Digitales Holz

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020

Digitales Holz | Bois et numérisation Wie die Digitalisierung den Holzbau genauer, effizienter und freier machen soll.

Und wo die Stolpersteine liegen. | Comment la numérisation doit rendre la construction en bois plus précise, plus efficiente et plus libre. Et où se trouvent les pierres d’achoppement.

32_01_TH_Digitales_Holz_Cover.indd 1

17.12.19 08:56

Am Institut IBOIS bearbeitet die EPFL rohe Baumstämme mit digitaler Präzision. | À l’Institut IBOIS, l’EPFL usine les troncs de bois brut avec une précision numérique.

02_03_TH_Digitales_Holz_Inhalt.indd 2

17.12.19 09:03

Editorial | Éditorial

Baum und Byte

Inhalt | Sommaire

4 « Vom Förster bis zur Maschinenlieferantin » | « Du garde-forestier au fournisseur de machines » Rolf Baumann unterstützt die Holzbranche bei der Digitalisierung. | Rolf Baumann apporte son soutient à la filière bois pour la numérisation.

6 Die Schlange bändigen | Le domptage du serpent Wie die Freiform für Swatch die Planer herausforderte. | En quoi la forme libre pour Swatch a été un défi pour les planificateurs.

10 Fräsen und codieren | Fraisage et codage Drei Holzbauer berichten, wie die Digitalisierung ihre Arbeit verändert. | Trois constructeurs bois expliquent comment la numérisation change leur travail.

14 « Der Wald generiert die Form » | « C’est la forêt qui génère la forme » Yves Weinand konstruiert dank dem Computer effizienter. | Yves Weinand construit de manière plus efficiente grâce à l’ordinateur.

16 Die Kette schliessen | Fermer la chaîne Eine der grössten Holzbauten wird mit BIM geplant. | L’une des plus grandes constructions en bois est planifiée avec BIM.

20 Digitaler Mehrwert | La plus-value numérique Wie Investoren den Wert ihrer Immobilien steigern können. | Comment les investisseurs peuvent augmenter la valeur de leurs biens immobiliers.

22 « Sonderformen statt Pauschallösungen » | « Des formes spéciales à la place de solutions globales » Aleksandra Anna Apolinarska baut mit Robotern individuell. | Aleksandra Anna Apolinarska construit de manière individuelle à l’aide de robots.

24 Einen Baum programmieren | La programmation d’un arbre Wie mithilfe von Algorithmen ein Pavillon entsteht. | Comment un pavillon naît à l’aide d’algorithmes.

26 Projekte | Projets Neun digitale Holzprojekte im In- und Ausland. | Neuf projets numériques de construction en bois en Suisse et à l’étranger.

Der Holzbau ist anderen Gewerken schon lange voraus, wenn es um die Rechenkraft geht. Seit einer Generation verrichten Abbundanlagen computergesteuert ihren Dienst. Heute ist die Digitalisierung in der Breite angekommen und weist in viele Richtungen. Dieses Heft zeigt mögliche Ziele für den Holzbau auf – und Stolpersteine auf dem Weg dorthin. Erstens dreht sich vieles um Qualität. Der Computer macht weniger Fehler, die Vorfabrikation ist genauer, die Zusammenarbeit enger. Building Information Modeling ( BIM ) ist in aller Munde, funktioniert aber noch nicht reibungslos. Zweitens: Nachhaltigkeit. Es wird viel geforscht, wie die Holzbranche den Wald besser nutzen oder materialsparender konstruieren kann, um klimagerecht zu bauen. Drittens: Ausdruck. Mit dem Computer wird die Sonderform zum Standard. Was das für die Baukultur bedeutet, sind die Architektinnen aber erst dabei herauszufinden. Und schliesslich geht es um Geld, um Effizienz. Wertsteigerungen von fünf bis zehn Prozent soll die Digitalisierung ermöglichen. Auch bis dahin ist es allerdings noch ein gutes Stück Weg. Andres Herzog

Arbres et bytes

La construction en bois est depuis longtemps en avance sur d’autres corps de métier quand il s’agit de la puissance informatique. Depuis une génération, les machines de taille accomplissent leur travail en étant pilotées par ordinateur. Aujourd’hui la numérisation s’est largement développée et pointe dans de nombreuses directions. Ce cahier présente de possibles objectifs pour la construction en bois – et des obstacles en chemin. Tout d’abord, il est beaucoup question de qualité. L’ordinateur fait moins d’erreurs, la préfabrication est plus précise, la coopération plus étroite. Building Information Modeling ( BIM ) est sur toutes les lèvres mais ne fonctionne pas encore de manière optimale. Deuxièmement: la durabilité. De nombreuses recherches portent sur une meilleure utilisation de la forêt par la filière bois ou sur les économies de matériau de construction pour mieux respecter le climat. Troisièmement: l’expression. Avec l’ordinateur, la forme spéciale devient standard. Mais les architectes sont seulement en train d’identifier ce que cela signifie pour la culture du bâti. Et finalement, il s’agit d’argent, d’efficience. La numérisation est censée permettre des valorisations de cinq à dix pour-cent. Mais il y a encore du chemin à parcourir pour y parvenir. Andres Herzog Der Fotograf Stephan Rappo machte die Aufnahmen für dieses Heft und verfremdete sie mit Pixeln, um die Digitalisierung ins Bild zu bringen. | Les photos de ce cahier sont du photographe Stephan Rappo qui les a altérées avec des pixels pour mettre en valeur la numérisation dans l’image.

Impressum | Impressum Verlag | Édition Hochparterre AG Adressen | Adresses Ausstellungsstrasse 25, CH-8005 Zürich, Telefon +41 44 444 28 88, www.hochparterre.ch, verlag @ hochparterre.ch, redaktion @ hochparterre.ch Verleger | Éditeur Köbi Gantenbein Geschäftsleitung | Direction Lilia Glanzmann, Werner Huber, Agnes Schmid Verlagsleiterin | Directrice des éditions Susanne von Arx Konzept und Redaktion | Conception et rédaction Andres Herzog Fotografie | Photographie Stephan Rappo, www.stephanrappo.net Art Direction | Conception graphique Antje Reineck Layout | Mise en pages Tamaki Yamazaki Produktion | Production Linda Malzacher Korrektorat Lorena Nipkow, Dominik Süess Übersetzung | Traduction Annie Jeamart Lithografie | Lithographie Team media, Gurtnellen Druck | Impression Stämpfli AG, Bern Herausgeber | Directeur de la publication Hochparterre in Zusammenarbeit mit Wüest Partner | Hochparterre en collaboration avec Wüest Partner Bestellen | Commandes shop.hochparterre.ch, Fr. 15.—, € 12.—

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Inhalt | Sommaire

02_03_TH_Digitales_Holz_Inhalt.indd 3

3

17.12.19 09:03

« Vom Förster bis zur Maschinenlieferantin »

« Du garde-forestier au fournisseur de machines »

Aufgezeichnet von Deborah Fehlmann

Enregistrement de Deborah Fehlmann

Die Initiative ‹ Wald & Holz 4.0 › unterstützt die Holzbranche auf dem Weg in die Digitalisierung, vom Endkunden bis zurück in den Wald. Gemeinsam mit unseren Wirtschaftspartnern entwickeln wir Werkzeuge, die die Vernetzung – ein Kernthema der Industrie 4.0 – entlang der gesamten Wertschöpfungskette fördern.

Holz ist der Baustoff der Zukunft. Das Material ist biologisch, nachwachsend und CO -neutral. Es hat statisch, ² optisch und haptisch gute Eigenschaften, es riecht gut, und wir haben in der Schweiz reichlich davon. Wir haben auch leistungsfähige Firmen mit gros­s em Fachwissen, die dem Rest der Baubranche punkto Digitalisierung weit vo­raus sind. Dennoch verwerten wir nur etwa die Hälfte unseres Holzes. Dahinter steckt ein strukturelles Pro­ blem: Die Holzbranche ist kleinteilig. Schweizweit beschäftigt sie 80 000 Menschen in 10 000 Betrieben. Treibende Firmen der Industrie 4.0, etwa Bosch oder Siemens, beschäftigen allein je 400 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Will die Holzbranche die Chancen der Digitalisierung nutzen, muss sie als Netzwerk agieren. Sie muss Trans­akti­ons­kos­t en tief halten, die Automatisierung erhöhen und die Qualität halten oder steigern.

Unsere Internetplattform ist frei zugänglich und bietet den Unternehmen strategische und organisatorische Initiative Hilfestellungen bei der digitalen Transformation. Unse‹ Wald & Holz 4.0 › re Werkzeuge zu sechs brennenden Themen stehen als Neben den Forschungsteams der Berner FachPrototypen zur Verfügung und werden bis zur Konferenz hochschule beteiligen sich ‹ Holz 4.0 › im Juni 2020 fertiggestellt. Für die Auftragsabacht Fachverbände und wicklung erarbeiten wir beispielsweise einen Kompass, sechzig Schweizer Untermit dem die Firmen eigenständig ermitteln können, wo nehmen aus der gesamten Wertschöpfungskette sie im Digitalisierungsprozess stehen und welche Massan der Initiative. Als Vernahmen als Nächstes möglich sind. Weiter wird es Muster gleichsgruppe nahmen für Geschäftsmodelle und einen Strategiecheck geben, 15 Digital Natives an den anhand dessen die Unternehmen ihr eigenes Modell überdrei Workshops teil.

Zur Grundlagenerarbeitung prüfen können. Ein drittes Beispiel: Wir haben analysiert, wurden diverse branchen­ wie sich die Kundenbedürfnisse im digitalen Umfeld verexterne Fachleute befragt. ändern, haben die branchenrelevanten Megatrends he­ Gefördert wird das Proraus­ge­fil­tert und erstellen einen grafischen Kompass, der jekt vom Bundesamt für Umwelt im Rahmen mögliche Handlungsfelder aufzeigt. des Aktionsplans Holz.

Wo die brennendsten Fragen und grössten Unsicherwww.wh40.ch heiten im Bereich der digitalen Transformation bestehen, haben wir zusammen mit Fachverbänden, Unternehmen Initiative ‹ Forêt et bois 4.0 › und Digital Natives evaluiert und in drei Workshops verEn plus de l’équipe de retieft. Alle sassen mit am Tisch, vom Förster über die Holzcherche de la Haute école händlerin bis zum Schreiner und der Maschinenlieferanspécialisée bernoise, tin. Allein das bewirkt schon viel, denn Vernetzung fängt huit associations professionnelles et soixante mit der Vernetzung der Köpfe an. Der Weg zur Schweizer entreprises suisses de l’enHolzindustrie 4.0 ist noch weit, aber den ersten Schritt hasemble de la chaîne de ben wir damit getan. Rolf Baumann ist Professor für Wirtschaftsinvaleur participent à cette initiative. 15 natifs numériques prirent part comme groupe témoin aux trois ateliers. Divers experts externes ont été interrogés pour élaborer les bases. Le projet est encouragé par l’Office Fédéral pour l’Environnement dans le cadre du Plan d’action bois. www.wh40.ch

4

formatik an der Berner Fachhochschule und leitet das Institut für digitale Bau- und Holzwirtschaft.

●

L’initiative ‹ Forêt et bois 4.0 › soutient la filière bois sur la voie de la numérisation, du client final jusqu’au retour à la forêt. En collaboration avec nos partenaires économiques, nous développons des outils qui favorisent la mise en ré­ seau – un thème central de l’industrie 4.0 – tout au long de la chaîne de valeur.

Le bois est le matériau de construction de l’avenir. Ce matériau est biologique, renouvelable et neutre en CO . Il ² a de bonnes propriétés statiques, optiques et haptiques, il sent bon et nous en avons en abondance en Suisse. Nous avons aussi des entreprises performantes dotées d’une grande expertise qui sont en avance sur le reste du secteur du bâtiment en matière de numérisation. Cependant, nous ne valorisons qu’environ la moitié de notre bois. Il y a là un problème structurel: La filière bois est de petite taille.

Dans toute la Suisse, elle emploie 80 000 personnes dans 10 000 entreprises. Des leaders de l’industrie 4.0 comme Bosch ou Siemens emploient, à eux seuls, 400 000 per­ sonnes chacun. Si la filière bois veut explorer le potentiel de la numérisation, elle doit agir en réseau. Elle doit con­ te­nir les coûts de transaction à un niveau bas, augmenter l’automatisation et maintenir ou accroître la qualité.

Notre plateforme internet est en accès libre et offre aux entreprises une assistance en termes de stratégie et d’organisation pour la transformation numérique. Nos ou­ tils pour six sujets brûlants sont disponibles en tant que prototypes et seront achevés pour la conférence ‹ Bois 4.0 › en juin 2020. Pour le traitement des commandes, nous élaborons, par exemple, une boussole qui permettra aux entreprises d’identifier de manière autonome où elles se situent dans le processus de numérisation et quelles sont les prochaines mesures possibles. De plus, il y aura des schémas de modèles commerciaux et un chèque straté­ gique qui permettra aux entreprises de vérifier leur propre modèle. Un troisième exemple: nous avons analysé com­ ment les besoins des clients changent dans l’environne­ ment numérique puis exfiltré les mégatendances import­ antes de la filière et préparons une boussole graphique des champs d’action possibles.

Nous avons évalué autour d’une table où se trouvent les questions les plus brûlantes et les plus grandes insécu­ rités dans le domaine de la transformation numérique et les avons approfondies dans trois ateliers en collaboration avec les associations professionnelles, les entreprises et les natifs numériques, du garde-forestier au menuisier et au fournisseur de machines en passant par le marchand de bois. Rien que cela porte déjà ses fruits car le réseau­ tage commence avec le réseautage des cerveaux. Il reste encore beaucoup à faire pour l’industrie 4.0 appliquée au bois suisse mais nous venons de faire le premier pas. Rolf Baumann est professeur d’informatique de gestion à la Haute école spécialisée bernoise et dirige l’Institut de l’économie numérique de la construction et du bois.

●

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — « Vom Förster bis zur Maschinenlieferantin » | « Du garde-forestier au fournisseur de machines »

04_05_TH_Digitales_Holz_Baumann.indd 4

17.12.19 09:04

04_05_TH_Digitales_Holz_Baumann.indd 5

17.12.19 09:04

Die Schlange bändigen | Le domptage du serpent Swatch baut in Biel ein auffällig gekrümmtes Holzdach. Möglich gemacht haben es parametrisches Design, digitale Fertigung und penibles Kontrollieren. | Swatch construit à Bienne un toit en bois aux formes incurvées ostentatoires rendues possibles par une conception paramétrique, une fabrication numérique et un contrôle pointilleux.

