Umbruch auf der Baustelle

Herr Kohler, auf der Website des neuen Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) Digitale Fabrikation steht: ?Die digitale Fabrikation verspricht, die Architektur zu revolutionieren.? Braucht die Architektur eine Revolution?
Matthias Kohler: Das ist keine Forderung, sondern eine Feststellung: Der Bauprozess l?uft immer noch hochgradig konventionell ab. Andere Wirtschaftsbereiche wurden durch digitale Technologien tiefgreifend transformiert. Deshalb stellt sich die Frage, ob in der Architektur und im nachgelagerten Bauprozess nicht auch ein Wandel ansteht. Der externe Seite NFS Digitale Fabrikation befasst sich mit dieser Frage: Was ist der Mehrwert, wenn Bauteile vollst?ndig von Maschinen assembliert werden? Welche Bedingungen m¨¹ssen erf¨¹llt sein, damit Menschen auf der Baustelle mit Robotern zusammenarbeiten k?nnen? Und wie wirkt sich dies auf den Entwurf, die Planung und die Baukultur aus?

In Japan wurden allerdings schon vor l?ngerer Zeit H?user mit Robotern gebaut. Erfinden Sie das Rad neu?
Kohler: Tats?chlich hat man in Japan in den 1990er-Jahren erste Schritte in Richtung Automatisierung auf der Baustelle gemacht. Es gab einen Boom, der aus ?konomischen Gr¨¹nden j?h einbrach. Damals wollte man die serielle Massenproduktion von der Fabrik auf die Baustelle bringen. Das hat funktioniert, doch f¨¹hrte dieser technokratische Ansatz zu einer Einschr?nkung der Architektur und zu ausdruckslosen Bauten. In der heutigen Baukultur wird f¨¹r jede Situation eine angemessene, ?massgeschneiderte? L?sung gesucht. Darauf basiert die Qualit?t unserer Lebensr?ume. Wenn wir mit dem Roboter auf die Baustelle gehen, ist unsere Motivation heute eine andere: Wir versuchen herauszufinden, wie die Abl?ufe rationalisiert werden k?nnen, aber gleichzeitig nach wie vor Massanfertigung erlauben. Das ist das eigentlich Neue: Jedes maschinell gefertigte Bauteil kann anders aussehen, sogar der einzelne Produktionsschritt l?sst sich bis zu einem gewissen Grad individualisieren. Das machen wir zum Beispiel mit unseren Robotern: Je nach Aufgabe nutzt der gleiche Roboter andere Werkzeuge, um etwas zusammenzusetzen, zu bearbeiten oder zu formen. Dieser Ansatz f¨¹hrt bereits ab relativ kleinen St¨¹ckzahlen zu einer rationalen Fertigung.

Herr Halter, besteht bei den Bauherren ¨¹berhaupt eine Nachfrage nach Individualisierung?
Balz Halter: Die Bauherren wollen sicher eine individuellere Ausstrahlung der Geb?ude. Das schl?gt sich auch in der Architektur nieder: Man sucht nach neuen Formen und Materialien. In der Bauindustrie haben wir die erw?hnte Massenfertigung ¨¹berwunden, weil wir gesehen haben, dass dieser Ansatz immer wieder zu den gleichen Geb?uden f¨¹hrt. Die Bauindustrie strebt durchaus eine Individualisierung an, denn diese bietet ja auch die M?glichkeit, sich von Mitbewerbern zu differenzieren.

Herr Buchli, was ist Ihre Motivation als Robotiker, sich mit Bauprozessen zu befassen?
Jonas Buchli: Viele Bereiche der Wirtschaft wurden durch die Digitalisierung umgekrempelt. Es handelt sich vor allem um Bereiche, wo entweder Daten eine zentrale Rolle spielen oder wo man Probleme gut strukturieren kann. In der Robotik steht nun der n?chste Schritt an, n?mlich diese Technologien in Bereiche zu bringen, die weniger strukturiert sind, wo es mehr Flexibilit?t braucht und die Maschinen zeitn?her reagieren m¨¹ssen. Das Bauwesen ist dazu ein interessantes Eintrittsgebiet. Eine Baustelle ist sicher weniger gut strukturiert als eine Fabrik, aber doch noch nicht so offen wie zum Beispiel die Welt der Serviceroboter, die selbstst?ndig im Haushalt T?tigkeiten ausf¨¹hren. Das Potenzial in der Baubranche ist sehr gross. Dieses k?nnen wir aber nur aussch?pfen, wenn wir schwierige Robotikprobleme l?sen. Das ist f¨¹r mich als Forscher eine interessante Herausforderung.

Wie erleben Sie die Zusammenarbeit mit den Architekten?
Buchli: Wenn man mit Architekten zusammenarbeitet, hat man ganz andere Herausforderungen und M?glichkeiten, als wenn man ?nur? mit Ingenieuren kooperiert. Ich lerne extrem viel und werde mit einer ganz anderen Perspektive konfrontiert. Was mich ¨¹berrascht hat, ist, wie pragmatisch man Technologien einsetzt und wie zielgerichtet gearbeitet wird.

