freiform-holzbau digital vom design zur produktion Fabian Scheurer 18. September 2012

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1 freiform-holzbau digital vom design zur produktion Fabian Scheurer 18. September 2012

2 inventioneering architecture zürich (ch) instant architekten & eth, 2005 Bild: SJB Kempter Fitze 2

3 eine begehbare «hügellandschaft» aus cnc-geschnitten mdf-balken 3

4 camera obscura trondheim (n) ntnu studentenprojekt, 2006 Bild: SJB Kempter Fitze 4

5 eine Verdrehte «black-box» aus geraden balken 5

6 centre pompidou metz (f) shigeru ban & jean de gastines, 2010 Bild: SJB Kempter Fitze 6

7 ein «Strohhut» mit m 2 grundfläche aus krummen brettschichtholzträgern 7

8 haesley nine bridges golf club yeoju (rok) shigeru ban & kaci international, 2009 Bild: Blumer-Lehmann 8

9 eine hölzerne «kathedrale» mit unsichtbaren blattverbindungen Bild: Blumer-Lehmann 9

10 hermès rive gauche paris (f) rena dumas architecture intérieure, 2010 Bild: Hermès 10

11 drei «körbe» und eine treppe verleimt aus eschenholz-lamellen Bild: ALA Architects Bild: Hermès 11

12 kilden theater- & konzerthaus kristiansand (n) ala architekten, 2011 Bild: ALA-Architekts 12

13 3.500 m 2 gewellter «eichenholz-vorhang» mit durchlaufenden 10mm-fugen Bild: ALA Architects Bild: Risør Trebåtbyggeri 13

14 Snaporaz skulptur zürich oerlikon (ch) marco ganz, 2012 Bild: ALA-Architekts 14

15 ein 10m hoher, oranger «alien» aus 150 furnierschichtholz-platten Bild: ALA Architects 15

16 Wie machen die das? 16

17 werkstoff holz perfekt gekrümmt Hohe Festigkeit bei niedrigem Eigengewicht, perfekt auf den Zweck abgestimmte Holzwerkstoffe und die gute Bearbeitbarkeit machen Holz zum idealen Material für gekrümmte Bauteile. 17

18 beispiel: kilden kristiansand Bild: Kilden 1700 Holzträger ersetzen 3000 Stahlrohr-Bögen Ursprüngliche Konstruktion der Fassade: gekrümmte Stahlrohre Aufwändig in der Herstellung: 3000 einzelne Bogensegmente biegen Grosse Toleranzprobleme beim Stahl: Rückfederung, Schweissen CNC-Fräsen von BSH-Trägern: beliebige Kurven mit 5/10mm Toleranz 18

19 digitale fertigung effizienz bei losgrösse eins Einer computergesteuerten Maschine ist es egal, ob sie tausend gleiche oder tausend verschiedene Bauteile produziert. Damit werden auch komplexe Formen effizient umsetzbar. 19

20 konsequente vorfertigung weniger stress auf der baustelle Bild: Trebyygeriet Digitale Fertigung bedeutet Vorfertigung. Die CNC-Maschine steht nicht auf der Baustelle, die Komplexität verschiebt sich von der Baustelle nach vorne zu Planung, Fertigung und Vormontage. 20

21 information ins material präzision bei komplexen formen Bild: Trebyggeriet Bei komplexen Geometrien versagen Lot und Zollstock. Die Form muss in den Bauteilen definiert sein, und beim Zusammenbau von alleine entstehen. 21

22 digitale planung in fertigungspräzision Alles, was am Ende mit Zehntelmillimeterpräzision digital produziert werden soll, muss vorher mit Zehntelmillimeterpräzision ins digitale Modell. 22

23 systematische details für eine parametrische planung 500 Knoten mit verschiedenen Geometrien lassen sich nicht einzeln planen. Nur wenn alle Details denselben Regeln gehorchen, dann lassen sich alle auf Knopfdruck systematisch planen. Bild: Blumer-Lehmann 23

24 worst case first der rest wird nur einfacher Das schwächste Glied bestimmt die Stärke der Kette. Wenn der parametrische Knoten an den schwierigsten Stellen funktioniert, dann kriegt man die anderen auch in den Griff. 24

25 materialverständnis bringt modell & realität zur deckung Modelle sind nutzlos, wenn sie nicht mit der Realität übereinstimmen. Aber was genau macht eine gerade Latte, die man auf eine krumme Fläche zwingt? 25

26 prozessverständnis als grundlage der optimierung Nur wer den gesamten Weg betrachtet, von der Planung über Berechnung & Nachweis, Materialbeschaffung, Fertigung, Vormontage, Transport, Endmontage, Betrieb und Wartung, findet die besten Abkürzungen. 26

27 klare schnittstellen zu anderen gewerken Bild: Trebyggeriet Bild: Trebyggeriet Man ist selten allein auf einer Baustelle. Trotz unterschiedlicher Toleranzen, Planungsmethoden, Zeitpläne etc. muss am Ende alles zusammenpassen und sich vorher nicht in die Quere kommen 27

28 konsequente 3d-planung komplexe form beschreiben Die ebene Projektion taugt nicht zur Beschreibung komplexer Formen. Längen und Winkel die sich nicht verzerrungsfrei abbilden lassen, können auch nicht aus 2D-Plänen rekonstruiert werden. 28

29 echte freiform-modelle nurbs statt meshes Nicht jede CAD-Software kann freie Formen präzise genug beschreiben, um damit in Fertigungspräzision zu planen. Nur in NURBS-Modellen ist «krumm» wirklich gekrümmt. 18. September 2012 digitaler holzbau - fabian scheurer 29

30 parametrisches design geometrie nach regeln Wie entwirft man ein ganzes Gebäude mit 1/10 Millimeter Präzision? Indem man nicht die Form definiert, sondern die Regeln, auf denen sie beruht. 30

31 parameter & regeln statt punktwolken Input Black Box Output (Parameter) (Parametrik) (Geometrie) Komplexe Geometrie mathematisch definieren Wenige Eingangs-Parameter Algorithmus generiert die Form (und später alle Details) Output bleibt variabel ( Optimierung mit verlässlichen, detaillierten Daten!) 31

32 Wie machen die das? 32

33 digitale kette (marketing) CAD Digitaler Entwurf CAE Digitales Engineering CAM Digitale Fertigung 33

34 digitale kette (realität).dwg CAE.pdf Nachweis.xls.xls Logistik Architektur CAD.dxf Parametrisches CAD.sat Holzbau CAD.dwg Leimbau Flächen- Rekonstruktion.igs.btl CAM G-code CNC- Fertigung 34

35 komplexer prozess nicht-linear Design Werkstoff Holz konsequente 3D-Planung echte Freiform konsequente Vorfertigung kontinuierliche Optimierung parametrische 3D-Planung in Fertigungsqualität klare Schnittstellen Logistik parametrische Detaillierung Engineering Information ins Material Produktion Montage 35

36 designtoproduction als partner im prozess Design Werkstoff Holz konsequente 3D-Planung echte Freiform konsequente Vorfertigung kontinuierliche Optimierung klare Schnittstellen Logistik parametrische Detaillierung Engineering Information ins Material Produktion Montage 36

37 «das einfache kompliziert zu machen ist trivial. das komplizierte einfach zu machen, verblüffend einfach, das ist kreativität.» Charles Mingus 37

38 Vielen dank für die aufmerksamkeit. Fabian Scheurer Seestrasse 78 CH-8703 Erlenbach/Zürich T F