Digitale Träume vom Reißbrett

Stift, Zeichenblock, Fantasie und einen guten Statiker – mehr brauchten kreative Architekten lange Zeit nicht. Doch seit den 60er Jahren hat die Branche nach und nach eine kleine digitale Revolution durchlaufen, die noch immer nicht beendet ist. Die Aussichten? Wir stehen erst am Anfang der digitalen Meisterwerke aus dem PC.

CAD ermöglicht den Sprung vom lediglich vorstellbaren zum de facto möglichen Gebäude.

„Wie eine gequetschte Coladose“ – diese Bezeichnung für eines der bekanntesten Bauwerke zeitgenössischer Architektur ist nicht unbedingt als unumschränktes Lob zu werten. Das Mercedes-Benz-Museum in Stuttgart gilt gemeinhin als Meilenstein, als Vorzeigebau einer ganz neuen architektonischen Typologie. Während das Gebäude den einen oder anderen von außen offensichtlich an eine demolierte Coladose erinnert, gerät man im Inneren in Schieflage. Denn das Museum windet sich dort als gigantische Doppelhelix in Form zweier gegenläufiger Spiralen gen Himmel.

Ungeahnte Möglichkeiten der Statik

Auch auf die Suche nach rechten Winkeln macht sich das Auge hier vergebens, der Großteil der Wände ist schräg. Ebenso verhält es sich mit dem Rundgang, der die Besucher vom Startpunkt in der obersten Etage des Museums durch mehrere Jahrzehnte Automobilgeschichte nach unten zum Ausgang führt. Was den Besucher so spektakulär durch die Ausstellung führt, ließ sich längst nicht mehr nur am Zeichenbrett entwickeln. Allein die händischen Berechnungen der Statik hätten wohl jeden Architekten oder Ingenieur an den Rand des Wahnsinns getrieben.

CAD ermöglicht spektakuläre Bauten

Und Stuttgart ist kein Einzelfall. Die Architektur hat in den letzten zwanzig Jahren immer spektakulärere Bauten hervorgebracht – seien es die Elbphilharmonie in Hamburg, der Watercube in Peking oder die berühmten Gehry-Gebäude am Düsseldorfer Medienhafen. Eines allerdings haben sie allen Unterschieden in Design und Stil zum Trotz gemeinsam: Ohne den Einsatz digitaler Medien und neuer Software wären sie nicht realisierbar gewesen. Computer-Aided Design (CAD), zu Deutsch: computergestütztes Entwerfen, heißt das Zauberwort.

Anders als die technoiden Großbauten unserer Zeit entstand CAD in gefühlter grauer Vorzeit, um genau zu sein 1963, als der amerikanische Computerforscher Ivan Sutherland die ersten CAD-Systeme konzipierte. Heute gehört die Software in der Architektur zum Standard für die Entwicklung und Darstellung räumlicher Konzepte. CAD ermöglicht den Sprung vom lediglich vorstellbaren zum de facto möglichen Gebäude. Dabei hat die Digitalisierung nicht nur Erscheinung und Wahrnehmung von Architektur deutlich verändert, auch Arbeitsprozess und Arbeitsweise der Architekten haben sich in den letzten 30 Jahren radikal gewandelt. „Es ist alles wesentlich schneller geworden, vor allem was die Überarbeitung von Zeichnungen sowie das Einpflegen von Änderungen angeht. Außerdem sind durch CAD sehr aufwändige Illustrationen möglich geworden“, berichtet Friederike Proff vom Düsseldorfer Architekturbüro ‚Architektur Team’. „Man erhält wesentlich konkretere Daten als früher, je nachdem, wie man CAD einsetzt. Darüber hinaus hat CAD die Kommunikation zwischen allen am Bauprozess Beteiligten stark vereinfacht“, so Proff weiter.

