adato 1|11 - Parametrische Architektur
Wettbewerb Belval Square Mile in Luxemburg
KCAP / TOPOTEK 1 / Fakton

Das Team aus KCAP Architects&Planners und den Landschaftsarchitekten TOPOTEK 1 gewinnen in Zusammenarbeit mit den Finanz- und Immobilienberatern Fakton den Wettbewerb für die strategische Stadtentwicklung der Square Mile Belval in Esch-sur-Alzette, im Süden von Luxemburg. Die internationale Jury unter Vorsitz von Carl Fingerhuth zeichnete das Konzept von KCAP / TOPOTEK 1 / Fakton mit dem 1. Preis unter den Beiträgen 4 internationaler Teams aus.
Belval, ein ehemaliger Hochofenstandort in Luxemburg von 170 ha Größe durchläuft bereits seit Mitte der 1990er Jahren eine Entwicklung zu einem Stadtviertel mit einem konsequenten Funktionsmix aus Wohnen, Arbeiten, Studieren, Forschen, Freizeit und Erholung und mit einem ausgeprägten Fokus auf nachhaltige Entwicklung. Ziel des Wettbewerbs war es, den bestehenden Masterplan für 10 Blocks des Quartieres `Square Mile` im Zentrum für Belval kritisch zu prüfen und gegebenenfalls anzupassen. Vor dem Hintergrund veränderter immobilienwirtschaftlicher Rahmenbedingungen wurden neue städtebauliche Konfigurationen gesucht, die zeitgenössische Aspekte der Energieeffizienz und Nachhaltigkeit beinhalten und die, basierend auf dem Charakter des Ortes als Lernund Forschungsstandort sowie unter dem Motto `Erlebnis Industriekultur`, dem Ort eine Identität verleihen.
Erhabenes Monument Das Skulpturenmuseums von Tadao Ando bei Bad Kreuznach
Text Ingeborg Flagge

1995 erhielt der heute 68 jährige Tadao Ando den Pritzkerpreis, den sog. Nobelpreis für Architektur. Dieser angesehendste Architekturpreis der Welt zeichnete mit dem japanischen Architekten einen Autodidakten aus, der nie eine formale Architekturausbildung erhalten hatte. Ando erhielt den Preis für ein Werk, das bis heute von unbeirrbarer formaler Konsequenz und einer asketischen Anwendung architektonischen Vokabulars gekennzeichnet ist, in dem sich radikale europäische Moderne mit japanischer Tradition subtil mischen.
Tadao Andos Werk umfasst mehr als 1oo Bauten, darunter viele Museen, in Deutschland neben diesem neuen kleinen Haus die Langen Foundation auf der ehemaligen Raketenstation Hombroich bei Neuss. Auf Grund der schieren Zahl seiner Häuser und ihrer unbestreitbaren Qualität wird Ando häufig als „Stararchitekt“ bezeichnet. Ich würde ihn lieber einen grossen Baumeister nennen. Denn im Vergleich zu den meisten seiner lauten Starkollegen, die häufig eine laute Architektur von extravaganter Expressivität produzieren, ist Tadao Ando ein leiser Meister, der mit seinen Bauten die Stille und Zurückhaltung sucht. Und dies steht keineswegs im Gegensatz zum kraftvollen und imponierenden Auftritt seiner Häuser.
Tadao Andos Art zu bauen ist nicht Effekt heischend, sondern zutiefst überzeugend. Sie ist einprägsam und eindringlich und berührt den Betrachter mit ihrer selten harmonischen Übereinstimmung von Funktion, Struktur und Material. Der Buddhist Ando wurde bekannt durch den Bau christlicher Kirchen in Japan, die bis heute – 25 Jahre nach ihrer Fertigstellung – nichts von ihrem Geheimnis und Zauber verloren haben. Vielleicht verdankt sich auch der sakrale Charakter vieler seiner übrigen Bauten dieser frühen Erfahrung.

Dieses Skulpturenmuseum, dass durch die zentrale Stellung einer lokalen, historischen Fachwerkscheune an einen japanischen Schrein erinnert, birgt wie ein Schatzkästchen alle für Ando typischen Merkmale seiner Architektur: Die Geometrie des Raumes, der Beton – das Holz ist eher selten – und eine von der Natur abstrahierte Ordnung aus Licht, Wasser und Himmel.

Das kleine Bauwerk spiegelt die Besonderheiten der Architektur Andos:

Thema Raum
Raum entsteht für Ando nicht erst, indem er ihn baut. Vielmehr formt er ihn als Teil der Unendlichkeit des uns umgebenden leeren Raumes durch Eingrenzen und Begrenzen durch Mauern. Andos Architektur in ihrer Mischung aus Transparenz und Geschlossenheit macht so Raum erst sichtbar. Raum ist bei Ando nie statisch, sondern in Bewegung und bewegt. Raum ist auch Weg, man könnte sogar sagen, dass Andos gesamte Architektur eine Art Weg ist. Erst im Begehen entdeckt sich sein Raum, erst im Durchschreiten begreift man ihn. Jeder Weg ist inszeniert, er führt vom Haus weg, um das Haus herum, nimmt Umwege in Kauf, um immer neue und andere Perspektiven und damit Einsichten zum Bau zu gewinnen. Deswegen auch bei Ando fast immer der Verzicht auf direkte, gut sichtbare, zentrale Eingänge. Vielmehr schlüpft man nicht selten von der Seite, fast verstohlen, in seine Bauten hinein. Wie auch hier.

Thema Material
Ando liebt den Beton, auf dessen herausragende Qualität er größten Wert legt. Sein Beton muß sich glatt wie Seide anfühlen und sanft wie Wasser. Er ist für ihn ein taktiles Material wie das der im Museum ausgestellten Steinbücher. Sein Beton lebt und atmet, und die grossen autonomen Betonflächen seiner Mauern und Häuser wollen wie bei den Steinplastiken von Kubach- Wilmsen die Struktur und das Wesen des Materiales deutlich machen.

Thema Wasser
Ein niedriges Wasserbecken, das wie hier einen Großteil des Innenhofes einnimmt, ist eines der preiswertesten und gleichzeitig raffiniertesten Mittel der Architektur. Das Wasser verdoppelt das Architekturvolumen durch Reflektion. Es betont die Strenge einer Architektur durch ihre Spiegelung im glatten Wasser, es löst ihre Härte auf, wenn der Wind die Wasseroberfläche bewegt oder kräuselt. Ein Wasserbecken belebt und spielt mit Licht und Himmel und macht Andos Innenhöfe zu Kaleidoskopen der Tages- und Jahreszeiten mit ihrem unterschiedlichen Licht.

Thema Licht
Der bewusste Umgang mit Licht und seinem dunklen Bruder, dem Schatten, ist das hervorragendste Merkmal der Architektur Andos. Erst das Licht verleiht ja bekanntlich den Gegenständen ihre optische Existenz und verbindet Raum und Form. Ando, ebenso rational wie intuitiv begabt, ist ein Meister der Lichtführung und des Schattenwurfes. Licht gibt seinen Bauten ihre starke Präsenz. Je nach Licht und Farbe des Lichtes wirkt eine nackte Betonwand hart und flächig oder aber auch plastisch-weich und fast durchscheinend und schwebend.

Wegen der seit Jahrzehnten herausragenden Architektur Andos darf man ihn einen verlässlichen Magier nennen.
Transluzent, gefaltet und gelocht Villa Vauban – Musée d’Art de la Ville de Luxembourg
Architekt Diane Heirend & Philippe Schmit architects
Fotos Lukas Roth
Text Dr. Sabine Dorscheid

Die historistische Villa Vauban im innerstädtischen Grüngürtel der Stadt Luxemburg ist seit 1959 städtische Kunstgalerie. Die Stadt entschied sich für die erforderliche Museumssanierung und eine räumliche Erweiterung, obwohl der öffentliche Park die Baumaßnamen grundlegend limitierte. Den umliegenden Landschaftsgarten plante der französische Gartengestalter Edouard André 1871-78, nachdem der Festungsring ab 1867 geschleift worden war. Durch das zur Hälfte unterirdisch angelegte Bauvolumen des Anbaus war es möglich, bei gleichzeitiger Respektierung der historischen und ökologischen Situation die Ausstellungsflächen beinahe zu vervierfachen. Die in goldrötlichen Brauntönen changierende Lochblechfassade reflektiert die Parkumgebung, ohne sie zu dominieren. Die transluzente Metallfassade aus Rotmessing ist in stumpfen Winkeln aufgefaltet und spielt mit dem auftreffenden Sonnenlicht und den Schatten der Bäume. Diese haptische Qualität der Oberfläche vermittelt Leichtigkeit und Eingebundenheit. Wie ein geometrischer Vorhang umläuft das Material den vieleckigen Baukörper. Diese Art der Bemusterung setzt sich auf dem Dach fort. Der überirdische Teil des Neubaus verbindet sich an der Ost- und Nordfassade mit dem Altbau der Villa, dockt aber nur in Höhe des Erdgeschosses an. Lediglich an der verdeckten Rückfassade führt ein Treppenhausvolumen in die zweite Etage der Villa. Von der Straßenseite aus gesehen, liegt der Anbau als eingeschossiger Riegel hinter der Villa. Durch perspektivisch gekippte Fluchtlinien, unterschiedlich geneigte Dachflächen und Rücksprünge, wirken die Dachkonturen des Baukörpers wie abstrahierte Geländelinien.
Im Innenraum findet sich eine andere Form der Abstraktion: markant proportionierte Oberlichtsäle, hohe Decken und Enfiladen bestimmen das Bild. Die beiden Raumfluchten im Erd- und Untergeschoss des Anbaus mit den exakt hintereinander liegenden Durchgängen betonen den repräsentativen und öffentlichen Charakter der Schauräume. Die Klarheit der Räume wird durch die Schlichtheit der verwendeten Materialien und Details (geöltes Eichenparkett, Eichenlaibungen, Schattenfugen bei den Wandübergängen zum Boden und zur Decke) unterstrichen. Die Grundrisse der übereinander liegenden Enfiladen sind – für den Besucher kaum wahrnehmbar – in ihren Längsachsen versetzt. Die räumliche Verschachtelung und der dadurch entstehende Rücksprung sowie die entsprechende Überkragung bieten wiederum Freiräume für spezielle Funktionen: Skulpturengalerie, untere Galeriepassage, Kinderatelier, Loggia mit Parkausblick, Kabinett mit halber Deckenhöhe sowie einen dramatischen Treppenabgang ins Untergeschoss. Diese Elemente gestalten die Choreographie der Wegeführung; sie verlangsamen die Geschwindigkeit der Besucher und geben die Möglichkeit, Ausblicke auf den Park zu genießen sowie besondere Baumaterialien und -details wahrzunehmen. Wichtigstes Baumaterial im Inneren ist zweifellos Beton. Die nicht verkleideten Wände im Foyer, Treppenhaus und Kinderatelier weisen eine besondere Oberflächenbehandlung des Sichtbetons auf: alle Flächen wurden mit dem Stockhammer aufgeraut, so dass flächendeckend verstreut kleine helle Quarze aufscheinen. Insbesondere im Foyer und im Kinderatelier erscheinen die Betonvolumen massiv und skulptural, wie aus einem großen Volumen herausgearbeitet, weniger wie gegossene Schalen. Die Villa und der Anbau befinden sich auf dem Gelände des alten Fort Vauban, so dass im Untergeschoss ein besonders pittoresker Umgang entstehen konnte. Als trutziges Objet trouvé findet sich hier die alte Wallmauer (1739). Obwohl sie dem Besucher als Außenmauer erscheint, ist sie ohne konstruktive Funktion in das räumliche Gefüge montiert. Durch das Andocken des Neubaus an die Nord- Ost-Ecke der Villa ergibt sich für den Gesamtparcours durch das Museum die angenehme Situation eines gemeinsamen Rundweges durch beide Häuser. Im Altbau befinden sich sechs Ausstellungsräume, im Neubau elf. Das Foyer bildet das Verbindungsstück zwischen beiden Häusern. Von der Eingangshalle gelangt der Besucher durch ein angebautes Vorzimmer in das Erdgeschoss der Villa. Sukzessiv erschließen sich alle Ausstellungsräume des gesamten Erdgeschosses. Der Weg ins Untergeschoss führt über eine inszenierte Ecktreppe. Diese führt an der Nord-West-Ecke des Anbaus in einen schmalen, konisch zulaufenden Raum mit doppelter Geschosshöhe von 10 m. Durch die mattierten seitlichen Oberlichtgläser wird der Raum natürlich beleuchtet. Durch das innen liegende, zweiläufige Treppenhaus kann der Besucher erneut zum Foyer (Garderobe, Rezeption) und von da aus in das Obergeschoss der Villa gelangen. Die historische Bausubstanz der bürgerlichen Villa Vauban, die der französische Architekt Jean-François Eydt 1871- 73 für den Industriellen Gabriel Mayer erbaute, wurde behutsam saniert. Die Dachgauben sind nach Originalplänen rekonstruiert, die Stuckornamentik der Decken blieb erhalten und der Charakter der städtebaulichen Einbindung gewahrt. Das historische Grundstück der Villa liegt als Enklave im städtischen Park. Um die Grenze zwischen privatem und öffentlichem Bereich optisch aufzulösen, beauftragte der ursprüngliche Bauherr der Villa den Gartengestalter des öffentlichen Geländes und orientierte die Lage seines Wohnhauses an der hinteren, dem Park zugewendeten Grundstücksgrenze. So konnte der Eindruck entstehen, sein eigenes Grundstück sei nur der Vorgarten der Villa und der öffentliche Park seine dazugehörige Gartenlandschaft. Das vor dem Haus liegende Terrain, welches die große Parkanlage en miniature abbildet, konnte durch entsprechende Eingriffe erhalten werden, inklusive der Blickachsen, der hügeligen Topographie und der pittoresken Wegeführung. Auch der kleine französische Garten an der Westfassade der Villa kehrte zurück. Von der vorgelagerten Straße gesehen, liegt der Museumsanbau hinter der Villa, dem Park zugewendet. Der Anbau vollzieht heute die Öffnung zum Park, die mehr als ein Jahrhundert lang nur suggeriert wurde. Die neue, leicht geknickte Rückfassade spiegelt den Schwung des dahinter liegenden Gehwegs und macht das Museum durch einen neuen Querweg von der Parkseite her zugänglich. Sowohl vom straßenseitigen Hauptportal als auch von der Grünanlage ist das Museum als öffentlicher Bau identifizierbar. An der Rückseite des Gebäudes ist die Lochblechfassade an zwei Stellen durchbrochen. Die freigegebenen Fensterflächen zeigen das Innere des Museums, ohne die ausgestellte Kunst sichtbar zu machen. Die verglaste Loggia und das Fenster des Kinderateliers, das vom Treppenhaus eingesehen werden kann, zeigen von Außen einen Einblick in die architektonische Struktur und von Innen einen Ausblick auf die gestaltete Natur mit den großen Solitärbäumen.
STEINMETZDEMEYER architectes urbanistes
20 ans d’architecture et 10 ans d’une association émaillée de nombreuses distinctions

