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Zentrum Bautechnologie und Prozesse

Innovation und Technologie sind zentral für die nachhaltige Entwicklung und die digitale Transformation des Bauwesens. Die grösste transformative Wirkung hat eine ganzheitliche Betrachtung von Prozessen für Entwurf, Planung, Bau und Betrieb von Gebäuden. Werden diese Prozesse mit übergreifenden gesellschaftlichen, ökologischen und wirtschaftlichen Herausforderungen verknüpft, eröffnen sich zudem Wege zu zukunftweisenden Ansätzen für den Umgang mit unseren Gebäuden und Städten.

Das Zentrum Bautechnologie und Prozesse ist eine interdisziplinäre Plattform für die Erforschung und Lehre von neuen Technologien und Prozessen in der Architektur. Schwerpunkte sind Hybrider Leichtbau, Digitale Technologien in Entwurf und Fabrikation sowie Gebäudeenergiesysteme und -technologien. An der Schnittstelle von Architektur und Ingenieurswissenschaften entwickeln wir in Zusammenarbeit mit Industriepartnern praxisnahe Ansätze. Dazu gehören die Digitalisierung von Planungs- und Fertigungsprozessen, die nachhaltige und ressourcenschonende Verwendung von Energie und Materialien, die Verbindung von intelligenten und integrierten Systemen in hybrider Bauweise, die Entwicklung konstruktiver Systeme unter dem Aspekt der Kreislaufwirtschaft sowie der Einsatz daten- und versuchsbasierter Methoden für die Optimierung von Form und Konstruktion.

Ziel des Zentrums ist eine inter- und transdisziplinäre Vernetzung mit Hochschulen sowie Industriepartnern. Dabei soll die akademische Forschung sinnvoll mit der Entwicklung praxisnaher Bautechnologien in einem realen Kontext verknüpft werden. Durch technologische Entwicklungen leisten wir somit einen wichtigen Beitrag an die Transformation des Bauwesens und gestalten Ausrichtung und Prozessabläufe unserer Disziplin aktiv mit.

Team

Schwerpunkte

Hybrider Leichtbau

Die Forschungsgruppe Hybrid-Leichtbau widmet sich der Entwicklung von Leichtbau-Systembauweisen, bei denen das Tragwerk durch gezielte Kombinationen verschiedener Materialen hinsichtlich statischer Funktion, Nachhaltigkeit und Bauprozessen optimiert wird

Der Fokus der Forschungstätigkeit liegt auf ressourcenschonenden und somit ökologischen Bauweisen von wiederverwendbaren Hybridstrukturen. Dabei ist entscheidend, dass die zum Einsatz kommenden Materialien sich zu intelligenten Systemen verbinden lassen und nicht verbraucht, sondern in zirkulären Kreisläufen einer temporären Nutzung zugeführt werden.

Planung und Fabrikation erfolgen digital und industriell, die vorfabrizierten Bauteile werden vor Ort in Montagebauweise zusammengefügt und nach Ablauf der Nutzung auch wieder auf diese Art auseinandergenommen. Gerade in technischen Belangen gibt es noch viele offene Fragen, die beantwortet werden müssen, um diese Bauweise praxistauglich zu machen. Für die Schweizer Bauwirtschaft besteht auf jeden Fall grosses Potential.

Mit dieser Art der Fertigung dürften sich mittelfristig auch die Wertschöpfungsketten in Planung, Montage und digitaler Fabrikation verändern. Was bedeutet dies für das Schweizer Bauwesen und wie muss es reagieren, um international wettbewerbsfähig bleiben zu können? Auch diesen Fragen widmen wir uns.

Digitale Technologien in Entwurf und Fabrikation

Das Bauwesen ist mit immer komplexeren Rahmenbedingungen konfrontiert: Angesichts zunehmender ökologischer und ökonomischer Herausforderungen steigt der Druck, ansprechende und nachhaltige Architektur zu entwickeln, die der Gesellschaft bei einem Minimum eingesetzter Mittel grösstmöglichen Nutzen bringt. Digitale Prozesse können helfen, diese Aufgabe zu bewältigen, da sie grundsätzlich in der Lage sind, grosse Mengen von Informationen schnell zu verarbeiten, zu strukturieren und dadurch nutzbar zu machen.