Skizzenblock und Bleistift waren gestern

Heute steht dem Architekten mit dem Computer das wohl umfassendste und dynamischste Medium zur Verfügung, das er je hatte. Und es ermöglicht heute, was gestern noch Science Fiction war. Aber nicht nur in der Architektur führte CAD zu einschneidenden Veränderungen. Auch im Bausektor vollzogen sich vergleichbare Entwicklungen, die Planungsabläufe von Grund auf umkrempelten, dynamisierten und vereinfachten. „Reißbretter sind längst sehr effizienten Hochleistungsrechnern gewichen. Der moderne Fachplaner benötigt heute, neben der unabdingbaren statischen Expertise, in der Regel einschlägige Erfahrung im Umgang mit unterschiedlichster CAD-Software, um seine Aufgaben schnell und effektiv ausführen zu können“, weiß Jochen Köhler, Leiter des Technischen Büros des Schalungs- und Gerüstspezialisten PERI, zu berichten. Absprachen laufen hier ebenfalls größtenteils über digitale Kommunikationswege, egal ob intern oder mit Kundenkontakt. Möglichst schnell und flexibel soll dieser Datenaustausch funktionieren, um eventuelle Störstellen im Bauvorhaben frühzeitig zu lokalisieren und zu beheben.

Architektur aus der „Cloud“

So greifen auch die Fachplaner auf die allgegenwärtige „Rechnerwolke“ zurück. „In den vergangenen Jahren wurden zunehmend Internet-gestützte Datenaustauschplattformen (Cloud-based Systems) zur Übermittlung relevanter Planungsinformationen genutzt, wodurch alle Fachplaner stets über den aktuell gültigen Planungsstand verfügen. Der Datenaustausch projektspezifischer 3-D-Modelle ist mittlerweile bei großen Bauvorhaben gängige Praxis“, beschreibt Jochen Köhler die üblichen Planungsabläufe. Doch CAD ist bei weitem nicht die einzige digitale Anwendung, die modernen Architekten heute zur Hand geht. Die digitale Revolution ist auch in diesem Bereich bereits bis in die letzten Winkel vorgedrungen und beeinflusst den Arbeitsablauf von Anfang bis Ende: „Rechner werden in der Architektur von der Planung bis hin zur Schlüsselübergabe eingesetzt. Im Prinzip kann man von einem Informationsfluss zwischen verschiedenen Softwareanwendungen sprechen, wobei CAD eine dieser Anwendungen ist“, erklärt Univ.-Prof. Peter Russell, Inhaber des Lehrstuhls für Computergestütztes Planen in der Architektur an der RWTH Aachen.

Nächste Revolution steht ins Haus

Nun vollzieht sich aktuell eine zweite Revolution, von CAD zu BIM (Building Information Modeling). Anstatt Pläne bei Änderungen ständig aktualisieren und neu ausdrucken zu müssen, steht hinter BIM die Idee eines dreidimensionalen virtuellen Modells, in dem alle Planer ihre Daten direkt eingeben können. So lässt sich der Arbeits- und Koordinationsaufwand merklich reduzieren, ebenso wie der Informationsverlust beim Austausch zwischen einzelnen Fachplanern. Alles läuft vollautomatisch ab, relevante Daten werden digital erfasst, kombiniert und vernetzt.

Beruf verändert sich langfristig

Mit den Möglichkeiten steigen natürlich auch die Anforderungen an die Architektenzunft. Denn es geht schon lange nicht mehr nur um die reine Optik. Das „Wie“ rückt immer mehr in den Vordergrund. Aspekte wie Energieeffizienz und Nachhaltigkeit spielen dabei ebenso eine Rolle wie die Produktion von Sondermüll und die Frage, wie viel und welches Material zum Bauen verwendet wird. Die Digitalisierung hat den Mythos des Architekten als „Master Builder“, der an seinem Zeichenbrett sitzt und in seinem Kopf Gebäude wie das Mercedes-Benz-Museum kreiert, weitestgehend aufgelöst. An seine Stelle rückt die Faszination Technik, mit deren Hilfe der Architekt über das Vorstellbare hinaus die Grenzen zwischen animierter und realer Welt verschwimmen lässt.

„CAD ermöglicht schnellere Kopplung vieler Schritte“

Ein Interview mit Univ.-Prof. Dipl. Ing. M. Arch. Peter Russell, Inhaber des Lehrstuhls für computergestütztes Planen in der Architektur an der RWTH Aachen.

Wann kam CAD in der Architektur erstmals auf und wodurch wurde es ermöglicht?