C’est en 1989 que Nico Steinmetz fonde son atelier d’architecture de la rue Malakoff à Luxembourg, suite au premier concours qu’il remporte avec la complicité de Stefano Moreno son associé jusqu’en 1994 : la reconversion d’une ancienne fabrique à Hollerich qui devriendra le complexe Downtown, un des hauts lieux de la vie nocturne de la Ville. Cette collaboration donnera le jour à plusieurs projets, dont la rénovation de l’ensemble des immeubles de logements de la rue du Nord avec ses boutiques, ainsi que la maison Seiler à Heffingen, manifeste de jeunesse sur le renouveau de l’habitat en milieu rural.
En 1990 Arnaud De Meyer et Nico Steinmetz se rencontrent à l’Institut Supérieur d‘Architecture St‐Luc de Bruxelles où le premier entre comme étudiant alors que le second commence à y officier en tant qu’assistant du professeur Jean Cosse pour l’atelier d’architecture.
En 1995 Arnaud De Meyer rejoindra l’atelier d’architecture Nico Steinmetz en qualité de collaborateur architecte.
Cette même année, Nico Steinmetz recevra le premier Prix Luxembourgeois d’Architecture pour la maison et l’atelier Malakoff.
Les caractéristiques des projets de l’atelier sont l’échelle et le rapport aux lieux, au site, l’étude poussée des détails et la maîtrise de la matérialité des constructions. Le volet urbanistique est particulièrement sensible et les réflexions sur l’agencement et sur les structures des espaces urbains intègrent dès le départ les réflexions sur les projets d’architecture proprement dits.
Entre 1997 et 2000, l’atelier s’attelle à un premier chantier d’envergure : la transformation et l’extension des Anciens Thermes de Mondorf les Bains avec extension salle des fêtes, ainsi qu’à la rénovation du Pavillon de la Source Kind avec aménagement de tous les abords à l’entrée du Parc Thermal, l’ensemble sera terminé en 2001.
Forts de cette expérience, la collaboration des deux architectes prendra une tournure plus officielle par la création en 2001 de l’association «STEINMETZDEMEYER architectes urbanistes». L’association pose comme fondement la volonté de cultiver une nonspécialisation, c’est‐à‐dire une grande diversité de projets, de tous types et à toutes les échelles ; et aussi d’exercer un regard perpétuellement neuf sur les projets par le questionnement et l’analyse renouvelés à chaque nouvelle mission.
Le duo démarre mais ne tarde pas à faire parler de lui:
Cette toute jeune association s’est vu confier la métamorphose de l’historique maison Thorn à Niederanven en Kulturhaus. Le projet a préservé la bâtisse séculaire à laquelle est venu s’adjoindre un nouvel espace de verre, d’acier et d’essences indigènes (inauguré en 2007). Puis, l’atelier se voit récompensé du prix d’architecture dans la catégorie «habitat» en 2004 pour la réalisation de la maison Weber, une maison individuelle réunissant lieu de travail et lieu de vie dans un site unique à Dippach.
En 2007 l’association est récompensée du Prix Luxembourgeois d’Architecture, catégorie Lieux de Travail pour la transformation d’une ancienne menuiserie en un immeuble de bureaux abritant les 80 salariés d’un bureau d’études InCA. L’alternance de châssis vitrés avec des modules de bardage en bois confère une identité forte à ce bâtiment implanté au sein d’une zone industrielle ordinaire.
Lauréat du concours organisé par la Ville de Luxembourg en 2007, l’association oeuvre à présent à la création du successeur de l’actuel Bierger‐Center‐Centre Hamilius. Le nouvel édifice, place Guillaume, sera complété par des espaces d‘exposition, de réception et de réunion, des logements de toutes catégories et d’une nouvelle salle des mariages.
En 2008, STDM ravit la première place du concours d’architecture du SES Business Center de Betzdorf. Actuellement en chantier, le projet devra voir le jour en 2012.
Dans le cadre du concours international de la gare périphérique de Cessange en 2009, STEINMETZDEMEYER en association avec POHL ont remporté une deuxième place en ayant imaginé un ensemble architectural conçu comme une continuation de l‘environnement urbain et paysager.
Ils ont récemment été lauréats du concours réalisé sous l’égide du Fonds d’urbanisation du Kirchberg pour la nouvelle Luxexpo et Gare Kirchberg. Chaque élément du projet y affiche son identité propre tel un point de repère à l’échelle du quartier et tous interagissent pour former un « paysage urbain ».
Très récemment, STEINMETZDEMEYER a remporté le concours de la Ville de Luxembourg «2010 Baulücken 2» dont l’objectif proposer des logements urbains à des prix abordables sans faire l’impasse sur la qualité des lieux de vie et sur l’esthétique.
« La connaissance s‘acquiert par l‘expérience, tout le reste n‘est que de l‘information » disait Einstein. En 20 ans de carrière, le tandem s’est construit pas à pas des bases solides et mesurent avec satisfaction le chemin accompli durant cette période. Ils poursuivent donc avec enthousiasme leur quête de connaissance, et d’expérience dans des projets qu’ilssouhaitent toujours différents, formateurs et passionnants.
André Hamacher
Der grundlegender Aufbau von evolutionären Algorithmen und deren Möglichkeiten zur Anwendung in der Architektur

Evolutionäre Algorithmen - Künstliche Evolution. Dies bezeichnet die Abbildung natürlicher Selektions- und Entwicklungswerkzeuge um Lösungen, meist mehrere Varianten, für komplexe Problemstellungen zu generieren. In der Informatik als speicher- und rechenintensive Herangehensweise eingeordnet, wird diese Methodik unter Anderem genutzt um Maschinenbauteile zu formen deren Parameter teils unabhängig, manchmal auch gegenläufig sind. Beispielsweise aerodynamische Eigenschafen, Gewicht, Materialmenge, statische Belastbarkeit usw. Einzeln einfach messbare Eigenschaften, in deren Kombination unterschiedliche Varianten entstehen. Die jeweiligen Parameter werden dafür untereinander abgewägt und miteinander verbunden.
Sobald die Faktoren der Evolution (Selektion, Vermehrung und Mutation) in einer oder mehreren Durchläufen zusammentreffen, optimiert sich eine Gruppe Individuen auf ein in der Selektion gerichtetes Optimum hin.
Eine grundlegende Einführung wie evolutionäre Algorithmen funktionieren, und in welchen Fällen dieses Werkzeug in der Architektur eingesetzt werden kann, soll dieser Artikel liefern.
Ein einfaches geometrisches Problem, dessen Lösung vorher bekannt ist, soll dem Verständnis dieses Verfahrens dienen: Die Optimierung eines beliebigen Rechtecks auf maximalen Flächeninhalt bei minimalem Umfang. Jedes Rechteck wird nun als „Individuum“ betrachtet, es hat die Eigenschaften der Länge und Breite als „Gene“. Der Umfang und Flächeninhalt ist hieraus später einfach zu berechnen um die „fitness“ des Individuums festzustellen.
Zuerst wird eine größere Menge an Individuen initial generiert. Dies geschieht mit zufälligen Genen um ein möglichst großes Spektrum an möglichen Lösungen abzudecken. In der Praxis ist eine möglichst große Vielfalt und Anzahl von Individuen daher von Vorteil.
In den folgenden Generationsdurchläufen „überleben“ diejenigen, die eine gewisse „Mindestfitness“ aufweisen. Dies ist mit der wichtigste Punkt in dem evolutionären Ablauf, die Selektion anhand von Regelsätzen. In diesem Beispiel ist die Fitness eines Individuums höher, je mehr Flächeninhalt es im Verhältnis zum Umfang aufweist.
Diese tragen ihre „Gene“ in die nächste Generation - sie vermehren sich. Zu diesem Zweck werden die „Gene“ der Individuen nach dem Zufallsprinzip miteinander gekreuzt und eine neue Generation entsteht. Im Beispiel der Rechtecke wird einfach das arithmetische Mittel der beiden Eigenschaften (Länge, Breite) gebildet.