Was wurde denn schon umgesetzt?
Kohler: Wir sind im Moment noch in einem fr¨¹hen Forschungsstadium, auch wenn einzelne Unternehmen schon konkrete Schritte in Richtung digitale Fabrikation gemacht haben. Bis die Erfahrungen in einer ganzen Produktionskette integriert sind, braucht es viel Zeit. Beim Ziegel- und Holzbau haben wir gesehen, dass die Umsetzung sicher sechs bis zehn Jahre braucht. Umgerechnet auf die ganze Bauindustrie werden diese Umw?lzungen mehrere Jahrzehnte beanspruchen. Spannend ist f¨¹r mich die Frage: Was gewinnen wir durch diese Technologie an Qualit?t in der Architektur und in den Bauprozessen, und welche Vorteile ergeben sich f¨¹r den Standort Schweiz?

Halter: In der Praxis ist digitale Fabrikation heute durchaus ein Begriff. Gerade im Holzbau wird schon sehr viel gemacht. Dass diese Technologien noch nicht in der Breite angewendet werden, ist weniger eine Frage der M?glichkeiten. Das Problem ist, dass wir nur digital produzieren k?nnen, wenn die Daten in entsprechender Form vorliegen. In diesem Bereich ist unsere Industrie einfach noch r¨¹ckst?ndig. Es gibt keinen integralen Prozess vom Entwurf ¨¹ber die Produktion bis hin zum Betrieb. Wenn wir die Daten schon im Planungsprozess richtig handhaben w¨¹rden, w?re die Umsetzung nachher viel einfacher. Eigentlich h?tten wir alle Instrumente zur Verf¨¹gung. Aber unsere Industrie ist noch nicht in der Lage, diese Instrumente zu nutzen.

Woran liegt das?
Halter: Es liegt erstens daran, dass wir immer noch sehr gewerkspezifisch denken, also das Geb?ude nicht als Gesamtsystem verstehen. Zweitens unterbrechen wir den Planungsprozess immer wieder, weil wir Daten von einem Ort an einen anderen ¨¹bergeben. Und drittens ist die Bauindustrie sehr gewerblich und arbeitsteilig organisiert. Die Herstellung eines Autos erfolgt aus einem Guss, das ist bei Geb?uden nicht so. Dabei ist der Hausbau nicht komplizierter als der Automobilbau. Wir sind einfach so aufgestellt, dass es kompliziert wird. Deshalb l?uft auf der Baustelle vieles noch sehr altert¨¹mlich ab. Aber darin liegt nat¨¹rlich auch eine Chance, gerade f¨¹r den Entwurfsprozess. Was uns am Herzen liegt ist, dass die digitale Fabrikation zu qualitativen Verbesserungen f¨¹hrt und am Schluss auch ?konomische Vorteile bringt.

Buchli: Die ganze Entwicklung wird wohl ?hnlich ablaufen wie in der Computertechnik. Als wir die ersten Computer auf dem Tisch hatten, war das ¨¹berhaupt noch nicht produktiv. Aber es hat early adopters gegeben, die vorausgedacht haben. Erst jetzt, nach vielen Jahren, sind Computer auch f¨¹r die Normaluser wirklich produktiv. Eine solche Entwicklung werden wir auch in der Bauindustrie durchmachen. Allerdings ist das Problem hier viel komplexer; deshalb sind auch die Zeithorizonte l?nger. Wir werden nicht in zwei, drei Jahren zur¨¹ckblicken k?nnen und dann sagen, es hat funktioniert oder es hat nicht funktioniert.

Wo erwarten Sie die ersten Schritte?
Buchli: Was sich in n?herer Zukunft wohl durchsetzen wird, sind Transportanwendungen, aber auch gewisse Pr?zisionsanwendungen. Wir k?nnen heute Strukturen mit einer Pr?zision herstellen, die ein Mensch nicht erreichen kann, zumindest nicht in dieser Zeit und unter den Rahmenbedingungen, unter denen ein Roboter arbeitet. Doch wenn wir diese Sachen auf die Baustelle bringen wollen, m¨¹ssen wir vermehrt die Informationen von der Baustelle in den Planungsprozess einbeziehen. Bisher war das Ganze ein gerichteter Prozess: zuerst planen, dann ausf¨¹hren. Jetzt geht es darum, den Kreis zu schliessen.

Kohler: Die entscheidende Frage ist nat¨¹rlich, wie man diese Vision umsetzt. In der Architektur ging man bis anhin stark vom Kopf aus. Die Idee war, eine ausget¨¹ftelte Planungssoftware zu entwickeln, die alles integriert. Das funktioniert in der Planung heute auch weitgehend. Aber dort, wo das Ganze physisch wird, bleiben die Prozesse meistens konventionell. Wir wechseln nun die Perspektive und suchen nach L?sungen, die sich r¨¹ckw?rts integrieren lassen, also von der Ausf¨¹hrung zum Entwurf. Ich bin davon ¨¹berzeugt, dass es uns mit diesem Ansatz viel eher gelingen wird, eine f¨¹r das Bauwesen nachhaltige Transformation von innen heraus einzuleiten.

