ACHIM MENGES: BUILDING FOR THE FUTURE

Buildingswill bedifferent

Das Bauen wird sich dramatisch verändern müssen, denn es ist nicht nachhaltig: es verbraucht viele Ressourcen, emittiert Treibhausgase, produziert Müll und versiegelt Flächen. Einer der führenden Forscher, die sich der Zukunft des Bauens annehmen, ist Prof. Dr. Achim Menges, der mit seinem Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD) an der Technischen Universität Stuttgart seit Jahren an neuen Lösungen forscht. THE FRANKFURTER traf ihn zum Interview.

Building work will have to change dramatically because, as it is, it’s not sustainable: it consumes many resources, emits greenhouse gases, produces waste and seals the ground surface. One of the leading researchers tackling the future of construction is Professor Dr. Achim Menges, who has been researching new solutions for years at his Institute for Computational Design and Construction (ICD) at the University of Stuttgart. THE FRANKFURTER met him for an interview.

BY MARTINA METZNER

BY MARTINA METZNER

Maison Fibre. Kooperationspartner: IntCDC / ICD Universität Stuttgart, Achim Menges, mit dem IntCDC / ITKE Universität Stuttgart, Jan Knippers.

Spektakulär sind die Pavillons, die Achim Menges und sein interdisziplinäres Team, bestehend aus Ingenieur:innen, Architekt:innen, Designer:innen und Biolog:innen, rund um die Welt errichten. Sein Ansatz dabei ist die computergestützte Planung und Fertigung, mit der er Materialien auf ein neues Niveau bringt und sich dabei im Sinne der Biomimetik Prinzipien aus der Natur abschaut. Dabei forscht er nicht nur, sondern ist mit der Frankfurter Partnergesellschaft Menges Scheffler Architekten in der Angewandten Architektur unterwegs. The pavilions that Achim Menges and his interdisciplinary team, consisting of engineers, architects, designers and biologists, build around the world are spectacular. His approach is computer-aided planning and production, which he uses to take materials to a new level and, in the spirit of biomimetics, to copy principles from nature. In doing so, he not only carries out research, but is also involved in applied architecture with the Frankfurt-based partner company Menges Scheffler Architekten.

LESS MATERIAL, MORE FORM

Die von seinem Stuttgarter Projektteam favorisierte Bauweise mit Faserverbundwerkstoffen zeigt einen grundlegend alternativen Ansatz für den Bau zukünftiger Lebensräume auf: Diese resultieren im biomimetischen Prinzip von „weniger Material“ durch „mehr Form“. Sein jüngstes Projekt ist der livMatS-Pavillon, der in Freiburg steht. Die tragenden Elemente sind aus Flachsfasern hergestellt. Flachsfasern sind regional verfügbar und wachsen in jährlichen Erntezyklen. Sie sind vollständig erneuerbar, biologisch abbaubar und bieten das Potenzial, insbesondere in Kombination mit Leichtbau, den ökologischen Fußabdruck von Gebäuden deutlich zu reduzieren. Die tragenden Bauelemente wurden mit einem von dem ICD und ITKE (Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen an der Universität Stuttgart) entwickelten kernlosen Wickelverfahren hergestellt. Dazu wurden Faserbündel von einem Roboter präzise auf einen Wickelrahmen gelegt.

The construction method that uses fiber composites favored by his Stuttgart project team is a fundamentally alternative approach to the construction of future living spaces. They result in the biomimetic principle of “less material” through “more form.” His latest project is the livMatS Pavilion, which is located in Freiburg. The load-bearing elements are made of flax fibers. Flax fibers are regionally available and grow so fast that they can be harvested many times a year. They are completely renewable, biodegradable and offer the potential – especially when combined with lightweight construction – to significantly reduce the ecological footprint of buildings. The load-bearing structural elements were produced using a coreless winding process developed by the ICD and ITKE (Institute for Load-bearing Structures and Structural Design at the University of Stuttgart). For this purpose, fiber bundles were precisely positioned on a winding frame by a robot..

LivMatS-Pavillon. ICD: Achim Menges, IntCDC, ITKE: Jan Knippers, IntCDC. Ein gemeinsames Projekt der Exzellenzcluster livMatS, Universität Freiburg (Thomas Speck, Jürgen Rühe) und IntCDC, Universität Stuttgart.