Text | Texte: Andres Herzog

6

06_09_TH_Digitales_Holz_Swatch.indd 6

Im Oktober schlängelte er sich durch die Medien, der Neubau, den der japanische Architekt Shigeru Ban für Swatch in Biel geplant hat. Man kann von der Architektur halten, was man will. Klar ist: Ihre Serpentinenform funktioniert medial. Doch um die frei geformte Dachkonstruktion Balken für Balken zu ermöglichen, war ein ganzes Team von Spezialisten gefordert. Die Zügel in den Händen hielt der Holzbauer Blumer Lehmann, der das 3-D-Modell koordinierte. « Alle zehn Gewerke in das Modell einzupflegen, war eine Herausforderung », sagt Geschäftsführer Richard Jussel. « Aber es hat geklappt. » Die Firma hat das Projekt durchgängig digital geplant und gefertigt ; analog war der Schlange schlicht nicht beizukommen. Dabei ging es vor allem um die Geometrie und darum, die Prozesskette im Griff zu behalten.

Die Schlangenhaut ist ein Netztragwerk. Alles hängt mit allem zusammen. 4600 unterschiedliche Hauptträger bilden 2900 Felder aus. Es gibt keinen rechten Winkel. Der längste Träger wird mehr als 130 Meter durch die Struktur geflochten. Um diese Komplexität zu fassen, setzten Blumer Lehmann und der Planungspartner Design-to-Production auf parametrisches Design. Regeln definieren die Geometrie genauer und flexibler als jeder Plan. Als beispielsweise der Dachaufbau schwerer wurde und die Balkenstärke deshalb zunahm, konnten die Planer das 3-D-Modell per Knopfdruck anpassen. Das Tragwerk besteht aus vier Lagen Holzbalken, die im Verbund tragen.

Der Holzbauer hat sämtliche Bauteile im Werk vorgefertigt. Auf der Baustelle wurden sie ineinandergefügt, mit Noppen verkeilt und mit Schrauben fixiert. « Die Handwerker brauchten nur einen Hammer und einen Akkubohrer », sagt Jussel. Planung und Fertigung waren komplizierter.

Der Holzbauer berechnete räumlich, wie die Knoten zusammengefügt werden, damit die Elemente sich nicht gegenseitig blockieren. Auch dabei half der Computer.

Blumer Lehmann entwickelte ein Auflager, um die Träger mit Vertiefungen im Holz zu positionieren. Die Digitalisierung ist nur so genau, wie die Teile auf der Maschine liegen. « Jedes Mal, wenn wir ein Bauteil drehen, verlieren wir Genauigkeit », so Richard Jussel. Auf einem Balken fräste der Roboterkopf bis zu hundert Ausschnitte. Bei den Balkonen laufen die Träger rund um die Öffnungen.

Das Holz wird um diese Rundungen gebogen, damit die Fasern durchlaufen und die Kräfte optimal übertragen werden. Die Träger selbst sind nicht wie sonst üblich aus einzelnen Brettern verleimt, sondern aus Stäben. So lassen sich die Balken in alle Richtungen biegen, um die doppelt gekrümmte Geometrie zu formen. →

C’est en octobre qu’il s’est mis à serpenter dans les média, le nouveau bâtiment conçu par l’architecte japonais Shigeru Ban pour Swatch à Bienne. On peut penser ce que l’on veut de l’architecture: Sa forme sinueuse cartonne dans les média. Cependant, toute une équipe de spécialistes a été requise pour permettre la construction du toit aux formes libres, poutre par poutre. C’est le constructeur bois Blumer Lehmann qui a tenu les rênes et coordonné le modèle 3D. « Ça a été un défi d’inclure tous les dix corps de métier dans le modèle », dit le directeur Richard Jussel. « Mais ça a marché. » La planification et la fabrication réalisée par l’entreprise ont été entièrement numériques ; par voie analogique, on n’aurait tout simplement pas pu réaliser ce serpent, surtout pour ce qui est de la géométrie et de garder le contrôle sur la chaîne des processus.

La peau du serpent est une structure porteuse grillagée. Tout est interdépendant. 4600 poutres principales différentes constituent 2900 alvéoles. Il n’y a pas d’angle droit. La poutre la plus longue se tresse avec plus de 130 mètres à travers la structure. Pour appréhender cette complexité, Blumer Lehmann et son partenaire de planification Design-to-Production ont misé sur la conception paramétrique dont les règles définissent la géométrie de manière plus précise et plus souple que n’importe quel plan. Lorsque, par exemple, la structure du toit devint plus lourde et l’épaisseur des poutres augmenta, les planificateurs ont pu ajuster le modèle 3D sur un simple clic.

La structure porteuse se compose de quatre couches de poutres en bois solidairement porteuses. Le constructeur bois a préfabriqué tous les composants en usine. Ils ont été assemblés sur le chantier, calés avec des tenons et fixés avec des vis. « Les artisans n’ont eu besoin que d’un marteau et d’une perceuse sans fil», dit Jussel. La planification et la fabrication ont, elles, été plus compliquées.

Le constructeur bois a calculé dans l’espace comment assembler les nœuds pour que les éléments ne se bloquent pas mutuellement. Ici aussi on a eu recours à l’ordinateur.

Blumer Lehmann a développé un support pour positionner les poutres avec des renfoncements dans le bois.

Pour que la numérisation soit précise, il faut que le positionnement des pièces sur la machine le soit. « Chaque fois que nous tournons un composant, nous perdons de la précision », explique Richard Jussel. La tête du robot a fraisé jusqu’à cent découpes sur une seule poutre. Pour les balcons, les poutres contournent les ouvertures. Le bois est courbé autour de ces arrondis pour que les fibres soient continues et que les forces soient transmises de manière optimale. Les poutres elles-mêmes ne sont →

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Die Schlange bändigen | Le domptage du serpent

17.12.19 09:04

Bei der Dachkonstruktion des neuen Swatch-Gebäudes in Biel hängt alles mit allem zusammen. | Dans la construction du toit du nouveau bâtiment Swatch à Bienne, tout est interdépendant.

Themenheft von Hochparterre, Monat 2018 | Themenheft von Hochparterre, Monat 2018 — Hefttitel | Hefttitel — Texttitel | Texttitel

06_09_TH_Digitales_Holz_Swatch.indd 7

7

17.12.19 09:04

Das Gebäude windet sich 240 Meter lang vom Haupteingang bis zur Laderampe auf der rechten Seite. | Le bâtiment serpente sur une longueur de 240 mètres de l’entrée principale à la rampe de chargement à droite. Photo: Swatch

→

Auf zwei Millimeter genau Das Projekt geht an die Grenzen, allein schon, was die Menge angeht. Blumer Lehmann arbeitete mit mehreren Lieferanten zusammen, um die Leimbinder zu produzieren. « Teilweise waren zwanzig Lastwagenladungen Material an verschiedenen Standorten in Bearbeitung », so Jussel.

Die Logistik definierte die Reihenfolge der Bearbeitung von der Produktion über die Vormontage bis zum Lastwagen, damit kein Element zweimal angefasst werden musste.

Auch der Terminplan war mit dem 3-D-Modell verknüpft, um zu planen, wann welcher Balken angeliefert wird.

Weil die Art Konstruktion keine Fehler erlaubt, musste eine Genauigkeit von maximal zwei Millimetern Abweichung erreicht werden. Die Verbindungskeile sind sogar auf 0,1 Millimeter genau produziert. Wer mit so geringer Fehlertoleranz baut, muss kontrollieren. « Wir haben vieles zwei-, drei- und vierfach überprüft », sagt Jussel. Die Holzbauer haben jedes Bauteil am Plan und am Modell freigegeben, bevor sie es für die CNC-Maschine aufbereiteten. Einen Schubnoppen, der nicht genau passte, konnten die Arbeiter von Hand nachstechen. Ein fehlerhafter Balken aber hätte die ganze Baustelle zum Erliegen gebracht. Grobe Patzer gab es keine, jeder Träger fügte sich ins Puzzle ein. Das Tragwerk wurde von zwei Seiten hochgezogen. « Als die Balken oben in der Mitte millimetergenau passten, haben alle gejubelt », erzählt Jussel. Danach stiessen die Handwerker mit Kartoffelschnaps an, den Shigeru Ban aus Japan mitgebracht hatte.

●

→ pas collées comme d’habitude à partir de différentes planches mais au contraire à partir de barres. Les poutres peuvent ainsi fléchir dans toutes les directions pour former la géométrie à double courbure. À deux millimètres près Le projet frise les limites, rien que pour les quantités.

Blumer Lehmann a travaillé avec plusieurs fournisseurs pour produire les liants colles. « Parfois il y a eu vingt chargements entiers de matériau en cours de traitement à différents endroits », explique Jussel. La logistique a défini l’ordre du traitement depuis la production jusqu’au camion en passant par le prémontage pour éviter de manipuler l’élément deux fois. Le calendrier était, lui aussi, lié au modèle 3D pour prévoir quand se fait la livraison de quelle poutre. Étant donné que le type de la construction ne donne pas droit à l’erreur, il a fallu atteindre une exactitude avec une marge maximale de deux millimètres. Les clavettes de liaison sont même produites au dixième de millimètre.

Lorsque l’on construit avec une marge de tolérance si faible, le contrôle est indispensable. « Nous avons contrôlé de nombreux éléments deux, trois et quatre fois », dit Jussel. Les constructeurs bois ont validé chaque composant sur le plan et sur le modèle avant de le préparer pour la machine CNC. Les travailleurs pouvaient percer à la main les tenons de poussée qui ne correspondaient pas tout à fait. Par contre, une poutre incorrecte aurait complètement paralysé le chantier. Il n’y a pas eu de grosses bavures, chaque poutre s’est imbriquée dans le puzzle. La structure porteuse fut soulevée de deux côtés. « Lorsque les poutres se sont parfaitement emboîtées en haut au milieu, tout le monde a exulté », raconte Jussel. Les artisans ont ensuite trinqué avec de l’eau-de-vie de pomme de terre que Shigeru Ban avait apportée du Japon.

●

8

06_09_TH_Digitales_Holz_Swatch.indd 8

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Die Schlange bändigen | Le domptage du serpent

17.12.19 09:04

Die Holzelemente sind vielfach gekrümmt. | Les éléments en bois ont des courbures multiples.

Photo: Swatch

Das Dach trägt als Netz. | Le toit porte en tant que maillage réseauté.

Swatch Hauptgebäude | Bâtiment principale, 2019 Nicolas G. Hayek Strasse 1, Biel / Bienne BE Bauherrin | Maître d’ouvrage: Swatch, Biel / Bienne Gesamtleitung, Ausführungsplanung, Baumanagement | Direction générale, planification d’exécution, direction de la construction: Ittenbrechbühl, Bern Architektur | Architecture: Shigeru Ban Architects, Paris / Tokio Holzbau | Construction en bois: Blumer Lehmann, Gossau Holzbauingenieure | Ingénieurs constructeurs bois: SJB Kempter Fitze, Eschenbach Digitalplanung | Planification numérique: Design-toProduction, Erlenbach Baukosten | Coûts de construction: Fr. 125 Mio.

Die vier Balkenlagen greifen wie ein Puzzle ineinander. | Les quatre couches de poutres s’imbriquent comme un puzzle.

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Die Schlange bändigen | Le domptage du serpent

06_09_TH_Digitales_Holz_Swatch.indd 9

9

17.12.19 09:04

Fräsen und codieren | Fraisage et codage Freiformen, BIM-Hoffnung, Portalroboter: Drei Holzbauer berichten, wie die Digitalisierung ihre Planung verändert. | Formes libres, espoir lié à BIM, robots portiques: Trois constructeurs bois racontent comment la numérisation modifie leur planification.

Text | Texte: Andres Herzog

Kai Strehlke schiebt das Tor zu einem Holzverschlag auf.

Dahinter verbirgt sich seine Wunderkammer. Fotografieren verboten. Im Raum stehen Mock-ups von Bauprojekten, die zum Teil noch geheim sind und die der Holzbauer Blumer Lehmann vom sanktgallischen Gossau aus für die ganze Welt produziert: für Norman Foster in Thailand, für Shigeru Ban in Südkorea, für Marks Barfield in England.

Die Träger biegen sich wie Grashalme, Eichenbretter verlaufen doppelt gekrümmt. Nichts ist Standard, alles eine Sonderanfertigung. Blumer Lehmann hat sich einen Namen gemacht im Bereich der Freiformen. Wer Holz zum Fliegen bringen will, fährt nach Gossau. Die Firma plant und fertigt die Gebäude weitgehend digital. Sie beschäftigt fünf Programmierer, allein zehn Personen bedienen die 5-Achs-Abbundanlage, die grösste CNC-Maschine am Platz. Trotzdem: « Das Mock-up ist wichtig », meint Strehlke, Leiter Digitale Prozesse. Im Massstab 1 : 1 sehen die Architekten, was technisch machbar ist, wo die Details nicht aufgehen, wie die Oberfläche beschaffen ist.

Die Planung läuft komplett im 3-D-Modell. Sogar die Beladung der Lastwagen knobelt der Holzbauer damit aus.

Allerdings arbeiten laut Strehlke noch lange nicht alle Fachplaner dreidimensional. Komplexe Bauten plant Blumer Lehmann parametrisch. Statt jedes Detail von Hand zu zeichnen, wird eine Regel definiert, die der Computer durchdekliniert. « S o spart man Zeit und vermeidet Fehler », so Strehlke. Um die Geometrie zu lösen, bedarf es einer Systematik. Welche Elemente können vereinfacht werden ? Wo braucht es unbedingt hochfestes Holz ? Wie viele verschiedene Krümmungen gibt es ? Holz ist kein homogener Baustoff. Wer es zu so wilden Formen biegt, muss mit der Faser, mit dem Material arbeiten. Zudem müssen die Bauteile auf die Maschinen passen. « Die Anlagen werden immer grösser », sagt Strehlke. « Trotzdem kommen wir bei jedem Projekt ans Limit. » Um solche Spezialaufträge zu stemmen, braucht es ein gutes Netzwerk. Die Firmen müssen Know-how und Software aufeinander abstimmen und viel Geld in ihren Maschinenpark investieren. Und es setzt Vertrauen voraus – in die Menschen und in die Zusammenarbeit.

Manchmal tauscht Blumer Lehmann sogar die Mitarbeiter mit dem Bauingenieur aus, um ein Projekt enger zu planen. « Die Schweiz läuft Gefahr, diesen Vorteil zu verlieren », so Strehlke. « In vielen Ländern ist Bauen leider ein Kampfgebiet. » Wenn Verträge vierhundert statt vier Seiten lang werden, plant man gegeneinander, nicht miteinander.