Prof. RussellDie ersten CAD-Systeme wurden bereits 1963 entwickelt. Der amerikanische Computerforscher Ivan Sutherland konstruierte zu dieser Zeit ein erstaunlich modernes System mit vielen Features, die noch in heutigen CAD-Programmen enthalten sind. 1983 kamen dann die ersten vorkommerziellen Workstations auf den Markt, allerdings waren sie mit Kosten von rund 100.000 Dollar pro Arbeitsplatz noch sehr teuer und wurden dementsprechend nur in sehr großen Büros eingesetzt. Erste Programme für PCs, die dann auch für normale Büros bezahlbar waren, entstanden schließlich Ende der achtziger Jahre. Aktuell vollzieht sich eine zweite Revolution von CAD zu BIM. BIM ist sozusagen der nächste Schritt und erstellt ein dreidimensionales virtuelles Modell von einem Gebäude, in dem alle am Bauprozess beteiligten Planer ihre Informationen einpflegen können.

Welche Veränderungen haben sich durch die Digitalisierung in der Architektur ergeben?

Prof. RussellDas Arbeiten mit dem Computer hat in erster Linie die Arbeitsabläufe der Architekturbüros beeinflusst. Die Art und Weise, wie man Gebäude zeichnet und entwirft, hat sich sehr stark verändert. Die Digitalisierung verhalf hier zu einer viel schnelleren Kopplung einzelner Schritte – von der ersten Skizze bis zum Werkplan – und ermöglichte eine stärkere Parallelisierung und Effizienz der Arbeit, auch in größeren Teams. Außerdem können auch freie Formen jetzt viel leichter konzipiert werden.

Rechner werden in der Architektur von der Planung bis hin zur Schlüsselübergabe eingesetzt.
Professor Peter Russell

Welche Vorteile bietet die zwei- und dreidimensionale Gestaltung per CAD gegenüber dem traditionellen Entwurf am Zeichenbrett?

Prof. RussellDer Vorteil besteht im Wesentlichen in der Konsistenz der Informationen. Der Architekt hat die Informationen durchgehend im Griff, weil er sie zu jedem Zeitpunkt im Arbeitsprozess kontrollieren kann, sofern eine CAD-Zeichnung bzw. ein BIM-Modell ordentlich aufgebaut ist.

Welche Forschungsschwerpunkte legen Sie an Ihrem Lehrstuhl für computergestütztes Planen in der Architektur an der RWTH Aachen?

Prof. RussellAllgemein befasst sich unser Lehrstuhl mit allem, was Architektur in Zusammenhang mit einem Rechner bringt. Insgesamt haben wir fünf Forschungsbereiche: Gebäudeinformation, Interaktion in der Architektur, Gebäudeintelligenz, neue Lehr- und Lernmethoden sowie natürlich konkrete Baumaßnahmen. In den unterschiedlichen Kategorien beschäftigen wir uns unter anderem mit Planungssoftware, Regelungssystemen oder der Frage, wie man als Nutzer innerhalb von Räumlichkeiten mit einem Gebäude interagieren kann. Wir erforschen, wie Schnittstellen (Interfaces) mit Gebäuden aussehen können, von einer iPod-App bis hin zur Steuerung über Gesten. Schließlich werden Gebäude heute immer stärker technologisiert und es werden komplexere Steuerungssysteme als lediglich Lichtschalter nötig. Aufgaben wie interuniversitäre Entwurf-Studios übers Internet oder konkrete Bauprojekte, beispielsweise für den internationalen Studienwettbewerb „Solar Decathlon Europe“ in Madrid, ermöglichen unseren Studierenden darüber hinaus, praxisbezogen zu arbeiten.

Wozu werden CAD-Programme im Arbeitsprozess hauptsächlich eingesetzt?

Prof. RussellRechner werden in der Architektur von der Planung bis hin zur Schlüsselübergabe eingesetzt. In vielen Büros benutzt man Modellierungssoftwares, um Formen zu generieren, die wiederum später in Softwares wie Revit, AutoCAD oder ArchiCAD in Pläne umgesetzt werden. Schnell landet man dann bei Programmen wie Excel, um zu überprüfen, ob die Anzahl der Türen stimmt, oder bei so genannter AVA-Software für Ausschreibung und Vergabe, in der alle nichtvisuellen Informationen eines Gebäudes gespeichert werden. Im Prinzip kann man von einem Informationsfluss zwischen verschiedenen Softwareanwendungen sprechen, wobei CAD eine dieser Anwendungen ist.