Diese neuen Gene machen in gewissem Rahmen eine Mutation durch - ihre Eigenschaften werden zu einem bestimmten Prozentsatz mit einer Zufallsabweichung versehen. Dies führt zu einer großen Vielfalt der Lösungsmöglichkeiten. Weiter hilft es bei der Umgehung von lokalen Optima (siehe Abbildung). Dies ist wichtig bei Problemstellungen in denen es - anders als in den Beispielrechtecken - mehr als eine Variante der Lösung gibt.
Optional werden die fittesten Individuen der letzten Generation übernommen.
Diese neue Generation wird wieder dem anfänglichen Selektionsmechanismus ausgesetzt - das Verfahren wiederholt sich ab jetzt bis der Vorgang abgebrochen wird. Nach ca. 20 Generationen nähern sich die Rechtecke immer weiter der (in diesem Fall einzigen) Lösung an: einem Quadrat.
Sobald die Funktion dieses Systems klar ist, wird auch klar dass es durch Änderung der Regelsätze auf nahezu jedes komplexe System anwendbar ist. Komplex in so weit, dass die Lösungen mehreren Regelsätzen entsprechen müssen und selbstständig zwischen diesen abwägen.
Dies können wie oben erwähnt Flugzeugbauteile sein, es lässt sich aber auch auf völlig andere Problemstellungen skalieren. Beispielsweise auf die nach rationalen Maßstäben sinnvollste Raumkonfiguration eines Raumprogramms unter unterschiedlichen Bedingungen.
In diesem Fall entspricht das Individuum dem Zusammenschluss der einzelnen Raumbereiche. Die Regelsätze könnten in diesem Fall sein:


I - Es ist positiv zu bewerten wenn gewisse Raumbereiche mit natürlichem Licht versorgt werden können. (für einige Räume ist dies wichtig, bei anderen nur optional)

II - Es ist positiv zu bewerten wenn ein minimales Maß an Erschlieflungsfläche erreicht wird.

III - Es ist positiv zu bewerten wenn Räume durch die Erschlieflungsfläche zu erreichen sind.

IV - Es ist positiv zu bewerten wenn gewisse Räume nahe beieinander sind, andere weiter weg.

Diese Auflistung ist in keinem Fall abschließend und muss an die individuellen Problemstellungen angepasst und erweitert werden. Dadurch können diese Regeln auch keinen Anspruch auf Allgemeingültigkeit haben. Regel I z.B. wird in einer unterirdischen Bunkeranlage weniger wichtig sein, als in einem Mehrfamilienhaus. Daher ist es wichtig dass diese Regeln nicht absolut formuliert sind, und man ihnen - je nach Problemstellung unterschiedliche Gewichtung gibt. Spätestes bei Regel II und III wird klar dass Regeln existieren können, die sich in gewissem Maße ausschließen. Während Regel II es in seiner Konsequenz als positiv erachten würde die Erschließungsfläche gegen null zu bringen, wird Regel III dafür sorgen dass die Erreichbarkeit der Räume gegeben ist.
Regelsatz IV fängt in seiner Funktion an gewisse entstehende Raumgruppierungen zu bevorzugen und ist damit sehr wichtig. Dadurch werden, in Kombination mit den anderen Regelsätzen alternative Grundrissdiagramme erzeugbar die den Charakter einer Machbarkeitsstudie besitzen.
Weitere mögliche Regelsätze wären zum Beispiel das Einbeziehen einer Raumhöhe die bei manchen Räumen explizit großzügig, bei anderen minimiert sein soll.
Jedes vollständige Zonierungsdiagramm, welches sich aus den vorgegebenen Regeln ergibt, entspricht einem Individuum und nicht nur wie im vorherigen Beispiel einem Rechteck.
Weiterhin repräsentiert jedes Individuum dadurch einen leicht bis stark abweichenden Lösungsvorschlag der entweder ausgegeben, oder weiter optimiert wird.
Dabei sind meistens viele verschiedene Lösungsvarianten & -alternativen möglich die diesen Regeln auf unterschiedliche Arten entsprechen und Kompromisse zwischen den einzelnen Anforderungen aufbauen und eingehen. Diese Methode ist freilich nicht auf rechteckige Räume begrenzt - sie können jeden denkbare Form annehmen. Im ersten Beispiel des Rechtecks welches sich auf ein Quadrat optimiert käme dann als Ergebnis eine Annäherung der Kreisform heraus. Auch die Räume der Zonendiagramme sind nur orthogonal, weil ihre „Gene“ es vorgeben. Beliebige andere Zonierungen sind denkbar.
Die Anwendung der Regelsätze fordert, dass diese so genau wie möglich formuliert werden. Dafür ist die Flexibilität und Skalierbarkeit enorm groß und auch maßstabsunabhängig. So kann ein ähnlicher Regelsatz auf Städtebauliche Volumina angewandt werden. Die Parameter ändern sich in diesem Fall, das Prinzip bleibt das gleiche.
Wie man sieht sind die möglichen Anwendungen dieser Technik in der Architektur vielfältig. Seien es nun die technischen Parameter einer Gebäudehülle um deren einzelnen Funktionen bei minimalem Materialaufwand zu maximieren, oder die bestmögliche Positionierung von Messeständen in einer Halle unter Bezugnahme der Besucherströme. Die Voraussetzung dafür ist die Intensive Auseinandersetzung an welche essenziellen Parameter die zu lösende Aufgabe gebunden ist.
Abschließend ist zu sagen, dass künstliche Evolution ein effizientes und leistungsfähiges Werkzeug in der Architekturplanung sein kann. Sie kann helfen Planungsprozesse zu vereinfachen und für Problemstellungen variable Lösungen vorschlagen.
Durch ihren grundlegenden, für jedes Individuum parallel laufenden Aufbau, ist sie prädestiniert dafür auf mehreren Rechner verteilt verarbeitet zu werden was bis zu einer gewissen Komplexität der Aufgabenstellungen keine Anschaffung von spezieller Computerhardware sondern nur die Nutzung bereits vorhandenen Ressourcen erfordert. Die Grenzen dieses Werkzeugs sind klar erkennbar. Dem schöpferisch denkenden Menschen werden in Varianten Vorschläge unterbreitet die bisher keiner ästhetischen oder sinnlichen Bewertung unterlagen. Seine Aufgabe ist und wird weiterhin sein als kulturschaffendes Wesen ein Werk zu erschaffen das durch die Berührung mit dem menschlichen, denkenden Geist mehr als die Summe seiner Teile ist. Zur Erfüllung dieser Aufgabe nimmt er seit Urzeiten helfende Werkzeuge zur Hand.
Für Interessierte gibt es ein Programmscript mit der Implementation der grundlegenden Funktionen eines evolutionären Algorithmus zur freien Weiterverarbeitung. Der Bezug incl. einer kurzen Anleitung zur praktischen Nutzung des Codes ist unter http://zechelon.wordpress. com/adatoscript/ möglich.

André Hamacher studierte nach seinem Abschluss zum staatlich geprüften Assistent für Informatik an der Fachhochschule Trier Architektur.
Seit 2009 arbeitet er im Büro Atelier Jim Clemes und ist dort in erster Line für das Modelieren, Generieren und Visualisieren parametrischer, komplexer Geometrieren zuständig.
Logik oder Form
Text Harald Kloft

„Die Logik der Form“ lautet der deutsche Buchtitel einer 1961 erschienenen Publikation von Eduardo Torroja.(1) Der Autor, ein berühmter spanischer Bauingenieur und Mitbegründer des modernen Schalenbaus der fünfziger Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts, beschreibt in seinem Buch als Ziel des Entwerfens von Tragwerken das Zusammenwirken von Material, Konstruktion und Form: Basierend auf den Grundsätzen der reinen Logik und gepaart mit Phantasie und Intuition sei es die Aufgabe eines entwerfenden Ingenieurs, das Material so in eine widerstandsfähige Form zu fügen, dass es die gestellten Anforderungen optimal erfülle.