Kai Strehlke pousse la porte d’un réduit en bois derrière laquelle se cache son cabinet de curiosités. On y trouve des maquettes de projets de construction que le constructeur bois Lehmann produit à Gossau près de Saint-Gall pour le monde entier: pour Norman Foster en Thaïlande, pour Shigeru Ban en Corée du sud, pour Marks Barfield en Angleterre. Les poutres se ploient comme des brins d’herbe, les planches de chêne sont à double courbure. Rien n’est standard, tout est fabrication spéciale. Blumen Lehmann s’est fait un nom dans le domaine des formes libres. Cette entreprise planifie et fabrique les bâtiments en grande partie par voie numérique. Elle emploie cinq programmateurs, seules dix personnes font marcher le centre d’usinage à cinq axes.

Et quand même: « La maquette est importante », dit Strehlke, le chef des processus numériques. A l’échelle 1 : 1, les architectes voient ce qui est faisable techniquement, où les détails ne marchent pas, comment la surface est structurée.

La planification se fait entièrement en modèle 3D. Le constructeur bois y peaufine même le chargement des camions. Cependant, selon Strehkle, aujourd’hui encore tous les planificateurs spécialisés sont loin de travailler en 3D. Blumer Lehmann fait une planification paramétrique des constructions complexes. Au lieu de dessiner chaque détail à la main, une règle est définie que l’ordinateur décline avec toutes ses possibilités. « On gagne ainsi du temps et on évite les erreurs », explique Strehlke. Pour régler la géométrie, il faut une systématique. Quels éléments peut-on simplifier ? Où a-t-on absolument besoin de bois très résistant ?

Le bois n’est pas un matériau de construction homogène.

Quand on le plie en formes si fantaisistes, on doit travailler avec la fibre, avec le matériau. De plus, tous les composants doivent pouvoir aller sur les machines. « Les installations deviennent de plus en plus grandes », dit Strehlke. « À chaque projet, nous en arrivons quand même aux limites. » Pour maîtriser de telles commandes spéciales, il faut un bon réseau. Les entreprises doivent harmoniser leur savoir-faire et leurs logiciels et investir beaucoup d’argent en machines. Et cela suppose de la confiance. Parfois, Blumer Lehmann va même jusqu’à échanger des collaborateurs avec l’ingénieur du bâtiment pour une planification plus étroite sur un projet. « La Suisse risque de perdre cet avantage », conclut Strehlke. « Dans de nombreux pays, la cons­ truction est malheureusement un champ de bataille. »

Ne pas oublier la compétence clé Le constructeur bois Renggli à Schötz dans le canton de Lucerne est, lui, plus prudent. Depuis des années, les ordinateurs de l’entreprise contrôlent les centres d’usinaDie Kernkompetenz nicht vergessen Der Holzbauer Renggli im luzernischen Schötz ist vor- ge, le traitement des panneaux ou les tables d’éléments. sichtiger, was die Roboterisierung angeht. Die Firma steu- Mais il n’y a pas de robot dans l’atelier de fabrication. ert die Abbundanlagen, die Plattenbearbeitung oder die ­Renggli a testé une cloueuse automatique mais est arrivé à Elementtische schon lange mit dem Computer an. Aber → la conclusion que les coûts ne sont pas en rapport avec →

10

10_13_TH_Digitales_Holz_Reportage.indd 10

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Fräsen und codieren | Fraisage et codage

17.12.19 09:05

Erne Holzbau arbeitet seit einem Jahr mit einem Einarmroboter, um neue Dinge auszuprobieren.  | Erne Holzbau travaille depuis un an avec un robot à un seul bras pour tester de nouvelles choses.

11

10_13_TH_Digitales_Holz_Reportage.indd 11

17.12.19 09:05

→ einen Roboter gibt es in der Werkhalle keinen. Renggli hat eine automatische Nagelmaschine getestet, kam aber zum Schluss, dass Kosten und Ertrag noch in keinem Verhältnis stehen. « Wir sind auf einen hohen Fertigungsgrad ausgerichtet », sagt Jeremias Burch, BIM-Manager Holzbau bei Renggli. Das Zusammenbauen von Fenstern, Zargen, Fassaden und Haustechnik sei aktuell noch zu komplex für die Robotik. « Da braucht es nach wie vor solides Handwerk. » Das grössere Potenzial der Digitalisierung sieht Burch in der Planung. « Momentan modellieren wir in vielen Fällen anhand von zweidimensionalen Plänen. » Doch die Erfahrung zeige, dass der Nutzen einer durchgängig digitalen Planung mit 3-D-Modell und anderen Hilfsmitteln gross sei. « Die Wege werden kürzer, die Planung transparenter, und die Qualität steigt. » Nachteile verortet Burch bei der Sicherheit. « Auch KMU sind anfällig für Cyber-Angriffe. » Zudem fordere die Umstellung die Menschen heraus. Renggli hat mehrere Personen eingestellt, die sich um BIM kümmern. Andere Mitarbeiter werden umgeschult. « Die Gefahr ist gross, sich im Detail zu verlieren », so Burch. Bei all den Versprechen der digitalen Werkzeuge sei es wichtig, die Kernkompetenz nicht zu vergessen: « Wir erstellen gute und nachhaltige Bauten, so wie es sich die Kunden wünschen. » Der Holzbauer als Übersetzer ‹ Woodflex 56 › heisst die Maschine, die bei Erne Holzbau in Stein im Fricktal eine halbe Werkhalle besetzt. Das Ungetüm hat Thomas Wehrle, dem Leiter des Bereichs Spezialbau bei Erne, seit 2015 viel Arbeit abgenommen – und einiges an Kopfzerbrechen bereitet. « Wir haben den IT-Aufwand unterschätzt », sagt er. Die digitale Technik ist empfindlich, die Software ein Prototyp. Für das Provisorium einer Schule in Frankfurt am Main siehe Seite 31 verarbeitete der Roboter Vollholz. Es brauchte also grössere Sägen, stärkere Fräsen, ein dickeres Stromkabel. « Das wiederum zog eine ganze Reihe von Anpassungen bei Sicherheit und Software mit sich. » Digitaler Holzbau heisst Vorfertigung. Erne arbeitet im Werk in drei Automatisierungsgraden: von Hand, halb­ auto­ma­tisch und mit dem Roboter. Jede Art von Fertigung braucht andere Daten: der Zimmermann einen Plan, die Maschine 3-D-Daten, der Roboter Codezeilen. « Alle Daten speisen wir aus demselben 3-D-Modell », sagt Wehrle.

Doch so einfach ist das nicht. Die Programme der Architekten und Fachplaner kommunizieren alle in ihren eigenen Dialekten. Der Roboter versteht aber nur eine Sprache. « Wir Holzbauer funktionieren deshalb als Übersetzer. » Seit einem Jahr arbeitet Erne zudem mit einem Ein­ arm­robo­ter, der kleiner und handlicher ist. « Damit können wir Dinge ausprobieren. » 2019 fertigte er ein Dach siehe Seite 24, das sich vielgliedrig auffächert. Der Roboter schnitt die Teile zu und positionierte sie im Raum. Verschraubt hat sie nach wie vor ein Mensch. Planen und Assemblieren sind die beiden Kernkompetenzen, auf die sich Erne spezialisiert hat. Die Digitalisierung rückt die Gewerke zusammen. Erne fertigt komplexe Elemente, die Dämmung, Elektrokabel oder Lüftungsrohre integrieren. Für Wehrle ist klar: « In Zukunft müssen die Unternehmen früher involviert werden. » Manchmal arbeitet der Holzbauer vor der Ausschreibung als Berater mit. So kann er die Kon­struk­ ti­on schon im Entwurf auf seine Bausysteme abstimmen.

Die Digitalisierung verunsichert viele. Doch zurücklehnen und abwarten hilft nicht. Wehrle berichtet von einem Bauherrn, der mit seinem Haus-und-Hof-Architekten brach, weil dieser nicht fit genug war für die digitale Planung. « Das ist die Schattenseite », sagt Wehrle. « D er digitale Zug hängt manche ab. »

12

10_13_TH_Digitales_Holz_Reportage.indd 12

→ le rendement. « Nous visons un haut niveau de finition », dit Jeremias Burch, gestionnaire BIM de la construction bois chez Renggli. Actuellement, l’assemblage de fenêtres, de dormants, de façades et la domotique sont trop complexes pour la robotique. Burch voit le plus grand potentiel de la numérisation dans la planification. Mais l’expérience montre que les avantages d’une planification entièrement numérique avec un modèle 3D et d’autres outils sont importants. « Les trajets sont plus courts, la planification plus transparente et la qualité augmente. » Burch repère des inconvénients au niveau de la sécurité. « L es PME sont, elles aussi, vulnérables aux cyberattaques. » De plus, la conversion est un défi humain. Renggli a embauché plusieurs personnes qui s’occupent de BIM. D’autres collaborateurs sont en cours de reconversion.

Malgré toutes les promesses des outils numériques, il est important de ne pas oublier la compétence clé: « Nous réalisons des bâtiments durables de qualité comme le sou­ haitent les clients. » Le constructeur bois en tant que traducteur ‹ Woodflex 56 ›, c’est le nom de la machine qui prend la moitié de l’atelier de fabrication chez Erne Holzbau à Stein dans la vallée de Frick. Depuis 2015, ce monstre a beaucoup simplifié la tâche de Thomas Wehrle, le directeur du service constructions spéciales chez Erne – tout en lui donnant du fil à retordre. « Nous avons sous-estimé le travail informatique », dit-il. La technologie numérique est sensible, le logiciel un prototype. Pour le bâtiment provisoire d’une école à Francfort sur le Main, voir page 31, le robot a usiné du bois massif. Il a donc fallu des scies plus grandes, des fraises plus robustes, un câble électrique plus épais. « Ce qui entraîna à son tour toute une série d’ajustements au niveau de la sécurité et du logiciel. » La numérisation de la construction en bois signifie préfabrication. Erne usine en atelier avec trois niveaux d’automatisation: manuel, semi-automatique et avec le robot. Chaque type de fabrication nécessite d’autres données: le charpentier a besoin d’un plan, la machine de données 3D, le robot de lignes de code. « Le même modèle 3D nous fournit toutes les données », dit Wehrle. Mais ce n’est pas si simple que cela. Les programmes des architectes et des concepteurs spécialisés communiquent tous dans leurs propres dialectes. Mais le robot ne comprend qu’une langue. « C’est pourquoi nous les constructeurs bois jouons le rôle de traducteurs. » Depuis un an, Erne travaille de plus avec un robot à un seul bras qui est plus petit et plus maniable. « Nous pouvons ainsi tester des choses. » En 2019, il a fabriqué un toit, voir page 24, dont les nombreux éléments se déploient en éventail. Le robot a coupé les pièces et les a positionnées dans l’espace. C’est un homme qui les a vissées comme auparavant. La planification et l’assemblage sont les deux compétences clés dans lesquelles l’entreprise Erne s’est spécialisée. La numérisation rapproche les corps de métier. Erne fabrique des éléments complexes qui intègrent l’isolation, les câbles électriques ou les conduits de ventilation. Pour Wehrle, il est clair: « À l’avenir, les entreprises doivent être impliquées plus tôt. » Parfois, le constructeur bois travaille avant l’appel d’offres comme conseiller. Il peut ainsi adapter la construction dès la conception à ses systèmes de construction.

La numérisation déstabilise plus d’un. Mais croiser les bras et attendre ne sert à rien. Wehrle parle d’un maître d’ouvrage qui a rompu avec son architecte de confiance parce que celui-ci n’était pas assez à l’aise avec la planification numérique. « C’est l’aspect négatif », dit Wehrle. « Certains ratent le train numérique. »

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Fräsen und codieren | Fraisage et codage

17.12.19 09:05

Ökobilanzen integrieren Intégrer des écobilans Text: Roderick Hönig

Texte: Roderick Hönig

Die Erstellung von Bauten ist in den letzten Jahren deutlich optimiert worden. Und auch in die Effizienz der Haustechnik wurde viel investiert – viel effizienter können Gebäude im Betrieb kaum mehr werden. In der Ge­samt­ energie­betrach­tung ist die für die Erstellung und Entsorgung aufgewendete Energie aber genauso hoch wie die der Nutzungsphase. « Trotzdem lassen viel zu wenige Bauherrinnen und Planer die graue Energie und die Le­b ens­ zy­klus­kos­ten in ihre Berechnungen einfliessen », sagt Hans­ueli Schmid von Lignum kritisch. Die Digitalisierung bietet neue Möglichkeiten: « BIM-Planungsprozesse erlauben es, Gebäude ganzheitlich und über den gesamten Le­b ens­zy­klus zu optimieren », so der Holzbauingenieur.

Deshalb arbeitet die Dachorganisation der Schweizer Waldund Holzwirtschaft mit Unterstützung des Bundesamts für Energie und dem Verein Ecobau daran, die Ökobilanzindikatoren in den eigenen oder vielmehr in den Ecobau-Bauteilkatalog zu integrieren. Die Indikatoren basieren auf den Daten der Koordinationskonferenz der Bau- und Liegenschaftsorgane der öffentlichen Bauherren ( KBOB ). Das Engagement von Lignum kommt nicht von ungefähr: « Holz ist punkto Sparpotenzial bei grauer Energie und Treibhausgas unschlagbar », sagt Schmid.

Um zu testen, wie Ökobilanzdaten von Holzbauteilen ins BIM-Modell gelangen und wie damit etwa Material­ varianten einfach verglichen werden können, hat Lignum bei ‹ B auen digital Schweiz › die Fallstudie ‹ BIM und Le­ bens­zy­klus­analy­se › initiiert. Louis Trümpler vom Ingenieurbüro Walt Galmarini prüft in deren Rahmen die Umsetzung. « Ziel ist es, den ökologischen Fussabdruck und die Treibhausgasemissionen verschiedener Konstruktionsvarianten schon in der Vorprojektphase sichtbar zu machen. Dort ist das Potenzial für Optimierungen am grössten », erklärt der Holzbautechniker. Deshalb hat er sich auf die Berechnung von ganzen Bauteilen ( und nicht etwa Bauprodukten ) und Gebäudemodellen inklusive Fundation konzentriert. Weil derzeit noch keine Ökobilanzdaten in CAD-Programme implementiert sind, bedeutet es viel Handarbeit, sie ins BIM-Modell einzupflegen. « Weniger fehleranfällig ist es, die Mengenangaben bauteilgenau aus dem dreidimensionalen CAD-Modell zu ziehen und erst dann mit den KBOB-Daten abzugleichen », so Trümpler. Für den Abgleich hat er ein Skript geschrieben, das den Variantenvergleich in der Vorprojektphase schnell und einfach möglich macht.

Grosses Potenzial biete auch die dynamische energetische Gebäudesimulation im BIM-Modell, insbesondere bei heiklen Holzhybridkonstruktionen, meint Trümpler.

