Forschung
Das vom IKE definierte Forschungsfeld beinhaltet Untersuchungen zu den materiellen Bedingungen des Bauens. Architektonische und konstruktive Forschungsfragen werden dabei stets in einen baukulturellen Diskurs eingebunden.
Was ist Architekturforschung?
«Architektur ist eine suchende Handlung, insofern Forschung per se; unter sich ständig wandelnden Bedingungen muss sie die eigenen Fundamente stets bestätigen. Architekturforschung kann nicht anders, als interdisziplinär zu sein, da Architektur kulturell, sozial und ökonomisch verortet ist. Sie geht von der ihr eigenen entwerferisch-konstruktiven Natur aus, um ihren räumlichen Mehrwert auszuloten. Die Architekturforschung muss Antworten auf die dringenden Zeitprobleme finden. Dabei verschränken, bedingen und befruchten sich Forschung, Lehre und Praxis gegenseitig.»
Prof. Dr. Andri Gerber, Co-Leiter IKE
Angewandte Architekturforschung
Der Begriff «Baukultur» umfasst eine Vielfalt unterschiedlicher Fragestellungen auf diversen Massstabsebenen und Feldern der baulichen Realität. Er impliziert den generalistischen Anspruch der Architektur innerhalb eines weit gefassten Bogens des Bauschaffens. Die Rahmenbedingungen des Bauens werden dabei im Kontext der geltenden und künftigen Gesetze, Normen und Anforderungen stetig hinterfragt, um proaktiv die Möglichkeiten ihrer Weiterentwicklung auszuloten oder neue Spielräume architektonischer Praxis ausfindig zu machen. Der Grundsatz «architektonisch denken, konstruktiv entwerfen, intelligent bauen» bedingt dabei für alle Akteur:innen ein Bewusstsein für die aktuellen gesellschaftlichen und ökonomischen Bedingungen, um die Möglichkeiten zur Erschaffung von architektonischer Qualität weitsichtig wahrzunehmen.
Vor diesem Hintergrund definiert sich das IKE als Forschungsplattform für architektonisch-konstruktive Themen. Mit einem interdisziplinären Ansatz und über den Austausch mit der Praxis werden aktuelle Forschungsfragen aufgegriffen und in der Kooperation mit Forschungspartner:innen zu Forschungsthemen formuliert bzw. zu Themenschwerpunkten gebündelt. Nebst der nach den Massstäben der Hochschulforschung generierten Wissensbildung befruchten die Forschungsergebnisse in der Rückkoppelung eine architektonische Praktik, bei welcher Konstruieren und Entwerfen eine experimentelle und transformative Umsetzung von Wissen bedeutet. Im Mittelpunkt der aktuellen Forschungsaktivitäten des IKE stehen sich überschneidende Themenschwerpunkte wie Zirkuläres Bauen, Klima- und Energiekultur, Digitale Konstruktion und 1:1. Allen gemeinsam ist die Frage nach dem Umgang mit Bestand und Ressourcen.
Gamification als transversales Thema erhält seine besondere Bedeutung im Versuch, neue Formen der Wissensvermittlung zu generieren – das IKE entwickelt sowohl digitale als auch analoge Spiele, um komplexe Zusammenhänge auf einfache Art und Weise zu vermitteln.
Zirkuläres Bauen
Für das Architekturschaffen bedeutet das zirkuläre Bauen eine Wende von beinahe kopernikanischem Ausmass: Das neue Weltbild beinhaltet eine Vorstellung von Bauen in Stoffkreisläufen, welche die materiellen Bedingungen der baulichen Praktik grundlegend prägt und durchdringt. Damit ist das zirkuläre Bauen ein Metathema, das ähnlich wie die Schwerkraft von den Planenden als Grundbedingung für jegliche bauliche Realisierung verinnerlicht werden muss. Gemäss der unterschiedlichen Interventionstiefe der jeweiligen Bauaufgabe lässt sich das Thema «zirkuläres Bauen» in Unterthemen kategorisieren. Mit seinen Forschungsschwerpunkten und Entwurfsprogrammen widmet sich das IKE diesen Kategorien mit einem breit gefächerten Ansatz. Diese Vielfalt zeigt sich in den Fokusthemen (a) Weiterbauen im Bestand, (b) Re-Use in Construction oder (c) Design for Disassembly DfD.
a) Weiterbauen im Bestand
Der politisch formulierte Wille zur Verhinderung der Zersiedelung und die damit einhergehende Verdichtung unserer Städte nach innen führen zu Aufzonungen und einem grossen Druck auf innerstädtische Ausnutzungsreserven. Wir Architekt:innen werden in unserem Berufsalltag laufend mit Aufgabenstellungen konfrontiert, die den Abriss und Ersatzneubau ganzer Siedlungen voraussetzen. Am IKE hinterfragen wir diese Abläufe und erforschen alternative Verdichtungsstrategien. Es interessiert uns, Verdichtung und die damit einhergehende Veränderung der Bausubstanz und der Bewohner:innenschaft nahe am Bestand und über einen längeren Zeitraum zu denken.
Beinahe jede Aufgabe, mit der wir als Planende konfrontiert werden, stellt einen Eingriff in die gebaute Umwelt dar. Für einen verantwortungsvollen Umgang mit dem Bestand ist dessen Wertschätzung daher unabdingbare Basis. Den auf den Bestand angewendeten Wertebegriff gilt es somit weit mehr als nur ökonomisch zu verstehen – nämlich auch als Zuhause und vertraute Nachbarschaft, als Ort der Begegnung und des sozialen Austauschs, als Freiraum mit langjährig gewachsener Vegetation, als Kulturgut. Wenn wir lernen, den kulturellen, ökologischen und sozialen Wert der gebauten Umwelt genauso zu schätzen wie die unverbaute Landschaft, dann erscheint ein prozesshaftes Denken von Verdichtung als selbstverständlich – und damit eine auf allen Ebenen nachhaltigere Entwicklung unserer Städte. Damit geht auch ein Abwägen von Effizienz und Suffizienz einher.