Der Entwurf eines Tragwerkes sei dabei vielmehr eine künstlerische Aufgabe und die statische Berechnung diene lediglich der zahlenmäßigen Bestätigung der durch gesunden Menschenverstand gefundenen Form. Basierend auf diesem Entwurfsansatz erläutert Torroja in dem bemerkenswerten Buch die Grundprinzipien verschiedener Konstruktionsarten und Tragwerksformen und beschreibt die Zusammenhänge mit der Entwicklung der klassischen Werkstoffe Stein, Holz, Stahl und Beton.
Vor dem Hintergrund dieser auf den Gesetzmäßigkeiten der Logik basierenden Formfindung stellt sich die Frage nach der „Logik der Form“ heutiger Nonstandard- Architekturen. Wie kommen heute Material und Formensprache zusammen? Um dieser Frage nachzugehen, ist es angebracht, einen Blick auf die baugeschichtliche Entwicklung zu werfen. Vor der industriellen Revolution waren die in der Natur vorkommenden Werkstoffe Holz und Stein die einzigen zum Errichten von Bauwerken tauglichen Baumaterialien. Die Formensprache, vor allem der steinernen Bauten, hat sich über eine jahrtausendelange Baukultur entwickelt, immer vor dem Hintergrund der mangelnden Zugfestigkeit des Steins. Dies führte in der griechischen Epoche zu der typischen Bauart, über eine dichte Anordnung von Säulen mit aufliegenden Balken Raum zu bilden und wurde von den Römern weiterentwickelt zu den formaktiven, die geometrische Steifigkeit ausnutzenden Kuppel- und Gewölbetragwerken.(2)
Mit Beginn der Industrialisierung wurde es möglich, neue, so genannte künstliche Werkstoffe herzustellen und bereits bekannte Materialien wie Eisen durch verbesserte Herstellungsverfahren in technologisch neue Qualitäten zu überführen. Das Finden des synergetischen Zusammenwirkens von Material und Form war dabei immer ein iterativer Prozess der Suche. So war beispielsweise die erste gusseiserne Brücke, die 1779 erbaute Coalbrookedale Bridge in England, von ihrer Formensprache her eine Steinbrücke, allerdings fehlten die Steine und stattdessen trug das gusseiserne Gerippe der Fugen. Auch die Verbindungstechniken waren alles andere als neu, sondern folgten den bekannten Prinzipien des Holzbaus.(3) Und trotzdem oder gerade deshalb verkörperte diese Brücke die Leistungsfähigkeit des neuen Werkstoffes Gusseisen durch ihre Leichtigkeit und Transparenz in Kontrast zu den bekannten massiven Steinbogenbrücken. Die Weiterentwicklung des Gusseisens zu den heutigen Hochleistungswerkstoffen im Stahlbau war stets begleitet von der Suche nach der geeigneten Form unter den Aspekten von Materialeffizienz, Herstellungsverfahren, Wirtschaftlichkeit und natürlich ästhetischer Ansprüche.
Bei den heutigen Freiform-Architekturen ist eine aus dem Material abgeleitete Logik der Form nicht zu erkennen und es ist offensichtlich, dass wir wieder in einer Phase der Suche sind. Beispiele wie das 2008 fertig gestellte Nationale Olympische Stadion in Peking, das so genannte Birds Nest (Abb. 1), stellen als formaler Ausdruck der Leistungsfähigkeit des Werkstoffes Stahl sogar einen Rückschritt dar. Und trotzdem steht dieses Bauwerk mit seiner außergewöhnlichen Form und den räumlich gekrümmten Stahlprofilen symbolisch für etwas Neues, den „Nonstandard“. Doch was ist „das Neue“, was ist der „Nonstandard“? Augenscheinlich neu ist die geometrische Komplexität, einhergehend mit einem hintergründigen, ebenso komplexen Austausch von digitalen Informationen. Das verwendete Material ist dagegen althergebracht.
Wirklich neu aber ist die Umkehrung des Prozesses! In der Vergangenheit waren es immer Materialentwicklungen, die in der Architektur formale Veränderungen bewirkten. Heute definieren die Möglichkeiten des Digitalen zunehmend die Formensprache der realen Welt und die jahrtausendlange Aufgabenstellung beim Bauen kehrt sich um: Wir können heute mittels Computer mühelos beliebige Formen erzeugen, doch diese sind immateriell und bei dem Anliegen, diese in die reale Welt zu exportieren, stellt sich unweigerlich die Frage nach dem geeigneten Material. Die gegenwärtige Suche der Nonstandard-Architekturen ist also im Wesentlichen eine Suche nach Materialität.
Diese Umkehrung der Aufgabenstellung, die Suche nach einem Material für eine vorgegebene Form, erfordern auch neue Vorgehensweisen bei der Tragwerksplanung. Wie sensibel dabei die Abstimmung von Material und Form ist, zeigen die beiden Fotografien, aufgenommen auf der Plaza Navona in Rom (Abb. 3). Wer würde denken, dass Marmor oder Granit das geeignete Material sei, um die Weichheit und Plastizität des menschlichen Körpers zu beschreiben. Schaut man sich allerdings die von Gian Lorenzo Bernini geschaffenen Skulpturen am Vier-Ströme-Brunnen an, glaubt man die Lebendigkeit der Körper zu spüren und erst beim Anfassen offenbart sich die Schwere des Steins. Dagegen kann ein in leichtes Folienmaterial eingehüllter, lebendiger Körper wie ein schwerer, unförmiger Block ohne Aussage wirken. Doch woher kommt dieser Unterschied zwischen subjektiver Wahrnehmung und objektiver Materialität? Der Unterschied liegt zum einen in dem architektonischen Gehalt der Form und zum anderen in der Exaktheit der Ausführung. Und genau hier offenbaren sich die beiden wesentlichen Einflussfaktoren im Hinblick auf eine architektonische Qualität für digital erzeugte Nonstandard-Architekturen, deren Bandbreite ich aus Sicht des tragwerksplanenden Ingenieurs nachfolgend anhand eigener Erfahrungen bei drei Projekten aufzeigen möchte. Die vorgestellten Projekte werden in einer chronologischen Abfolge behandelt, um den dynamischen Entwicklungsprozess in den vergangenen Jahren aufzuzeigen. Zudem wurden die beispielhaften Projekte so ausgewählt, dass der generationsabhängige Einfluss der Arbeitsweisen der entwerfenden Architekten bei der Realisierung von Nonstandard-Architekturen erkennbar wird.
Das erste Projekt ist der so genannte Bubble (Abb. 2), ein Ausstellungspavillon, den die BMW Group 1999 anlässlich der IAA in Frankfurt der Architektengemeinschaft ABB/Franken und dem Ingenieurbüro Bollinger + Grohmann (4) in Auftrag gab. Obwohl mittlerweile zehn Jahre vergangen sind, besitzen die bei diesem Projekt gemachten Erfahrungen mit dem digitalen Planungsund Fertigungsablauf nach wie vor Aktualität.(5) Eine Besonderheit des Projektes besteht darin, dass es als erstes Bauwerk in einem durchgängig digitalen „workflow“ (Planung und Fertigung) hergestellt wurde. Der Architekt entwarf die Form mithilfe einer artfremd eingesetzten Filmanimationssoftware, (6) die Ingenieure untersuchten das Tragverhalten mit Finite-Elemente-Programmen und die Werkstattplaner des ausführenden Unternehmens (7) verwendeten zur kontrollierten Segmentierung der Oberfläche eine parametergesteuerte Planungssoftware aus dem Flugzeugbau. Auch die komplette Fertigung erfolgte auf Basis digitaler Datensätze und mithilfe CNC-gesteuerter Maschinen: Das Fräsen der Polyurethan-Formkörper, der Zuschnitt und die Besäumung der Acrylglasscheiben sowie die Herstellung der Aluminiumspanten im Wasserstrahlschnittverfahren.
Für alle Beteiligten stellte der digitale Prozess mit seinen Schnittstellen beim Austausch von unterschiedlichsten Datenformaten absolutes Neuland dar. Vor allem die in den einzelnen Projektphasen jeweils benötigten Genauigkeiten des Datenmaterials und die hierauf gezielt abzustimmende Aufbereitung des 3-D-Modells brachte eine Reihe von ungeahnten Schwierigkeiten. Und Bauen ist keine exakte Fertigung! Die Fügung vieler Einzelteile von unterschiedlichster Materialität zu einem Bauwerk erfordert das geschickte Anordnen von Fugen und die Einplanung ausreichender Toleranzen bei der Fertigung für den späteren Zusammenbau vor Ort. CNC-Fertigung dagegen ist exakte Fertigung und muss mit dementsprechend genau aufbereitetem Datenmaterial angesteuert werden. Schon hier traten die ersten Probleme auf. Die mit der Filmanimationssoftware hergestellte Referenzgeometrie erwies sich zwar für die Genauigkeit der statischen Berechnungen noch als brauchbar, war jedoch als Datengrundlage für die CNC-Fertigung nicht geeignet. Das digitale Mastermodell der Architekten war an vielen Stellen geometrisch zu ungenau und wurde deshalb von einem auf Aerodynamik spezialisierten Institut (8) auf Unstetigkeiten hin untersucht und die Ungenauigkeiten konnten mithilfe spezieller Software visualisiert und behoben werden. Ein weiteres Problem des exakten Arbeitens CNCgesteuerter Maschinen führte dagegen zu nicht mehr korrigierbaren Fertigungsfehlern. Dies betraf die Fixierung der verformten Acrylplatten auf dem Arbeitstisch der CNCFräse für den definierten Zuschnitt der Scheiben. Hier führten schon geringe Differenzen bei der Abstimmung der definierten Lage auf dem Arbeitstisch mit der Kalibrierung des Nullpunktes der Maschine zu Abweichungen im Bereich von Zentimetern bei den geplanten Fugen. Schließlich führten dann noch Fehleinschätzungen beim Materialverhalten und Unterschätzung der Klebetechnik seitens des beauftragten Subunternehmer zur Aufgabe des ursprünglichen Vorhabens, eine aus über dreihundert verschiedenen, 25 mm dicken Acrylglasplatten zusammengeklebte Tropfenform als selbsttragende Schalenkonstruktion zu bauen. Der zufällig für ein Hilfsgerüst zur Montage aufbereitete Datensatz, der den Bubble in zwei Richtungen in orthogonal aufeinander stehende, ebene Schnitte teilte, half glücklicherweise allen Beteiligten zehn Wochen vor Messebeginn aus der Not. Dieser Datensatz wurde für die Herstellung einer tragenden Primärstruktur aus Aluminiumspanten verwendet und die ursprünglich als selbsttragend konzipierte 25 mm dicke Acrylglashaut wurde aufgrund ihrer zu großen Masse komplett neu gefertigt, als nichttragende Eindeckung mit einer Dicke von 10 mm.(9)
Bei dem Bubble wird deutlich, dass architektonischer Gehalt, Exaktheit der Form und die gewählte Materialität synergetisch zusammenwirken. Und gerade die ursprünglich nicht geplante Ausführung einer tragenden Primärkonstruktion aus Aluminiumspanten verhilft dem Bubble zu seiner architektonischen Qualität als Pavillonbau.(10) Die intendierte Herstellung einer selbsttragenden Kunststoffschale in dieser Dimension dagegen stellt eine ingeniöse Herausforderung dar, deren Bewältigung nach wie vor offen ist.
Der Entwurf des zweiten Projektes, das Kunsthaus in Graz (Abb. 4), steht für einen anderen architektonischen Ansatz, der auch in der unterschiedlichen Arbeitsweise der Entwerfer begründet liegt. Während bei der Arbeitsweise von Bernhard Franken zu Beginn des Entwurfsprozesses keine konkrete Formvorstellung vorliegt, sondern vielmehr eine Prozessvorstellung definiert wird, ist der Entwurf des Kunsthauses in Graz von Peter Cook und Colin Fournier klar von einer formalen Idee geleitet. Die Proportionen des frei geformten Baukörpers, der später das „Friendly Alien“ genannt wird, wurden – inspiriert durch die örtliche Situation des Grundstückes und die typische Dachlandschaft der Grazer Altstadt – skulptural frei geformt. Im Gegensatz zum Bubble-Projekt ergab sich aus diesem „manuellen Entwurfsprozess“ auch keine dreidimensionale master-geometry. Um eine digitale Version des Wettbewerbsmodells herzustellen, dachten die Architekten und Ingenieure zunächst daran, das Originalmodell in 3-D-Scan zu digitalisieren. Um jedoch die optimale Form bezüglich des Tragwerks und der gewünschten Materialität zu entwickeln, entschied man sich, das Modell von Grund auf mithilfe der Rhinocerous- 3-D-Model-Software digital neu aufzubauen. Bei dieser Vorgehensweise offenbarte sich gleich zu Beginn des Projektes, wie schnell eine vorgegebene Form auf der Suche nach ihrer Materialität mit den funktionalen Zwängen der Bauaufgabe kollidieren kann. Während der Bubble als temporärer Pavillon zum Experimentieren einlud, musste die ursprünglich ebenfalls beabsichtigte transparente Hülle beim Kunsthaus Graz im Laufe des Planungsprozesses einer bauphysikalisch funktionierenden und raumklimatisch aktiven, vielschichtigen Gebäudehülle weichen. Übrig von der anfänglichen Intention blieb schließlich ein äußerer, undurchsichtiger Layer aus Acrylglas, hinter dem sich eine komplexe Schichtenfolge aufbaute: Sprinklerrohre, Abdichtung, Wärmedämmung, Tragkonstruktion, technische Installationen sowie ein Metallgewebe als innerer Raumabschluss. Die nichtsichtbare Tragkonstruktion folgt dabei der Logik des triangulierten Netzes mit einfachen, montageeffizienten Fügedetails. Die doppelt gekrümmten Acrylglasscheiben wurden analog dem thermischen Verformungsverfahren des Bubble hergestellt, das Verfahren wurde technologisch noch weiterentwickelt und wirtschaftlich effizienter gestaltet.(11) Aus ingenieurtechnischer Sicht ist die Exaktheit der Ausführung der äußeren Form gelungen, seitens der Architekturkritik wird aber oft die Frage nach dem architektonischen Gehalt der Form aufgeworfen. Besonders die Funktionalität als Kunsthaus wird dabei hinterfragt und vielleicht würde sich die Form tatsächlich mit einer anderen Nutzung leichter tun. Aber genau diese Diskussionen sind auch notwendiger Teil der Suche nach dem Zusammengehen von Gehalt, Form und Materialität, der so genannten „Logik der Form“. Das dritte Projekt ist eine Überdachung für einen Busbahnhof in Wädenswil, Schweiz(12) und befindet sich derzeit im Bau. Während Franken bei seiner Arbeitsweise, wie beschrieben, eine Prozessvorstellung entwickelt und Cook und Fournier beim Kunsthaus Graz von einer Formvorstellung geleitet wurden, beschreiten Kuhn und Steinbächer bei ihrem Entwurf einen Weg dazwischen. Geleitet von der Idee einer Wolke als Überdachung für den Busbahnhof nutzen die Architekten von Beginn an digitale Softwaretools für die Formfindung. Die endgültige Form der „Wolke“ wurde schließlich in einem iterativen Prozess unter Einbeziehung der örtlichen Randbedingungen und der verschiedenen funktionalen Anforderungen entwickelt. Ergebnis ist eine geschwungene Dachform, die auf wenigen, eingespannten Stützen aufgelagert ist. Die ersten Ergebnisse der statischen Untersuchungen zeigten schnell, dass durch die punktuellen Stützungen, gepaart mit den weiten Auskragungen eine sehr ungleichmäßige Biege- und Schubbeanspruchung vorliegt. Bei derartigen Lastbildern wird gewöhnlich versucht, unter Einhaltung der zulässigen Spannungen, die Querschnittsgeometrie durch Anpassung der Profilhöhe, Vouten, Aufdoppelungen, etc. an die statischen Verhältnisse anzupassen. Da zur bildhaften Vorstellung einer Wolke vor allem keine Querschnittsverjüngung zur Kragarmspitze hin passt, wurde für die Sicherstellung der strukturellen Effizienz der Konstruktion nach Alternativen gesucht und eine neue Methodik entwickelt: Basierend auf den Zahlenwerten aus den statischen Berechnungen wurden in relationalen Verhältnissen Lochöffnungen in den Spanten definiert und eine „innere Porosität“ generiert, die der Logik des Kraftflusses folgt. Die Eindeckung soll rundum mit transparentem Acrylglas erfolgen, so dass die eingehüllte Struktur sichtbar und die Logik des Kraftflusses spürbar bleibt.
Die drei Beispiele zeigen den Einfluss von ingenieurtechnischer Logik auf die architektonische Formgebung. Während die Form des Bubble bedingungslos den physikalischen Gesetzmäßigkeiten von Adhäsion und Kohäsion folgt und hierdurch ihren formalen Gehalt bezieht, stellt die Generierung der inneren Porosität bei der Überdachung in Wädenswil einen integrativen Entwurfsansatz dar und ist gestalteter Ausdruck des tatsächlichen Kraftflusses. Dagegen ist der Einfluss des Tragwerks auf den Gehalt der Form beim Kunsthaus Graz eher untergeordnet. Die vorgestellten Beispiele verdeutlichen aber auch, dass wir erst am Anfang der Möglichkeiten des digitalen Entwerfens stehen. Ob „Bubble“, „Wolke“ oder „Birds Nest“,(13) die digital generierten Formen basieren derzeit häufig auf bekannten formalen Vorbildern und Analogien der realen Welt, allerdings ohne Implementierung realer Bedingungen und Materialitäten. Dieser Mangel an Information wird spätestens bei der Überführung der Formen aus dem Digitalen in die Realität spürbar und leider gehen bei diesen Prozessen allzu oft die in aufwändigen Renderings suggerierten Intentionen im Realen verloren. Nonstandard-Architekturen sind Prototypen. Architekten wie Ingenieure, die solche planen und realisieren wollen, sollten aus meiner Erfahrung heraus, einige „Regeln“ beachten. Erstens: Die Anfertigung von 1:1 Mock up’s von den geometrisch komplexesten Bereichen ist unbedingt notwendig und liefert wichtige Erkenntnisse über die geometrische Form im Kontext des Materialsverhaltens. Im Computer können nur geometrische Probleme gelöst werden. Toleranzen, Materialverhalten etc. dagegen können nur am realen Objekt getestet werden und Problemstellen, die nicht im Mock up geklärt sind, treten dann spätestens vor Ort auf. Zweitens: Das digitale Modell für die Fertigung sollte als vollparametrisiertes Datenmodell vorliegen, um einerseits die jeweils benötigten Datensätze schnell generieren zu können und andererseits Planungsänderungen schnell und fehlerfrei implementieren zu können. Drittens: Das Layer- Controlling im digitalen Datenmodell sollte nicht den ausführenden Firmen überlassen werden. Der Aufbau und die Kontrolle des 3D-Modells bis hin zur Fertigung stellt eine neue Planungsaufgabe im digital workflow dar und sollte entweder von den Architekten oder von den Ingenieuren übernommen werden. Die Aufgabe des Layer-Controllings kann analog der Funktion eines Compilers in einem Computer begriffen werden, nämlich die zielgerichtete Zusammenführung, Aufbereitung und Bereitstellung von Datensätzen für die jeweiligen Gewerke. Beispielsweise handelt es sich bei dem von den Architekten generierten 3-D-Modell des Bubble um ein immaterielles Datenmodell, ohne definierte Dicke und ohne Zuordnung des Datensatzes als äußerer, innerer oder inbetween Layer. Im Laufe des Planungsprozesses wurde hieraus ein komplexes, vielschichtiges Datenmodell generiert, das alle für die Fertigung relevanten Schichten enthielt. Dieses Datenmodell wurde dann im Zuge der Werkstattplanung weiter spezifiziert und prozessrelevante Informationen wurden iterativ integriert.
Die vorgestellten Projekte zeigen aber auch, dass Form als Vorgabe sich nicht nur schwierig im Hinblick auf die Vermittlung der Logik darstellt, sondern für die beteiligten Ingenieure oft auch einen eingeschränkten Handlungsraum definiert. Die Aufgabe des Tragwerksplaners „beschränkt“ sich dann auf „Top-down-Prozesse“. Das bedeutet, für die gegebene Form jenes Materialien und jene Tragstruktur zu finden, welche trotz Einschränkung der Formvorgabe am besten geeignet sind, die gestellten Anforderungen zu erfüllen. Ähnlich wie seinerzeit bei der Entwicklung neuer Materialien die adäquate Formensprache sich erst mit die Zeit entwickelte, werden auch für digital erzeugte Nonstandard-Architekturen auf dem iterativen Weg der Suche nach Materialität mit zunehmender Erfahrung Form und Logik mehr und mehr zusammenwachsen. Dabei ist es für funktional begrenzte Bauaufgaben wie Ingenieurbauwerke einfacher, eine gelungene Abstimmung von Material und Form zu finden. Der gerade fertig gestellte „Murturm“,(14) ein 26 m hoher Aussichtsturm (Abb. 5-6) nahe der österreichisch-slowenischen Grenze drückt diese Symbiose aus architektonischer Formgebung und ingenieurtechnischer Umsetzung aus. Ursprünglich in Form einer Doppelhelix mit räumlich gekrümmten Stahlrohren geplant, wurde aufgrund zu hoher Kosten für diese Art der Ausführung die Struktur – unter Beibehaltung der architektonischen Grundidee – in eine polygonale Form mit geraden, nach oben hin gestaffelten Rechteckrohrprofilen abgeändert. Ähnlich wie beim Bubble schafft auch hier die Emanzipierung von dem formalen Vorbild – neben der Wirtschaftlichkeit – zusätzliche Freiräume zu Gunsten der architektonischen Qualität. In Zukunft liegt die Chance für das Zusammenführen von Logik und Form im Bereich der Nonstandard-Architekturen in der frühzeitigen Implementierung materialgebundener und fertigungstechnischer Informationen bereits in die digitalen Entwurfsprozesse. Nur wenn das reale Materialverhalten und die fertigungsanhängigen Parameter von Beginn an als Informationen in die digitale Formfindung integriert werden, ist die spätere Realisierbarkeit sichergestellt. Für die Entwerfer entwickelt sich hieraus die Chance, zukünftig – statt formale Abbilder realer Vorbilder zu produzieren – vielmehr so genannte formoffene „Bottom-Up-Prozesse“ zu generieren, die über relationale Verknüpfungen der Parameter operieren und einer so gefundenen Form nicht nur ihren architektonischen Gehalt einhauchen, sondern auch dem Begriff der integralen Planung eine neue Identität verleihen. Im weitesten Sinn kann das Generieren von solchen Bottom-up-Prozessen als Übergang vom Industriezeitalter in das Informationszeitalter bezeichnet werden. Entwerfen im Informationszeitalter hat demnach zum Ziel, am Anfang des Entwurfsprozesses so viele Informationen wie möglich in ein „Bottomup- 3-D-Modell“ zu integrieren und dieses als aktives Instrument in einem integralen Planungsprozess weiterzuentwickeln. Mithilfe dieser komplexen, relational verknüpften Datenmodelle, ist es den Planern dann möglich, den Entwurf iterativ durch den gesamten Planungsprozess zu optimieren.
Wenn die Methodik der Entwurfsprozesse im digitalen workflow geklärt ist, entstehen auch Freiräume für die Frage nach den inhaltlichen Leitbildern und für eine architektonische Steuerung von Form. Aber erst die Integration von soziologischen, kulturellen, politischen und ökologischen Aspekten in die Formfindungsprozesse wird aus dem Nonstandard einen neuen Standard im Sinne eines Leitbildes für die Architektur generieren. Vor diesem Hintergrund bietet der ressourceneffiziente Einsatz von Material und Energie ein großes Potenzial für die programmatische Steuerung architektonischer Formfindung. Während noch in den 1990er-Jahren die Begriffe Sustainability und High-Tech als nicht vereinbar galten, hat man heute erkannt, dass gerade über leistungsfähige Technologien eine nachhaltige und ressourcenschonende Entwicklung erreicht werden kann. Die Chancen digitaler Planungs- und Fertigungssprozesse bestehen darin, material- und strukturbedingte Abhängigkeiten nicht im Nachhinein an die architektonische Form anzupassen, sondern die digitale Vernetzung in Form von Bottumup- Prozessketten sowohl für eine Steigerung der architektonischen Qualität wie auch für einen effizienteren Einsatz von Ressourcen – insbesondere Material und Energie – zu nutzen.
Centre Pompidou, eine Filiale in der Provinz
Architekt Shigeru Ban
Fotos Roland Halbe
Text GG Kirchner