Um ganzheitlich zu bauen, gilt es allerdings, einige Stolpersteine aus dem Weg zu räumen. Etwa die Harmonisierung der nationalen KBOB-Rechenregeln mit den europäischen Standards oder die Abstimmung der Phasen- und Namenskonventionen – beides Voraussetzungen dafür, dass die ökologische Auswirkung von Gebäuden über den gesamten Lebenszyklus zu einem Standardkriterium in der Vergabe und in nachhaltigen Immobilienfonds wird. www.lignumdata.ch

Ces dernières années, la réalisation de constructions a été considérablement optimisée. De gros investissements ont aussi été consacrés à l’efficience de la domotique – l’ex­ ploitation de bâtiments ne peut plus guère devenir plus ef­ ficiente. Dans l’analyse énergétique globale, l’énergie mise en œuvre pour la fabrication et la gestion des déchets est tout aussi importante que celle de la phase d’exploita­tion. « Pourtant, trop peu de maîtres d’ouvrage et de planifica­ teurs font entrer l’énergie grise et les coûts du cycle de vie dans leurs calculs », déclare de manière critique Hans­ ueli Schmid de Lignum. La numérisation offre de nou­ velles possibilités: « Les processus de planification BIM permettent d’optimiser les bâtiments de manière globale et pendant tout le cycle de vie », explique l’ingénieur en construction bois. C’est pourquoi, l’organisation faîtière de l’économie suisse de la forêt et du bois travaille, avec le soutien de l’Office fédéral de l’énergie et de l’associa­ tion Ecobau, à intégrer les indicateurs d’écobilans dans le propre catalogue des éléments de construction ou ce­ lui d’Ecobau. Ces indicateurs se basent sur les données de la Conférence de coordination des services de la cons­ truc­t ion et des immeubles des maîtres d’ouvrage publics ( KBOB ). L’engagement de Lignum n’est pas sans raison: « Le bois est imbattable en termes de potentiel d’économie d’énergie grise et de gaz à effet de serre », dit Schmid.

Pour tester comment des écobilans de composants en bois s’intègrent dans le modèle BIM et comment on peut simplement ainsi comparer par exemple des variantes de matériau, Lignum a lancé l’étude de cas ‹ BIM et analyse du cycle de vie › pour ‹ Bâtir digital Suisse ›. Louis Trümp­ ler du bureau d’ingénieurs Walt Galmarini en examine la mise en œuvre dans ce cadre. « L’objectif est de rendre vi­ sible l’empreinte écologique et les émissions de gaz d’effet de serre de différentes variantes de construction dès la phase d’avant-projet. C’est là que réside le plus grand po­ tentiel pour des optimisations », explique le technicien en construction bois. C’est pourquoi, il s’est concentré sur le calcul de composants complets ( et non pas, par exemp­ le, de produits de construction ) et de maquettes de bâti­ ments, fondations comprises. Puisque les données des écobilans ne sont actuellement pas encore mises en œu­ vre dans les programmes CAO, leur intégration au modèle BIM signifie un grand travail de précision. « Il y a moins de risques d’erreurs en tirant les quantités du modèle CAO tridimen­sionnel avec précision pour chaque composant et en les recoupant ensuite seulement avec les données de la KBOB », dit Trümpler. Pour le recoupement des données, il a écrit un script qui permet la comparaison simple et rapi­ de des variantes dans la phase d’avant-projet.

La simulation énergétique dynamique des bâtiments dans le modèle BIM offre également un grand potentiel, en particulier pour les délicates constructions hybrides en bois, déclare Trümpler. Il faudra toutefois venir à bout des obstacles de l’harmonisation des règles de calcul nationa­ les de la KBOB avec les normes européennes ou de l’ajus­ tement des conventions sur les phases et les noms – deux conditions pour que l’impact écologique de bâtiments pendant tout le cycle de vie devienne un critère standard pour l’adjudication et dans les fonds immobiliers durables. www.lignumdata.ch

●

●

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Fräsen und codieren | Fraisage et codage

10_13_TH_Digitales_Holz_Reportage.indd 13

13

17.12.19 09:05

IBOIS Das Laboratoire de cons­ truction en bois ( IBOIS ) ist ein Institut der EPF in Lau­sanne. Seit 2004 forscht Yves Weinand dort mit seinem Team, zu dem Architekten, Bauinge­ nieurinnen, Mathematiker und IT-Spezialisten ge­ hören, an Faltwerken, Schalenstrukturen und Holzverbindungen, die dank digitaler Planung und Fertigung möglich werden. www.ibois.epfl.ch IBOIS Le Laboratoire de cons­ truction en bois ( IBOIS ) est un institut de l’EPFL. ­D epuis 2004, avec son équipe composée d’architectes, d’ingénieur(e)s du bâtiment, de mathéma­ ticiens et d’informaticiens, Yves Weinand y fait de la recherche sur les struc­ tures plissées, les struc­ tures de coques et les as­ semblages en bois que permettent la numérisa­ tion de la planification et de la fabrication. www.ibois.epfl.ch

14

14_15_TH_Digitales_Holz_Weinard.indd 14

« D er Wald generiert die Form »

« C’est la forêt qui génère la forme »

Aufgezeichnet von Andres Herzog

Enregistrement de Andres Herzog

La numérisation n’est pas un service mais au contraire un outil qui influe considérablement sur l’architecture et la construction. Par exemple au Théâtre de Vidy-Lausanne, voir page 29, que j’ai planifié en tant qu’architecte et qu’ingé­nieur: La structure à plis du toit et des murs est exclusivement emboîtée, il n’y a aucune vis, aucun clou, pas de colle. Ce procédé de construction pure n’est possible que grâce à la numérisation de la planification et de la fabrication. L’ordinateur rend la construction plus efficiente tout en augmentant les libertés de l’architecture. De plus, il est question d’énergie grise et de déconstruction. Aujourd’hui, on planifie de nombreux détails compliqués. Mais plus la construction est simple, moins nous polluons l’environnement.

Le fait que des architectes codent est nouveau. Le profil de leur métier va changer. Mes doctorants à l’EPFL sont des architectes, des ingénieurs du bâtiment, des informaticien(ne)s ou des mathématiciens. Ils développent des systèmes de construction intégrale dans lesquels chaque élément assure plusieurs fonctions. Notre recherche concerne des arcs à double courbure, des structures plissées en panneaux, des poutres tressées, des coques nervurées, des assemblages encliquetés. La conception dépend directement de la réalisation: Lorsque la machine CNC ne peut pas scier un angle, je dois adapter la géométrie. C’est le détail local qui influe sur la forme globale. C’est pourquoi, les architectes, ingénieur(e)s du bâtiment et les constructeurs bois doivent coopérer plus étroitement. La question se pose alors de savoir qui est l’auteur.

La numérisation de la planification et de la fabrication fait faire des économies. Nous avons développé une ossature en panneaux de particules grossières qui coûte cinq fois moins cher qu’une construction standard. Ou nous plions des panneaux de bois sans perte en poutres caissons incurvées comme pour l’art de l’origami. Mais jusqu’ici, nous n’avons pas su nous imposer dans les concours d’architecture. Les constructions de type nouveau effraient les membres des jurys. Les constructeurs bois sont, eux aussi, déjà très avancés en numérisation mais leurs clients commandent la plupart du temps des détails classiques.

Le secteur du bâtiment est conservateur. Et les ingénieurs du bâtiment ne sont pas incités à économiser des maté­ riaux puisqu’ils sont payés par rapport au coût de la cons­ truction: plus de béton signifie des honoraires plus élevés.

La numérisation pourrait cependant aider à accroî­ tre la biomasse disponible. Pour une construction de toit, nous scannons les arbres dans la forêt. L’algorithme assemble ses bois ronds de manière très précise en une nand ist Direktor des Instituts IBOIS an der École polytechnique fédérale structure porteuse. C’est la forêt qui génère la forme: Chain Lausanne ( EPFL ) und leitender Forscher am NFS ‹ Digitale Fabrikation ›. que pilier est différent, chaque assemblage est calculé individuellement. C’est ainsi que nous valorisons bien plus Er führt in Lausanne ein Architektur- und in Liège ( B ) ein Ingenieurbüro. de bois parce que nous utilisons également les sections courbées qui sinon seraient brûlées. C’est pourquoi, la ville de Lau­sanne nous a fourni gratuitement le bois pour ce projet. Yves Weinand est directeur de l’Institut IBOIS de l’École

Die Digitalisierung ist kein Service, sondern ein Werkzeug, das die Architektur und die Konstruktion massgeblich beeinflusst. Zum Beispiel beim Théâtre Vidy-Lau­sanne siehe Seite 29, das ich als Architekt und Ingenieur geplant habe: Das Faltwerk für Dach und Wände ist ausschliesslich mit Steckverbindungen zusammengesetzt, es gibt keine Schrauben, keine Nägel, keinen Leim. Diese pure Bauweise ist nur dank digitaler Planung und Fertigung möglich.

Der Computer macht das Bauen effizienter und erhöht gleichzeitig die Freiheiten der Architektur. Darüber hinaus geht es um die graue Energie und die Rückbaubarkeit. Heute werden viele komplizierte Details geplant. Je einfacher wir aber bauen, desto weniger belasten wir die Umwelt.

Dass Architekten codieren, ist neu. Ihr Berufsbild wird sich wandeln. Meine Doktoranden an der EPFL sind Architektinnen, Bauingenieure, Informatikerinnen oder Mathematiker. Sie entwickeln integrale Bausysteme, bei denen jedes Element mehrere Funktionen übernimmt. Wir forschen an doppelt gekrümmten Bögen, Plattenfaltwerken, geflochtenen Trägern, Rippenschalen, Klickverbindungen. Der Entwurf hängt direkt von der Ausführung ab: Wenn die CNC-Maschine einen Winkel nicht sägen kann, muss ich die Geometrie anpassen. Das lokale Detail beeinflusst die globale Form. Architekten, Bauingenieurinnen und Holzbauer müssen deshalb enger zusammenarbeiten. Damit stellt sich auch die Frage: Wer ist der Autor ?

Digitale Planung und Fertigung spart Geld. Wir haben ein Tragwerk aus Grobspanplatten entwickelt, das fünfmal weniger kostet als eine Standardkonstruktion. Oder wir falten Holzplatten ohne Verschnitt zu gekrümmten Kastenträgern, ähnlich wie bei der Origamitechnik. Doch bei Architekturwettbewerben konnten wir uns damit bisher nicht durchsetzen. Neue Konstruktionen schrecken die Juroren ab. Auch die Holzbauer sind digital sehr weit, ihre Kunden bestellen aber meist klassische Details. Die Bauwirtschaft ist konservativ. Und Bauingenieure haben keinen Anreiz, Material zu sparen, weil sie relativ zu den Baukosten bezahlt werden: Mehr Beton bedeutet mehr Honorar.

Dabei könnte die Digitalisierung helfen, die verfügbare Biomasse zu erweitern. Für eine Dachkonstruktion scannen wir die Bäume im Wald. Der Algorithmus fügt ihre Rundhölzer passgenau zu einem Tragwerk zusammen. Der Wald generiert die Form: Jede Stütze ist anders, jede Verbindung individuell berechnet. So verwerten wir deutlich mehr Holz, weil wir auch krumme Abschnitte nutzen, die sonst verbrannt würden. Das Holz dafür hat uns die Stadt Lau­sanne deshalb gratis zur Verfügung gestellt. Yves Wei­

●

polytechnique fédérale de Lausanne ( EPFL ) et est chercheur principal au FNS ‹ Fabrication numérique ›. Il dirige un bureau d’architecture à ­Lausanne et un bureau d’ingénieurs à Liège en Belgique.

●

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — « Der Wald generiert die Form » | « C’est la forêt qui génère la forme »

17.12.19 09:06

14_15_TH_Digitales_Holz_Weinard.indd 15

17.12.19 09:06

Die Kette schliessen | Fermer la chaîne Bei der Überbauung Krokodil in Winterthur half BIM bereits im Wettbewerb, die Vorteile von Holz sichtbar zu machen. Noch funktioniert die Methode aber nicht durchgängig. | Pour le lotissement Crocodile de Winterthour, BIM a contribué dès le concours à rendre visibles les avantages du bois. Mais la méthode ne fonctionne pas encore de bout en bout.

Text | Texte: Andres Herzog

16

16_19_TH_Digitales_Holz_Krokodil.indd 16

Mit der Überbauung Krokodil in der Lokstadt in Winter­ thur stösst der Holzbau auf dem ehemaligen Sulzer-Areal in neue Dimensionen vor. Das Hofgebäude misst 106 auf 65 Meter, ist bis zu acht Geschosse hoch und fasst 250 Wohnungen. Aus­sen schliesst das Gebäude mit der Beton- und Metallfassade an die industrielle Geschichte an, im Innern prägt das weiss lasierte Holzskelett den Raum. Um Zeit zu sparen, wurde der Bauprozess bei den Längsflügeln umge­ kehrt: Zuerst montierte der Holzbauer die Stützen, Unter­ züge und Decken. Erst danach kamen die Betonkerne mit einer verlorenen Schalung hinzu. Die Brettsperrholzde­ cken sind mit digital gefertigten X-fix-Zapfen verbunden, die die Teile wie im Möbelbau zusammenhalten.

Bei diesem Grossprojekt setzten die Projektentwickler auf BIM. Schon im Wettbewerb 2016 hatte Implenia von den Architekten ein 3-D-Modell verlangt – eine Vorgabe, die sie mittlerweile bei allen Konkurrenzverfahren in der Lokstadt macht. « Neben einer vereinfachten Kosten-Ertrags-Rech­ nung lag unser Augenmerk auf der Berechnung des Pri­ mär­ener­gie­be­darfs », so Maximilian Vomhof, BIM-Manager bei Implenia. Holz als Baustoff war im Wettbewerb nicht vorgeschrieben. Die 2000-Watt-Vorgaben auf dem Areal sprachen aber klar für eine Holzkonstruktion. Die Digitali­ sierung half, diese Vorzüge transparent zu machen.

Das Krokodil ist ein BIM-Pilotprojekt. Implenia und viele der Planer wandten die Methode erstmals in dieser Grössenordnung an. Die Konstruktion als Holzbau sowie die unterschiedlichen Bauherrschaften – eine Pensions­ kasse, zwei Genossenschaften und 56 Wohnungen im Stockwerkeigentum – machten das Projekt zusätzlich kom­ plex. Bei der Verarbeitung der Daten kamen Hard- und Software an ihre Grenzen. « In der Ausführungsplanung hatten wir mehr als 550 Bauteile in unserem BIM-Bauteil­ katalog », erzählt Daniel Kaschub vom Architekturbüro Baumberger & Stegmeier. Zudem sei ein 3-D-Modell detail­ lierter als 1 : 50 für die Planung nicht effizient. Den Holz­ bau kontrollierten die Planer in zwei Stufen im 3-D-Modell.