Welche Projekte werden mit CAD-Programmen vorwiegend realisiert?

Prof. RussellCAD wird für Projekte aller Größenordnungen eingesetzt. Dahinter steckt ein ganz pragmatischer Grund, denn Änderungen können wesentlich leichter eingepflegt werden als in traditionellen Plänen, die immer korrigiert oder neu gezeichnet werden müssen.

Welches sind Ihrer Auffassung nach die spektakulärsten Gebäude, die ohne CAD gar nicht möglich gewesen wären?

Prof. RussellDas ist eine Fangfrage. Ich nenne Ihnen einfach das Mercedes-Benz-Museum in Stuttgart, das den meisten mit seiner geschwungenen Form ein Begriff ist. Wobei die Meinungen hinsichtlich der Ästhetik auseinandergehen. Ein Kollege von mir bezeichnete es einmal als gequetschte Coladose. Der Bauprozess verlangte aufgrund der Komplexität der Form sehr präzise Informationen, die ohne ein CAD-Programm nicht möglich gewesen wären. Allgemein muss man ab einem bestimmten Komplexitätsgrad der Geometrie mit einer CAD- oder BIM-Software arbeiten, wie beispielsweise auch bei der Elbphilharmonie in Hamburg oder den Hafengebäuden von Frank Gehry in Düsseldorf.

Wohin könnte die Reise noch gehen – welche Entwicklungen sind in diesem Bereich zukünftig zu erwarten?

Prof. RussellFür die Zukunft erwarte ich, dass Architekten nicht nur für den Energieverbrauch, sondern auch für den Materialverbrauch eines Gebäudes verantwortlich sein werden, da die Bauindustrie einer der größten Erzeuger von Schutt ist. Dabei werden künftig zwei Aspekte im Vordergrund stehen: die Menge und die Art und Weise. Der Architekt muss künftig zum einen anders planen, damit ein Gebäude materialgerecht umsetzt werden kann. Zum anderen muss er nachweisen, welche Materialien verarbeitet wurden. Auf den ersten Blick erscheint das wie eine schlechte Nachricht. Die gute Nachricht ist allerdings, dass Architekten diesen neuen Anforderungen durch Softwareentwicklungen wie BIM gerecht werden können. Ich sehe das auch als Chance für Architekten, zu demonstrieren, dass sie eine gesellschaftliche Verantwortung haben, dass es nicht nur darum geht, dass etwas schön, sondern auch, dass es zukunftsträchtig ist.

AVA – steht im Bauwesen für Ausschreibung, Vergabe und Abrechnung. AVA-Software sind Software-Lösungen, die in Architektur- oder Planungsbüros unter anderem Bereiche wie Kostenschätzung, Vergabe, Bauzeitplanung und Abrechnung von Bauleistungen abdecken.

BIM – Building information modeling ist eine neue Methode zur Optimierung der Planung, Durchführung und Verwaltung von Bau- und Infrastrukturprojekten mit Hilfe von Software. Dabei werden alle relevanten Gebäudedaten digital erfasst, kombiniert und vernetzt. Das Gebäude ist als dreidimensionales Modell visualisiert, in dem alle Objekte semantisch (beispielsweise als Wände oder Decken) definiert sind.

CAD – Computer-aided design kam erstmals in den sechziger Jahren auf und beschreibt eine softwarebasierte Methode für das Entwerfen bzw. Konstruieren von technischen Zeichnungen oder Gegenständen. CAD dient der Berechnung sowie der Simulation von bereits erstellten Objekten und der Reproduktion von Plänen.

Zur Person

...(49) leitet seit 2002 den Lehrstuhl Computergestütztes Planen in der Architektur (CAAD) an der RWTH Aachen. Er studierte in Kanada Ingenieurwesen und Grafik, bevor er zur Architektur wechselte. Nach einem Aufenthalt in der Schweiz, zog er 1992 nach Berlin, wo er sich als Architekt und Berater für Digitale Integration in Entwurf engagierte. In Berlin war er auch als Lehrbeauftragter für CAD an der Hochschule der Künste tätig. Prof. Russel arbeitet seit 1976 mit Computern, seit 1985 ist er mit Computer-Anwendungen in Design involviert.