MAISON FIBRE: THINKING MODEL

Auf der Architekturbiennale in Venedig 2021 stellten Achim Menges und sein Team das Maison Fibre auf, ein aus Glas- und Carbonfaser durch Roboter gesponnenes Bauwerk, das sich an die Idee des Maison Dom-Ino (1914/15, modulare Struktur mit offenem Grundriss) von Le Corbusier anlehnt. Im Vergleich dazu, einem prägenden Vorbild für die Architektur des 20. Jahrhunderts, ist das Gewicht von Maison Fibre um das Fünfzigfache reduziert. Menges will dies als „Denkmodell“ verstanden haben. Natürlich könne man darin nicht wohnen. Auch das Maison Dom-Ino von Le Corbusier sei nicht ein einziges Mal umgesetzt worden. Mit dem faserbasierten Bauen, so Menges, werfe man den konzeptionellen Ballast ab, den wir mit Baustoffen wie Stahl, Glas und Beton derzeit hätten: „Diese Baustoffe sind per Konzept immer verschwenderisch. Faserbasierte Baustoffe sind es nicht.“ Dazu führt er weiter aus, dass auch synthetische Fasern in Zukunft nicht aus petrochemischen Quellen gewonnen werden können, sondern etwa aus Lignin, ein Biopolymer aus Pflanzen.

At the 17th International Architecture Biennale in Venice in 2021, Achim Menges and his team set up Maison Fibre, a building spun by robots from glass and carbon fiber, based on the idea of Le Corbusier’s Maison Dom-Ino (1914-15, a modular structure with an open floor plan). Compared to this, a formative model for 20th century architecture, the weight of Maison Fibre is reduced by a factor of fifty. Menges wants this to be understood as a “working hypothesis.” Of course, you couldn’t live in it. Even Le Corbusier’s Maison Dom-Ino has not been built once. With fiber-based construction, Menges says, we rid ourselves of the conceptual ballast that we currently have with building materials such as steel, glass and concrete: “These building materials are always wasteful by design. Fiber-based building materials aren’t.” He goes on to say that even synthetic fibers won’t be able to be obtained from petrochemical sources in the future, but from lignin, a plant-based biopolymer, for example.

URBACH TOWER NEAR STUTTGART

Auch mit der selbstverformenden Kraft von Holz arbeitet der Forscher. Im Remstal bei Stuttgart steht seit 2019 der Urbach Turm. Die markante Form des Bauwerks entsteht in einem neuartigen Prozess der Selbstformung. Dafür wird das charakteristische Schwinden des Holzes bei Verringerung des Feuchtegehalts genutzt. Wenn das Material die Form bestimmt, was machen dann noch Architekt:innen? „Der Architekt arrangiert Bauwerkstoff“, weiß Menges. „Wir moderieren den Prozess der Selbstformung. Das Material hat dabei einen hohen Anteil an Authentizität.“

The researcher also works with the self-shaping power of wood. The Urbach Tower has been standing in the Rems Valley near Stuttgart since 2019. The striking shape of the structure is created in a novel process of self-shaping. To achieve this, use is made of wood’s characteristic shrinkage when the moisture content is decreased. If the material determines the form, what is left for architects to do? “The architect arranges building material,” Menges states firmly. “We moderate the process of self-shaping. The material evinces a high degree of authenticity in this process.”

Urbach Turm. Projektpartner:innen: ICD: Achim Menges, ITKE: Jan Knippers, Angewandte Holzforschung, Empa, Schweiz & Holzbasierte Materialien, ETH Zürich: Markus Rüggeberg, Blumer-Lehmann AG.

HygroSkin - Meteorosensitive Pavillon: Achim Menges, ICD, Universität Stuttgart.

LIKE SPRUCE CONES – HYGROSKIN PAVILLION

Auch beim HygroSkin - Meteorosensitive Pavillon setzt Menges auf die Kraft der Selbstverformung, klimareaktive Architektur und Biomimetik. „Wir haben uns Gedanken gemacht, was es für Bewegungen gibt, die nicht auf Motoren oder Muskeln basieren, und sind dabei auf Fichtenzapfen gestoßen.“ Und eben wie die sich öffnenden Fichtenzapfen funktioniert auch der HygroSkin Pavillon: In die modulare Holzhaut des Wanderpavillons aus ebenen Sperrholzplatten wurde durch Roboterfertigung eine wetterabhängige Öffnung eingesetzt, die auf Veränderungen der relativen Luftfeuchtigkeit in der Umgebung reagiert. Das Material sei damit Motor, Sensor und Regelelement in einem, erklärt Menges. So könne man sich klimaresponsive Fassaden ganz einfach aus der Natur abschauen.