Die Details jedoch planten und glichen die Architekten mit dem Holzbauer klassisch mit 2-D-Plänen ab.

Beim Krokodil setzte Implenia erstmals im gesamten Prozess auf BIM. Die Firma Design-to-Production überführ­ te das 3-D-Modell in ein Produktionsmodell für den Holz­ bau, um die Daten direkt auf die CNC-Maschinen zu brin­ gen. Dazu mussten die Anforderungen der Ausführung in die Planung einfliessen. « Wir mussten Lehrgeld dafür be­ zahlen, dass wir nicht von Anfang an ausreichend konkret waren », sagt Maximilian Vomhof rückblickend. Ausserdem dürfen die Fachplaner nach Abschluss der Werkplanung keine Änderungen am Modell mehr vornehmen, weil die Glieder in der digitalen Kette sonst nicht ineinandergrei­ fen. « Das war die grösste Herausforderung », so Vomhof. →

Avec le bâtiment Crocodile dans le quartier de Lokstadt à Winterthour, la construction en bois sur l’ancien site de Sulzer aborde de nouvelles dimensions. Cet immeuble doté d’une cour mesure 106 mètres sur 65 et comporte jusqu’à huit étages avec 250 logements. À l’extérieur, il se rattache, avec sa façade de béton et de métal, à l’histoire de l’industrie alors qu’à l’intérieur l’espace est dominé par le squelette de bois lasuré en blanc. Pour économiser du temps, le processus de construction fut inversé au niveau des ailes longitudinales: Le constructeur bois monta tout d’abord les piliers, les solives et les dalles. Ce n’est qu’ensuite que vinrent s’ajouter les noyaux en béton avec un coffrage perdu. Les planchers en panneaux contrecollés sont reliés par des tenons X-fix de fabrication numérique qui maintiennent les pièces ensemble comme pour des meubles.

Pour ce projet d’envergure, les concepteurs de projet ont misé sur BIM. Dès le concours en 2016, Implenia avait exigé un modèle 3D des architectes – une exigence entretemps pour toutes les procédures de mise en concurrence dans le quartier de Lokstadt. « En plus d’une simplification de la comptabilité analytique, notre attention s’est portée sur le calcul des besoins en énergie primaire », déclare Maximilian Vomhof, gestionnaire BIM chez Implenia. Le bois en tant que matériau de construction n’était pas obligatoire pour le concours. Mais les exigences de la société à 2000 Watt sur le site se prononçaient clairement pour une construction en bois. La numérisation a contribué à la transparence de ces avantages.

Le crocodile est un projet pilote BIM. Implenia et de nombreux planificateurs ont appliqué cette méthode pour la première fois dans cet ordre de grandeur. La construction en tant que construction en bois ainsi que les différents maîtres d’ouvrage – une caisse de pension, deux coopératives et 56 appartements en propriété par étages – ont rendu le projet encore plus complexe. Pour le traitement des données, le matériel et le logiciel en arrivèrent à leurs limites. « Dans la planification d’exécution, nous avions plus de 550 composants dans notre catalogue de composants BIM », raconte Daniel Kaschub du bureau d’architectes Baumberger & Stegmeier. De plus, un modèle 3D plus détaillé que 1 : 50 n’est pas efficace pour la planification. Les planificateurs contrôlèrent la construction en bois en deux étapes sur le modèle 3D. Cependant, les architectes planifièrent et comparèrent les détails avec le constructeur bois de manière traditionnelle avec des plans 2D. Pour le crocodile, Implenia a misé pour la première fois sur BIM dans l’ensemble du processus. L’entreprise Design-to-Production a transposé le modèle 3D en un modèle de production pour la construction en bois pour fournir les données directement aux machines CNC. Les exigences de la réalisation ont donc dû s’intégrer de →

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Die Kette schliessen | Fermer la chaîne

17.12.19 09:07

In der Lokstadt in Winterthur entsteht eine der grössten Holzwohnbauten der Schweiz. | L’une des plus grandes constructions en bois de la Suisse voit le jour dans le quartier de Lokstadt à Winterthour.

Themenheft von Hochparterre, Monat 2018 | Themenheft von Hochparterre, Monat 2018 — Hefttitel | Hefttitel — Texttitel | Texttitel

16_19_TH_Digitales_Holz_Krokodil.indd 17

17

17.12.19 09:07

Situationsplan | Plan de situation

Grundriss 2. Obergeschoss | Plan de base 2 e étage

Ein Stahlteil überträgt die Kräfte von einer Holzstütze zur nächsten. | Une pièce en acier transmet les forces d’un pilier de bois à l’autre.

→ Dass Teile der Ausschreibung konventionell ausgeführt wurden, zeigt, dass die angestrebte Durchgängigkeit noch nicht komplett war. « Wir haben mit dem Krokodil einen Lernprozess durchlaufen », fasst Vomhof zusammen. Da­ niel Kaschub rechnet für die BIM-Planung mit rund zehn Prozent Mehraufwand. « Wir sind auf gutem Weg, aber bis die Methode effizient läuft, ist noch einiges zu tun. »

●

→ manière fluide à la planification. « Nous avons appris à nos dépens que nous n’étions pas assez concrets dès le début », dit Maximilian Vomhof en y repensant. De plus, les planificateurs spécialisés ne peuvent plus apporter aucune modification au modèle, une fois que la planification en atelier est terminée, puisque les maillons de la chaîne numérique ne s’imbriqueraient plus. « C e fut le plus grand défi », déclare Vomhof. Le fait que des pièces de l’appel d’offres ont été réalisées de manière conventionnelle montre que la continuité recherchée n’a pas encore été intégrale. « Avec le crocodile, nous sommes passés par un processus d’apprentissage », résume Vomhof.

Daniel Kaschub s’attend à environ dix pour-cent de dépenses supplémentaires pour la planification BIM. « Nous sommes sur la bonne voie mais il reste encore du travail pour que la méthode soit efficiente. »

●

18

16_19_TH_Digitales_Holz_Krokodil.indd 18

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Die Kette schliessen | Fermer la chaîne

17.12.19 09:07

Von aussen ist dem Haus die Holzkonstruktion nicht anzusehen. | De l’extérieur, on ne voit pas que l’immeuble est une construction en bois.

Haus Krokodil und Stadthäuser | Immeuble Crocodile et maisons de ville, 2020 Lokstadt, Winterthur ZH Bauherrin | Maître d’ouvrage: Implenia, Dietlikon Investoren | Investisseurs: Adimora ; Genossenschaften Gesewo und Gaiwo ; Stockwerkeigentum / Propriété en étages Architektur | Architecture: Arge Baumberger & Stegmeier, Zürich, und Kilga Popp, Winterthur Holzbauingenieure | Ingénieurs constructeurs bois: Timba­tec, Zürich Bauphysik | Physique du bâtiment: Pirmin Jung Ingenieure, Rain BIM-Support | Assistance BIM: Kaulquappe, Zürich Digitalplanung | Planification numérique: Design-toProduction, Erlenbach Auftragsart | Type de commande: Wettbewerb | Concours, 2016

Atrien mit Oberlichtern bringen Licht in die Flure. | Des atriums avec des vasistas apportent de la lumière dans les couloirs.

Die Holzkonstruktion wird als Element auf die Baustelle geliefert. | La construction en bois est livrée sur le chantier en tant qu’élément.

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Die Kette schliessen | Fermer la chaîne

16_19_TH_Digitales_Holz_Krokodil.indd 19

19

17.12.19 09:07

Digitale Kette morgen La chaîne numérique demain Holzbau heute Construction en bois aujourd’hui Massivbau heute Construction massive aujourd’hui Strategische Planung Bisher ist diese nicht in den digitalen Planungsprozess integriert. Wenn Bauherren ihre Anforderungen früh­zeitig definieren, können sie einen signifikanten Mehr­wert erzielen.

Planung Die 3-D-Werkplanung ist Standard. Noch ist die modellbasierte Kollaboration aber die Ausnahme. Das Planungsmodell wird erst zum Teil automatisch für die Produktion aufbereitet.

Realisierung Die digitale Fertigung ist etabliert. Je nach Vorfertigungsgrad werden auch andere Gewerke integriert.

Materialbestellung und Montageplanung können mit dem Produktionsmodell erfolgen.

Betrieb Die Möglichkeiten der modellbasierten Daten werden in der Betriebsphase noch nicht genutzt. Eine optimierte Bewirtschaftung könnte jedoch einen grossen Mehrwert schaffen.

Planification stratégique Jusqu’à présent, elle n’est pas intégrée dans le proces­ sus de planification numé­ rique. En définissant de bonne heure leurs exigences, les maîtres d’ouvrage peuvent dégager une plus-value substantielle.

Planification La planification 3D en atelier est standard. Mais la col­ laboration basée sur un mo­ dèle reste l’exception. Le modèle de planification n’est que partiellement traité de manière automatique pour la production.

Réalisation La fabrication numérique s’est imposée. Selon le niveau de préfabrication, d’autres corps de métier sont également intégrés. La commande de matériaux et la planification du montage peuvent se faire avec le modèle de production.

Exploitation Les possibilités des données basées sur la modélisation ne sont pas encore mises à profit dans la phase d’exploi­ tation. Une gestion optimisée pourrait toutefois créer une importante plus-value.

Wertoptimierung, Prozessoptimierung, Rationalisierung Optimisation de la valeur, optimisation du processus, rationalisation Die Potenziale der digitalen Kette im Holzbau. | Les potentiels de la chaîne numérique dans la construction bois.

Digitaler Mehrwert | La plus-value numérique Wird die digitale Kette entlang des Gebäudelebenszyklus erweitert, bietet das Bauherrinnen und Investoren signifikante Wertsteigerungspotenziale. | Lorsqu’il y a une extension de la chaîne numérique tout au long du cycle de vie d’un bâtiment, cela signifie des potentiels de plus-value considérables pour les maîtres d’ouvrage et les investisseurs.

Text | Texte: Julia Selberherr, Wüest Partner

20

20_21_TH_Digitales_Holz_Oekonomie.indd 20

Punkto 3-D-Werkplanung und halbautomatischer Fertigung nimmt der Holzbau mit seiner industriell geprägten Bauweise und der umfassenden Vorfertigung eine Vorreiterrolle gegenüber dem Massivbau ein. In der Regel beschränken sich die digitalen Gebäudemodelle auf die Produktion im Holzbau und werden für die Materialbestellung, Kontrolle, Maschinenansteuerung und für die Montagepläne genutzt. Ziel ist es, künftig nicht nur die Geometrie dreidimensional zu planen, sondern mit den 3-D-Modellen die Informationen phasen- und gewerkeübergreifend bereitzustellen. Dafür ist es notwendig, die Anforderungen und Ziele für Produktion, Nutzung, Betrieb und Nachhaltigkeit möglichst früh festzulegen. Im Holzbau ist das doppelt sinnvoll, da die Systembauweise für eine effiziente Planung den möglichst frühen Einbezug des Unternehmers erfordert.

Bei rund zwanzig Prozent der Neubauprojekte im Holzbau bauen die Planer bereits in der Vorprojektphase ein 3-D-Modell auf, das neben der Geometrie auch Informationen über Bauteile oder Preise enthält und von verschiedenen Gewerken genutzt wird. In Zukunft soll das Planungsmodell teilautomatisch in das Produktionsmodell überführt werden. Damit können Holzbauer die Prozesse optimieren und die Ziele für Termine, Kosten und Qualität besser verfolgen.

En termes de planification d’atelier en 3D et de fabrication semi-automatique, la construction en bois joue un rôle d’avant-garde par rapport à la construction massive. En règle générale, les modèles numériques de bâtiments se limitent, pour la construction en bois, à la production et sont utilisés pour la commande de matériaux, le contrôle, la commande de machines et les plans de montage. L’objectif est à l’avenir non seulement de planifier la géométrie en 3D mais encore de fournir les informations avec les modèles 3D pour l’ensemble des phases et des corps de métier. Pour cela, il est nécessaire de fixer le plus tôt possible les exigences et les objectifs pour la production, l’utilisation, l’exploitation et la durabilité. En construction bois, ceci est doublement judicieux étant donné que la modularité de la construction requiert, pour une planification efficiente, l’implication de l’entrepreneur le plus tôt possible.

Pour environ vingt pour-cent des projets de nouvelles constructions en bois, les planificateurs construisent, dès la phase d’avant-projet, un modèle 3D qui comprend, en plus de la géométrie, aussi des informations sur les composants et les prix. À l’avenir, le modèle de planification sera transposé de manière semi-automatique dans le modèle de production. Les constructeurs bois pourront ainsi optimiser les processus et mieux poursuivre les objectifs en matière de délais, coûts et qualité.

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Digitaler Mehrwert | La plus-value numérique

18.12.19 11:05

14 %

Marktanteil Holz in Tragkonstruktionen total Nichtwohnen Einfamilien- und Mehrfamilienhaus Mehrfamilienhaus

12 10 8

Part de marché bois dans les structures porteuses en tout non résidentiel maison individuelle et maison plurifamiliale maison plurifamiliale

6 4 2 0 2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

70 %

Marktanteil Tragkonstruktionen Mehrfamilienhäuser Beton Mauerwerk Holz Leichtbau

60 50 40

Part de marché structures porteuses maison plurifamiliales béton maçonnerie bois construction légère

30 20 10 0 2008

2009

2010

2011

2012

2013

Um die Potenziale der Digitalisierung voll zu nutzen, müssen die Beteiligten die digitale Kette auf die strategische Planung und den Betrieb erweitern, was heute im Regelfall noch Zukunftsmusik ist. Daraus kann ein erheblicher Mehrwert für den Eigentümer oder die Investorin entstehen, da die Informationen effizienter bereitgestellt werden und der Aufwand für die Koordination minimiert wird.

Können dank der Automatisierung die Verwaltungskosten eines Mehrfamilienhauses halbiert und die Kosten für die In­stand­hal­tung und In­stand­set­zung um zehn Prozent reduziert werden, steigt der Wert des Anlageobjekts – ceteris paribus – um fünf Prozent. Zudem ist wegen der optimierten Risikoexposition von digital gemanagten Objekten am Markt ein Abschlag auf die Nettorendite zu erwarten. Wird dieser mit zehn bis fünfzehn Basispunkten angenommen, erhöht sich die Wertsteigerung auf acht bis zehn Prozent.

Damit dieser Schritt gelingt, müssen Eigentümer und Investorinnen die Bedürfnisse für den Betrieb allerdings systematisch erarbeiten und sauber spezifizieren.

