Baubotanik: Planen und Bauen mit Bäumen

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Wie plant man mit digitalen Werkzeugen, wenn lebende Bäume als Stützen für ein Pavillon „verbaut“ werden sollen? Solchen Fragen geht ein Forschungsteam der TU München nach. Ferdinand Ludwig, Architekt und Professor an der TU, erklärt im Interview worum es dabei geht.

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Im Zuge des Klimawandels gewinnen Bäume nicht nur in grossen Städten wie Paris an Bedeutung.

Mehr Grün in der Stadt sorgt für mehr Abkühlung. Nachdem dieses Thema angesichts steigender Temperaturen zunehmend an Bedeutung gewinnt, stellt sich auch die Frage, welche neuen Möglichkeiten sich bieten könnten, mit Bäumen Bauprojekte zu ergänzen. Damit befasst sich ein Baubotanik-Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM); unter anderem geht es dabei um Bäume als Stützen eines Pavillons oder eines Balkons aber auch darum, wie Bäume zur Klimatisierung von Hausfassaden beitragen.

Ferdinand Ludwig, Professor an der TUM für „Green Technologies in Landscape Architecture“, gibt Einblicke in diese Forschungsarbeit. Er hat vor kurzem zusammen mit Wilfrid Middleton und Qiguan Shu in einem Beitrag im Fachmagazin „Sciencific Reports“ erörtert, wie sich mittels digitaler Werkzeuge der Wachstumsprozess von Pflanzen mit architektonischen Bauplänen verbinden lässt.

Sie arbeiten als Architekt mit lebenden Werkstoffen. Wie läuft die Zusammenarbeit mit Bäumen als Co-Architekten?
Wir entwerfen und bauen mit lebendigen Bäumen. Weil der Werkstoff mitwächst, ist das Bauen und auch das Planen bei uns nie abgeschlossen. Wir spielen Ping-Pong mit dem Baum. Wir machen einen Aufschlag, er schlägt zurück und dann müssen wir schauen, ob das mit unserem Plan übereinstimmt, und wenn nicht haben wir zwei Möglichkeiten. Entweder wir manipulieren das Wachstum, zum Beispiel durch Schneiden, oder wir ändern unseren Plan.

Wie lässt sich lebendige Architektur überhaupt planen?
Wir erstellen in regelmässigen Abständen 3D-Scans der Baumbestände. Diese helfen uns, die gewachsenen Strukturen zu verstehen. Doch für einen Bauplan reicht das noch nicht. Worauf es uns ankommt sind die Knotenpunkte und Verbindungslinien der gewachsenen Strukturen. Diese können wir durch computergestützte Abstraktion ermitteln. Mit dem Ergebnis sind statische Berechnungen und Simulationen des Stofftransports im Baum möglich, die wiederum darauf schliessen lassen, wie sich das Dickenwachstum der Äste entwickeln könnte.

Gibt es Beispiele für ein architektonisches Konzept, das auf diese Weise entstanden ist?
Wir haben den Prozess anhand eines Pavillons, der als Sommerküche genutzt werden soll, gezeigt. Dazu haben wir erst einmal ein geometrisches Aufmass von den Bäumen vor Ort erstellt. Die Bäume sollten die Stützen einer Dachkonstruktion werden, die die Sommerküche vor Wind und Wetter schützt.

Quelle: Ferdinand Ludwig / TUM

Die baubotanische Sommerküche der TUM im Mai letzten Jahres: Ihr Dach wird von Bäumen getragen. Gedeckt wird es erst später, wenn die Baum-Säulen stark genug dafür sind.

Quelle: Q. Shu/W. Middleton / TUM

3D-Scan der Sommerküche: Um mit den Bäumen planen zu können, erstellen Ferdinand Ludwig und sein Team regelmässig 3D-Scans der Baumbestände.

Es war klar: Technische Teile sind für das Vorhaben nötig. Diese wollten wir aber möglichst minimal halten. Nachdem die Bäume mit ihren Verästelungen exakt vermessen waren, konnten wir die Geometrie des Daches direkt aus den digitalisierten und abstrahierten 3D-Daten ableiten: Jede Kurve des Daches folgt der Form der Äste, die es tragen. Damit erzielen wir eine optimal an das Wachstum der Bäume angepasste Geometrie. Das Dach haben wir komplett am Computer geplant und vorgefertigt. Die Bäume wurden vor der Installation beschnitten und der Pavillon innerhalb von zwei Tagen errichtet. Spannend war dann der Moment, als der Kran die drei Teile des Dachs langsam abgesenkt hat und sich das Dach mit den Bäumen zusammenfügte.

Nach der Installation leben die Bäume weiter. Wie können Sie die geschaffene Funktion erhalten?
Auch das ist Teil unseres Konzepts. Dazu sind unsere digitalen Werkzeuge essenziell, weil wir damit die künftige Entwicklung der Objekte steuern. Das Wissen um die Wachstumsprozesse spielt dabei ebenfalls eine grosse Rolle.

Ein Beispiel: Äste und Zweige haben ein Längen- und ein Dickenwachstum. Nur der junge, einjährige Trieb wächst in die Länge. Die anderen Zweige und Äste wachsen nur noch in der Dicke, sodass sich die Grundgeometrie im Laufe der Zeit nicht verändert. Aber natürlich ist eine kontinuierliche Pflege notwendig. Wenn ich viel pflege und schneide, bleiben die Bäume dünner. Wenn ich die Bäume zu wild wachsen lasse, wird das Ganze heterogener, die Bäume werden dicker, aber es sterben auch mehr Bäume ab. Es sind also verschiedene Zukunftsszenarien denkbar.

Welchen Plan verfolgen Sie bei Ihrem jüngsten Projekt, der baubotanischen Sommerküche, die nun ein Dachgestell erhalten hat?
Bei diesem Pavillon sollen die neuen Austriebe wieder in die Struktur eingeflochten werden und aus dem Dachfirst oben herauswachsen. Es wird also mit dem zusätzlichen Wachstum auch weiterhin geplant und gearbeitet. Darum kann auch das Dach jetzt nicht schon komplett eingedeckt werden. Dazu wäre die lebende Tragstruktur momentan noch zu schwach.

Wenn der Zustand erreicht ist, bei dem wir das Dach vollständig eindecken können – das wird in einigen Jahren der Fall sein – geht es darum, die Funktion des Daches zu erhalten. Das unterscheidet sich fundamental von dem klassischen Bau- und Architekturverständnis. Wir setzen uns zwar auch ein Ziel, das wir erreichen wollen, etwa wie hier ein Pavillondach, aber bei uns gibt es nicht den Punkt, an dem wir als Entwerfer nach Hause gehen können. Vielmehr ist eine gestalterische Weiterentwicklung von vornherein vorgesehen. (mgt/mai)