Teilen Sie diese Ansicht?
Halter: Dieser Ansatz hat einiges f¨¹r sich. Die Entwicklung wird stark von Architekten getrieben, die vom Endprodukt ausgehen und mit Bauteilen und Materialien arbeiten, die man nur in einem digitalen Prozess realisieren kann. Es gibt zum Beispiel Fassaden, die kann man nur noch datenbasiert planen und produzieren. Es wird auch spannend sein zu sehen, was die 3D-Drucker f¨¹r einen Einfluss haben werden. Das ist genau der Punkt: Wir schauen, welche M?glichkeiten wir in der Produktion haben, und gehen von dort aus zur¨¹ck zum Entwurf, bis sich die beiden Enden gefunden haben.

Kohler: 3D-Druck ist ein interessantes Stichwort: Der 3D-Drucker l?sst sich nicht ohne Weiteres auf die Architektur ¨¹bertragen. Grunds?tzlich sind additive Prozesse f¨¹r uns aber nat¨¹rlich spannend. Denn gute Architektur entsteht aus dem kunstvollen F¨¹gen von Elementen zu R?umen, die gr?sser sind als die Maschinen, die sie bauen. Hier kommt nun das 3D-Drucken ins Spiel: Wie finden wir in der Architektur Aufbaustrategien, die auf digitalen Technologien basieren, aber trotzdem die Anforderungen und die ?konomie der Architektur ber¨¹cksichtigen? Es macht zum Beispiel wenig Sinn, ein ganzes Geb?ude zu drucken. Wegen der Aufl?sung, mit welcher der Drucker arbeitet, dauert der Bauprozess sehr lange und das Material ist ¨¹berdies sehr teuer. Setzt man aber gr?ssere Bauelemente ein, kann man eine bauad?quate Aufl?sung erreichen.

K?nnen Sie das noch etwas pr?zisieren?
Kohler: Ich spreche zum Beispiel von digitalen Materialsystemen: Pl?tzlich kann man dank digitaler Technologien anders mit einem Baustoff umgehen als bisher. Es kann gut sein, dass das zu Entwicklungsspr¨¹ngen f¨¹hren wird. Daneben gibt es noch den ?kologischen Aspekt: Heute werden Betonw?nde so konzipiert, dass sie dem schlimmsten Lastfall standhalten. Diese W?nde werden mit einem geraden Schalungssystem gebaut. Das f¨¹hrt dazu, dass rund ein Drittel des Betons statisch gar nicht gebraucht wird. Setzen wir Systeme ein, die ohne Schalung auskommen, hat das Konsequenzen auf unseren Umgang mit materiellen Ressourcen. Wenn sich die Baukultur in diese Richtung entwickelt, k?nnen wir mit digitaler Fabrikation auch in diesem Bereich Mehrwerte schaffen. Mit unseren Projekten schaffen wir Wissen, das Schweizer Firmen international verwenden k?nnen. Es w¨¹rde uns freuen, wenn die Industrie diese Impulse aufnehmen w¨¹rde und aus unseren Projekten interessante Kooperationen entstehen w¨¹rden.

Welche Auswirkungen haben diese Entwicklungen f¨¹r die Menschen, die am eigentlichen Bauprozess beteiligt sind?
Halter: Es wird je l?nger je schwieriger, die notwendigen Fachleute zu finden. Deshalb m¨¹ssen wir versuchen, die Abl?ufe auf der Baustelle informationstechnologisch so zu st¨¹tzen, dass die ben?tigte Kompetenz geringer wird. Hinter diesem Bestreben stehen also auch ?konomische ?berlegungen, weil die einzelne Arbeitskraft immer teurer wird.

Wie beurteilen Sie denn die Einf¨¹hrung des neuen externe Seite Masterstudiengangs ?MASDigitale Fabrikation? an der ETH, der in diesem Jahr erstmals startet?
Halter: Es ist keine Frage: Wir brauchen einen solchen Studiengang. Denn die Entwicklung, ¨¹ber die wir nun gesprochen haben, kann nur stattfinden, wenn man auch bei der Ausbildung ansetzt. Wir brauchen Leute, die mit solchen Technologien umgehen k?nnen. Wir stossen immer wieder Innovationen an, merken aber, dass die Leute in der Praxis ¨¹berfordert sind, weil sie mit etwas konfrontiert werden, das sie nicht kennen. Ein Planer weiss nicht, warum er etwas anders machen soll ¨C denn er bekommt ja kein h?heres Honorar, sondern hat h?chstens ein gr?sseres Risiko. Wenn er keinen inneren Antrieb hat, das einmal anders anzupacken, und die Chancen der Ver?nderung auch gar nicht erkennen kann, dann wird er es eben auch nicht machen. Das ist verst?ndlich.