Projekt, který zaštiťují dva instituty Stuttgartské univerzity, ICD (Počítačový design a konstrukce) a ITKE (Strukturální design a stavebnictví), realizovaný v Heilbronnu, nabízí inovativní pohled na budoucnost celého stavitelství. Vznikly tu totiž dva „obecnou biologickou zákonitostí“ inspirované pavilony, které jsou kompletně navrženy počítačem, a jejich konstrukce je od začátku záležitostí pokročilé robotiky. To je první překvapení.
Druhým je, že jejich vylehčená struktura je přitom kombinací dvou netradičních materiálů: uhlíkových vláken a dřeva. A třetí? Fakt, že práci architektů, výrobců materiálů i stavitelů tu opravdu kompletně zastaly stroje. Lidé jen dodávali potřebná stavbu formující data, celý proces byl plně digitalizován. Oba bio-mimetické pavilony jsou dnes usazeny na ostrově u přístaviště, kde budou k vidění až do výstavy Bundesgartenschau. Za pohled rozhodně stojí, stejně jako technologie, která je za jejich vznik zodpovědná.
Pozdrav z budoucnosti: Pavilony, které nestavěli lidé ale stroje Foto: ICD-ITKE, Roland Halbe, BUGA
Stavba bez zbytečných ztrát
„Je to oslava nového přístupu k digitalizované konstrukci ze dřeva,“ chválí se v tiskové zprávě ICD. Doplňují, že oni sami zajistili jen software a vstupní data, na základě jejichž propočtů si program sám vybral nejoptimálnější cestu. Tou bylo napodobení výstavbového principu skeletu těl mořských ježků, které se dost unikátně vyrovnávají se samonosným principem a tlakem. Tým ITKE dodal robotickou platformu, která si podle virtuálního zadání sama připravila materiál a tesařsky upravila 376 masivních dřevěných segmentů.
Technici tak jen dozírali na to, zda obří dřevěná skládačka skutečně vzniká podle zadání. A brzy mohli jen konstatovat, že se jejich stroje neodchýlily ani o milimetr. Kopule celého pavilonu má přitom průměr 30 metrů, takže i drobné odchylky by vyústily ve značné komplikace. Technika ale potvrdila svou neomylnost. Zajímavostí byl i přístup, při kterém dokonale zužitkovala nabízený prostor jako přípravný, montážní i stavební, to vše s minimalizací vzniku stavebních odpadů.
Foto: ICD-ITKE, Roland Halbe, BUGA
Omezení, které počítač netrápí
Nešetřilo se tu jen odpady, ale i materiálem. Jedním z principiálních bodů zadání totiž bylo vystavět objekt s parametry již existujícího pavilonu LAGA (stojícím v švábském Gmuendu), respektive se stejným množstvím materiálu ale v trojnásobku celkového rozpětí. V praxi lze tedy přání tlumočit jako „méně materiálu - více formy“.
Morfologie biologické předlohy něco takového nabízí, ale chvíli nebylo jisté, jestli něco podobného skutečně dokáže program propočítat. Aby to stroje opravdu neměly lehké, bylo tu i přání na pokud možno plnou znovuvyužitelnost stavby. Konstrukce tedy musela být jištěna ne pevnými trvalými spoji, ale tak, aby ji bylo možno podle potřeby znovu do poslední součástky rozebrat a instalovat na jiném místě, „bez ztráty performačního potenciálu.“
Foto: ICD-ITKE, Roland Halbe, BUGA
Ultra-lehká, maximálně odolná
K dosažení těchto lehce protichůdných cílů bylo dosaženo vyvážením stavby na dvou úrovních: v detailu každého dílku a propočtu jeho vlastností jako individuality, a pak v rámci kompaktnosti celé stavby. Teoreticky nejde o nic nového: podobné propočty postupuje každý stavební inženýr, který řeší zatížení konstrukce. Jenže počítače v BUGA prováděly optimalizační propočty souběžně pro každou jednotlivou komponentu v reálném čase, jak z hlediska stavby tak i jejich součástí, a v nulovém čase pak předávaly tato data formou zadání pro robotické řezačky. Přesněji, v metru čtverečním se tu nachází jen 35 kilo hmoty.
Minimalizace váhy, spotřeby energie a materiálu byla usnadněna tím, že každý dřevěný segment byl vytvořen spojením dvou plochých částí, vrstev zakončených na hraně prstencem. Ten sloužil k připojení na další díly stavby, a k vytvoření plošných polygonů, chcete-li „kazet“, znovu navazovaných jednotlivými spoji. Celkem bychom v pavilonu BUGA napočítali 17 000 takových spojů, dotažených na milimetrový detail.