Nachhaltiges und kostengünstiges Bauen
Bei der Bewältigung des nachhaltigen Wandels der Bauwirtschaft aufgrund der Klimaziele 2050 der Schweizer Eidgenossenschaft stellen sich grundlegende Fragen an die gebaute Umwelt. Diese betreffen u.a. die Verlängerung der Lebenszyklen, die Wandlungsfähigkeit und Anpassbarkeit von Bauten sowie Kreislaufwirtschaft und Suffizienz. Die Beantwortung dieser Fragen leistet einen wesentlichen Beitrag zur globalen Nachhaltigkeit und zur Senkung der klimagefährdenden CO2-Emissionen des Bausektors. Steigende Bodenpreise, erhöhte baurechtliche und ökologische Anforderungen und fortwährend steigende Ansprüche an den Komfort machen es jedoch immer schwieriger, nachhaltig und kosteneffizient zu bauen. Besonders im Mietwohnungsbau besteht aufgrund anhaltender Erhöhung der Erstellungskosten und stetig steigender Mietzinse ein hoher Handlungsbedarf, günstiger zu bauen. In der aktuellen Baupraxis zeigt sich, dass Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz oftmals in Gegensatz zueinander stehen. Die Frage nach bezahlbarem Wohnraum wirft die Frage auf, ob Ersatzneubauten zwingend erforderlich sind oder Bestandsbauten ertüchtigt und an neue Bedürfnisse angepasst werden können. Damit gewinnt das Weiterbauen gegenüber dem Ersatzneubau an grosser Bedeutung. Das Forschungsprojekt fokussiert auf das verdichtete und städtische Bauen. Ziel ist es, Strategien und Stellschrauben zum nachhaltigen UND kostengünstigen Wohnungsbau in einem Leitfaden für öffentliche und private Bauherrschaften, Architekt:innen und Investor:innen zu definieren und deren Wirksamkeit zu belegen.
Siedlungsbiografien entwerfen
Städte erneuern sich – an ihnen wird ständig weitergebaut. Heute stehen die Städte zudem vor der Aufgabe, sich baulich zu verdichten. Weil die Bauplätze in der Stadt stets schon besetzt sind, geschieht die Verdichtung in der Regel mittels Ersatzneubauten – vorher wird leergeräumt. Was aber, wenn wir, in Anlehnung an Lucius Burckhardt, den Neubau als Sonderfall denken und nicht mehr als die Regel? Welche Werte trägt der Bestand in sich? Welches Potenzial steckt im steten Umbau der bestehenden Stadt? Bestand, Abbruch und Neubau werden wie in einem Organismus als Zyklus des Wachstums und der Erneuerung verstanden. Begreift man Stadt als organisches, wandelbares und fortwährend gestaltbares Gefüge in allen Massstäben, lassen sich entwerferische Transformationsstrategien entwickeln, die eine Haltung im Umgang mit dem Bestand verfolgen und nicht allein bauliche Operationen wie Ersatzneubau und Instandsetzung, Aufstockung, Anbau und Pinselsanierung gegenüberstellen.
Bauen im Lärm
Unsere Ortschaften werden dichter, die Menschen mobiler, und etablierte Grenzen zwischen Aktivitäts- und Ruhezeiten verschwimmen zugunsten einer 24-Stunden-Gesellschaft. All das macht unsere Siedlungsgebiete auch lauter. Im Wohnungsbau ist der Lärmschutz deshalb zu einem prägenden Planungsparameter avanciert. Angesichts der gesundheitlichen Risiken einer übermässigen Lärmbelastung sind die Vorschriften strenger geworden. Doch der allzu starke Fokus auf für sämtliche Wohnräume gleichermassen geltende Immissionsgrenzwerte engt den Spielraum für qualitätsvolle Lösungen stark ein. Für ebenso zentrale Überlegungen – etwa zur Einbettung in den städtebaulichen Kontext oder zur Belichtung und Ausrichtung der Innenräume – bleibt wenig Spielraum. Dabei sind qualitätsvolle öffentliche Räume und attraktiver Wohnraum im Hinblick auf die Siedlungsentwicklung nach innen gefragter denn je. Mit der Zukunftsperspektive einer umweltverträglichen Stadt mit einem hohen Anteil an Langsamverkehr und Elektromobilität vor Augen, erscheinen die von der Strasse abgewandten Bauten, die das geltende Regulativ hervorgebracht hat, als überholt.
In Zusammenarbeit mit dem Departement Soziale Arbeit misst das IKE die Gesetzgebung an den baulichen und gesellschaftlichen Realitäten und schlägt Strategien für ein sozialverträgliches, zukunftsfähiges Wohnen am Lärm vor.
Statistik Stadt Zürich
Die Statistik Stadt Zürich (SSZ) bereitet derzeit die alle fünf Jahre stattfindende Überarbeitung des Zürcher Index der Wohnbaupreise (ZIW) vor, der seit 1939 besteht. Seit der letzten Überarbeitung im Jahr 2020 stützt sich der ZIW auf Daten des vom Bundesamt für Statistik (BfS) erstellten Baupreisindexes «Neubau Mehrfamilienhaus». Das bedeutet, dass keine eigenen Preise mehr erhoben werden, sondern die vom BfS für die Grossregion Zürich erhobenen Preise verwendet werden. Aufgrund der spezifischen Gegebenheiten in der Stadt Zürich wird jedoch eine andere Gewichtung angewendet als beim Index des BfS. Diese Gewichtung muss nun für die bevorstehende Überarbeitung im Jahr 2025 erneut angepasst werden.
