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Die übermäßige Verwendung von Materialien und die Notwendigkeit, die Effizienz von Design und Konstruktion zu verbessern, sind zwei anhaltende Herausforderungen, denen sich die gebaute Umwelt stellen muss. Die digitale Fertigung ist eine sich ständig weiterentwickelnde Reihe von Technologien und Praktiken, die leistungsstarke Möglichkeiten zur Verringerung des Ressourcenverbrauchs, zur Erreichung von Material- und geometrischer Komplexität und zur Verbesserung des Bauablaufs bieten. Bei Arup setzen wir die digitale Fertigung ein, um die Effizienz zu steigern, Nachhaltigkeitsziele zu erreichen, die Kreativität zu erhöhen und die Sicherheit auf der Baustelle zu verbessern, indem wir traditionelle Prozesse umgestalten und neue Designmöglichkeiten schaffen.
Wie wir Ihnen helfen können
Verringerung des Ressourcenverbrauchs
Traditionelle Designansätze verursachen in der heutigen gebauten Umwelt Schwierigkeiten, nicht zuletzt, wenn es um den Ressourcenverbrauch geht. Der Entwurf mit digitaler Fertigung hilft uns, diese Herausforderungen zu meistern, den Materialeinsatz zu optimieren und die Grenzen des komplexen Designs zu erweitern.
Indem wir für modulare Vorfertigung oder sogar Robotik entwerfen, können wir Materialien präziser einsetzen. In erster Linie können wir durch die Planung für die digitale Fertigung das Potenzial der Verwendung von Formen in der Teileproduktion und im Betonbau nutzen, um Abfall zu vermeiden. Dieser Entwurfsansatz schafft auch besser verarbeitbare Formen, die sich effizienter zusammensetzen lassen. Darüber hinaus ermöglicht uns das Design für die digitale Fertigung weitere Effizienzsteigerungen beim Materialeinsatz, indem wir bereits genutzte Ressourcen wie Beton und Glas als potenziell wiederverwendbare Materialien betrachten. Mit Hilfe neuer Technologien können wir die Festigkeit, Verwendbarkeit und Leistung der wiederverwendeten Materialien präzise und zuverlässig analysieren.
Im Fall des internationalen Flughafens von Kuwait löste die Planung mit digitaler Fabrikation zahlreiche Herausforderungen des Kunden. So konnten wir beispielsweise den Materialeinsatz in einer bereits effizienten Betonschalenkonstruktion halbieren, indem wir die Herstellung spezieller Betonkassetten für das Dach vorsahen. Ein Hersteller hat dann mit Hilfe von CNC-gesteuerten, anpassungsfähigen Formen 70 Tausend dieser Kassetten hergestellt. Dadurch wurde nicht nur die Effizienz verbessert, sondern durch die Halbierung des Gewichts des Dachs wurde auch ein positiver Kreislauf in Gang gesetzt, da weniger Material für die Säulen und das Fundament benötigt wurde. Das Konzept der Festigkeit durch Geometrie kann bei der Deckengestaltung in großem Umfang angewandt werden, lässt sich aber auch typologieübergreifend anpassen.
Material und geometrische Komplexität
Die Gestaltung für die digitale Fertigung kann unsere Materialverwendung effizienter machen und so die Kosten und den Kohlenstoffverbrauch bei der Herstellung und Konstruktion senken. Diese Art des Designs ermöglicht es uns aber auch, die Grenzen der geometrischen Komplexität zu erweitern, indem wir mit oft unerprobten Materialien arbeiten.
Das Design kann mit digitalen Fertigungsmethoden wie dem 3D-Druck kombiniert werden, um den Produktionsprozess zu rationalisieren und den Designern eine größere Formfreiheit und kürzere Lieferzeiten zu ermöglichen. Im Fall der MX3D-Brücke konnten wir den Entwurfsprozess auf das spezifische Material und die mechanischen Eigenschaften von 3D-gedrucktem Stahl abstimmen und so sicherstellen, dass dieses innovative Design für den öffentlichen Dienst validiert wurde.
Für den Little Island Pier in New York haben wir die Geometrie der Struktur so rationalisiert, dass die Herstellung von Betonfertigteilen für den Bau möglich war. Dadurch wurde sichergestellt, dass die ästhetische Komplexität des Entwurfs erhalten blieb und dass diese Teile kostengünstig versandt und vor Ort leicht montiert werden konnten. Die Planung für den 3D-Druck kann sogar noch weiter vorangetrieben werden, bis hin zum 3D-Druck von Häusern. Diese Technik ermöglicht es uns, eine höhere geometrische und materielle Komplexität zu bewältigen und gleichzeitig die notwendige Effizienz in Bezug auf Zeit, Kosten und Kohlenstoff zu erreichen.
Agilität im Arbeitsablauf
Die Flexibilität und Präzision der digitalen Fertigung bedeutet, dass wir Bauprozesse entwerfen können, die schneller sind und besser auf sich ändernde Ziele oder Bedingungen reagieren können. Innovationen in der Art und Weise, wie wir neue Materialien entwerfen und verwenden, ermöglichen uns die termingerechte Fertigstellung komplexer Projekte.
Die Planung für die digitale Fertigung war ein zentraler Bestandteil unserer Arbeit an der Fertigstellung von Gaudis La Sagrada Familia. Bei diesem ehrgeizigen Projekt ermöglichten das CNC-gesteuerte Schneiden von Stein und die CNC-gesteuerte Präzisionsbohrung von Kanälen im Stein den Entwurf von vorgespannten vorgefertigten Steinplatten, um das Gewicht zu reduzieren und sich an die bestehenden Fundamente der Kirche anzupassen.
Diese präzise Verwendung neuer Materialien erleichterte die Installation dieser Platten in großer Höhe. Dank des geringen Gewichts dieser Teile konnten sie auch schneller an ihren Platz gehoben werden, wodurch die Auswirkungen auf die Unternehmen und die Gemeinde in der Umgebung minimiert wurden.
Das Konzept der maßgeschneiderten Präzisionskonstruktion, das bei der Sagrada Familia angewandt wurde, lässt sich auch auf die Nachrüstung (Verlängerung der Lebensdauer bestehender Anlagen) und die Reparatur von Infrastrukturen anwenden. In diesem Zusammenhang wird die digitale Fertigung den individuellen Austausch von Elementen ermöglichen, die in bestehenden Regenwassersammlern oder Tunnelschächten benötigt werden.