DFAB HOUSE

DFAB HOUSE ist ein als Gemeinschaftsprojekt entstandener Forschungsbau des Schweizerischen Nationalen Forschungsschwerpunktes (NFS) Digitale Fabrikation auf dem NEST Gebäude der Empa und Eawag. Im Rahmen des realmassstäblichen Bauprojektes kommen Forschende von acht Lehrstühlen der ETH Zürich mit Branchenexperten und Planungsfachleuten auf einzigartige Weise zusammen, um gemeinsam zu erforschen und zu testen, wie die digitale Fabrikation die Art und Weise wie wir entwerfen und bauen verändern kann.

DFAB HOUSE ist insofern speziell, als es nicht nur digital entworfen und geplant, sondern auch weitgehend mit digitalen Prozessen gebaut wird – sowohl vor Ort auf der Baustelle als auch extern in der Vorfabrikation. Sein Entwurfskonzept basiert auf der Erforschung der architektonischen und technischen Auswirkungen ausgewählter digitaler Bauprozesse aus der interdisziplinären Forschung, die von acht Professuren der ETH Zürich im Rahmen des am NFS Digitale Fabrikation vorangetrieben wird.

Im Rahmen von DFAB HOUSE werden fünf solcher Technologien nun erstmals aus der Forschung in die architektonische Anwendung überführt: der In situ Fabricator, ein vielseitig einsetzbarer, autonomer Roboter zur Vor-Ort-Fertigung von Bauelementen; Mesh Mould, ein schalungsfreier, robotischer Prozess zur Herstellung von stahlverstärkten Betonstrukturen; Smart Dynamic Casting, ein automatisiertes Gleitschalungsverfahren für den Betonbau; Smart Slab, funktional integrierte Deckenelemente, die mit 3D-gedruckter Schalung hergestellt werden; und Spatial Timber Assemblies, ein von Robotern fabrizierter Holzbau. Die Kombination dieser neuartigen Bauprozesse in einem Bauwerk ermöglicht es, die Gesamtplanung und den Bauprozess zu überdenken und die Vorteile der digitalen Kette von Gestaltung, Planung und Fabrikation auszunutzen: Gestaltungsflexibilität, sparsamer Materialeinsatz, Zeit- und Kosteneffizienz sowie eine verbesserte Qualitätskontrolle.

Die Bauarbeiten beginnen mit dem Einsatz der Mesh-Mould-Technologie, die 2016 mit dem Swiss Technology Award ausgezeichnet wurde. Der In situ Fabricator spielt hier eine zentrale Rolle. Es handelt sich dabei um einen autonomen, mobilen und vielseitig einsetzbaren Bauroboter, der darauf ausgerichtet ist, unter sich verändernden Bedingungen auf einer Baustelle zu funktionieren. Ein vom Roboter hergestelltes Stahlbewehrungsgitter dient gleichzeitig als Schalung und als Bewehrung für eine tragende Betonstruktur. Es entsteht eine doppelt gekrümmte Wand, welche die Architektur des offenen Wohn- und Arbeitsbereichs im Erdgeschoss prägt.

Auf dieser Wand kommt dann der vorgefertigte Smart Slab zu liegen – eine statisch optimierte und funktional integrierte Geschossdecke, deren Schalung mit grossformatiger 3D-Sanddruck-Technologie hergestellt wird. Diese Technologie weist einen für Betonbauten in Gebäudegrösse beispiellosen Komplexitäts- und Präzisionsgrad auf.

Die Smart-Dynamic-Casting-Technologie kommt für die Fassade des Erdgeschosses zum Einsatz. Dieses automatisierte, robotergesteuerte Gleitschalungsverfahren fabriziert massgeschneiderte Fassadenpfosten aus Beton mit variablen Querschnitten, die auf die jeweilige Bauwerkslast jedes Bauelements zugeschnitten sind.