Das Ziel besteht darin, eine Gewichtung für verschiedene Bauleistungen beim Bau von Wohngebäuden festzulegen, die die besonderen Gegebenheiten der Stadt Zürich am besten berücksichtigt. Das IKE trägt mit seiner Expertise im Bauwesen und bei Gebäudetypen zur Analyse von Daten und Statistiken bei und organisiert Workshops mit Architekt:innen, Baumanagementfirmen und dem Amt für Hochbauten. Ziel ist es, festzulegen, welche Gebäudetypen in der Stadt Zürich am häufigsten vorkommen, auf denen dann die Gewichtung basieren soll.
b) Re-Use in Construction
Seit 2017 widmet sich das IKE in Forschung und Lehre dem architektonischen und baukulturellen Potenzial, das die Wiederverwendung von Bauteilen freisetzt. Denn weit radikaler als das «klassische» Recycling von Baustoffen ist die Wiederverwendung ganzer Bauteile und Konstruktionselemente eine genuin architektonische Nachhaltigkeitsstrategie, die den Entwurfsprozess grundlegend prägt und die das Potenzial in sich trägt, alternative und eigenständige Formen des architektonischen Ausdrucks hervorzubringen.
Zirkulär konstruieren heisst in diesem Sinne, aus Bauteilen mit unterschiedlicher Vorgeschichte und Lebensdauer längerfristig erneuerbare und gleichzeitig architektonisch präzise Konstruktionen zu entwickeln. Dabei ist der Frage nach dem Spannungsverhältnis zwischen Permanenz und Austauschbarkeit von Bauteilen besondere Beachtung zu schenken. Von grösster Bedeutung ist deswegen auch die historisch-konstruktive Untersuchung von Gebäuden und Bauteilen.
Gebäudetypologie
Eine der wichtigsten Grundlagen für die Förderung einer zirkulären Bauwirtschaft fehlt bislang: die systematische Identifikation und Katalogisierung des Gebäudebestands im Hinblick auf dessen Transformationspotenzial. Es gilt zu beurteilen, wie bestehende Gebäude weitergenutzt werden können – durch Umbau, Erweiterung oder Aufstockung – und welches Potential an wiederverwendbaren Bauteilen die Bausubstanz beim Rückbau aufweist. Solche Untersuchungen werden aktuell sehr aufwendig in Form von Pre-Demolition-Audits (PDA) an Einzelobjekten durchgeführt, etwa mit Abklärungen zu Schadstoffen und Materialproben mittels Kernbohrungen. Zwar erlauben digitale Methoden eine quantitative Analyse von grösseren Beständen, diese liefern jedoch zu wenige Informationen über die konstruktiven Eigenschaften der Materialien und deren mögliche Verwendung. Um diese Lücke zu schließen, braucht es Instrumente für eine systematische Erfassung und Typologisierung der Gebäude nach Baujahr und Konstruktionsart. Mit einer solchen Erhebung sollen konkrete Informationen gesammelt werden über die Konstruktionsart, die Möglichkeiten der Transformation, die Gefahren von Schadstoffen sowie das Wiederverwendungspotenzial von Bauteilen. Die gewonnenen Daten werden in einer Matrix zusammengeführt, welche eine Bewertung des Bestands erlaubt, als Grundlage einer Vorentscheidung für potentielle Transformationen. Somit wird die Potenzialeinschätzug von Immobilienportfolios ermöglicht, ohne die aufwändige Analyse am Einzelobjekt durchführen zu müssen.
Regenerative Materialien
Im Kontext einer zirkulären Baupraxis rücken Materialien in den Fokus, deren Rohstoffgewinnung und Verarbeitung Teil erneuerbarer Kreisläufe sind. Dazu gehören biobasierte Materialien aus nachwachsenden Ressourcen, erdbasierte Werkstoffe wie Lehm sowie Sekundärrohstoffe aus Neben- und Abfallströmen der Land- und Forstwirtschaft.
Die Integration dieser Materialien in Entwurfs- und Bauprozesse erfordert jedoch, über ihre technischen und stofflichen Eigenschaften hinauszugehen. Von zentraler Bedeutung sind die Bedingungen ihrer praktischen Anwendung: die handwerkliche und industrielle Verarbeitbarkeit, die regulatorischen Anforderungen sowie ihre soziale, ökonomische und baukulturelle Akzeptanz. Regenerative Materialien besitzen somit ein Potenzial, das sowohl technisch als auch kulturell ausgehandelt werden muss.
Diese Materialien markieren einen Wandel im architektonischen Umgang mit Ressourcen: territorial verankert, biogen und kreislauffähig gedacht, erweitern sie das Verständnis von Materialität und Konstruktion. Dabei spielt das Wissen um regionale Bautraditionen eine zentrale Rolle, da es bewährte Praktiken sichtbar macht und für gegenwärtige Entwurfsfragen nutzbar werden lässt.
Regenerative Materialien ermöglichen eine Baupraxis, die lokale Ressourcenzyklen nutzt und stärkt, Emissionen reduziert und zugleich neue Formen architektonischer Gestaltung hervorbringen kann.
Beton Re-Use
Das Forschungsprojekt «Beton wiederverwenden – Neue Kreisläufe für bestehende Betonstrukturen» zielt darauf ab, die Bauindustrie nachhaltiger zu gestalten, indem es innovative Prozesse für den Rückbau und die Wiederverwendung von Betonstrukturen entwickelt. Dies ist besonders relevant, da die Bauindustrie global für etwa 40 Prozent der CO2-Emissionen verantwortlich ist.
Das Projekt setzt an der Stelle an, wo viele bisherige Ansätze aufhören: Es geht nicht nur um die Wiederverwendung einzelner Bauteile, sondern um den kompletten Rückbau und die erneute Nutzung ganzer Betonstrukturen. Dies erfordert eine umfassende Neubetrachtung und Planung der Bau- und Demontageprozesse, um hochwertige Materialien effizient zurückzugewinnen, sie auf gleicher Hierarchieebene wiederzuverwenden und erneut einzusetzen. Im Gegensatz zum Recycling, bei dem die Materialien einer kostspieligen energetischen Verarbeitung unterzogen werden, um in ihren Rohzustand zurückzukehren, bleiben bei der Wiederverwendung die ursprüngliche Form, die mechanischen Eigenschaften sowie die chemisch-physikalischen Eigenschaften der Komponenten erhalten, was ihre direkte Integration in neue Strukturen erleichtert.