Menges also relies on the power of self-shaping, climate-reactive architecture and biomimetics for the HygroSkin - Meteorosensitive Pavillion. “We thought about what kind of movements there are that aren’t based on motors or muscles and we came up with spruce cones.” And the HygroSkin Pavilion works precisely like opening and closing spruce cones: a weather-dependent opening was inserted into the modular wooden skin of the travelling pavilion made of flat plywood panels by robotic fabrication; this opening reacts to changes in the relative humidity in the environment. The material is thus a motor, sensor and control element all in one, Menges explains. This way, climate-responsive facades can easily be copied from nature.

TIMBER PROTOTYPE

Beim IBA Timber Prototype House, das 2019 im Rahmen der Internationalen Bauausstellung (IBA) Thüringen entstanden ist, geht es um einen neuartigen Ansatz zur Mikro-Architektur: „Das Besondere daran ist, dass wir eine Blockhütte für das 21. Jahrhundert kreiert haben, aus einem der einfachsten verfügbaren Halbzeuge, nämlich dem Kantvollholz“, so Menges. Durch digitale Fertigung ließe sich ein maximales einfaches Haus machen: sortenrein, ohne Schrauben, Nägel und Leim. Die Konstruktion wird nur durch Steckverbindungen zusammengehalten. Das so entstandene, nachhaltige Mono-Material-Bausystem ist Tragwerk, Hülle und Dämmung in einem.

The IBA Timber Prototype House, created in 2019 as part of the International Building Exhibition (IBA) in Thuringia, is all about taking a novel approach to micro-architecture: “The special thing about it is that we’ve created a log cabin for the 21st century, from one of the simplest semi-finished products available, namely solid scantling timber,” says Menges. Digital production would make it possible to create an extremely simple house: mono-material, without any screws, nails or glue. The entire construction is held together only by plug-in connections. The resulting sustainable mono-material building system is a supporting structure, shell and insulation all in one.

IBA Timber Prototype House, Projektpartner:innen: Achim Menges (PI), Hans Drexler von der Jade Hochschule Oldenburg sowie Marta Doehler-Behzadi, Tobias Haag von der IBA Thüringen.

ICD Aggregat Pavillon ist ein Projekt von ICD, Universität Stuttgart, Achim Menges. Fertigung: Wilhelm Weber GmbH & Co. KG. Unterstützung: GETTYLAB, ITASCA Consulting Inc.

GRANULAR ARCHITECTURE

Die Perspektive des Architekten: „Wir müssen Planen und Bauen um- und neudenken, weil das Bauen, wie wir es jetzt betreiben, nicht zukunftsfähig ist. Durch digitale Technologien bekommen wir einen neuen Zugang zu Materialität und Architektur. Eine neue Materialkultur für die Architektur zu entwickeln, das finden wir eine spannende Aufgabe“, findet Menges. „Dabei werden biobasierte Werkstoffe eine immer größere Rolle spielen.“ Schließlich beschäftigen sich Achim Menges und sein Team auch mit granularer Architektur. Granulare Substanzen, etwa Sand oder Kies, befinden sich in der Natur in ständigen Bildungsprozessen durch Erosion und Akkretion. Was wäre, wenn die Architektur dieses Verhalten nachahmen würde? Herausgekommen ist nach zehn Jahren Forschung 2018 der ICD Aggregat Pavillon, der den ersten vollständig umschlossenen architektonischen Raum – der aus einem spezifisch dafür entworfenen Granulat besteht, in dem die Partikel selbsttragende Raumstrukturen bilden – präsentiert.

Finally, Achim Menges and his team are also working on granular architecture. In nature, granular substances, such as sand or gravel, are constantly being shaped through erosion and accretion. What if architecture were to imitate this behavior? After ten years of research, the result is the ICD Aggregate Pavilion 2018, which presents the first fully enclosed architectural space – consisting of a specifically designed granulate in which the particles form self-supporting spatial enclosures.

The architect states his perspective: “We have to rethink planning and construction because the way we build now isn’t sustainable. Digital technologies offer us a new approach to materiality and architecture. For us, developing a new material culture for architecture is an exciting task,” says Menges. “Bio-based materials will play an increasingly important role in this.