Indem die Akteure der Holzbaubranche die digitale Kette erweitern, können sie ihre Pionierrolle im digitalen Planen und Bauen ausbauen. Die Weichen sind gestellt, da die Anforderungen der Digitalisierung und der Systembauweise grösstenteils Hand in Hand gehen. Über die letzten zehn Jahre konnte der Holzbau seinen Marktanteil bei Tragkonstruktionen von Mehrfamilienhäusern um fünfzig Prozent steigern. Holzbauten überzeugen bereits heute dank geringer grauer Energie und tiefen CO -Emissionen. ² Gelingt es, die Möglichkeiten der Digitalisierung zu nutzen, wird der Marktanteil noch stärker zunehmen.

●

2014

2015

2016

2017

2018

Pour profiter pleinement des potentiels de la numérisation, les acteurs impliqués doivent étendre la chaîne numérique à la planification stratégique et à l’exploitation.

Il peut en résulter une plus-value substantielle pour le propriétaire ou l’investisseur étant donné que les informations sont fournies de manière plus efficiente et que les dépenses de coordination sont minimisées. Si, grâce à l’automatisation, l’on divise par deux les frais de gestion d’une maison plurifamiliale et si l’on réduit de dix pourcent les frais de maintenance et de réhabilitation, la valeur de l’investissement immobilier augmente – ceteris paribus – de cinq pour-cent. De plus, il faut s’attendre à une baisse du rendement net sur le marché à cause de l’optimisation de l’exposition au risque de biens gérés numériquement. En la supposant de dix à quinze points de base, la plus-value monte à huit jusqu’à dix pour-cent. Pour franchir ce cap, il faut que les propriétaires et les investisseurs définissent de manière systématique les besoins pour l’exploitation et qu’ils les spécifient clairement.

En élargissant la chaîne numérique, les acteurs de la filière bois peuvent renforcer davantage leur rôle de pionniers en matière de planification et de construction numérique. Pendant les dix dernières années, la construction en bois a pu augmenter sa part de marché pour les constructions porteuses des maisons plurifamiliales de cinquante pour-cent. Grâce à leur faible énergie grise et à leurs basses émissions de CO , les constructions en bois ² sont convaincantes dès aujourd’hui. En parvenant à tirer parti des possibilités de la numérisation, la part de marché ne cessera de croître.

●

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Digitaler Mehrwert | La plus-value numérique

20_21_TH_Digitales_Holz_Oekonomie.indd 21

21

18.12.19 11:05

Digitale Fabrikation 2014 startete der Bund den Nationalen Forschungs­ schwerpunkt ‹ Digitale Fab­ rikation ›, um das digitale Bauen voranzutreiben. Die ETH Zürich koordiniert die Grundlagenforschung zusammen mit der EPFL, der HTR, der HSLU, der BFH und der Empa. Das Spek­ trum reicht vom 3-D-Druck über die Berechnung von Tragstrukturen bis zu Robo­ tern auf der Baustelle. Die zweite Phase des NFS läuft bis 2022. www.dfab.ch Fabrication numérique En 2014, la Confédéra­tion a lancé le SNF ‹ Fabrication numérique › pour faire avancer la construc­ tion nu­mérique. L’EPFZ co­ ordonne la recherche fondamentale avec l’EPFL, la HTR, la HSLU, la BFH et l’Empa. Le spectre va de l’impression 3D aux robots sur le chantier en passant par le calcul de structures porteuses. La seconde phase du SNF prendra fin en 2022. www.dfab.ch

22

« S onderformen statt Pauschallösungen »

« D es formes spéciales à la place de solutions globales »

Aufgezeichnet von Marion Elmer

Enregistrement de Marion Elmer

Ich und mein Team an der ETH Zürich versuchen, Entwurf und Planung mit Materialisierung und Fabrikation so zu verschmelzen, dass ein Projekt digital entwickelt und gebaut werden kann. Dazu programmieren wir digitale Entwürfe, die die Geometrie, das Tragwerk und die Fabrikation integral verbinden, um so die vielfältigen Wechselwirkungen in den Griff zu bekommen. Dann lassen wir Roboter die Holz­elemente bearbeiten und zusammensetzen.

Ein Roboter kann Dinge im Raum präzise platzieren und zu komplexen Gebilden fügen, wie es von Menschenhand ohne Schablone nicht möglich ist.

Das Dach des HIB-Forschungsgebäudes der ETH zeigt das Potenzial im gros­sen Massstab: Jedes der 48 624 Holz­ elemente ist ein Unikat. Da der Roboter an eine CNC-Säge gekoppelt ist und die Information direkt aus dem digitalen Modell bezieht, kann er jedes Element individuell abbinden. Diese Technologie beeinflusst, wie wir in Zukunft bauen können: weg von Pauschallösungen, hin zu Sonderformen. Damit sind nicht nur neue Formen möglich, sondern auch ein effizienterer Umgang mit Material.

Beim DFAB House in Dübendorf siehe Seite 26 arbeiteten zwei Roboter miteinander, um die Module im Raum dreidimensional zusammenzusetzen. Diese Choreografie muss mit Algorithmen generiert werden, damit die Roboter kollisionsfrei durch das Geflecht manövrieren. In der parametrischen Planung haben wir mit der Ausrichtung der Pfosten und der Diagonalen gespielt. So konnten wir in der fach­werk­ähn­li­chen Struktur lokal verschiedene Steifigkeiten erzeugen. Auch die Querschnitte reagieren individuell auf die statischen und brandschutztechnischen Anforderungen, damit wir nur so viel Material einsetzen wie nötig.

In meiner Doktorarbeit habe ich untersucht, wie sich geometrische Veränderungen auf die Statik von Holzstrukturen auswirken, die mit Robotern gefertigt wurden. Da diese Strukturen neuartig und komplex sind, ist es nahezu unmöglich, das Tragverhalten vorherzusehen oder die Parameter für das optimale Design zu kennen. Mit Algorithmen kann man aber in kürzester Zeit Tausende Varianten generieren und auswerten. Das Programmieren zwingt einen, in Zusammenhängen zu denken. Der Entwurf ist als Funktion aufgebaut. Beim Future Tree in Esslingen siehe Seite 24 haben wir schon im Entwurf die Schrauben modelliert, um zu garantieren, dass die Struktur baubar ist. Der Vorteil: Alle Details werden automatisch angepasst, wenn sich die Geometrie der Holzstäbe, deren Position oder der Querschnitt ändert. Zudem braucht man keine Werkpläne zu zeichnen, da die Fabrikation direkt aus dem digitalen Modell erfolgt. Aleksandra Anna Apolinarska ist assoziierte Post­

Mon équipe et moi à l’EPFZ, nous essayons de faire fusion­ ner la conception et la planification avec la matérialisa­ tion et la fabrication de manière à pouvoir développer et construire numériquement un projet. Dans ce but, nous programmons des conceptions numériques qui relient in­ tégralement la géométrie, la structure porteuse et la fabri­ cation pour maîtriser ainsi les multiples interactions. Puis, nous faisons usiner et assembler les éléments en bois par des robots. Un robot peut assembler des pièces dans l’es­ pace avec précision pour composer des structures com­ plexes qui seraient impossibles à la main sans gabarit.

Le toit du bâtiment de recherche HIB de l’EPFZ montre le potentiel à grande échelle: Chacun des 48 624 éléments en bois est une pièce unique. Etant donné que le robot est couplé à une scie CNC et qu’il s’informe directement sur le modèle numérique, il peut tailler individuellement chaque élément. Cette technologie influe sur notre manière de construire à l’avenir: fini les solutions globales, en avant vers des formes spéciales. Non seulement de nouvelles formes sont ainsi possibles mais encore une gestion plus efficiente des matériaux.

Pour la DFAB House de Dübendorf, voir page 26, deux robots ont coopéré pour assembler les modules en trois dimensions dans l’espace. Cette chorégraphie doit être gé­ nérée avec des algorithmes pour que les robots puissent manœuvrer sans collision à travers le maillage. Dans la planification paramétrique, nous avons pu produire des rigidités localement différenciées dans la structure qui ressemble à un colombage. Les sections transversales réagissent, elles aussi, individuellement quant aux exi­ gences de statique et de sécurité incendie pour ne mettre en œuvre que la quantité de matériaux nécessaire.

Dans ma thèse de doctorat, j’ai examiné l’effet des modifications de géométrie sur la statique de structures en bois fabriquées avec des robots. Etant donné que ces structures sont novatrices et complexes, il est presque impossible de prévoir le comportement mécanique ou de connaître les paramètres pour un design optimal. Mais avec des algorithmes on peut générer et évaluer des mil­ liers de variantes en très peu de temps. La programmation force à penser en termes de corrélation. La conception est conçue comme une fonction. Pour le Future Tree à Ess­ lin­gen, voir page 24, nous avons déjà modélisé les vis lors de la conception pour garantir que la structure puisse être construite. L’avantage: Tous les détails sont adaptés au­ tomatiquement s’il y a une variation de la géométrie des barres en bois, de leur position ou de leur section trans­ versale. De plus, on n’a plus besoin de dessiner des plans d’atelier vu que la fabrication se fait directement à partir du modèle numérique. Aleksandra Anna Apolinarska est postdoc-

doktorandin beim NFS ‹ Digitale Fabrikation › am Lehrstuhl von Gramazio Kohler an der ETH Zürich.

●

torante associée au SNF ‹ Fabrication numérique › auprès de la chaire de Gramazio Kohler à l’EPFZ.

●

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — « Sonderformen statt Pauschallösungen » | « Des formes spéciales à la place de solutions globales »

22_23_TH_Digitales_Holz_Apolinarska.indd 22

17.12.19 09:09

22_23_TH_Digitales_Holz_Apolinarska.indd 23

17.12.19 09:09

Einen Baum programmieren | La programmation d’un arbre Forscher der ETH Zürich planen in Esslingen einen frei geformten Pavillon. Das Hebelstabwerk haben sie mit einem parametrischen Modell entwickelt. | Des chercheurs de l’EPFZ planifient à Esslingen un pavillon aux formes libres. Ils développèrent la structure à barres avec un modèle paramétrique.

Text | Texte: Marion Elmer

Future Tree, 2019 Bachweg 1, Esslingen ZH Bauherrin | Maître d’ouvrage: Basler & Hofmann, Esslingen Architektur, Technologie | Architecture, technologie: Gramazio Kohler Research, ETH Zürich Baustatik, Konstruktion | Statique du bâtiment, construction: Basler & Hofmann, Esslingen ; Erne Holzbau, Laufenburg ; SJB Kempter Fitze, Frauenfeld Ausführendes Unternehmen | Entreprise exécutante: Erne Holzbau, Laufenburg

24

24_25_TH_Digitales_Holz_Future_Tree.indd 24

Der Name kommt nicht von ungefähr: Mit seinem gewaltigen Blätterdach überspannt der Future Tree den Innenhof des Erweiterungsbaus von Basler & Hofmann in Esslingen und empfängt Mitarbeiterinnen ebenso wie Gäste. Um für den Stamm des Pavillons eine frei geformte, scheinbar gewachsene Geometrie zu bauen, entwickelten Materialwissenschaftler der ETH Zürich eine 1,5 Millimeter dünne Kunststoffschalung, die direkt ab Modell in 3-D gedruckt wird. Da diese Eierschale Frischbeton nicht standgehalten hätte, verwendeten die Forscher eine spezielle Betonmischung, die sie in einer präzise bestimmten Geschwindigkeit abfüllten, damit der Druck nicht zu hoch wurde.

Aus der Betonstütze wächst ein Hebelstabwerk aus Kiefernholz. Das rund 107 Quadratmeter gros­se und zwei Tonnen schwere Blätterdach ist an drei Ecken mit den angrenzenden Bauten verbunden, die vierte Ecke kragt aus. Mit einem eigens geschriebenen Skript generierten die Architekten ein Modell, in dem sie mit Maschenweiten, Knotengrössen und der Wölbung des Dachs spielten.

Verknüpft mit einer Statistiksoftware konnten sie Entwurf und Tragverhalten des Modells in einem iterativen Prozess aufeinander abstimmen und optimieren. An der auskragenden Ecke sind die Knoten grösser, um der Struktur mehr Steifigkeit zu verleihen.

Dank des parametrischen Designs können die Planer die Stärken per Knopfdruck anpassen, sollte das Holz einen halben Millimeter dicker sein als geplant. Das Programm errechnet auch, in welcher Reihenfolge die Teile zu montieren sind. Für die Krone des Pavillons sägte, bohrte und assemblierte ein Roboter bei Erne Holzbau die Holzstangen zu fünf Bau­tei­len, die anschliessend zum Bauherrn transportiert und vor Ort zusammengebaut wurden.

●

Le nom n’est pas un hasard. Avec son imposante canopée, le Future Tree vient coiffer la cour intérieure de l’exten­ sion de Basler & Hofmann à Esslingen et accueille le per­ sonnel et les invités. Pour construire une géométrie aux formes libres pour le tronc du pavillon qui donne l’im­ pression d’avoir poussé, les spécialistes des matériaux de l’EPFZ ont conçu un mince coffrage en plastique de 1,5 milli­mè­tre qui a été imprimé en 3D directement à partir du modèle. Vu que cette coquille d’œuf n’aurait pas pu ré­ sister au béton frais, les chercheurs ont utilisé un mélange spécial de béton qu’ils ont déversé à une vitesse déter­ minée avec précision pour limiter la pression.

Une structure à barres en pin sort du pilier en béton.

La canopée d’environ 107 mètres carrés et de deux tonnes est reliée aux bâtiments adjacents en trois coins, le qua­ trième coin fait saillie. Avec un script écrit spécialement, les architectes ont généré un modèle dans lequel ils ont joué avec les maillages, les tailles de nœuds et la voussure du toit. En l’associant à un logiciel de statistiques, ils ont pu ajuster et optimiser la conception et le comportement structurel dans un processus itératif. Au coin qui fait sail­ lie, les nœuds sont plus grands pour conférer davantage de rigidité à la structure.

Grâce à la conception paramétrique, les planificateurs peuvent adapter les épaisseurs par un simple clic au cas où le bois serait épais d’un demi millimètre de plus que prévu. Le programme calcule aussi dans quel ordre il faut monter les pièces. Pour la couronne du pavillon, un robot de Erne Holzbau a scié, percé et assemblé les barres en bois en cinq composants qui ont ensuite été transportés sur le site du maître d’ouvrage et assemblés sur place.

●

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Einen Baum programmieren | La programmation d’un arbre

17.12.19 09:09

Die Konstruktion des Pavillons in Esslingen wurde mithilfe eines Skripts generiert und optimiert. | La construction du pavillon à Ess­ lin­gen a été générée et optimisée à l’aide d’un script.