Ein wesentliches Element des Projekts ist die Entwicklung neuer Ansätze für den Rückbau sowie standardisierter Lösungen für die Wiederverwendung von Beton. Hierzu gehören Methoden zur effektiven Trennung und Aufbereitung von Betonkomponenten, die dann in neuen Bauprojekten wiederverwendet werden können. Diese Prozesse müssen nicht nur technisch machbar, sondern auch wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll sein, um eine echte Nachhaltigkeit zu gewährleisten.
Ein praxisnahes Beispiel für die Anwendung dieser Forschung ist der geplante Neubau des ERZ-Recyclinghofes Juch-Areal, der vorwiegend aus wiederverwendeten Betonteilen konstruiert werden soll. Dieses Vorhaben bietet die einmalige Gelegenheit, die entwickelten Methoden unter realen Bedingungen zu testen, weiterzuentwickeln und ausführlich zu dokumentieren. Der Schwerpunkt liegt auf der effizienten Integration von rückgebauten Betonstrukturen in die Neukonstruktion, wobei die Optimierung des gesamten zirkulären Prozesses – vom Ernten der Materialien über deren Aufbereitung und Transport bis hin zur Montage im neuen Projekt – von zentraler Bedeutung ist.
Durch die Kombination von theoretischer Forschung und praktischer Anwendung strebt das Projekt danach, sowohl die ökonomischen als auch die ökologischen Aspekte der Wiederverwendung von Beton zu verbessern. Ziel ist es, nachhaltige Bauweisen zu fördern und damit einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung der Umweltauswirkungen der Bauindustrie zu leisten.
Link zur Forschungsdatenbank “GRAVICON”
Link zur Forschungsdatenbank “Neue Kreisläufe für bestehende Betonstrukturen”
Link zur Forschungsdatenbank "Concrete Structural Reusability"
Fenster Re-use
Jedes Jahr werden in der Schweiz über 500.000 Tonnen Flachglas entsorgt. Das entspricht rund 15 kg pro Sekunde. Das Schlimmste daran ist, dass nur etwa ein Viertel dieser enormen Menge recycelt wird, der Rest landet auf der Mülldeponie.
Am Institut Konstruktives Entwerfen suchen wir nach Wegen, diese Abfallmenge drastisch zu reduzieren. Dazu forschen wir etwa am Umgang mit Fensterglas. Obwohl Fenster aufgrund der enormen thermischen Fortschritte in den letzten fünfzig Jahren und ihrer sensiblen Rolle in der Gebäudehülle schwer wiederzuverwenden sind, arbeiten wir daran, ältere Fenster auf die heutigen Energiestandards zu bringen, mit Kenngrössen, die der derzeit produzierten Doppel- oder Dreifachverglasung vergleichbar sind.
Parallel zu dieser Suche nach Reparatursystemen führen wir quantitative Analysen durch, um zu evaluieren, welche Art von Fenstern wo, mit welchen Werten und Abmessungen entsorgt wird. Ziel ist es, herauszufinden, ob das einer gewissen Systematik folgt und ob bestimmte Modelle daher eher auf dem Secondhand-Markt verfügbar sind als andere.
Ein weiteres wichtiges Thema ist das Testen dieser Fenster. Obwohl einige von ihnen gekennzeichnet sind, lassen sich die Werte von Fenstern, die vor mehr als 15 Jahren gefertigt wurden, schwer bestimmen. Am IKE arbeiten wir an Methoden, um diese verschiedenen technischen Werte schnell und effizient abschätzen und messen zu können.
Fallstudie K.118
Mit der Aufstockung des Kopfbaus der Halle 118 am Winterthurer Lagerplatz hat Baubüro in situ in unmittelbarer Nachbarschaft zu unserer Hochschule das erste grössere Gebäude der Schweiz realisiert, das mehrheitlich aus wiederverwendeten Teilen gebaut ist. Dieses einmalige Pilotprojekt wurde im Rahmen einer Kooperation des IKE der ZHAW und dem Baubüro in situ wissenschaftlich ausgewertet. In verschiedenen Arbeitsgruppen wurden mit interdisziplinären Fachleuten architektonisch-konstruktive Fragen ebenso wie die energetischen, ökonomischen, prozessualen und rechtlichen Aspekte der Wiederverwendung im Bauen untersucht. Die ausführliche Dokumentation und Analyse des Fallbeispiels verfolgten das Ziel, die gewonnenen Erkenntnisse öffentlich zugänglich und nutzbar zu machen und so einer vielversprechenden Praxis zum Durchbruch zu helfen.
Stahl wiederverwenden
Aktuelle Programme zur Erfassung von Bauteilen für die Wiederverwendung berücksichtigen nicht den gesamten Prozess vom Abbau bis zur Wiederverwendung, insbesondere nicht im Bereich struktureller Stahlbauteile wie Stahlprofile. Es fehlt ein Planungstool, das Eigentümer:innen hilft, das volle Umnutzungspotenzial ihrer Gebäude zu verstehen.
Die Idee ist die Entwicklung einer Website mit einem Flussdiagramm-Algorithmus, der alle notwendigen Schritte und Informationen für jedes Bauteil während des gesamten Prozesses von der Demontage bis zum Wiederaufbau auf einer neuen Baustelle erfasst. Dabei basiert der Algorithmus auf einer umfassenden Datenbank mit Produktkatalogen, Anleitungen zur Bedienung und Konstruktion, Herstellungsmethoden sowie Demontage-, Logistik- und Montageanweisungen. Als Prototyp sollen die Informationen zu den Stahlträgern eines bereits abgeschlossenen Projekts (K.118 in Winterthur) gesammelt und in die Datenbank integriert werden.