Die beiden oberen Geschosse mit einzelnen Räumen werden als Spatial Timber Assemblies, sogenannte räumliche Holzbaueinheiten, im Robotic Fabrication Laboratory der ETH Zürich vorgefertigt; die geometrisch komplexen, 3D-Holzbauelemente werden von kooperierenden Robotern zusammengefügt.

Zusätzlich zu diesen fünf neuen Bauprozessen, wird in das Tragwerksystem der Holzbaueinheit ein prototypisches, lichtdurchlässiges Leichtbau-Fassadensystem integriert. Die Daten zu Benutzerfreundlichkeit und Energieeffizienz dieses Systems werden während der Betriebsphase des Gebäudes gesammelt und analysiert.

Des Weiteren wird intelligente Haustechnik zur Steuerung der mechanischen Anlagen, des Lichts und des Sicherheitssystems des Gebäudes verwendet. Dadurch können neue Arten der Benutzerinteraktion mit der Gebäudeumgebung untersucht und die Energieeffizienz des Gebäudes optimiert werden.

Da DFAB HOUSE ein Teil des modularen Forschungs- und Innovationsgebäude NEST der Empa und Eawag ist, wird die Forschung auch nach seiner Fertigstellung fortgeführt werden. Dazu gehört die Langzeitüberwachung der digital fabrizierten Tragwerksysteme, die Überprüfung der Energieeffizienz des Gebäudes sowie die Auswertung der Benutzerfreundlichkeit und des Gesamterlebnisses aus Sicht der Benutzer. Das während des Gebäudebaus und -betriebs gewonnene Wissen wird die Chancen auf eine Markteinführung für neue Technologien erhöhen.

Beteiligte Akteure:
Forschung
Prof. Matthias Kohler, Professur für Architektur und Digitale Fabrikation, ETH Zürich
Prof. Fabio Gramazio, Professur für Architektur und Digitale Fabrikation, ETH Zürich
Prof. Benjamin Dillenburger, Professur für Digitale Bautechnologien, ETH Zürich
Prof. Jonas Buchli, Institut für Robotik und Intelligente Systeme, ETH Zürich
Prof. Robert Flatt, Institut für Baustoffe, ETH Zürich
Prof. Joseph Schwartz, Professur für Tragwerksentwurf, ETH Zürich
Prof. Walter Kaufmann, Institut für Baustatik und Konstruktion, ETH Zürich
Prof. Guillaume Habert, Institut für Bau- und Infrastrukturmanagement, ETH Zürich

Architektur
Konzept: Prof. Matthias Kohler, Konrad Graser
Design: Konrad Graser (Leitung), Marco Baur
Mitwirkende: Arash Adel, Prof. Benjamin Dillenburger, Kathrin Dörfler, Rena Giesecke, Prof. Fabio Gramazio, Norman Hack, Matthias Helmreich, Andrei Jipa, Prof. Matthias Kohler, Dr. Ena Lloret-Fritschi, Dr. Mania Aghaei Meibodi, Fabio Scotto, Demetris Shammas, Andreas Thoma

Tragwerksentwurf
Konzept: Prof. Joseph Schwartz
Projektingenieur: Marco Bahr
Mitwirkende: Jaime Mata Falcón, Prof. Walter Kaufmann, Daniel Rönz, Thomas Wehrle

Bauherrschaft
Empa

Planungsteam
Architektur: NFS Digitale Fabrikation
Generalplaner: ERNE AG Holzbau
Baustatik und Konstruktion: Dr. Schwartz Consulting AG
Bauphysik: BAKUS Bauphysik und Akustik GmbH
Elektrotechnik: Elektro Siegrist AG
HVAC/Sprinklersystem, Planer: Häusler Ingenieure AG
Gebäudetechnologie: Schibli Gebäudetechnik
Lichtgestaltung: Sommerlatte & Sommerlatte AG

Management und Kommunikation
Geschäftsführer: Dr. Russell Loveridge
Finanzen: Blanca Hren
Kommunikation: Tanja Coray, Orkun Kasap

Bildrechte:
NFS Digitale Fabrikation