Themenheft von Hochparterre, Monat 2018 | Themenheft von Hochparterre, Monat 2018 — Hefttitel | Hefttitel — Texttitel | Texttitel

24_25_TH_Digitales_Holz_Future_Tree.indd 25

25

17.12.19 09:09

1

2 Büro- und Gewerbehaus Yond in Zürich. | Immeuble commercial et de bureaux Yond à Zurich.

1 DFAB House in Dübendorf. | DFAB House à Dübendorf.

1

Projekte l Projets 1

Kooperative Roboter

Wie eine filigrane Akari-Leuchte funkelt das DFAB House von der obersten Ebene des Nest-Gebäudes in Dübendorf. Das dreigeschossige Forschungsmodul wurde nicht nur digital geplant, sondern auch weitgehend digital gebaut. Die Decke, die Wand und die Stützen aus Beton im ersten Geschoss entstanden mit Robotern und 3-D-Druckern. Darüber wurden neun Holz­rah­ men­bau­module zu einem zweigeschossigen Oberbau zusammengefügt, der mit einer transluzenten Membranfassade verkleidet ist. Zwei Roboter hatten die komplexen Geometrien der Module zuvor in der Forschungshalle der ETH Zürich frei im Raum zusammengesetzt. Das erlaubte, die Stäbe und Pfosten genau auf die statischen Anforderungen abzustimmen, wodurch sich die vielgliedrige Form ergab. Fotos: Roman Keller

26

26_31_TH_Digitales_Holz_Projekte.indd 26

Des robots coopératifs

Telle une lampe Akari tout en filigrane, la DFAB House scintille tout en haut du bâtiment Nest à Dübendorf. Le bâtiment modulaire de recherche de trois étages a non seulement été planifié numériquement mais aussi construit en grande partie de manière numérique. Le plafond, le mur et piliers en béton au premier étage sont l’œuvre de robots et d’imprimantes 3D. La structure des deux étages supérieurs, habillée d’une façade à membrane translucide, a été assemblée à partir de neuf modules de cadres en bois. Deux robots ont au préalable assemblé les géométries complexes des modules librement dans l’espace dans le hall de recherche de l’EPFZ. Ceci a permis aux poutres et piliers de répondre avec précision aux exigences de la statique, ce qui a donné les formes multiples du bâtiment. Photos: Roman Keller DFAB House, 2019 Nest, Empa-Campus, Dübendorf ZH Bauherrin | Maître d’ouvrage: Empa, Dübendorf Architektur | Architecture: NFS Digitale Fabrikation,

ETH Zürich | NFS Fabrication numérique, EPF Zurich Ausführendes Unternehmen | Entreprise exécutante: Erne Holzbau, Laufenburg

2

Flexibel bleiben

Das Gewerbehaus Yond in Zürich lässt die Möglichkeiten offen. Die Mieter können die 5,5 Meter hohen Räume nach eigenem Gutdünken unterteilen oder Zwischenböden einziehen. Dafür haben Slik Architekten und der Holzbauer Häring ein Bausystem entwickelt, dessen Stützen, Unterzüge und Decken­ele­men­te sich wie Legosteine kombinieren lassen. Im Entwurf haben die Architekten mit parametrischen Regeln gearbeitet. Den Austausch zwischen Planern, Bauherren und Holzbauer organisierten sie mit IFC-Dateien. « Damit haben wir die Montagepläne, die Materialauszüge und die Maschinendaten generiert », so Thomas Dold, Projektleiter bei Häring. Auch wenn die Mieter künftig Räume anpassen wollen, können die Planer die Dateien rasch untereinander abgleichen. « So sind wir sicher, dass wir ­exakt das bauen, was bestellt wurde. » Häring arbeitet

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Projekte | Projets

17.12.19 09:10

3 Hochhaus auf dem SuurstoffiAreal in Risch-Rotkreuz. | Tour sur le site de Suurstoffi à Risch-Rotkreuz.

2

3

im Abbund und im Elementbau mit CNC-Maschi- Bauingenieure | Génie civil: nen. Einen Roboter gibt es in der Werkstatt noch Schnetzer Puskas, Basel Holzbau | Construction en bois: Häring & Co., Eiken nicht. Dold ist aber überzeugt: « Roboter werden zukünftig eine grosse Rolle spielen. » Fotos: Swiss Prime Site Immobilien 2

Rester flexible

3

Die Grenzen ausreizen

Das Hochhaus Arbo ist der zweite Holzturm auf dem Suurstoffi-Areal in Risch-Rotkreuz. Mit sechzig Metern stellt er einen neuen Höhenrekord auf.

Die Konstruktion basiert wie beim Holzhochhaus am anderen Ende auf dem Holz-Beton-Verbundsystem von Erne Holzbau, das Trag­struk­tur und Haustechnik kombiniert. Die technischen Hilfsmittel wurden mit der BIM-Planung bis an die Grenzen ausgereizt. Mit dem 3-D-Modell koordinierten die Planer interdisziplinär nicht nur die Geometrie, sondern auch Termine, Kosten und die Logistik der Baustelle. Für diesen Effort erhielt das Projekt 2018 den Arc-Award in der Kategorie ‹ BIM Innovation ›. « BIM hat gut funktioniert », sagt Lukas Meyer von der Arge Büro Konstrukt und Manetsch Meyer Architekten. Der Aufwand sei gross gewesen. « Am Anfang haben wir nebst der Architektur viel über die Organisation der BIM-Struktur diskutiert. » Um die BIM-Planung schneller und genauer als beim herkömmlichen Weg für die Ausführung vorzubereiten, müssten die Ziele beim nächsten Mal zu Beginn exakter definiert werden. « Wichtig ist ein genügend langer Planungsvorlauf. » Für die Architekten ist klar: Bei komplexen Projekten ist BIM die Zukunft. Fotos: Kuster Frey

L’immeuble commercial Yond à Zurich offre de multiples possibilités. Les locataires peuvent subdiviser les pièces de 5,5 mètres de haut comme bon leur semble ou y intercaler des planchers intermédiaires. À cet effet, Slik Architekten et le constructeur bois Häring ont conçu un système de construction dont les piliers, les solives et les éléments de plancher peuvent se combiner comme des Lego. Lors du projet, les architectes ont travaillé avec des règles paramétriques. Ils ont organisé l’échange entre les planificateurs, les maîtres d’ouvrage et les constructeurs bois avec des fichiers IFC. « Nous avons ainsi généré les plans de montage, les listes de matériaux et les données des machines », explique Thomas Dold, directeur du projet chez Häring. Même lorsque les locataires voudront à l’avenir adapter des pièces, les planificateurs pourront rapidement recouper les données entre eux. « Nous sommes ainsi sûrs de construire exactement ce qui a été commandé. » Häring travaille pour l’usinage et la construction d’éléments avec des machines CNC. Il n’y a pas encore de robot dans l’atelier. Mais Dold en est convaincu: « Les robots vont jouer un grand rôle à l’avenir. » Photos: Swiss 3 Repousser les limites Prime Site Immobilien La tour Arbo est la seconde tour en bois sur le site de Suurstoffi à Risch-Rotkreuz. Avec ses Büro- und Gewerbehaus Yond | Immeuble soixante mètres, elle bat un nouveau record de commercial et de bureaux Yond, 2019 hauteur. La construction se base, comme pour Albisriederstrasse, Zürich la tour en bois à l’autre extrémité, sur un systèBauherrin | Maître d’ouvrage: Swiss Prime Site me composite bois / béton de Erne Holzbau qui Immobilien, Olten Architektur | Architecture: Slik, Zürich combine structure porteuse et domotique. Avec

la planification BIM, les outils techniques ont repoussé les limites. Avec le modèle 3D, les planificateurs ont coordonné en interdisciplinarité non seulement la géométrie mais aussi les délais, les coûts et la logistique du chantier. Pour ces efforts, le projet a reçu en 2018 l’Arc-Award dans la catégorie ‹ BIM Innovation ›. « BIM a bien fonctionné », dit Lukas Meyer du groupement Büro Konstrukt et Manetsch Meyer Architekten. Le travail a été considérable. « Au début, en plus de l’architecture, nous avons beaucoup discuté de l’organisation de la structure BIM. » Pour préparer la planification BIM plus rapidement et plus précisément que par la voie traditionnelle pour l’exécution, les objectifs devraient être définis la prochaine fois avec plus d’exactitude dès le début. « Une planification préalable suffisamment longue est importante. » Pour les architectes, il est clair que BIM est l’avenir pour les projets complexes. Photos: Kuster Frey Suurstoffi Baufeld 1, 2019 Risch-Rotkreuz ZG Bauherrin | Maître d’ouvrage: Zug Estates, Zug Architektur | Architecture: Arge Büro Konstrukt, Luzern, und Manetsch Meyer Architekten, Zürich Holzbauingenieure | Ingénieurs constructeurs bois: Pirmin Jung Ingenieure, Rain Ausführendes Unternehmen | Entreprise exécutante: Erne Holzbau, Laufenburg BIM-Support | Assistance BIM: Kaulquappe, Zürich

4

Die Honorarfrage

Die Siedlung Waldacker in St. Gallen setzt voll auf Holz, nur wo die zwei Zeilen den Boden berühren, wird betoniert. Selbst die Liftschächte sind mit Holz konstruiert – das ist möglich dank der neuen Brandschutzvorschriften. In der Planung setzt Renggli bis zur Ausführung auf BIM. « Der Aufwand dafür ist sehr gross », sagt Verena Egli, Projektleiterin bei Renggli. Die Planer müssen die Details schon früh gelöst haben, die Software →

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Projekte | Projets

26_31_TH_Digitales_Holz_Projekte.indd 27

27

17.12.19 09:10

4

5

4 Überbauung Waldacker in St. Gallen. | Lotissement Waldacker à Saint-Gall.

5 Moschee in Cambridge. | Mosquée à Cambridge.

→ der Fachplaner hat teilweise Mühe mit Speziallösungen, spätere Änderungen sind aufwendig.

Die grösste He­raus­for­de­rung sieht Egli beim Honorar: « Der SIA muss die Verordnung dazu dringend anpassen. » Es gilt, die Verschiebung der Planungsphasen abzubilden und die Honorierung für den BIM-Aufwand und die Modelle zu definieren. Momentan würden alle Planer die Stunden für BIM selber bezahlen. Einen Mehraufwand werde es immer geben, ist Egli überzeugt. « Wenn BIM rund funktioniert, wird der Nutzen zur Fehlervermeidung und für die Bewirtschaftung aber hoch sein. » Visualisierungen: Atelier Brunecky 4

La question des honoraires

Le lotissement Waldacker à Saint-Gall mise entièrement sur le bois, le béton n’a été utilisé que pour les deux rangées qui touchent le sol. Même les cages d’ascenseur sont construites en bois – ce qui a été rendu possible par les nouvelles prescriptions de protection incendie. De la planification à l’exécution, Renggli mise sur BIM. « Les efforts pour ce faire sont considérables », dit Verena Egli, directrice du projet chez Renggli. Les

28

26_31_TH_Digitales_Holz_Projekte.indd 28

planificateurs doivent avoir solutionné très tôt les détails, le logiciel des planificateurs spécialisés a parfois du mal avec les solutions spéciales, les modifications ultérieures sont onéreuses. Le plus grand défi, Egli le voit pour les honoraires: « Il est urgent que la SIA adapte son règlement. » Il s’agit de refléter le report des phases de planification et de définir les honoraires pour le travail avec la méthode BIM et les modèles. Pour le moment, tous les planificateurs paient eux-mêmes les heures pour le travail avec BIM. Il y aura toujours un surcroît de dépenses, Egli en est convaincue. « Si BIM fonctionne à plein, le bénéfice pour la prévention des erreurs et la gestion va cependant être conséquent. » Visualisations: Atelier Brunecky Überbauung Waldacker | Lotissement Waldacker, 2022 St. Gallen Bauherrin, Investorin | Maître d’ouvrage, investisseur: Previs Vorsorge, Bern Baurechtgeberin | Superficiant: Ortsbürgergemeinde St. Gallen Generalplanung | Planification générale: Renggli, Schötz / Sursee

Architektur | Architecture: Burkhalter Sumi, Zürich Totalunternehmen, Holzbau, Holzbauingenieur | Entreprise totale, construction en bois, ingénieurs constructeurs bois: Renggli, Schötz / Sursee Auftragsart | Type de commande: Wettbewerb | Concours, 2017

5

Himmlische Bäume

Die Moschee in Cambridge wächst als Wald in die Höhe. Sie besteht aus dreissig baum­ähn­li­ chen Stützen, die das Dach mit den Oberlichtern tragen. Die Struktur beruht auf einem acht­ecki­ gen, geometrischen Muster, das typisch ist für die islamische Baukunst. Die Vorlage zeichnete Keith Critchlow von Hand. Danach wurde das Projekt am Computer weiterentwickelt. Mit einem parametrischen Modell jonglierten die Holzbauer Blumer Lehmann in Gossau die 2746 Bauteile, die auf 145 Grundelementen basieren. Eine 5-Achs-Fräse schnitt die geraden, einfach oder doppelt gekrümmten Holzträger zu. In Cambridge flochten die Handwerker die Träger zu einer dreidimensionalen Struktur, die mit digitalen Mitteln an die Tradition an­schliesst. Fotos: Morley von Sternberg

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Projekte | Projets

17.12.19 09:10

Example

Timber folded plate structure Outer layer

Outer layer

Inner layer

Inner layer

6

Pre-assembly 6

Pre-assembly

6 Theater in Vidy-Lausanne. | Théâtre de Vidy-Lausanne.

5

In-situ

Des arbres célestes

La mosquée de Cambridge s’élève vers le ciel, telle une forêt. Elle se compose de trente piliers qui imitent des arbres et qui portent le toit et ses vasistas. La structure repose sur un motif géométrique octogonal typique de l’architecture de l’islam. Keith Critchlow en a dessiné le modèle à la main. Puis, le projet a été entièrement développé sur ordinateur. Avec un modèle paramétrique, les constructeurs bois Blumer Lehmann de Gossau ont jonglé avec les 2746 composants qui se basent sur 145 éléments de base.