Re-Use Game
Die Klimaziele für das Jahr 2050 wurden bereits in mehreren Schweizer Städten überschritten. Eine radikale Einstellung des Bauprojekts ist jedoch keine realistische Option. Der effektivste Weg, unsere CO2-Emissionen zu reduzieren, besteht darin, alte Bauteile wiederzuverwenden. Dieses Prinzip gibt es seit der Antike, wurde aber während der zweiten industriellen Revolution vernachlässigt. Seitdem haben sich die Konstruktionsprozesse erheblich weiterentwickelt und sind schneller und stärker automatisiert worden.
Wie können wir das Wiederverwenden in unsere optimierten Prozesse einbinden? Die Identifizierung und Auswahl wiederverwendbarer Bauteile sowie die erforderlichen Überlegungen zur Logistik, die ein:e Architekt:in berücksichtigen muss, sind entscheidend. Zudem stellt sich die Frage nach den Materialien mit dem grössten Potenzial für Wiederverwendung und wie der CO2-Ausstoss berechnet werden kann, wobei auch die Auswirkungen auf den architektonischen Ausdruck nicht ausser Acht gelassen werden sollten.
Um alle diese Fragen zu beantworten, hat das IKE eine Herausforderung angenommen: ein Brettspiel zu entwickeln, das die unterschiedlichen Schritte in der Planung mit wiederverwendbaren Elementen konkret simuliert und eine strategische Diskussion eröffnet. Das Spiel richtet sich nicht nur an Studierende und Architekt:innen, sondern auch an alle Interessierten in Form von Workshops.
c) Design for Disassembly (DfD)
Wie können Gebäude entworfen werden, bei denen alle Elemente – Standort, Struktur, Hülle, Installationen, Innenwände und Möbel – sorgfältig voneinander getrennt sind, um eine einfache Anpassung und Wartung im Laufe der Zeit zu ermöglichen, ohne dass eine vollständige Neukonstruktion erforderlich ist? Welche Methoden ermöglichen es, Gebäude schnell zu montieren und demontieren, um die Bauzeit zu verkürzen und die Wiederverwendung von Bauteilen zu maximieren? Wie können Gebäude so konzipiert werden, dass sie zwar industriell gefertigt, aber dennoch flexibel an verschiedenen Standorten errichtet und wieder abgebaut werden können? Auf welche Weise kann die Wiederverwendung von Materialien unterschiedlicher Herkunft, insbesondere aus städtischen Minen, sowie deren Zusammensetzung neu überdacht werden? Wie kann die steigende Industrialisierung im Baugewerbe mit den Anforderungen an eine effektive Gebäudeabdichtung in Einklang gebracht werden? Diese Fragen stehen im Mittelpunkt der architektonischen Entwurfsseminare, in denen Forschungsprojekte wie die Wiederverwendung von Stahl- und Betonbauteilen, einfache Konstruktionsmethoden und innovative Deckenkonzepte behandelt werden.
Systembau I – historische Schweizer Bausysteme
Die Kooperation zwischen dem IKE der ZHAW und der ICOMOS Suisse Arbeitsgruppe System & Serie im Herbstsemester 2018/19 im Rahmen des Wahlpflichtmoduls Constructive Research im Masterstudiengang Architektur war auf die Untersuchung von fünf historischen Schweizer Bausystemen ausgerichtet – Haller Midi, VE66, Göhner, Variel, Modulo Norm –, wobei der Schwerpunkt auf architektonisch-konstruktiven Fragestellungen lag. Das Thema Systembau wurde in zwei Kontexten am IKE untersucht: im Masterstudio unter der Leitung von Philipp Esch und Ingrid Burgdorf sowie im Modul Constructive Research unter der Leitung von Alexis Ringli und Eva Stricker.
Die Forschung führte zu einer Analyse der strukturellen Details einer Reihe von Gebäuden, die mit den ausgewählten Systemen gebaut wurden, und zu einer eingehenden Untersuchung der Erhaltung historischer Denkmäler der Moderne. Im Masterstudiengang lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung neuer Konstruktionslösungen, die auf der Analyse von Bausystemen basieren, um vielversprechende Aspekte der systematischen Architektur zu erforschen.
Systembau II
Angesichts des Mangels an Wohnraum in Ballungszentren, der fortschreitenden Urbanisierung und der dringenden Notwendigkeit, ressourcenschonend zu bauen, steht die Bauindustrie vor komplexen Herausforderungen. Der Systembau, der im 20. Jahrhundert als Antwort auf die Nachfrage nach schnell und kostengünstig zu errichtendem Wohnraum entwickelt wurde, könnte – in einer modernisierten Form – einen wesentlichen Beitrag zur Bewältigung dieser Herausforderungen leisten.
Die Dissertation «Bausysteme des 20. Jahrhunderts im Licht aktueller Herausforderungen: Anpassung, Potenziale und die Zukunft des zeitgenössischen Wohnungsbaus im System» untersucht, inwieweit historische Bausysteme revitalisiert und für die Bedürfnisse des 21. Jahrhunderts adaptiert werden können. Im Fokus stehen dabei die Entwicklung von Bauteilsystemen, die eine Demontage und Reparatur erlauben, sowie die Transformation des linearen Bauprozesses hin zu einer zirkulären Bauweise.
Diese Forschung analysiert nicht nur die technischen Eigenschaften der Systeme, sondern auch deren ökonomische, ökologische und soziale Implikationen. Die Untersuchung der Patentierung von Bausystemen und deren Einfluss auf den Innovationsprozess spielt hierbei eine zentrale Rolle. Ziel ist es, die Potenziale dieser Systeme zu identifizieren und in zeitgemässen Baukonzepten nutzbar zu machen.