Ausgerechnet hinter dem Bahnhof, ausgerechnet neben ein paar Wohnblöcken und einer Ausfallstraße liegt das Gebäude, auf dem dieser Tage die Hoffnungen von ganz Metz lasten. Von fern sieht es aus wie ein riesiger Champignon, der aus der Stadt herausgewachsen ist. Beim Näherkommen erkennt man das filigrane Holzgerüst unter der weiß schimmernden, wasserdichten Membran der Gebäudeskulptur des japanischen Architekten Shigeru Ban, in dem das Centre Pompidou eine Filiale eröffnet hat.
Wie das Stammhaus in Paris ist es als innovatives, vielfältig zu bespielendes Kunst- und Kulturzentrum konzipiert, mit übereinander gestapelten Ausstellungsboxen, Veranstaltungsbereichen und der flexibel inszenierbaren Raumlandschaft der Eingangshalle.
Beim Überqueren des Vorplatzes und der Grünanlagen zwischen dem Stadtzentrum, dem Bahnhof und dem Centre Pompidou-Metz nähert sich der Besucher einem Gebäude mit hellen, leuchtenden Farbtönen, mächtig und leicht zugleich, unter dessen schützendem Dach man gerne Zuflucht sucht. Aus dem hohen Eingangsbereich, der grande nef, wo sich das Glasfaserdach wie ein Hut über die Außenwände stülpt, fährt ein gläserner Aufzug zu den drei übereinandergeschichteten Galerien, deren Fensterfronten wie übergroße USB-Sticks aus dem Pilzdach herausragen.

