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.

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.

Die Fachgruppe Faserverbundkonstruktionen FVK unter der Leitung von Prof. Sepp Kurath widmet sich der Erforschung und Entwicklung materialgerechter Strukturen, Bauteile und Konstruktionen aus Faser-Verbund-Kunststoffen für den Baubereich.

Kontakt: Patric Fischli-Boson

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 ArchitektInnen 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.

Kontakt: Yves Ebnöther, David Jenny

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:

• Wie können Komfort und Resilienz in Gebäuden unter sich ändernden Randbedingungen wie Klimawandel, Urbanisierung, demografischer Wandelerreicht werden?
• Wie können erneuerbare und nachhaltige Energiedienstleistungen sowohl im Neubau als auch im Gebäudebestand bereitgestellt werden, um das Ziel der CO₂-Neutralität in Zukunft zu erreichen?
• Wie kann die Technologie mit der Architektur interagieren und ein integraler und etablierter Bestandteil der Architektur werden?
• Welche Auswirkungen hat die Digitalisierung auf Gebäudesysteme und welche Chancen ergeben sich aus ihr?

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

Kontakt: Luca Baldini

Digitale Bauprozesse und -management

Die Forschungsgruppe Digitale Bauprozesse und -management widmet sich dem Spannungsfeld zwischen digitalen Technologien und der Planungs- und Baupraxis. Die voranschreitende Digitalisierung erfordert neue Prozesse, Organisationsformen und Management-Praktiken. Im Zentrum steht dabei, die digitale Innovation im Bauprozess als sozio-technisches System zu verstehen und Strategien für ihre Umsetzung zu entwickeln.

Unsere Forschung widmet sich vier Themenbereichen.

• Management und Organisation digitaler Bauprozesse: Wie organisieren wir das Zusammenspiel digitaler Technologien mit disziplinübergreifender Zusammenarbeit, agilen Managementmethoden und effektiver Kommunikation?
• Adaption von digitalen Prozessinnovationen in der Planungs- und Baupraxis: Welche Faktoren entscheiden über die erfolgreiche Adaption neuer digitaler Bauverfahren aus Forschung und Entwicklung in die Architektur- und Baupraxis?
• Integrierte und interaktive Prozessgestaltung: Wie gestalten wir interaktive und immersive Prozesse und Praktiken der Zusammenarbeit mit digitalen Mitteln über sämtliche Phasen des Lebenszyklus eines Bauprojekts?
• Integrierte Projektabwicklung: Wie verändert die Digitalisierung des Bauens Projektorganisation und Geschäftsmodelle sowie berufliche Identitäten und Arbeitskultur?

Kontakt: Konrad Graser