Une fraiseuse à cinq axes a coupé les poutres en bois droites et à simple ou à double courbure. À Cambridge, les artisans ont tressé les poutres en une structure tridimensionnelle qui poursuit la tradition avec des moyens numériques. Photos: Morley von Sternberg Moschee | Mosquée, 2019 Cambridge ( GB ) Bauherrin | Maître d’ouvrage: The Cambridge Mosque Trust Architektur | Architecture: Marks Barfield, London Bauingenieure | Génie civil: Price & Myers, London ; Jacobs, Basel / London ; SJB Kempter Fitze, Eschenbach Holzbau | Construction en bois: Blumer Lehmann, Gossau Digitalplanung | Planification numérique: Design-to-Production, Erlenbach

6

Altbewährt und hochmodern

Der neue Saal des Theaters in Vidy-Lausanne steht gegenüber dem Stahlgebäude, das Max Bill für die Expo 1964 errichtet hatte. Die Fassade nimmt sich grau zurück, Wände und Decke knicken aber auffällig vor und zurück. Die Trag­ struk­tur ist als Faltwerk ausgebildet, das die rund

zwanzig Meter mit Leichtigkeit und Eleganz über- Holzbau | Construction en bois: Blumer Lehmann, Gossau spannt. Die zweischalige Konstruktion basiert Holzbauingenieure | Ingénieurs constructeurs bois: Bureau d’études Weinand, Liège ( B ) auf 45 Millimeter dicken Mehrschichtplatten, die räumlich zueinander angeordnet sind. Über In-.situ mehrschnittige Zapfen sind sie kraftschlüssig 7 Beurteilen statt messen miteinander verkeilt. Der Bau verbindet eine alt- Auf dem Zwhatt-Areal in Regensdorf baut die bewährte Holzbautechnik mit modernen digitalen Pensimo-Gruppe ein Wohnhochhaus, dessen HyProzessen und leitet aus dem konstruktiven De- bridkonstruktion die Vorteile von Holz auf allen tail die architektonische Form ab. Die Digitalisie- Ebenen ausspielt. Der Vorfertigungsgrad ist hoch, rung macht Architektur. Fotos: Ilka Kramer die Bauzeit kurz, der Grundriss dank des Stützenrasters flexibel. Und das Holz prägt die Innenräu6 Ancestrale me. Boltshauser Architekten überzeugten die Jury et ultramoderne im Studienauftrag, in dem kein BIM-Modell verLa nouvelle salle du théâtre de Vidy-Lausanne fait langt war. « Im Konkurrenzverfahren ist es dafür face au bâtiment d’acier érigé par Max Bill pour zu früh », sagt Birgit Hattenkofer, Chief Developl’Expo 1964. La façade, tout en gris, se montre ment Officer bei Pensimo. Weil am Projekt noch discrète. Les murs et le toit, par contre, se font viel geändert werde, lenke die BIM-Planung vom remarquer par leurs plis et leurs lignes brisées. Entwurf ab. Generell setzt Pensimo frühestens ab La structure porteuse est un ensemble de plis dem Vorprojekt auf die Methode. So auch beim qui surplombe une largeur d’environ vingt mètres Hochhaus in Regensdorf. Dessen rationelle Konavec légèreté et élégance. La construction à dou- struktion eignet sich besonders dafür, und die Arble nappe repose sur des panneaux multiplis de chitekten haben bereits Erfahrung damit. Auch 45 millimètres d’épaisseur qui sont placés dans die Nachhaltigkeit beurteilte Pensimo im Wettbel’espace les uns par rapport aux autres. Ils sont werb primär qualitativ. « Wir verlangen grundsätzcalés solidairement les uns avec les autres avec lich keine Life-Cycle-Berechnungen », so Hattendes tenons à sections multiples. Cette construc- kofer. Die Werte seien schwierig zu vergleichen tion associe une technique ancestrale de cons- und würden auch in späteren Planungsphasen truction en bois à des processus numériques die Realität nicht e ­ xakt abbilden. « Man muss sich modernes et fait dériver la forme architecturale genau überlegen, wann und wozu man welches du détail de construction. C’est la numérisation digitale Werkzeug sinnvoll einsetzt. » Visualisierunqui fait l’architecture. Photos: Ilka Kramer gen: Nightnurse Images Théâtre de Vidy-Lausanne, 2017 Lausanne VD Bauherrin | Maître d’ouvrage: Theâtre de Vidy-Lausanne Architektur | Architecture: Yves Weinand, Lausanne

7

Juger plutôt que mesurer

Sur le site de Zwhatt à Regensdorf, le groupe Pensimo construit une tour d’habitation dont la construction hybride tire parti des avantages →

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Projekte | Projets

26_31_TH_Digitales_Holz_Projekte.indd 29

29

17.12.19 09:10

7

8 Hochhaus Pi in Zug. | Tour Pi à Zoug.

7 Hochhaus H 1 in Regensdorf. | Tour H 1 à Regensdorf.

→ du bois à tous les niveaux. Le degré de préfabrication est élevé, la durée de construction courte, le plan flexible grâce à la trame des piliers. Et c’est le bois qui domine dans les espaces intérieurs. Boltshauser Architekten ont convaincu le jury pendant le mandat d’étude dans lequel aucun modèle BIM n’était exi­ gé. « Il est trop tôt pour cela dans la procédure de mise en concurrence », dit Birgit Hattenko­ fer, Chief Development Officer chez Pensimo.

Puisqu’il y aura encore de nombreuses modifications, la planification BIM détourne l’attention du projet. De manière générale, Pensimo ne mise sur cette méthode qu’à partir de l’avant-projet. Il en est de même pour la tour de Regensdorf. Sa construction rationnelle s’y prête particulièrement et les architectes en ont déjà l’expérience. Dans le concours, Pensimo a également jugé la durabilité principalement sur le plan de la qualité. « Nous n’exigeons en principe aucun calcul de cycle de vie », explique Hattenkofer qui pense que les valeurs sont difficiles à comparer et ne reproduiraient pas exactement la réalité lors des phases ultérieures

30

26_31_TH_Digitales_Holz_Projekte.indd 30

de planification. « Il faut bien réfléchir quand et dans quel but on utilise l’outil numérique à bon escient. » Visualisations: Nightnurse Images

Nur das Treppenhaus und der Liftkern sind aus Beton, um den Brandschutz zu gewährleisten, übernehmen aber keine statische Funktion. Die Struktur erlaubt es, die Grundrisse frei einzuteiHochhaus H 1 | Tour H 1, 2024 len und die Erschliessungshallen jeweils über Zwhatt-Areal, Regensdorf ZH drei Geschosse aufzuspannen. Zudem kann die Bauherrin | Maître d’ouvrage: Pensimo-Gruppe, Zürich Haustechnik im Kern flexibler geführt werden.

Architektur | Architecture: Boltshauser, Zürich Die Holzverbundflachdecken kommen ohne UnBauingenieure | Génie civil: Schnetzer Puskas, Zürich Landschaft | Paysage: Maurus Schifferli, Bern terzüge aus, weshalb pro Geschoss inklusive BoTragwerk Holzbau, Brandschutz | Structure porteuse denaufbau weniger als drei Meter genügen. Das construction en bois, protection incendie: System verbindet eine acht Zentimeter dünne Josef Kolb, Romanshorn Auftragsart | Type de commande: Betonplatte mit einer Schicht aus Baubuche und Studienauftrag | Mandat d’étude, 2019 garantiert so den Schallschutz. Konstruktion und Technik so schlüssig zu integrieren, war unter anderem dank des 3-D-Modells möglich. Darin si8 Tragen und aussteifen Das Hochhaus Pi, das V-Zug Immobilien in Zug mulieren die Ingenieure von Walt Galmarini auch plant, soll mit achtzig Metern das höchste Holz- den Brandschutz und die Bauphysik. So hilft die hochhaus der Schweiz werden. Die Mietpreise Digitalisierung dabei, mit weniger Material höher für die Wohnungen sollen trotz des Rekords tief zu bauen. Visualisierungen: Filippo Bolognese bleiben. Dafür setzen Duplex Architekten auf eine effiziente Tragstruktur, die die Holzbauingenieure 8 Porter et rigidifier von Walt Galmarini mit der ETH Zürich und Im­ La tour Pi, que V-Zug Immobilien planifie à Zoug, ple­nia entwickelt haben. Ein Rahmentragwerk aus deviendra, avec ses quatre-vingt mètres, la plus Buchenholz trägt und steift das Gebäude aus. haute tour en bois de Suisse. En dépit de ce re-

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Projekte | Projets

17.12.19 09:10

8

Index

Datum:

Änderungen

Bearb.

± 0 . 00 =???.?? m.ü. M Bauherr

Objekt

Projekt Pi

V-Zu g

Iso m etrie Hau s techn ik-I ntegration

Massstab

Datum

1

3D / ISO Haust echnik A0 | M

Plan

17.01.1 9

Grösse

A0

Gez.

T uLo

0917-006 Stempel

WaltGalmarini AG | dipl. Ing. ETH SIA USIC Drahtzugstrasse 18 | CH-8008 Zürich Telefon +41 (0)43 222 66 66 | Fax +41 (0)43 222 66 67 info@waltgalmarini.ch | www.waltgalmarini.ch

9

1 :25 0

8 9 Gymnasium Nord in Frankfurt am Main. | Lycée nord à Francfort sur le Main.

cord, les loyers des appartements doivent rester abordables. Pour ce faire, Duplex Architekten mise sur une structure porteuse efficiente qui a été conçue par les ingénieurs en cons­truc­ tion bois de Walt Galmarini en collaboration avec l’EPFZ et Implenia. Une charpente en bois de hêtre supporte et rigidifie l’immeuble. Seule la cage d’escalier et le noyau d’ascenseurs sont en béton pour garantir la protection contre les incendies ; toutefois ils n’ont aucune fonction statique. La structure permet une liberté de distribution des logements et d’articuler les différents espaces d’accueil sur trois étages. De plus, la domotique peut être agencée de manière plus souple dans le noyau. Les plafonds composites plats en bois et béton se passent de solives si bien que moins de trois mètres suffisent par étage, y compris la structure du plancher. Le système combine une dalle de béton de huit centimètres à une couche de hêtre de construction et garantit ainsi l’insonorisation. C’est le modèle 3D qui a permis, entre autres, l’intégration aussi cohérente de la construction et de la technique.

Les ingénieurs de Walt Galmarini y ont également fait une simulation de la protection incendie et de la physique du bâtiment. La numérisation aide ainsi à construire plus haut avec moins de matériau. Visualisations: Filippo Bolognese Hochhaus Pi | Tour Pi, 2019 – 2024 Baarerstrasse 104 – 108, Zug Bauherrin | Maître d’ouvrage: V-Zug Immobilien, Zug

Architektur | Architecture: Duplex, Zürich Totalunternehmen, Holzbau | Entreprise totale, construction en bois: Implenia Schweiz, Zürich Holzbauingenieure | Ingénieurs constructeurs bois: Walt Galmarini, Zürich

9

Gross im Modul

2018 richtete Erne Holzbau in Frankfurt mit der gros­sen Kelle an. Der Holzbauer erstellte für das Gymnasium Nord einen Neubau, der Platz für sechzig Klassenzimmer bietet. Im Provisorium zieht die Stadt rund 1400 Schülerinnen und Schüler zusammen, während andere Standorte erweitert werden. Um die Grösse effizient, flexibel und rasch abzuwickeln, ist das Gebäude aus 210 Holzmodulen aufgebaut – laut Erne ein europaweiter Rekord für eine Schule. Jeweils drei Module bilden einen Klassenraum. Für den Wärmeschutz im Sommer sind die Decken als Holz-Beton-Verbund mit integrierten Heiz-Kühl-Elementen konstruiert. Erne hat die Module im Werk industriell vorfabriziert und nach Frankfurt transportiert – bei bis zu 18 Metern Länge und 20 Tonnen Gewicht kein leichtes Unterfangen. Doch die Vorfabrikation sparte Zeit: Das Hauptgebäude entstand in nur wenigen Wochen. Fotos: Thomas Koculak 9

qui abritera soixante salles de classe. Dans ce bâtiment provisoire, la ville rassemble environ 1400 élèves pendant l’extension d’autres sites.

Pour réaliser cet imposant projet avec efficience, souplesse et rapidité, le bâtiment se compose de 210 modules en bois – selon Erne, un record européen pour une école. Chaque salle de classe est formée par trois modules. Pour l’isolation thermique en été, les plafonds composites en bois et béton sont équipés d’éléments de chauffage et de refroidissement intégrés. Erne a préfabriqué industriellement les modules en atelier et les a transportés à Francfort – ce qui n’a pas été aisé vu leur longueur de 18 mètres et leur poids de 20 tonnes. Mais la préfabrication a économisé du temps: le bâtiment principal a vu le jour en seulement quelques semaines. Photos: Thomas Koculak Gymnasium Nord | Lycée nord, 2018 Muckermannstrasse 1, Frankfurt am Main ( D ) Bauherrin | Maître d’ouvrage: Stadt Frankfurt am Main Architektur | Architecture: Arge Raumwerk & Spreen, Frankfurt am Main Ausführendes Unternehmen | Entreprise exécutante: Erne Holzbau, Laufenburg

Des modules de taille

En 2018, le constructeur bois Erne Holzbau n’a pas lésiné sur les moyens: il a érigé à Francfort une nouvelle construction pour le lycée nord

Themenheft von Hochparterre, Januar 2020 | Cahier thématique de Hochparterre, janvier 2020 — Digitales Holz | Bois et numérisation — Projekte | Projets

26_31_TH_Digitales_Holz_Projekte.indd 31

31

17.12.19 09:10

Digitales Holz

Die Digitalisierung verändert grundlegend, wie Architektinnen und Architekten mit Holz bauen.

Der Computer macht die Vorfabrikation genauer und die Zusammenarbeit enger. Er erlaubt, den Wald besser zu nutzen oder mit weniger Material zu kon­stru­ie­ren, um klimagerecht zu bauen. Mit Algorithmen wird die Sonderform zum Standard.

Schliesslich verspricht die digitale Planung und Bewirtschaftung mehr Effizienz. Dieses Heft zeigt auf, welche Chancen die Digitalisierung für den Holzbau bietet und wo die Stolpersteine liegen.

Bois et numérisation

La numérisation change fondamentalement la manière qu’ont les architectes de construire avec du bois. L’ordinateur rend la préfabrication plus précise et la coopération plus étroite. Il permet une meilleure utilisation de la forêt ou la construction avec moins de matériau pour construire dans le respect du climat. Avec des algorithmes, la forme spéciale devient standard. Finalement, la numérisation de la planification et de la gestion numérique promet davantage d’efficience. Ce cahier montre quelles sont les chances qu’offre la numérisation à la construction en bois et où se trouvent les pierres d’achoppement.

BÜRO KONSTRUKT Architekten ETH SIA BSA

32_01_TH_Digitales_Holz_Cover.indd 32

17.12.19 08:56

Sie lesen lieber auf Papier?

Dieses Themenheft hier bestellen.

Lust auf mehr Architektur, Planung und Design?

Hochparterre abonnieren!

2

Hochparterre X / 18 — Titel Artikel