Bei dem Gebäude handelt es sich um eine weitläufige Struktur mit sechseckigem Grundriss, die von drei Galerien durchzogen wird. Seine Spitze ist in der Mitte 77 Meter hoch, ein Hinweis auf das Gründungsjahr des Centre Pompidou: 1977. Der Komplex erinnert an ein riesiges Zirkuszelt, umgeben von einem Vorplatz und einer Grünanlage.
Im Inneren ist das allgemeine Ambiente hell: Dach aus hellem Holz, weiß gestrichene Wände und Strukturen sowie Böden aus perlgrauem poliertem Beton. Das Dach, die Beziehung zwischen Innen- und Außenräumen und die drei Ausstellungsgalerien sind das Ergebnis architektonischer Innovation.
Das frei geformte Dach ist wie ein Tuch über die heterogenen Raumgruppen drapiert. Am Abend zeichnet sich durch die transluzente Dachmembran das sechseckige Muster der Holzkonstruktion ab. Die netzartige Struktur ist inspiriert von einem traditionellen chinesischen Strohhut, dessen hexagonales Geflecht in ein Tragwerk aus Brettschichtholzträgern übersetzt ist. Im Inneren überrascht die Raumfülle der 37 Meter hohen, lichtdurchfluteten Halle, die sich mit transparenten Fassaden aus gewellten Polycarbonatplatten und Hubtoren zum Vorplatz öffnet.

Dieses Projekt zeigt am Beispiel der Dachkonstruktion, wo die Herausforderungen im digitalen Workflow liegen und welche Probleme noch gelöst werden müssen.
Die Fakten der gekrümten Dachschale sind eindrucksvoll. Sie überspannt ca. 8000 Quadratmeter und besteht aus knapp 1800 individuellen Trägersegmenten aus Brettschichtholz, deren 18000 Laufmeter auf einer computergesteuerten Fräse millimetergenau in Form gebracht wurden.

Präzises arbeiten am Computer ist Grundvorraussetzung steht doch am Anfang jeder digitalen Produktionskette die Datenqualität und an deren Ende eine computergesteuerte CNC Maschine.
Meterlange Bauteile werden millimetergenau erzeugt. Mit dieser Präzision werden allerdings auch fehlerhafte Eingangsdaten produziert. Segen und Fluch liegen also ganz nah beieinander.
File-to-Factory verlangt ein Expertentum dass die Eingangsdaten mit einer Genauigkeit von wenigen hundertstel Millimetern liefert.
Das exakte Modellieren von solchen Freiflächen wie in Metz ist trotz aller technischen Fortschritts nach wie vor eine Kunst für sich.
Hermès rive Gauche
Architekt Rena Dumas Architecture Intérieure, Paris
Tragwerksplanung Bollinger+Grohmann, Frankfurt
Fotos Bollinger+Grohmann
Text Bollinger+Grohmann

Das Modelabel Hermes hat in Paris einen neuen Flagshipstore in der Rue de Sévres eröffnet. Hierzu wurde ein ehemaliges denkmalgeschütztes Schwimmbad nach dem Entwurf von RDAI- – Rena Dumas Architecture Intérieure, Paris, umgebaut. Das Ingenieurbüro Bollinger + Grohmann wurde im Rahmen dieses Projektes mit der Tragwerksplanung für alle Leistungsphasen vom Konzept bis zur Ausführungsplanung beauftragt.
Der Entwurf der Architekten setzt zu dem seit 2005 unter Denkmalschutz gestellten Schwimmbad im Art Deco Stil deutliche Kontraste und versucht gleichzeitig, den Charakter des Baus zu bewahren und zu unterstreichen. Auffällig sind dabei die im ehemaligen Schwimmbecken platzierten sogenannte „Bulles“ und eine zu den Verkaufsflächen führende Treppe mit monumentalem Geländer. Die „Bulles“ gliedern die im Raum vorgesehenen Verkaufsflächen und dienen mit integrierten Regalen zur Ausstellung der Ware. Die „Bulles“ variieren in Höhe (8-9 m) und ihrem Durchmesser (8-12 m). Ihre Form ist im Grundriss freiförmig und kann als in Teilbereichen abgeflachtes Oval umschrieben werden. Vom Boden ausgehend weitet sich der Durchmesser zunächst bis auf Augenhöhe und verjüngt sich anschließend bis zum oberen Rand.
In Anlehnung an das Bild eines geflochtenen Korbes ist die Struktur als ein Flechtwerk aus Holzlatten konzipiert. Dieses Prinzip der Struktur wird im Geländer der Haupttreppe entsprechend fortgeführt. Ausgehend von der ersten architektonischen Idee und der angestrebten Form entwickelten Bollinger+Grohmann gemeinsam mit den Architekten die Annäherung an die mögliche Form und Struktur der Pavillons und des Geländers. Hierbei galt es zunächst Randbedingungen für die Realisierbarkeit zu definieren.
Maßgeblich war hierbei die mögliche Krümmung bzw. Verdrehung der Holzlatten, die die Anordnungen der Holzlatten auf der gegebenen Form vorgab bzw. die die endgültige Form in enger Abstimmung mit den Architekten bestimmte.
Weiterhin waren die möglichen Verbindungen in den Kreuzungspunkten der Latten zu beachten, da die Strukturen nur maximal durch einen Ring im oberen Randbereich der Bulles ausgesteift werden sollten. Die Verbindung der Latten wurde durch Anordnung mehrerer Schrauben in jedem Verbindungsknoten entsprechend verdrehsteif ausgebildet.
Der komplexe Entwurf der freiförmigen Geometrie und der enge Zeitrahmen erforderten hierbei einen digitalen Workflow und die Umsetzung des Entwurfskonzeptes in ein parametrisch script-basiertes Rhino-Modell. Somit konnten Anpassungen der Geometrie schnell umgesetzt und unterschiedliche Varianten der Struktur auf ihr Tragverhalten hin überprüft werden. Variiert wurden in der Strukturoptimierung zum Beispiel die Neigung der Latten und damit ihre Kreuzungswinkel, die Lattenabstände und die Steifigkeiten der Verbindungsknoten.
Im Rahmen des digitalen Workflows konnten mit Hilfe der Skripte die Geometriemodelle direkt in die für die statischen Berechnungen erforderlichen Stabwerksmodelle übertragen werden.
Die Wahl der Abstände der Holzlatten, ihrer Neigungen, ihrer Dimension fiel letztendlich auf Grundlage der statischen Untersuchungen, visueller Aspekte und der Ausführbarkeit. Der digitale Workflow wurde im Rahmen der Ausführungsund Werkstattplanung fortgeführt, bei der die Unterteilung der doppelt gekrümmten Holzlatten in Hinblick auf die Produktion optimiert wurde und die Details ausgearbeitet wurden. Im Rahmen der Werkstattplanung fand hierbei eine enge Zusammenarbeit zwischen der ausführenden Firma Holzbau Amann und dem für die Werkstattplanung verantwortlichen Büro DesignToProduction statt. Die realisierten Pavillons und das monumentale Treppengeländer zeigen die Möglichkeiten und Chancen des digitalen Workflows im Rahmen des Entwurfes und der Ausführung von Strukturen mit komplexen Geometrien auf. Entscheidend war hierbei die enge Zusammenarbeit aller Beteiligten im gesamten Planungsprozess. Die Entwurfsidee konnte in das Strukturkonzept aufgenommen werden und die Formfindung war das Ergebnis eines gemeinsamen Optimierungsprozesses aus Design, Statik und Realisierung.
Die programmierte Wand
Gramazio & Kohler, Architektur und Digitale Fabrikation ETH Zürich
Diplomwahlfach

Welches gestalterische Potential ergibt sich für eines der ältesten und am weitesten verbreiteten architektonischen Elements, der Ziegelstein, falls sich die grundlegenden Herstellungsbedingungen von Architektur von der manuellen Arbeit weg hin zur digitalen Fabrikation bewegt? In einem vierwöchigen Workshop untersuchten Studierende diese Frage und gestalteten dabei Ziegelsteinwände für die Fabrikation mit einem Industrieroboter. Im Gegensatz zum Maurer hat der Roboter die Fähigkeit, ohne optische Referenz oder Einmessung, also ohne Mehraufwand, jeden Stein unterschiedlich zu positionieren. Um diese Fähigkeit zu nutzen, entwickelten die Studierenden algorithmische Entwurfswerkzeuge, welche die Steine nach prozeduralen Logiken über ihre räumliche Disposition informierten. Dadurch waren sie in der Lage, eine Ziegelsteinwand zu entwerfen, in der jeder der über 400 Steine eine eigene, spezifische Position und Rotation im Raum einnahm. Die Studierenden definierten dabei nicht die Geometrie der Wand, sondern die konstruktive Logik, nach der das Material in einer bestimmten zeitlichen Abfolge räumlich organisiert wurde und die dadurch zu einer architektonischen Form führte.
Structural Oscillations
Gramazio & Kohler, Architektur und Digitale Fabrikation ETH Zürich
Installation auf der 11. Architektur Biennale Venedig

Für die Ausstellung „Explorations“ über den aktuellen Stand der Architekturforschung in der Schweiz entwarfen wir ein raumbildendes Exponat, welches vor Ort durch die mobile Roboteranlage R-O-B erstellt wurde. Die 100 Meter lange Ziegelsteinwand tritt durch ihre Materialität und räumliche Konfiguration in direkte Beziehung zum bestehenden Pavillon von Bruno Giacometti. Sie bildet eine Schlaufe und zieht sich als kontinuierliches Band durch die Innenräume. Zwischen dem Wandband und den Aussenwänden des Pavillons werden unterschiedliche Ausstellungsflächen aufgespannt. Im Inneren der Wandschleife entsteht ein neuer, introvertierter Raum, der die Ausstellungsbereiche erschliesst. Die architektonische Grundlage des Entwurfs bildet eine einzige, kontinuierliche Grundrisslinie, deren Verlauf den räumlichen Anforderungen der Ausstellung entspricht. Ausgehend von dieser gekrümmten Linie wurde die dreidimensionale, plastische Ausformung der Wand generiert. Aus den konstruktiven Anforderungen an Standsicherheit und Stabilität der in einzelnen Segmenten gebauten Ziegelwand wurde ihr architektonischer Ausdruck entwickelt. Wandsegmente, die Aufgrund ihrer Geometrie leicht hätten kippen können, vergrösserten durch eine stärkere Schwingung der unteren Lagen ihre Standfläche und glichen über die Gegenschwingung in den oberen Lagen ihren Schwerpunkt wieder aus. Für den Besucher entsteht ein spannungsreicher Raum, welcher ihn durch die Ausstellung leitete. Über die Ausdrehung einzelner Steine wurde zusätzlich die Oberflächenstruktur der Wand gestaltet. Der Grad der Drehung leitete sich dabei direkt von der Wandgeometrie ab: Je stärker die Krümmung der Wand, umso stärker die Auslenkung der Steine. An Stellen schwacher Krümmung lagen die Steine im geraden Verband. Dadurch wird die plastische Verformung der Wand weiter überhöht. Sie erhält einen beinahe textilen Charakter, der in einem wirkungsvollen Kontrast zur Materialität des Ziegels steht.
commodulate Messestand
FH Trier