Durch eine kritische Analyse vergangener und gegenwärtiger Systeme sowie die Entwicklung neuer Konzepte soll ein Beitrag zur Schaffung nachhaltiger, anpassungsfähiger und sozial akzeptierter Wohnlösungen geleistet werden. Diese Arbeit zielt darauf ab, das Wissen um historische Bausysteme zu reaktivieren und deren zeitlose Relevanz für die Architektur und das Bauwesen des 21. Jahrhunderts aufzuzeigen.
Klima- und Energiekultur
Aktuelle Fragen zum Umgang mit Ressourcen und Klimawandel werden am IKE auf der Basis einer interdisziplinär vernetzten und baukulturell verantwortungsvollen Berufsauffassung ganzheitlich untersucht, d.h. unter Einbezug von kulturellen, sozialen und wirtschaftlichen Faktoren. Ziel ist die Entwicklung einer Haltung, die Energiekultur als selbstverständlichen und gestaltprägenden Impact bei der Schaffung von zukunftsfähiger Architektur versteht. Untersuchungen zu Suffizienz und Effizienz begleiten die praxisnah gesetzten Problemstellungen. Die Forschung befördert die entwerferische und konstruktive Auseinandersetzung mit Klima- und Energiefragen und setzt sie in Beziehung zu den Grundlagen der Disziplin – zu Material-, Konstruktions- und Raumverständnis.
Geschichte der Öko-Architektur in der Schweiz, 1960-1990
Ökologisch nachhaltiger zu bauen, indem bei den Ressourcen gespart und die Umwelt geschont wird, gehört zu den zentralen Aufgaben unserer Zeit. Oft geht dabei vergessen, dass dieses Umweltbewusstsein nicht neu ist. In den letzten 60 Jahren wurde vieles erforscht und ausprobiert, was zwar unsere Standards und Normen beeinflusst hat, aber trotzdem wieder in Vergessenheit geriet bzw. bis heute kaum wahrgenommen und reflektiert wurde. Im Rahmen des Forschungsprojekts wird die Geschichte dieser Zeit aufgearbeitet, indem die Protagonist:innen benannt, ihre Netzwerke rekonstruiert und ihre Projekte dokumentiert werden. Im Zuge dessen entsteht an der ZHAW ein analoges Archiv, das zahlreiche Nachlässe versammelt und das allen Forschenden zur Verfügung stehen wird.
Das Projekt ist eine Zusammenarbeit mit dem Institute of Language Competence und der Professur von Julia Krasselt. Gemeinsam wird ein Korpus von Architekturzeitschriften und -Bücher erstellt, der als Grundlage für eine Analyse des architektonischen Diskurses dient.
Deckenkonstruktionen optimieren
Die Anforderungen an Deckenkonstruktionen sind heute hoch, gleichzeitig binden sie einen grossen Anteil an Ressourcen und an grauer Energie, verbunden mit entsprechenden CO2-Emissionen – was leisten herkömmliche, was neue Deckensysteme?
Im Rahmen zweier Forschungsarbeiten wird aufgezeigt, wie mit aktuellen Möglichkeiten der ökologische Fussabdruck von Deckensystemen deutlich reduziert werden kann. Teil von Forschung und Vermittlung ist die Ausstellung Werkstückhalle. Ausgewählte Deckenkonstruktionen aus der Praxis können anhand 1:1 grosser Mockups über den Schichtenaufbau detailliert nachvollzogen werden.
Forschungsdatenbank: Deckensysteme mit Beton – nachhaltig konstruieren
Forschungsdatenbank: Deckenkonstruktionen vergleichen und optimieren
Netto Null: Ein Simulationsspiel über nachhaltiges Bauen 1990–2050
Man stelle sich eine Stadt irgendwo im Schweizer Mittelland vor. Wir haben das Jahr 1990, und nun geht es darum, eine nachhaltige Entwicklung einzuschlagen, mit der man spätestens 2050 Netto-Null erreichen soll. Wo soll man anfangen? Welche Strategien muss und kann man einsetzen, um dieses Ziel vielleicht schon vorher zu erreichen? Diese Stadt ist eine Simulation innerhalb eines Videogames, und Sie als Spieler:in sind für deren nachhaltige Entwicklung zuständig. Dafür stehen Ihnen Steuergelder zur Verfügung. Wo beginnen Sie? Vielleicht beim Hausbestand, der im Spiel detailliert aufgeschlüsselt ist und der unterschiedlich schlecht gedämmt ist. Viel Wärmeenergie geht verloren. Nachisolieren ist schwierig und teuer. Dafür braucht es aber auch wirtschaftliche Anreize und entsprechende Labels. Abreissen und neu bauen wäre wohl das Naheliegendste, wenn man die Unterhaltskosten und den Energieverbrauch betrachtet. Doch was ist mit dem CO2-Verbrauch, der beim Bau entsteht? Und der grauen Energie, die im Material steckt? Zudem würde die Stadt an Charakter verlieren, da diese alten Gebäude viel Geschichte in sich tragen.
Mit solchen Entscheidungen ist der/die Spieler:in in unserem Simulationsspiel konfrontiert, und es geht darum, verschiedene Möglichkeiten abzuwägen. Das Spiel wird zusammen mit der PH Zürich entwickelt und soll im Unterricht auf Stufe SEK II zum Einsatz kommen.
Architektur Klima Atlas
Klimaneutrales Bauen erfordert, auf allen Ebenen anders zu entwerfen und zu konstruieren als bisher. Das betrifft die Erforschung alter und neuer Materialien genauso wie die klimaneutrale Logistik und Baustellenpraxis bis hin zum Entwurf. Neues Wissen und Können sind nötig. Wenn in Zukunft Klimakultur den Entwurf und die Ausführung mitbestimmen, wird diese Anforderung in einem Projekt dieselbe Wichtigkeit erhalten, wie es der architektonische Ausdruck und die Statik haben.