„Die reine Handarbeit ist verloren gegangen“

Ein Gespräch mit Dipl.-Ing. Friederike Proff, Architektin AKNW/BDB vom Architekturbüro ‚Architektur Team‘ in Düsseldorf.

Welche Veränderungen hat die verstärkte Digitalisierung in der Architektur mit sich gebracht?

ProffEs ist alles wesentlich schneller geworden, vor allem, was das Überarbeiten von Zeichnungen und das Einpflegen von Änderungen angeht. Außerdem sind durch CAD sehr aufwändige Illustrationen möglich geworden. Viele Architekten haben sich beispielsweise selbstständig gemacht und auf reine 3-D-Visualisierung spezialisiert. Zudem erhält man wesentlich konkretere Daten, je nachdem, wie man CAD einsetzt. Darüber hinaus ist die Kommunikation für alle am Bauprozess beteiligten Personen stark vereinfacht worden. Allerdings ist der persönliche Kontakt dadurch etwas auf der Strecke geblieben. Ich merke, dass es sehr wichtig ist, sich gerade auch mit den Fachplanern persönlich an einen Tisch zu setzen und nicht alles nur über Telefon und E-Mail laufen zu lassen.

Ich merke, dass es sehr wichtig ist, sich gerade auch mit den Fachplanern persönlich an einen Tisch zu setzen und nicht alles nur über Telefon und E-Mail laufen zu lassen.
Friederike Proff

Für welche Projekte wird 3-D-Visualisierung hauptsächlich eingesetzt?

ProffVisualisierungsprogramme werden hauptsächlich für mittlere und große Projekte eingesetzt. Für kleinere Bauvorhaben wie beispielsweise ein Einfamilienhaus ist eine solche Visualisierung viel zu aufwändig und kostenintensiv, allein schon wegen der Dateneingabe. Bauträger hingegen nutzen diese Software gerne aus Vermarktungsgründen. Dahinter stecken dann aber auch wesentlich größere Kapazitäten.

Wer arbeitet viel mit CAD-Programmen?

ProffInnenarchitekten visualisieren sehr viel, weil es in diesem Bereich sehr auf Details wie Farben oder Oberflächentexturen ankommt. Fachplaner sind auch sehr auf die Rechnerunterstützung angewiesen, da sie mit sehr komplexen Daten wie Wind- oder Schneelasten arbeiten.

Kennen Sie Gebäude, die ohne CAD gar nicht möglich gewesen wären?

ProffDie Gehry-Gebäude am Düsseldorfer Hafen sind ein typisches Beispiel. Sie sind sehr skulptural verdreht und schräg. Ein solches dreidimensionales Gebilde wäre zeichnerisch mit der Hand überhaupt nicht möglich. Auch das Burj al Arab in Dubai ist sicherlich mit Hilfe von CAD entstanden. Bei den Berechnungen, die bei einem so riesigen Komplex allein für die Statik anfallen, muss man auf Rechnerleistung zurückgreifen.

Kann man von digitalem Entwerfen sprechen?

ProffDas ist sehr unterschiedlich, wobei die grundsätzliche Idee schon vorhanden sein muss, denn die entwickelt man nicht am Computer. Ich persönlich nehme nach wie vor Skizzenrolle und Bleistift zur Hand und überlege mir vorab, wie was umsetzbar ist. In der Computerzeichnung überprüfe ich anschließend, ob die Idee in Bezug auf Proportionen und Abmessungen überhaupt funktionieren kann. Der kreative Prozess läuft bei mir nach wie vor eher über handschriftliche Zeichnungen ab. Mich persönlich schränkt der Computer in dieser Hinsicht eher ein.

Zur Person

... ist seit 2003 als freiberufliche Architektin tätig. 2005 gründete sie das Düsseldorfer Architekturbüro 'Architektur Team'. Sie engagiert sich ehrenamtlich als Vorstandsmitglied in der Bezirksgruppe Düsseldorf des Bundes Deutscher Baumeister, Architekten und Ingenieure (BDB) und ist Mitglied der Vertreterversammlung der Architekturkammer NRW (AKNW). Frau Proff ist Mitglied im Ausschuss Öffentlichkeitsarbeit der AKNW und als Referentin für den BDB und die Akademie der AKNW tätig. Ihre Arbeitsschwerpunkte als Architektin sind Gutachten, Förderberatung sowie Zeit und Kostenmanagement.

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