Für die Installation auf der IMM2010 wurde von der FH Trier einen „Messestandgenerator“ entwickelt, der die Rahmenbedingungen eines bestimmten Standplatzes (Größe, Ausrichtung) mit den Anforderungen an Raumbildung und Atmosphäre abgleicht und diese in eine kohärente Gesamtform übersetzt. Mit Hilfe eines von den Studenten in Rhinoscript/Visual Basic geschriebenen Computerprogramms werden diese Parameter in Relation zueinander verarbeitet, um dann in einem iterativen Prozess im Team evaluiert und den Anforderungen entsprechend justiert zu werden.
Um sowohl die Umsetzung durch die Studierendengruppe als auch die umweltverträgliche Entsorgung nach der Nutzung zu gewährleisten, wurde der hoch-technisierten Entwurfs- und Produktionsprozess mit dem Low-Tech Material „Pizzaschachtel“ kontrastiert: die Schichtung eines eigentlich banalen Materials wird durch graduelle Verschiebungen und Verformungen ästhetisch überhöht. Es entsteht eine eigentümliche Spannung zwischen der Lust am technologisch Möglichen und dem Lapidaren einer mit einfachsten Möglichkeiten zu realisierenden Installation. Im Zentrum des durch die verformten Wände gebildeten und aus dem Messetrubel herausgelösten konzentrierten Raums wird eben dieser Prozess durch die filmische Präsentation der Fachhochschule Trier, der Studierendengruppe und der Entstehung der Installation selbst dokumentiert.
Damit versinnbildlicht dieser Messestand die kreative Atmosphäre unserer Hochschule, die das ergebnisoffene Experiment genauso zulässt, wie sie die Ambition unterstützt, das Ergebnis eines solchen Projekts auch umzusetzen.
Die Installation ist Teil eines Projektes des Fachbereichs Gestaltung, das im Sommersemester als interdisziplinäres Entwurfsseminar der Fachrichtungen Innenarchitektur, Architektur und Intermediales Design begonnen hat. Das Projekt wurde von Prof. Ingo Krapf, Lehrgebiet Produkt-, Möbel- und Ausstellungsdesign, und Prof. Holger Hoffmann, Lehrgebiet Digitales Konstruieren und Entwerfen, betreut. Entwurf und Script von Eva Ziegler und Jan Weber.
Lucilinburhuc I Urbis Rete I Improviso I Tony›s booth
Architekt PLAYZE
Abbildungen PLAYZE
Text PLAYZE

PLAYZE ist ein Netzwerk von Studios in Basel, Berlin und Shanghai. Gegründet wurde das Netzwerk von dem Luxemburger Marc Schmit und dem Schweitzer Pascal Berger. Beide haben ihr Architekturstudium an der ETH in Zürich absolvierten. Zusammen mit Rony Hauser, Politikwissenschaftler und Werber aus Basel, wurde die playze switzerland GmbH gegründet. In Shanghai, wurde gemeinsam mit He Mengjia playze China ltd. ins Leben gerufen.
PLAYZE ist phonetisch an das englische Wort “place” angelehnt, weil PLAYZE Orte kreiert. In einem Spiel “play” werden zunächst Handlungsabläufe sichtbar, welche später zu Regeln werden, die es erlauben, dass alle Akteure interagieren können. Auch ist der Aspekt des Lernens unmittelbar mit dem Begriff des Spielens verknüpft.
“to playze: to integratively play with the morphological and physiological aspects of space.”
Sämtliche Projekte werden im permanenten Dialog zwischen Europa und China erarbeitet. Wichtig dabei ist, verschiedenste Perspektiven aus den unterschiedlichen kulturellen Kontexten zu erlangen und eine starke Verbindung, im Diskurs über Architektur, zwischen den Kontinenten zu schaffen.
Ein grosses Anliegen bei allen Entwürfen von PLAYZE ist es, eine Nachhaltigkeit im ökologischen, ökonomischen, sowie sozialem Sinne zu erlangen. Dabei wird der Versuch unternommen, Konzepte für Stadtplanung und Architektur zu entwickeln, welche neueste Technologien und effektives Konstruieren mit räumlichen Strategien verbindet, um neue Bauformen hervorzubringen.
Ein wichtiger Bestandteil dieses Prozesses ist der Computer. Durch die Möglichkeit 3D Modelle von Kontinent zu Kontinent zu schicken, wurde dieses Medium zum wichtigsten Entwurfsinstrument bei PLAYZE. Ausserdem erlaubt die Visualisierung, räumliche Strategien zu entwickeln, sie schnell zu überprüfen und zu kommunizieren.

PLAYZE beschäftigt sich einerseits mit den bestehenden lokalen Traditionen und Techniken, sie zu wahren, sie zu erlernen und zu nutzen. Andererseits ist das Thema der globalisierten Bilderwelt und Architektursprache in allen Diskussionen präsent. PLAYZE versucht die Schnittstelle zwischen lokalen und globalen Identitäten mit Ideen zu füllen und somit Antworten auf aktuelle Fragen zu finden.

Parametrischer Impakt:
Die letzten 10 Jahre, waren durch einen grossen Impakt im computergestützten Entwurf gekennzeichnet. Die technologische Entwicklung hin zu einem parametrischen Entwurfsprozess hat nicht nur die Produktionsweisen von Bauelementen verändert, sondern auch die Denkweise von gebauten Strukturen, also auch der gebauten Umwelt selbst. Die Verbindung von serieller Massenproduktion und individueller Anpassung an die spezifischen Bedürfnisse spielt auch bei PLAYZE eine Rolle.
Die Herangehensweise ist aber, im Unterschied zu jenen jungen Vertretern einer akademischen Szene, welche sich oft ausschliesslich dem parametrischen Entwerfen und Produzieren gewidmet haben, dadurch gekennzeichnet, dass bei PLAYZE eher die Art und Weise dieses Denkens einen wichtigen Stellenwert hat. Trotzdem wird, je nach Ansatz eines Projektes, auch die Technologie des parametrischen Prozesses in Form der Software Grasshopper und/oder RhinoScript angewendet.
Im Vordergrund jedoch steht der Anspruch, durch das parametrische Denken beeinflusst, neue Lebensräume zu schaffen, welche nicht mehr durch ein rein industriell getriebenes Gedankengut aus dem 20sten Jahrhundert geprägt ist, sondern durch die Verbindung von individuellen Ansprüchen auf der einen Seite und der Notwendigkeit der Reproduzierbarkeit auf der anderen Seite.
Auch auf räumlicher Ebene versucht playze diese Neuerungen umzusetzen. So sind die parametrischen Entwurfsstrategien hervorragend geeignet um zum Beispiel auf stadtplanerischer Ebene eingesetzt zu werden.

Lucilinburhuc
Der Wettbewerbsbeitrag für den Luxemburgischen Pavillon an der Expo 2010 in Shanghai, welcher mit einem zweiten Preis ausgezeichnet wurde, interpretiert die Idee einer kleinen Burg (Lucilinburhuc) und dessen Adaptation in einen zeitgenössischen Kontext. Die Räume folgen nicht, im klassischen Sinne, einer funktionalen Verteilung, sondern reagieren auf die klimatischen und szenografischen Gegebenheiten. Die Struktur des temporären Baus, also der «Schaum», ist gleichzeitig die räumliche Aufteilung. Die Parameter des Entwurfes haben sich also vor allem aus der Tragstruktur und der darüber gespannten Haut ergeben. Da eine Sphäre als Form, die kleinstmögliche Oberfläche pro Volumen darstellt und dies in haustechnischer, sowie ökonomischer Sicht Sinn macht, wurde die Weiterentwicklung dieser Sphären zu einem Schaum als Ansatz gewählt. Ausserdem war die Idee des Netzwerks als Struktur eine treibende Kraft im Entwurf.

Urbis Rete
Der Pavillon, der als Wettbewerbsbeitrag für die Architekturmesse in Novosibirsk entwickelt wurde, hat als Leitmotiv «das Netzwerk» und versucht dieses auf unterschiedlichen Ebenen zu thematisieren. Durch die anamorphotische Auslegung des Pavillons, werden 3 verschiedene Blickpunkte in der unmittelbaren Umgebung wichtig, von welchen aus der Betrachter den Pavillon als eine abgeschlossene Figur erkennen kann. Hier spielt die parametrische Herangehensweise insofern eine Rolle, als dass die aus den 3 verschiedenen Richtungen zu sehenden Figuren in einem Körper als allen gemeinsames Volumen definiert wurde. Diese, aus der Mathematik stammende Strategie der gemeinsamen Schnittmenge, wäre als Form ohne den Computer nur sehr schwierig herzustellen. Von drei verschiedenen Standpunkten aus, ist der Pavillon also zu sehen. Von jedem dieser Standpunkt, tritt er als komplett andere Figur in Augenschein. Somit werden diese Punkte, welche sich auf verschiedenen infrastrukturellen Knotenpunkten der Stadt befinden, in einen Bewegungsablauf zusammengebracht, wolle man alle diese Orte aufsuchen. Die definitive Form des Pavillons ist also ein Resultat der zuvor aufgestellten Parameter und wurde später nach funktionalen Richtlinien weiterbearbeitet. Die Struktur ist als Hohlkörper aus Holz oder Stahl gedacht, welche sämtliche Installationen beinhalten kann. Durch die kontrollierte Formgebung gibt es in dem chaotisch erscheinenden Pavillon nur 3 verschiedene Winkel. Dadurch wäre er relativ einfach mit gelaserten oder gefrästen Bauteilen aufzustellen.

Improviso
Der Vorschlag für ein neues Architekturdepartement der TU Delft ist als langfristige Architekturimprovistion gedacht. Ähnlich wie in der Musik sollen hier verschiedene Akteure an ein und dem selben Gebäude weiterdenken und -bauen, auf mehrere Generationen hinaus gedacht. Der Anfang soll eine Struktur sein, die hochflexibel auf die verschiedensten Bedürfnisse und Anforderungen reagieren kann. Somit hat sich dieser Vorschlag darauf konzentriert einen ersten Schritt zu gehen, der vor allem den klimatischen Bedingungen entspricht. Die Struktur wurde so entwickelt, dass sich die Gebäudeform der Bewegung der Sonne anpasst. Im Osten und Westen orientiert sich die Fassade zur Sonne hin, im Süden bildet die Form den geringsten Einstrahlungswinkel aus und wirft ausserdem Schatten auf den öffentlichen Platz darunter. Im Norden gibt es einen vertikalen öffentlichen Raum, der hier als kommunikationsfördernde Terrasse vor die studentischen Arbeitsräume gelegt wurde. Das Gebäude hat ausserdem einen Innenhof, der durch den Kamineffekt eine natürliche Belüftung erlaubt. Diese Kubatur wird dann als orthogonales Konstruktionssystem gebaut, um einen ökonomischen Beitrag zu leisten. Die geschwungenen Verschattungselemente sind als sekundäre Konstruktion aus Holz gedacht. Durch dieses System von Platten und Stützen sind die unterschiedlichsten Grundrisstypologien möglich, welche je nach Nutzung gebraucht werden. Des weiteren sind Grünflächen auf den verschiedenen Stockwerken geplant, welche einerseits die Verschattung unterstützen, andererseits ein angenehmes Mikroklima schaffen.