Der Architektur Klima Atlas liefert eine umfassende Auslegung dafür, wie das Bauen klimabewusst gestaltet werden kann. Bauten müssen in Erstellung und Gebrauch auf einen sparsamen Umgang mit Ressourcen und geringe Emissionen hin optimiert sowie für zukünftige und spürbar andere klimatische Bedingungen ertüchtigt werden. In drei Kapiteln – Forschung, Theorie und Praxis – untersucht der Architektur Klima Atlas die Wechselwirkungen zwischen Architektur, Klima und Energie.
Teil eins enthält die Porträts von 20 grundlegenden architektonischen Klimaideen von der Antike bis zur Gegenwart. Im zweiten Teil wird anhand von fünf Gebäudebiografien dargelegt, wie sich der ökologische Fussabdruck eines Gebäudes errechnen und modellieren lässt und sich im Laufe seines Lebenszyklus verändert. Im dritten Teil werden zukünftige Konzepte anhand zeitgenössischer Projekte vorgestellt.
Messen und Modellieren
Die kombinierte qualitative und quantitative Analyse exemplarischer Bauten aus unterschiedlichen Bauperioden in der Forschungsarbeit «Wider Klischees – Messen und Modellieren von Energieflüssen im sich wandelnden Fokus der Baukultur» bildet die wissenschaftliche Grundlage für eine Reihe von Überlegungen und Thesen zur Beziehung von Architektur, Energie und Klima. Dieser Katalog von ausgewählten Beispielen wird in den Kursen des Fachs Constructive Research laufend erweitert. Der Katalog zeigt die enge Verflechtung von Architektur und Energie und vermittelt die nötige Datengrundlage, um im Entwurf nicht nur architektonisch, sondern auch klimatisch bessere Entscheidungen zu treffen.
Digitale Konstruktion
Grundsätzlich stehen wir als Institut der Digitalisierung in der Baubranche kritisch gegenüber, wohl wissend, dass wir ihr nicht entkommen können. Immer zahlreicher sind die in der Planung verfügbaren Anwendungen, die als geschlossene Systeme aber kaum veränderbar sind. Sie können Prozesse zwar mitunter optimieren, haben oft aber eine einschneidende Wirkung auf die Resultate. Weil sich Qualität kaum in Parameter übersetzen lässt, werden Fragen der Architektur allzu oft auf Quantitäten reduziert. Das zeigt sich insbesondere bei den neuen KI-gestützten Tools. Die sich rasch durchsetzende Bauwerkinformationsmodellierung (BIM) bringt zweifellos Rationalisierungsgewinne mit sich, droht aber gleichzeitig, die für nachhaltige Lösungen zentrale Konzeptphase empfindlich zu verkürzen, weil das digitale Modell für eigentlich sinnvolle Optimierungen zu schwerfällig wird. Praktizierende Architekt:innen sollen daher zu einer stärkeren Auseinandersetzung mit dieser Technologie angehalten und befähigt werden, eigene digitale Anwendungen zu entwickeln. Unverzichtbar bleibt dabei, sich der hohen Abstraktion des digitalen Raums zu stellen und sich durch Rückkoppelung im «realen» Raum immer wieder zu verankern, beispielsweise durch Zeichnungen oder Modelle. Vor allem aber gilt es die Potentiale und Gefahren von künstlicher Intelligenz zu berücksichtigen. Für die Bestandesanalyse kann KI zwar zur unverzichtbaren Hilfe werden, das setzt aber entsprechende neue Datengrundlagen voraus.
Digitale Konstruktionslehre
Die Vermittlung von Konstruktion und Tektonik geschieht im Architekturstudium traditionellerweise über Bücher. Parallel dazu kommen als Konstruktionshilfe immer mehr digitale Instrumente zum Einsatz. Sie suggerieren, dass Parameter der Tragstruktur oder der Ökobilanz scheinbar ohne Beteiligung der Planenden kombiniert werden können, um effiziente Lösungen zu generieren. Den Architekt:innen droht auf diese Weise nicht nur der Entwurfsprozess aus der Hand genommen zu werden. Sie operieren zunehmend in einem abstrakten, rein quantitativen Massstab, der ihnen jegliche Übersicht verunmöglicht. Mit der digitalen Konstruktionslehre unternehmen wir den Versuch eines Mittelwegs, um sowohl die Kontrolle über die Parameter zurückzugewinnen als auch die eher statische Konstruktionslehre in Bewegung zu bringen. Zu diesem Zweck wurde ein digitales Tool entwickelt, bei dem wie anno dazumals im Sandkasten Materialien und Konstruktionsformen beliebig kombiniert werden können, mit synchroner Ablesbarkeit der wesentlichen zugehörigen Kennziffern. Für die gewählte Konstruktionsvariante wird anschliessend auf ausführlich dargestellte Referenzprojekte verwiesen. Die digitale Konstruktionslehre dient vor allem als praktisches Entwurfs- und Konstruktionsinstrument für Architekturstudierende, die somit die Möglichkeiten digitaler Tools voll ausschöpfen können.
«What is my House made of?»
Wie muss ein KI-Modell trainiert werden, damit es anhand von Bildern von Gebäuden deren Baujahr und Konstruktionsweise einschätzen kann, um zu belastbaren Aussagen über deren Umbau- oder Wiederverwendungspotential zu kommen? Der technische Aspekt eines solchen Vorhabens ist nicht besonders anspruchvoll. Die eigentliche Herausforderung liegt in der Bereitstellung der Daten, mit denen das Modell trainiert werden soll. Diese Daten müssen Informationen über die Erscheinung von Gebäuden, deren Konstruktionsweise sowie das Re-Use-Potenzial der demontierbaren Bauteile beinhalten. Im Rahmen des Forschungsprojekts werden entsprechend neue Datensätze entwickelt und mittels Integration am KI-Modell getestet. Das Projekt wird in Kooperation mit Elena Gavagnin entwickelt.
