurch gleicht in der Natur kein "Bauteil" dem anderen. Die morphologisch unterschiedlichen Formen und Strukturen sind der wichtigste Aspekt für die Architekten für die technische Übersetzung und Berechnung neuer Konstruktionen und neuer Designs.

"Wir können damit umgehen", sagt Menges. "Die Natur hat da eine ganz andere Herangehensweise. Die einzelnen Teile und letztendlich die Form sind ausdifferenziert, wodurch die Natur weniger Material benötigt." Im Vergleich zu technischen Systemen weisen biologische Strukturen in der Regel einen wesentlichen höheren Grad an Leistungsfähigkeit und Materialeffizienz auf. "Wo wir von den Prinzipien der Natur unheimlich lernen können, ist im Holzbau. Hinzu kommt, dass regional gewonnenes Holz eines der ganz wenigen Baumaterialien ist, das wirklich nachhaltig ist", betont Menges.

Biologische Plattenstrukturen wie nach dem Vorbild des "Sanddollars" sind eine besonders interessante Art der Konstruktion der Natur. "Mit der Maschine können wir Dinge möglich machen, die vorher nicht baubar waren. Wir schaffen mit dem Roboter im Holzbereich eine Genauigkeit von unter 0,5 Millimetern. Auf der Baustelle braucht man die fertigen Holzbauteile im Prinzip dann nur noch zusammenstecken", so Menges. Dies wird dann auch auf dem Buga-Gelände so gemacht.

 

 

Themenseite Buga 2019

Viele weitere Informationen zur Bundesgartenschau finden Sie auf unserer Themenseite unter https://buga.stimme.de

 

 
 
 
 

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