Tony›s Booth
Für einen chinesischen Bio Bauer, für den playze ein Hotel inmitten seiner Farm plant, wurde eine Installation entwickelt, die an der Expo 2010 in Shanghai zu sehen war. Dem chinesischen Besucher soll der biologische Anbau von Obst und Gemüse nahegebracht werden. Auf der einen Seite sollte das Natürliche im Vordergrund stehen, auf der anderen Seite sollte aber auch erkenntlich sein, dass ohne Eingriff des Menschen, biologischer Anbau nicht möglich ist. Aus diesem Grund wurde eine Installation entwickelt die eine landschaftliche Qualität hat, aber auch eindeutig von Menschen hergestellt wurde. Diese Voxel-Landschaft wurde mit parametrischen Entwurfsinstrumenten entwickelt. Nur so war es möglich, die Landschaft selbst und die Details mit den wachsenden Pflanzen gleichzeitig zu kontrollieren. Aus über mehreren hundert, teilweise nur leicht unterschiedlichen Teilen wurde die Struktur zusammengesetzt.
LuxExpo und Bahnhof Kirchberg
Generierung von Optimierungslösungen mit 3D- CAD- Tools am Beispiel des Realisierungswettbewerbs LuxExpo und Bahnhof Kirchberg

Architekt Steinmetz de Meyer & Pohl Architekten
Abbildungen Pohl Architekten
Text Göran Pohl

Die zukünftige Messe Luxemburg, Luxexpo verknüpft sich mit einem großen öffentlichen Freiraum, der die Funktionen für den öffentlichen Nahverkehr aufnimmt: Bus, Tramstation Kirchberg / Expo und Bahnhof Kirchberg. Den öffentlichen Raum begrenzen mit Auchan und îlot Utopolis zwei bestehende große Gebäudeensembles. Die nachhaltige Entwicklungsabsicht für das Areal Kirchberg machte eine differenzierte städtebauliche Einbindung der neuen Strukturen innerhalb der Masterplanung für Kirchberg unabdingbar.

Der Focus des Wettbewerbes und der daraus resultierende Ansatz des Preisträgerentwurfes liegt auf dem Neubau der flexibel einsetzbaren Messehallen, Verwaltungsbauten, Multifunktions- und Tagungsbereiche und in der weiteren Entwicklungsperspektive auf der Konzeption eines Messehotels. Darüber hinaus sind die wirtschaftliche Ver- und Entsorgungsinfrastruktur für die Messe und die Einordnung der Parkplätze für Messe und P+R Bestandteil der Planung. Zusätzlich galt es, die konzeptionelle Idee zum Neubau eines Bahnhof Luxemburg-Kirchberg mit Peripheriebahnhof, Busbahnhof und Tramhaltestelle zu zeichnen, die im Wettbewerbsentwurf eine funktional eine ideale Anbindung an die Parkplätze unter den Messehallen erhält.

Die Planungsgemeinschaft STEINMETZDEMEYER Architectes, Urbanistes und POHL Architekten Stadtplaner gemeinsam mit KNIPPERS HELBIG Advanced Engineering, HAUSLADEN Ingenieure und AREAL Landschaftsplanung wurden für ihren städtebaulich und architektonisch zukunftsweisenden und zugleich außerordentlich funktionalen Planungsvorschlag von der Jury mit dem ersten Platz ausgezeichnet und der Entwurf zur Ausführung empfohlen.
Die im Wettbewerbsentwurf dargestellte städtebauliche Einbindung in das Umfeld erlaubt es der Messe erstmals, ihrem Anspruch als Messepark gerecht zu werden. Die Funktionalität ist nach Ansicht der Auslober vorbildlich und ermöglicht neben der Ausführung großer zusammenhängender Messen auch die Organisation mehrerer flexibler und dennoch individuell zuordenbar gehaltener mittlerer und kleiner Veranstaltungen. Künftig wird die neue Luxexpo über 46.000 m2 Nutzfläche verfügen.
Aufgrund der Gebäudegeometrie, des Nutzungsprofils und der konstruktiven Umsetzung entstand das Wettbewerbsmotiv eines weltweit einzigartigen Solar-Plus Messezentrums und damit eines richtungweisenden Zeichens für nachhaltiges Bauen. Die Messehalle wird nach den Berechnungen in der Lage sein, ohne fossilen Energieaufwand ihren Energiehaushalt alleine zu decken und damit die Umwelt nicht zu belasten. Wesentliches Entwurfskriterium war die weitgehend natürliche Belichtung und die Anordnung von Photovoltaikanlagen auf den nach energetischen Gesichtspunkten optimiert berechneten gefalteten Dächern. Im Resultat lassen sich die Betriebskosten im Vergleich zu konventionellen Messehallen erheblich senken.

Bei der Entwicklung des Entwurfes und der iterativen Abwägung der Gestaltungs- und Optimierungsschritte leistete die Anwendung von 3D- CAD- Werkzeugen zur Erzeugung von Nurbs in Verbindung mit Paneling- Tools und parametrischer Programmierung unschätzbare Dienste. Wichtig war, die Anwendungspotentiale im eigenen Büro zu haben, aus den Ergebnissen der Computergenerierungen sofort Rückschlüsse ziehen zu können und diese im Entwurf umzusetzen.

Parametrisches 3D- Design zur Entwicklung der konstruktiven Prinzipien

Tragwerk Messehallen
Die entwickelte Struktur ermöglicht ein signifikantes Erscheinungsbild, gleichzeitig ist sie funktional überzeugend und lässt sich wirtschaftlich realisieren. Die Effektivität der intelligent ausgearbeiteten Tragstrukturen erbringt die gewünschten großen Spannweiten einer stützenfreien Messe. Das Dachtragwerk basiert auf einem 6m-Raster. Das Haupttragwerk der Messehalle ist als aufgelöste Konstruktion vorgesehen. Durch die Baumstruktur der Hallenstützen kann die Spannweite der Fachwerkträger auf ca. 70m verkürzt werden. Die Anordnung eines Rostes ermöglicht eine flexible Nutzung der Dachebene für die Hallentechnik und führt zu einem wirtschaftlichen Materialverbrauch.

Die Dachhülle soll in ihrer geometrischen Ausformung das Ziel der Entwicklung der Solar- Plus- Messe unterstützen. Sie soll so gestaltet werden, daß in der Ebene der Dachfläche Tageslichtelemente eingebracht werden können, die möglichst viel blendfreies Licht in den Innenraum leiten. Zudem sollen große Flächen für Solarmodule zur Verfügung zu stehen, deren Ertrag einen Teil der Energieversorgung der Messe übernimmt oder ins öffentliche Netz eingespeist wird.

Alle diese Anforderungen sollen nicht durch addierte Zusatzelemente auf dem Dach erfüllt werden, sondern als integrativer Bestandteil der Hüllkonstruktion. Es stellte sich nach rechnergestützten Variantenuntersuchungen heraus, daß unter der Vielzahl von prinzipiell möglichen Oberflächenausformungen grundsätzlich Shed- oder Faltkonstruktionen geeignet waren, die für diese Bedingung optimale Neigungswinkel erbringen. Die entwickelte multifunktionale Faltkonstruktionen ließ sich konstruktiv ideal auf den Tragwerksrost aufbringen, welcher die Tragfunktion erfüllt und zusätzlich eine variable Installation der Messe ermöglicht. Ein weiteres wichtiges Kriterium bestand in der Abwickelbarkeit und Gleichmäßigkeit der Faltstrukturen, womit die äußere Abdichtung günstig erbracht werden kann. Vielfältige parametrische Optimierungsschritte definierten im Entwurfsfortschritt die endgültige Größe und Neigung der Faltungen und deren geometrische Grundkonfiguration, dem Miura- Prinzip folgend. Ebenfalls parametrisch im 3D- Modell wurde der Randübergang von der horizontalen Dachebene in die vertikale Fassadenebene entwickelt. Die Hülle ist zur Realisierung in einem hohen Vorfertigungsgrad vorgesehen. Eine Maximalzahl gleicher Teile in transportfähigen Dimensionen sollen entstehen, die vor Ort einfach gefügt werden kann. Die Faltstruktur bildet die gesamte Dachfläche der Messehallen und die Westund Nordfassade. Auf der Nortdseite formt die Faltung ein Witterungsschutzdach für die Anlieferungszone.
Das Hochhaus ist als herkömmliche Stahlbetonskelettkonstruktion mit aussteifenden Kernen konzipiert. Die Spannweiten der Geschoßdecken von bis zu 8 m können mit Flachdecken wirtschaftlich realisiert werden. Die Besonderheit liegt in der Ausformung des Gebäudekörpers. Unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit, bei weitgehend gleichmäßiger Reproduzierbarkeit, schwingt der Baukörper in seiner Fassade vor und zurück. Der damit erreichte Effekt ist für dieses am Stadteingang Luxemburg- Kirchberg situierte Messehotel auf Grund der Zeichenhaftigkeit gewünscht, wobei im Kontext die wirtschaftliche Realisierbarkeit besonderes Anliegen war. Auch hier wurde mit Hilfe von 3d- CAD- Werkzeugen die geometrische Ausformung des Baukörpers entwickelt, unter den Parametern der günstigsten vertikalen Lastabtragung und der Fassadengeometrie.
Eine große Anzahl an parametrischen CAD- Tools erbrachten für den Bahnhof die Stützenstellung und die Geometrie des Dachtragwerks. Zur Erfassung und Erprobung der komplexen Innen- und Außenraumwirkung, zur Entwicklung von Dachtragwerk, Erschließungsrampen, Einbauten und Fassade wurden von vornherein ausschließlich 3D- Simulationswerkzeuge eingesetzt. Für die Tageslichtnutzung wurde nach diesen Simulationsergebnissen die prozentuale Fläche der Belichtungsöffnungen und deren Verteilung geplant.
MGX technology
The name .MGX comes from the file extension of the software Magics, created by Materialise (the parent company of .MGX and world leader in rapid prototyping techniques). This software makes rapid prototyping and 3D manufacturing techniques accessible to design professionals, enabling them to bring to life creations that would otherwise be impossible to produce.
The process begins when a CAD design file is converted into an STL-file and then transformed via Magics into an .MGX file that renders a design printable. With the Magics production software developed by Materialise and thanks to 3D printing technologies, (primarily stereolithography and selective laser sintering), 3D visual images are then literally “printed” as sustainable 3D material objects.
More specifically, in the case of stereolithography, the process takes place in a large tank, and begins when a layer of liquid polymer is spread over a platform. A laser beam is then directed into the liquid, (guided by the design file and the .MGX software), solidifying the areas it comes in contact with. Once the laser is finished, the platform with the solid areas resting on it, shifts down, and the process begins again: liquid is spread; a laser beam hardens specific points in the liquid; and the platform and completed layers of the object move down. In this way, layer by layer, an object is “drawn” in the liquid by the beam, with the layers being consolidated throughout the process. When the object is complete, it is raised out of the tank via the supporting platform – much like a submarine rising to the surface of the water – with the excess liquid flowing away.
In the case of selective laser sintering, the process is similar but with a few differences, the primary one being that powder is used in place of the liquid polymer. The end result however is the same: creations are brought to life that would otherwise be impossible to produce.