1:1
Die traditionelle Entwurfsarbeit an Neubauprojekten unterliegt einem starken Druck zur Standardisierung, mit einem stetig höheren Automatisierungsgrad, einem ununterbrochenen Optimierungszwang sowie der Vorgabe von Standarddetails und -materialien. Dazu in starkem Kontrast steht das Bauen im Bestand. Hier wird jede Bauaufgabe als Einzelfall betrachtet. Der Bestand ist in der Regel ein Unikat, das zuerst verstanden werden muss, um adäquate Interventionen entwickeln zu können. Das Zirkuläres Bauen und die Wiederverwendung von Bauteilen erfordern viel Improvisationstalent und Mut zur Bricolage. Damit einher geht eine radikale Transformation des Entwerfens und des dafür erforderlichen Wissens. Das Handwerk gewinnt eine neue Relevanz. Gefordert sind Wissen und Techniken, die zum Teil verloren gegangen sind und nun in anspruchsvoller Kleinarbeit wiedererlangt werden müssen.
Walz 4.0 - Handwerk und Hochschule gestalten gemeinsam die Zukunft des Bauens
Das interregionale Forschungsprojekt verbindet traditionelles Handwerkswissen mit Digitalisierung und moderner Hochschullehre. Damit sollen Bildungsmodelle geschaffen werden, die Praxis und Theorie bedarfs- und lösungsorientiert verbinden.
Die Bauwirtschaft steht vor Herausforderungen wie Fachkräftemangel, steigenden Anforderungen an Nachhaltigkeit und dem Erhalt traditionellen Handwerkswissens. Walz 4.0 begegnet diesen mit einem transdisziplinären Ansatz, der experimentelle und internationalen Zusammenarbeit sowie den Wissenstransfer zwischen Handwerk und Hochschule in den vier Ländern, Deutschland, Schweiz, Österreich, Liechtenstein, rund um den Bodensee stärkt.
Die bewährte Praxisnähe der Winterthurer Architekturlehre wird mit dem Einbezug des Handwerks um eine konkrete Dimension reicher. Architektur- und Handwerksausbildung befruchten sich mit dem Ziel, die Baukultur entsprechend den Davos-Kriterien zu fördern. Die nun grenzüberschreitende Kooperation mit unseren Nachbarn rund um den Bodensee geht dabei einen Schritt weiter. Im Projekt Walz 4.0 werden die vorhandenen Potenziale der Region in Handwerk und Hochschullehre synergetisch genutzt und weiterentwickelt. Handwerk, Hochschule und Digitalisierung bieten zusammen einen neuen Bildungsweg, um zeitgemässe Fertigungs- und Fügungsmethoden in die Ausbildung und damit in die Praxis einzuführen und zu etablieren.Im Rahmen des Interreg-Projektes agiert das Institut Konstruktives Entwerfen als Schweizer Lead-Partner innerhalb des Partnerschaftsverbundes. Weitere Schweizer Partner sind die ArchitekturWerkstatt der OST – Ostschweizer Fachhochschule sowie die Denkmalstiftung Thurgau. Ebenfalls beteiligt ist die Universität Liechtenstein. Die Gesamtkoordination des Projekts liegt bei der HTWG Hochschule Konstanz.
Am Projekt beteiligte Handwerksorganisationen sind die Denkmal Stiftung Thurgau, die Handwerkskammer Konstanz und die Wirtschaftskammer Vorarlberg. Das Vorarlberger Architekturinstitut unterstützt das Projekt als namhafte Vermittler:in von Baukultur. Akademische Partner:innen sind die HTWG Hochschule Konstanz als Lead-Partner, die OTH Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg, die ArchitekturWerkstatt der OST – Ostschweizer Fachhochschule, die FH Vorarlberg und die Universität Liechtenstein. Alle Partner:innen tragen zur Entwicklung experimenteller und intersektoraler Curricula bei, die Lehre und Lernen erlebbar und praktisch gestalten sowie die Verzahnung von Hochschule und Handwerksausbildung vorantreiben. Gemeinsam mit den Handwerksorganisationen werden Pilotprojekte initiiert, die nachhaltiges Bauen mit digitaler Innovation verknüpfen.
Das Projekt wird im Rahmen des Interreg VI-Programms Alpenrhein-Bodensee-Hochrhein gefördert und läuft von Januar 2025 bis März 2028. Mit einer Gesamtfinanzierung von rund 5 Millionen Euro, darunter erhebliche Mittel der Schweizer Eidgenossenschaft, legt Walz 4.0 den Grundstein für eine nachhaltige Transformation der Bauwirtschaft in der Region.
Jurte 2.0: Neue Kreisläufe für Schafwolle als Isolationsmaterial und als Filzfassade in Kirgisistan (KIRG)
In Kirgistan werden pro Jahr ca. 12'000 Tonnen Schafwolle erzeugt, davon werden aber nur ca. 3‘000 verarbeitet. Die restliche grobe Wolle wird verbrannt, was sehr umweltschädlich ist. In Kirgistan gibt es eine Tradition der Verarbeitung von kleineren Mengen grober Wolle zu Filz als Gebäudehülle (Jurten). Diese Tradition soll mit diesem Projekt erneuert und den heutigen Bedürfnissen angepasst werden, um einen neuen grösseren Kreislauf für Schafwolle zu schaffen und die Bauindustrie in Kirgistan durch ein natürliches Material umweltfreundlicher zu machen. Neben Filzfassade soll grobe Schafwolle auch zu Dämmung verarbeitet werden. Filz wird geläufig aufgrund seiner einfachen Verarbeitung als „textilen Lehm“ bezeichnet. Im Rahmen des Projektes wird ein Demonstratorgebäude vor Ort errichtet, an dem verschiedene Techniken und Materialvarianten erprobt werden können.