In der Architektur werden digitale Werkzeuge bereits seit mehreren Jahrzehnten in unterschiedlichen Teilbereichen eingesetzt. Man denke zum Beispiel an BIM und GIS im Bereich der Planung oder an Rendering-Software und 3D-Druck im Bereich von Visualisierung und Modellbau. Sehr häufig geht der eigentliche Entwurfs- und Konstruktionsprozess diesen Anwendungen aber voraus. Dadurch sind sie kein integraler Bestandteil eines Projektes, sondern nur nachgelagerte Tools zur Rationalisierung von Teilaspekten. Dies führt u.a. dazu, dass z.B. nicht standardisierte, natürliche Materialien wie Massivholz und Lehm oder auch rezyklierte Bauteile nur selten für den Bauprozess genutzt werden. Dabei wären gerade diese Materialien und Bauteile im Hinblick auf ihren ökologischen Fussabdruck sowie auch in Bezug auf ihre Haptik und Wertigkeit äusserst interessant.

Um dem Verlust dieses Potenzials entgegenzuwirken, hat es sich die Forschungsgruppe «Digitale Technologien im Entwurf» zur Aufgabe gemacht, digitale Werkzeuge von Anfang an in den Entwurfs- und Konstruktionsprozess zu integrieren und so die Qualität von einzelnen Bauteilen, aber auch ganzen Gebäuden zu steigern. Konkret geht es darum, den Arbeitsprozess nicht mehr linear zu denken – von der Informationsgenerierung (CAD) über die Herstellung mit computergesteuerten Maschinen (CNC) hin zur Materialisierung –, sondern Prozesse ganzheitlich zu entwickeln und zu entwerfen. Informationen und Interaktionen von Mensch, Material und Maschine sind dabei im Wechselspiel miteinander zu betrachten, um den Möglichkeitsraum für entwerfende Architekt*innen zu erweitern.

Die Forschung im Bereich Digitale Technologien in Entwurf und Fabrikation fokussiert sich auf die Entwicklung von transformativen Prozessen durch eine Kombination von digitalen Entwurfs- und Simulationsmethoden mit computergesteuerten (digitalen / digital angesteuerten) Herstellungsprozessen und komplexen nicht-standardisierten Materialsystemen. Das übergreifende Ziel ist der Einsatz von digitalen Werkzeugen für die Entwicklung intelligenter konstruktiver Systeme unter nachhaltiger Verwendung von Materialien. Dazu gehört neben grundlegender Forschung und konzeptioneller Arbeit die praxisnahe und anwendungsorientierte Produktentwicklung mit Partnern aus der Industrie. Diese technologischen Untersuchungen werden durch eine Auseinandersetzung mit ihrer gestalterischen Wirkung und ihrem funktionellen Potential begleitet, und dabei in ihrer wirtschaftlichen, ökologischen, und gesellschaftlichen Bedeutung kontextualisiert (od. verankert). So ist unsere Motivation nie die reine technische Machbarkeit oder Implementierung eines Prozesses, sondern vielmehr die sinnvolle und sinngemässe Integration digitaler Technologien als Beitrag zur Bewältigung lokaler und globaler Herausforderungen in der heutigen Berufspraxis.

Gebäudeenergiesysteme und -technologien

Die Forschung in der Gruppe Gebäudeenergiesysteme und -technologien fokussiert sich stark auf Energieaspekte in Gebäuden, von Energiegewinnung über -erzeugung, -verteilung bis hin zu -abgabe. Darüber hinaus geht es auch um den Betrieb und um Aspekte der intelligenten Steuerung. Die Forschung in diesen Bereichen zielt darauf ab, die dringlichsten Probleme beim Betrieb von Gebäuden zu lösen, d. h. den Nutzerkomfort mit minimalen Umweltauswirkungen zu gewährleisten unter Berücksichtigung der Energie- und Ressourceneffizienz durch Integration erneuerbarer Energiequellen. 

Die wichtigsten Fragen, welche unsere Forschung leiten, sind:

Publikationen: https://www.zhaw.ch/de/ueber-uns/person/balu/

Lehre

Die Forschungsgruppe Digitale Technologien in Entwurf und Fabrikation bietet ein Wahlpflichtfach für Architekturstudierende an, in dem ein spezifischer Entwurfs- und Fabrikationsprozess untersucht wird. In einer ersten explorativen Phase erzeugen die Studierenden durch praktische Experimente mit digitalen Entwurfswerkzeugen, direkter Kontrolle von computergesteuerten Produktionsmaschinen und Materialien eine Mustersammlung, die die Vielfalt des Prozesses exemplarisch illustriert. In einer zweiten Phase wird das erarbeitete formale und strukturelle Repertoire für die Bearbeitung einer praktischen Entwurfsaufgabe analysiert, erweitert und gezielt eingesetzt. Die iterative Produktion von realen Modellen und Prototypen mit echtem Material hat im Kurs einen hohen Stellenwert, damit die Entwürfe umfassend in Bezug auf ihre vielfältigen Teilaspekte wie Ästhetik, Funktionalität, Statik, Konstruktion und Ökologie geprüft werden können.