Foto: ICD-ITKE, Roland Halbe, BUGA
Architektura a konstrukce
Jednotlivé segmenty se ale navenek (i ve směru vzhůru) jevily jako kompaktní. Navázané rysy stavby vycházely z vyvážené geometrie křivek a podpůrných součástí. „Biomimetický přístup umožňuje vnést do architektury inter-disciplinární přesah a laterální myšlení,“ vysvětluje profesor Achim Menges, kterého mořští ježci svou strukturou fascinují posledních deset let. Jak zmiňuje, jejich výstavbový princip je již probádaný, ale je velmi nesnadné jej artikulovat do podoby konkrétního stavebního plánu pro člověka.
V ten moment, kdy se ale daná skutečnost popíše matematicky, začne ji „lépe chápat“ počítač, než lidé. A je to i počítač, který pak dokáže plně využít potenciálu známých vzorců pro architekturu. „Možnosti takového stavebního přístupu nejsou dosud zcela probádané, ale limity zde zatím nevidím,“ dodává. „Pavilony BUGA jsou unikátním příkladem digitální stavby, která formou vybraných konstrukčních metod dokonale šetří zdroje. Celá stavba je po stránce materiálové efektivity na výši, skutečně vypočítaná na míru svému účelu.“
Foto: ICD-ITKE, Roland Halbe, BUGA
Nadšením a radostí nešetří ani profesor Jan Knippers, který vysoce oceňuje stabilitu a propočítané optima zatížení vytvořené stavby. „Robotická prefabrikace umožnila dodat stavbě až extrémní preciznost, a celá vnější skořápka pavilonu byla vytvořena v rekordním čase, bez nutnosti podpůrných sekundárních staveb a lešení.“ Stavba je prý ukázkou toho, jak si strukturní vlastnosti materiálu a architektonická myšlenka nemusí konkurovat a omezovat se, ale posouvat svůj náboj společně dál.
Překvapí v rychlosti i preciznosti
Čas je pochopitelně zásadní veličinou, a tak jistě příjemně překvapí dispozice projektu. Když pomineme deset let biologického bádání nad stavbou vnější pichlavé krusty mořských ježků, jsme u 13 měsíců. Právě tak dlouho trvalo sestavit funkční stavební jednotku, tedy její programovou i výkonnou robotickou část. Je třeba brát v potaz, že se jednalo o prototyp, a dnes už by nebylo komplikované načrtnout podobnou sestavu v řádu hodin. Vejde se do jednoho přepravního kontejneru. Výpočty nové stavby podle zadání si pak žádají minuty, a projekt je hotov. Stavební plán, transformovaný do strojového kódu, má 2 miliony řádků.
Foto: ICD-ITKE, Roland Halbe, BUGA
Sestav si sám
Během vlastní produkce materiálu si každý dílek skládačky vyžaduje jistou péči robotických paží. Přes prvotní kontrolu materiálu, úpravu povrchu a uchycení spojů po fixaci dvou vrstev lepidlem. Manuální fáze trvá 8 minut, vyvrtávání a úprava geometrie (s přesností 300μm) pak 20-40 minut. Řezání zajišťuje čtrnácti-osá jednotka MuellerBlaustein Holzbauwerke GmbH. Celý proces snímá bezpočet senzorů, které průběžně verifikují stav materiálu. Znehodnocené dřevo nebo nefunkční spoje se tak na stavbě vůbec neobjeví. Stroje prostě chyby nepřipouští. Sestavení celé masivní schránky „od bodu nula“ po finalizaci pak trvalo 10 pracovních dní.
Budoucnost nabývá jasnějších obrysů
Počet lidí na stavbě? Jen dva technici, kteří zajišťovali přísun materiálu, a po dohotovení přetáhli vnější část stavby osmy pruhy EPDM, kvůli zvýšení odolnosti vůči vodě. Zůstává jen jedna otázka: Je výsledek spíš produktem, nebo stavbou? O tom, že nabízí divákům vevnitř i zvenčí skvělou atmosféru a má strhující vzhled totiž pochyb není.
Foto: ICD-ITKE, Roland Halbe, BUGA
Údaje o projektu
| Název projektu: | BUGA wood pavilion |
| Typ projektu: | Pavilon |
| Architektonické studio: | ICD/ITKE University of Stuttgart |
| Lokalizace: | Bundesgartenschau Heilbronn, Theodor-Fischer, Heilbronn, Německo |
| Projektový tým ICD: | Achim Menges, Martin Alvarez, Monika Göbel, Abel Groenewolt, Oliver David Krieg, Ondrej Kyjanek, Hans Jakob Wagner |
| Projektový tým ITKE: | Jan Knippers, Lotte Aldinger, Simon Bechert, Daniel Sonntag |
| Inženýring stavby: | Prof. Dr.-Ing. Hugo Rieger |
| Stavební dozor: | Dr. Stefan Brendler a Dipl.-Ing. Willy Weidner |
| MPA: | Simon Aicher |
| Vedení výstavy: | Hanspeter Faas, Oliver Toellner |
| Klient: | State of Baden-Wuerttemberg, University of Stuttgart EFRE, EU |
| Rok dokončení (finalizace): | 2019 |
| Zastavěná plocha: | 500 m2 |
Sdílet / hodnotit tento článek